基于互联网的“避风港”智能控制系统的设计与实现＊

湖南应用技术学院信息工程学院 魏瑛璎 张莉 彭金 刘贝贝

由于我国西部地处内陆，东部属东亚季风区，气候和天气复杂，地貌地形多样，在世界上是受气象灾害影响较为严重的国家之一。我国气象灾害具有时间持续长、高频率发生、灾害种类多、且因范围影响广、时空分布不均匀、损失较重等特点，每年平均直接经济损失的造成占自然灾害全部损失的70%以上。随着社会、经济和气候迅速变化情况，近几年来，又呈现新的气象灾害格局和特征，严重影响经济、社会、人类的可持续发展，减灾、防灾、适应气候变化将面临新的挑战等问题[1]。

本文研究的主要是“互联网+”技术在关于在暴风雨暴风雪的突发性自然灾害的紧急安全“避风港”系统的智能控制，该系统采用互联网技术，通过手机App查看最近天气情况，也可以找到距离最近的“避风港”。

1 概述

1.1 自然环境现状

随着社会的进步和现代技术发展，各种自然变迁或是人为原因导致极端天气频发，严重的甚至会大量的危及人类的生命安全。比如近年来就出现暖冬的现象，极端情况的发生不仅是出现在我国，在世界各地都有这样的隐患和灾害。针对这一系列的自然环境问题，我们也在思索出路和最佳的解决方案，诚然，协调人类与自然环境的平衡是值得我们深思并付出实践的问题。

由于环境问题，全球气候变化，导致全球各地的恶劣天气都有增多的趋向。全球气候变暖导致海平面上升，沿海城市多洪水、暴风雨等恶劣天气。而且今年我国多地都有下冰雹，这些恶劣天气对社会资源和人身安全造成损失与威胁。

1.2 研究内容

“避风港”是一个智能建筑，主要是用来给在露天场地突遇恶劣天气的人们躲避风雨用的，一般可以容纳4-5人。天气晴朗时，人们可以在里面躲太阳；遇到暴风雨或者下冰雹等恶劣天气时可以躲避灾害，通常情况下，遇到这种恶劣天气待在室内才是最安全的。

在软件开发中要利用现有的地图API，针对周围的环境要使用户能够便捷的查询到最近或是最为熟悉的避风场所，用户也能够自己通过查询选择任意场所进行紧急避险。考虑到我国人口众多并且复杂多样的地理环境，智能建筑的选址和建设需要一定的经济支持，并在合理的控制范围内提高避风港的利用效率，比如在一些自然灾害频发的地区和相对而言自然灾害威胁较小的地区要针对性的进行建设，提高资源的利用效率。在避风场所的建设方面需要综合考虑各避风地点的合理分布性，寻求各路径间的“最小生成树”，在完善的基础设施前提下尽量缩减建设成本。正如我们所看到的，中国高铁在世界上处于领先地位，我国目前的高铁路线已经深入到不仅是城市的边缘更是偏远的乡镇城市，基础设施的建设为我国经济的发展带来了巨大的收益，现代化程度不断地提高，极大地方便了人们出行以及生活的方方面面。在避风港基础设施建设方面也理应精益求精，为人民谋利益、谋幸福、求平安。争取建立横跨中国大陆地域上的港湾避难所，真正在危机时刻能有容身之所。

2 需求分析

系统需求分析是针对本次项目的面向对象也就是目标用户进行需求策划，目的是为了更好的满足用户的需求体验，避风港项目是基于Android系统，通过对当下最流行的开源系统平台的应用开发，解决深受自然灾害问题威胁的现实情况，方便用户进行有效避难，基于现实需要进行开发，具有现实的可行性。目前是针对于自然灾害频发的地区，加快此部分地区的基础设施建设，在一定程度上将损失以及造成的后果严重性降到最低，后期关于人群的疏散以及逃生路径的选择还需要考虑各方面的因素，因为现代化的发展趋势下，存在大量事先划分好功能设施的场所，并且各地区大部分城市建筑密度大且人口分布密集，可用的土地资源是相对有限的，寻找合适的场所进行规划，政府在这一基础建设方面也需要开展相关工作。

