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摘要:針對農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)網(wǎng)絡不安全和不可信的問題，在大數(shù)據(jù)技術(shù)下針對農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全優(yōu)化進行了研究。農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)主要包括車載端信息采集系統(tǒng)、監(jiān)控信息管理系統(tǒng)和客戶端監(jiān)控系統(tǒng)。為了提高農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全性，除了對網(wǎng)絡進行安全設計外，還采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型對網(wǎng)絡安全進行評價，并對網(wǎng)絡安全態(tài)勢預測模型進行了設計。為了驗證農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)的性能和網(wǎng)絡安全性，對其進行農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)網(wǎng)絡安全評價試驗和農(nóng)機調(diào)度試驗。試驗結(jié)果表明:農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)網(wǎng)絡較為安全，可高效完成農(nóng)機調(diào)度任務。

關(guān)鍵詞:農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng);大數(shù)據(jù)技術(shù);網(wǎng)絡安全優(yōu)化;人工神經(jīng)網(wǎng)絡

0引言

隨著我國土地政策的實施，農(nóng)村勞動力逐漸向城市轉(zhuǎn)移，勞動力的急劇減少導致農(nóng)村的耕種土地由分散種植轉(zhuǎn)變?yōu)榧薪?jīng)營的方式［1］。隨著機械化的發(fā)展，農(nóng)機的規(guī)模化使用和跨區(qū)作業(yè)已成為新的發(fā)展趨勢。我國南北氣候、農(nóng)作物種類和收獲季節(jié)的不同，導致農(nóng)忙季節(jié)農(nóng)機資源不能合理配置，嚴重制約了農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展。農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)是近年來發(fā)展起來的用于輔助農(nóng)業(yè)管理人員進行農(nóng)機管理和調(diào)度的系統(tǒng)，可通過將遙感技術(shù)(RS)、地理信息技術(shù)(GIS)和GPS技術(shù)應用于農(nóng)業(yè)，有效提升農(nóng)機作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量［2］。為了適應多元化的市場需求，我國還將大數(shù)據(jù)技術(shù)應用于農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)，即農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)將農(nóng)機的實時位置信息和作業(yè)狀態(tài)在云平臺進行存儲，并對信息進行分析整合，可以快速根據(jù)農(nóng)戶需求配置就近位置農(nóng)機，并確定行駛路線等相關(guān)信息。大數(shù)據(jù)在農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)的應用是基于因特網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，其主要目的在于資源共享、互操作和互聯(lián)，但也容易導致網(wǎng)絡不安全和網(wǎng)絡不可信，出現(xiàn)用戶信息泄漏等狀況，威脅農(nóng)戶安全。提高計算機的智能化和免疫性是提高網(wǎng)絡安全的有效措施。目前，我國傳統(tǒng)的安全策略技術(shù)發(fā)展較為成熟，已將其應用于構(gòu)建可信網(wǎng)絡，自動判斷行為的合法性。但是，該技術(shù)還未在農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)進行應用，因此筆者將基于大數(shù)據(jù)技術(shù)對農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全優(yōu)化進行研究。

1農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)設計

1．1總體結(jié)構(gòu)設計

所設計的農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)基于C/S架構(gòu)建設，主要包括3部分，分別是車載端信息采集系統(tǒng)、監(jiān)控信息管理系統(tǒng)和客戶端監(jiān)控系統(tǒng)，如圖1所示。

1．2車載端信息采集系統(tǒng)

