基于云平台的样品采集布控与采样管理系统方案设计

文/王贺程 郑向群 师荣光

当前针对配方化肥的合理使用，我国上下线联动投入了大量的精力，而土壤监测是检验实施方案效果的基础，其工作包括空间定位信息收集与样品相关属性数据的管理。通常科研人员往往以卫星图为参考依据在此之上完成点位的布设，再由样品采集工作人员前往现场通过GPRS设备对照采样方案进行样品的收集，将样品带回单位后，通过电脑整理采样数据。此流程增大数据增大了人力与时间成本，降低了数据的准确度，同时经纬信息更新不同步，很难保证采样点位与布设方案的一致性。因此有必要利用先进的系统化的样品采集手段，依托物联网络为监测采样布控工作提供更好的信息化基础，使其整个过程更加科学、准确与规范。

1 系统架构设计

样品采集布控与采样管理系统利用物联网丰富的网络链接方式以及云数据处理的优势，应分为以下几个部分：

手持端智能数据处理层：通过用户身份权限识别获取采样任务，为采样工作人员提供各点位巡航功能，保证实际采样点经纬度坐标与布设方案极度吻合。完成每个点位采样后可生成打印样品二维码，并完成相关数据回传的工作。

网络层：通过GSM/CDMA移动4G网络，手持智能数据处理层与应用管理层间的数据交互。

应用管理层：采样布设方案信息包括，置采样点布设位置坐标、各点位坐标、各点样品类型（土样、水样）、各点采样需求、检测指标、采样坐标准许偏差度等相关信息。每一个布设方案完成后都可以通过系统评估、邀请专家库专家评估的方式确保布设方案的可行性。确定布设方案后，系统管理员可将单个或多个任务分配给单个或多个采样工作人员。样品采集完成后，可生成样品送检表结合二维码关联提供样品检测信息录入接口，方便样品检测指标结果的收集与统一管理。Web页面不仅可完成上述操作，还可向管理人员及公众发布监测采样结果，并可对外开放数据接口，实现采样监测信息的查询和共享。

2 采样点位布设管理系统设计

2.1 功能设计

采样点位布设管理系统负责点位布控方案设置、方案系统评估与专家评估、采样任务分配以及样品信息管理，并为手持智能设备软件系统提供所需的信息服务，每个子系统的功能设计如下：

用户管理子系统：系统管理员可以在此系统中对用户权限进行部署，权限主要分为三个级别，系统管理员、系统操作员以及专家；

点位布控系统：以谷歌地图提供的Web GIS的API接口为基础，用户可以通过卫星地图界面对指定区域采样点位的部署，并生成每一个点位的经纬度、高层等信息的标注，同时可设置采样的附属属性如：各点样品类型（土样、水样）、各点采样需求、各点采样坐标准许偏差度等相关信息，最终完成一个完整点位布设方案设计；

方案评估子系统：在完成点位布设方案后，可按需求进行对应评估的提交，可交给系统算法做评估，也可以线上邀请专家库内的专家对方案做评估，确保方案的可行性；

样品信息管理子系统：收集采样后样品的相关信息，结合布点方案生成送检报告，并在完成检测后收集检测指标，实现对样品全信息查询，统计以及图标展示并对外提供数据共享接口。

算法库子系统：完成算法模型录入收集工作，在满足自身系统的同时，为手持智能设备软件系统段提供相关接口服务。

2.2 点位布设系统的可视化

系统主要通过网络层完成与应用管理层的数据交互工作，实现对采样工作人员在工作当中的全程线路指引、采样点位精准度评估与采样信息上传功能，每个子系统的功能设计如下：

用户身份识别子系统：通过采样人员用户登录获取相关信息与系统操作权限，并为任务管理子系统获取分发采样工作提供依据。

任务执行记录子系统：在用户身份识别的基础上，请求获取下载所有或附近的采样任务信息，在采样工作进行的全过程中记录任务的整个实施状态，实时将数据回传应用管理层。

采样点位巡航子系统：获取每个采样点精确的经纬度信息，通过导航功能实现对采样工作人员进行每个点位采集的位置指引，判断位置偏差，控制点位的准确性。

样品信息生成子系统：根据当前采集点位的样品信息，在完成采样后，生成对应的样品编号，样品编号遵循一个采样任务中多个点位的采样顺序，开头加字母作为区分。可为每一个样品打印唯一的不干胶二维码帖子作为样品的特有标识，方便扫描查询样品基本信息及后期的检测结果录入。

备用采样点预测子系统：当采样任务中布设方案的某一点位由于地理环境因素不可达时，可推荐备选采样点位作为补充采样点，在保证采样点数量不缺失的同时保持采样工作的效率与质量。

3 结束语

样品采集布控与采样管理系统方案的设计是以物联网通讯、服务技术基础，结合GIS开发接口开发完成具备监测点位布设方案设计、布设方案评估、点位布设任务分配管理与执行以及样品信息管理，实现从采样点布、样品指标监测、数据共享发布的整体信息化解决方案。该系统设计思路提高了原始监测样品采集的工作效率与准确性，为相关监测部门样品采集工作的信息化管理和宏观系统方案决策提供可行化解决方案。