2.1 互联网国内外发展现状

互联网技术是人类智慧、当代先进生产力的重要标志。目前层出不穷的应用软件不断更新着人们的认知和需求，当今全球气候变化大，自然灾害频繁，若可以预先知道灾难什么时候会降临，或许就能及时避开减少损失。在科技及通讯发达的今天，已经开发出不少关于灾难预警的手机App应用软件，通过App进行及时的消息推送，收到预警并得以逃生。对国内外发展现状的分析主要是举例国内外比较具有知名度的App应用，不可置疑的是，这些App都在一定程度上减少了自然灾害为人类带来的风险和损失，都是值得推广和学习的。

2.2 国内发展现状

国内的灾害预警App开发种类繁多，不仅是在自然灾害方面，在谨防诈骗的方面也卓有成效。由成都高新减灾研究所出的手机App“地震预警”（ICL），这款App就是针对于地震灾害的预警提示App，该预警系统已经经过超万次实际地震的公开检验，并能够成功预警网内所有破坏性地震。能够预警灾害的发生但是在灾害发生时能够容纳逃生人员的灾难避难所设施并没有相对完善。我们都清楚在大数据的今天，互联网带给我们的可能性是我们需要不断去探索的，真正的利用好这一优势，对于人类来说是十分有益的，未来科技的发展可能会给我们带来更对的可能。因此，在开发专门的互联网“避风港”智能控制系统的同时完善基础的避风港建设具有现实可行性，能提高应对自然灾害的防避水平。

2.3 国外发展现状

美国进入产业互联网较早，其产业基础好，互联网在产业领域的应用也相对成熟。目前美国和欧洲都存在传统互联网介入产业互联网的状况，同时，传统的实体企业也开始熟练的应用互联网工具，改变自己的生产和经营模式，从而形成了相辅相成的产业互联网态势。

国外关于自然灾害类型的App应用开发现状，以日本为例。日本是一个自然灾害频发的国家，但它们的防护预警工作做的非常好，灾害预警软件起到了不可忽视的作用。“防灾情报全国避难所”App通过查询自己住的地方的周边环境便可以很清晰的看到自己所处位置周边的避难所，也可以选择任意位置进行避难所搜索，在地震灾害发生时可以帮助人们尽快逃难。“防灾速报”App灾难涵盖面相较而言又更为广泛，包括台风、地震、火山喷发、洪水、海啸甚至于周边灾害它都会有提醒。日本不仅对国内灾害避险有针对性的措施，对国外游客的人身安全也考虑周全并开发了一款面向中国游客、集防灾避难与旅游观光为一体的手机App，在语言和习惯上都面向中国游客需求进行设计，具有极强的实用性，也顺应了当下随着旅游业的不断发展，人们也会对旅行安全等方面的条件有所顾虑，因此，针对此类安全防范领域的App软件开发设计是适合广泛开发和应用的。

3 总体设计

3.1 设计构思

在“避风港”智能控制系统的设计方面，主要针对于用户手机客户端和电脑在线网站。通过实时地图显示并设计强恶劣天气及时提醒，当用户在露天场合或者其他情况下需要尽快发现最近的遮挡处或是休息以及物资提供处可以通过点击手机App查看具体的位置。在软件LOGO的设计方面采用大量和自然环境相关的要素，能够直白的传达软件的设计目的和理念[2]。在软件UI风格的设计时，整体上避风港智能控制软件会采用相对简洁庄重的色调并更加注重实用性，减少繁杂且不必要的开发部分，有针对的提高智能控制系统风险预警功能和灾害预警消息传递。其开发思路如下：（1）先对整体需求确定，确定整体包含哪些模块，每个功能模块对应功能是什么，需要什么数据以及数据之间的逻辑；（2）分析具体模块对应的内容，按模块去分析细节问题，如，数据格式、数据的计算方式；（3）将模块进行一个最小的一个拆分，实现功能可控；（4）细化每一个开发的细节；（5）考虑开发过程中出现的问题，评估影响的范围，以及对应的解决方案；（6）写出详细的文档步骤，方便后续开发，以及满足测试，形成组织过程资产；（7）对功能中算法的实现，前期对算法有充分了解，满足开发要求[3]。