車載端信息采集系統(tǒng)是安裝在農(nóng)機上的，集成了GPS定位模塊、傳感器模塊、GPRS通信模塊和報警模塊等終端設備，可實現(xiàn)農(nóng)機注冊、農(nóng)機數(shù)據(jù)采集、報警和作業(yè)排班的功能。1)農(nóng)機注冊:當系統(tǒng)搭建完成后，首先將農(nóng)機的車牌號和型號在系統(tǒng)內(nèi)進行注冊，而后調(diào)度系統(tǒng)才可對該農(nóng)機進行監(jiān)控、調(diào)度、信息管理等一系列操作。2)農(nóng)機數(shù)據(jù)采集:主要是對農(nóng)機的地理位置、作業(yè)狀態(tài)等進行采集。其中，GPS定位模塊用于確定地理位置、移動距離等信息;傳感器模塊可根據(jù)采集的信息種類進行安裝，包括時鐘用于確定工作時間和工作中止時間、速度傳感器用于確定行駛速度、羅盤用于確定行駛方向;同時，還可綜合以上信息，確定單位時間工作量。數(shù)據(jù)采集完成后，通過GPRS通信模塊完成數(shù)據(jù)的傳輸。該系統(tǒng)的網(wǎng)絡需要滿足TCP/IP協(xié)議，且定義數(shù)據(jù)傳輸時定義Http協(xié)議。為了保證網(wǎng)絡的安全性，采用基于角色的訪問控制技術(shù)(BRAC)對農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)進行控制，防止非法用于進入系統(tǒng)進行使用和信息篡改［3］。該訪問技術(shù)引入角色作為媒介，通過給用戶分配適當?shù)慕巧M行授權(quán)管理，這種方式具有可操作性強和管理性強的優(yōu)點?；诮巧脑L問控制技術(shù)(BRAC)的控制方式如圖2所示，由此產(chǎn)生的可信網(wǎng)絡流程如圖3所示。3)農(nóng)機報警和作業(yè)排班:在車載端還設置了農(nóng)機報警功能，當農(nóng)機作業(yè)出現(xiàn)故障或突發(fā)情況時可自動報警，或者當駕駛員發(fā)現(xiàn)農(nóng)機運行故障時可人工進行報警，并由維修人員盡快的入場維修，保證生產(chǎn)的正常進行。作業(yè)排班是通過中心控制模塊對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行綜合分析，根據(jù)農(nóng)場的位置和作業(yè)量篩選農(nóng)機，求出農(nóng)機調(diào)度的最優(yōu)解決方案，并將作業(yè)排班發(fā)送至機手和農(nóng)場主。

1．3監(jiān)控端信息管理系統(tǒng)

監(jiān)控端信息管理系統(tǒng)是整個農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)的核心控制單元，包括中心控制模塊、農(nóng)機信息管理模塊、生成調(diào)度模塊和機手信息模塊。其中，中心控制模塊根據(jù)采集到的有關(guān)農(nóng)機調(diào)度數(shù)據(jù)，包括待作業(yè)農(nóng)田面積、農(nóng)場預計作業(yè)時間、農(nóng)機作業(yè)效率、農(nóng)機轉(zhuǎn)移成本等信息，并調(diào)用數(shù)據(jù)庫相關(guān)信息［4－5］，通過設定算法自動計算最優(yōu)路徑，并分別將相關(guān)數(shù)據(jù)傳遞至各功能模塊。

1．4客戶端監(jiān)控系統(tǒng)

客戶端監(jiān)控系統(tǒng)主要用于對農(nóng)機的作業(yè)狀態(tài)、位置等進行遠程監(jiān)控，同時根據(jù)需要進行農(nóng)機路徑回放，發(fā)現(xiàn)異常時進行報警以及管理人員信息統(tǒng)計和變量要素收集等?？蛻舳诉€可用于發(fā)布調(diào)度信息，傳達調(diào)度指令，達到對農(nóng)機的實時調(diào)度。農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)各模塊可實現(xiàn)功能如圖4所示。

2農(nóng)機調(diào)度網(wǎng)絡安全評價算法設計

農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)的網(wǎng)絡規(guī)模較大，涉及到數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡、電子地圖和大數(shù)據(jù)等，網(wǎng)絡安全問題尤為重要。雖然已經(jīng)采取舉措提高網(wǎng)絡安全性，但需要對網(wǎng)絡安全進行評價，以確保網(wǎng)絡安全的有效性。為此，本文將采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型對網(wǎng)絡安全進行評價［6－7］。