3.2 创新之处

“避风港”智能控制系统与传统建筑相似之处在于同样有避风挡雨的效果；相较传统建筑创新之处在于，避风港结合了互联网技术，人们可以在手机App上查看避风港的具体位置，能用手机App控制避风港内的空调系统以及座椅的开关。相比于普通的预警App而言，避风港系统目的通过最为及时的推送，包括国内外自然环境等新闻资讯，同时提供给用户天气资讯，用户能够实时观测天气变化状况。

4 详细设计

4.1 数据库结构

数据库的开发是整个“避风港”项目的重中之重，在这个阶段我们会主要的去进行一系列相关数据的查找和整理，分析各项数据的处理流程，解决最基本的内容需求，包括用户的信息和针对用户需求所设计的各类子表，确定各个实体之间的关联和各个实体的属性字段等。系统实体分析，系统的实体包括以下几个部分：天气预报、时事新闻、路径搜索、地图。实体产生的行为：实体的行为包括对于避风港路径搜索、近期天气预报获取、时事新闻的浏览、查看周围地图详情。

4.2 操作流程设计

4.2.1 注册流程

实现用户的注册，首先输入好用户名和密码，若是用户名已经存在，则需要重新输入，若是不存在，则判断密码和确认密码是否一致，如若密码输入不一致则需重新输入，如若一致则注册成功，注册流程图如图1所示。

图1 注册流程图Fig.1 Registration flow chart

4.2.2 登录流程

实现用户的登录，首先输入用户名和密码，判断用户名是否存在，若不存在则需要重新输入用户名，如若存在，则判断用户密码是否正确，如若不正确，则需要重新输入密码，如若正确则登录成功，登录流程图如图2所示。

图2 登录流程图Fig.2 Login flow chart

4.2.3 修改密码流程

实现用户密码的修改，首先选中所要修改的用户密码信息表中的所要修改行，对密码信息进行修改，然后点击确定，新密码与确认密码信息一致，旧密码输入正确，即可修改成功。

4.3 数据结构

避风港项目的数据结构分为大概4个模块，天气预报模块、时事新闻模块、路径搜索模块以及地图模块，各模块的具体含义如表1所示，同时包含数据结构的基本组成。在路径探索的实现上利用最短路径来构建最小的生成树，为用户推送出距离最近的避风港位置。用户进行目标点查找时通过该算法实现最优方案，具体如表1所示。

表1 避风港项目数据结构表Tab.1 Data structure of shelter project

5 结语

本次系统设计以“基于互联网的‘避风港’智能控制系统的设计与实现”为题，在正式进行开发之前我们基本对本系统要实现的功能进行了设计，包括各模块要实现的主要功能以及各页面的交互。作为避风港智能化控制系统，基本的功能要求是能够查询满足用户需求的最近的避风地点，在基本功能的实现基础上增加扩展功能，如天气预报展示模块、时事新闻速递模块，用户能够了解到最新的天气及新闻动态，方便用户进行信息浏览，获取最新动态；除此之外，在路径搜索模块以及地图模块，用户能够实时有效的查看周边地区的环境情况，支持搜索和路径的导航。此次设计过程中遇到了不少难以解决的困难，避风港智能化控制系统若增设用户信息模块则需要存储大量的用户信息数据，如何实现用户信息的安全和基本的界面设计，都是需要考虑和解决的。遇到问题解决问题令我感到不仅是知识方面的收获，更是自我能力的提升，是对自我学习成果的一种认可。

引用

[1]高歌,赵珊珊,李莹.近十年来我国主要气象灾害特点及影响[J].中国减灾,2012(3):15-17.

[2]张云健.计算机软件Java编程特点及其技术应用[J].信息与电脑,2019(13):97-98.

[3]刘学玉.JAVA编程语言在计算机软件开发中的应用[J].电子技术与软件工程,2022(1):57-60.