2．1態(tài)勢權(quán)重分析模型設計

神經(jīng)網(wǎng)絡算法是在神經(jīng)網(wǎng)絡的每個層次設置權(quán)重系數(shù)，利用一定數(shù)量的學習樣本，按照制定的學習規(guī)則進行網(wǎng)絡學習，從而保證神經(jīng)網(wǎng)絡學習的準確性。在神經(jīng)網(wǎng)絡的基礎上，將信號流采用反向傳播的方式即為BP神經(jīng)網(wǎng)絡。因此，該態(tài)勢權(quán)重分析算法共包含兩部分:一是權(quán)重信息的正向傳播;二是誤差信號流反向傳遞。最終確定該態(tài)勢權(quán)重分析的流程如圖5所示。在該神經(jīng)網(wǎng)絡中，隱含層個數(shù)大于1，若隱含層單元的個數(shù)較多，則可通過調(diào)整激勵函數(shù)和集成函數(shù)，使態(tài)勢權(quán)重函數(shù)達到任意要求的精度。假設神經(jīng)網(wǎng)絡從某時刻計時后第m時刻的輸入為整數(shù)，則定義S=1;若網(wǎng)絡輸出為態(tài)勢值，則定義T3=1。同時，規(guī)定網(wǎng)絡每層神經(jīng)元權(quán)值分別為M1、M2、M3，閥值分別為a1、a2、a3，每層神經(jīng)元的個數(shù)為Ni(i=1、2、3)，i為層數(shù)。此時，神經(jīng)網(wǎng)絡變換函數(shù)為由此確定神經(jīng)網(wǎng)絡下的態(tài)勢權(quán)重分析結(jié)構(gòu)，如圖6所示。神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入值為x，第1層網(wǎng)絡態(tài)勢神經(jīng)元的輸出為b1i(i=1，2，…，T1)，第2層網(wǎng)絡態(tài)勢神經(jīng)元的輸出為b2i(i=1，2，…，T2)，第3層網(wǎng)絡態(tài)勢神經(jīng)元的輸出為b3i(i=1，2，…，T3);第1層和第2層的神經(jīng)元輸出值分別作為第2層和第3層神經(jīng)元的輸出值。以上3層神經(jīng)網(wǎng)絡數(shù)學模型可以確定為b1=f1(lM1，1p+b1)，b2=f2(lM2，1b1+a2)，b3=f3(lM3，2b2+a3)

2．2網(wǎng)絡安全態(tài)勢預測模型設計

通過獲取網(wǎng)絡環(huán)境的元素，對網(wǎng)絡安全機型感知是最基礎的;在網(wǎng)絡安全感知的基礎上，還需要整合相關(guān)數(shù)據(jù)并對其分析，預測網(wǎng)絡安全的發(fā)展趨勢［7］。為此，將采用模糊推理技術(shù)對網(wǎng)絡安全態(tài)勢模型進行預測［8］，簡稱神經(jīng)網(wǎng)絡驅(qū)動模糊推理技術(shù)。該網(wǎng)絡數(shù)據(jù)滿足以下要求，即其中，s為規(guī)則總數(shù)量;Am為滿足要求網(wǎng)絡前提的模糊集合;NNm為由BP神經(jīng)網(wǎng)絡確定的函數(shù)結(jié)構(gòu)。該模型訓練過程如下:1)首先將數(shù)據(jù)分為訓練數(shù)據(jù)和校驗數(shù)據(jù)。2)定義向量ri=(r1i，r2i，．．．，rsi)T，rmi=1，rki=0，m≠k。3)將訓練數(shù)據(jù)(xi，ri)，i=1、2、…、Nt輸入網(wǎng)絡進行訓練。4)訓練完成后，將校驗數(shù)據(jù)xi1，xi2…，xir，i=1，2，…，Nc輸入NNm模型，按照下式計算模型誤差，即將數(shù)據(jù)值采用模糊語言描述，即可預測網(wǎng)絡的安全性。通過上述模型，可以完成對網(wǎng)絡安全的預測。

3試驗結(jié)果

為了驗證該農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)的性能，需要對其進行試驗研究。筆者主要針對農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)進行了設計，針對其網(wǎng)絡安全進行改進;另一方面，對農(nóng)機網(wǎng)絡安全評價態(tài)勢算法進行了設計。因此，本文主要進行農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)網(wǎng)絡安全評價試驗和農(nóng)機調(diào)度試驗。

3．1農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)網(wǎng)絡安全評價試驗

為了驗證農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全性，首先根據(jù)經(jīng)驗對網(wǎng)絡安全的各項指標進行測評，包括物理安全、安全制度、安全技術(shù)和網(wǎng)絡通信。其測評結(jié)果量化值范圍為［0，1］，最終確定量化的安全級別范圍如采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型對大量的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)進行處理，并對其安全等級進行了測試，最終確定本農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)的安全級別評價結(jié)果如表2所示。

3．2農(nóng)機調(diào)度試驗

打開該農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)，與5臺農(nóng)機連接，人工輸入農(nóng)機相關(guān)運行狀態(tài)及農(nóng)機使用需求和農(nóng)田相關(guān)信息，系統(tǒng)界面顯示信息如表3所示。經(jīng)過試驗驗證，該農(nóng)機能夠在5s內(nèi)快速定位可使用農(nóng)機位置，并在3s內(nèi)完成路線規(guī)劃，系統(tǒng)在測試過程中運行正常，試驗結(jié)果無誤，可高效完成農(nóng)機調(diào)度任務。4結(jié)論1)針對農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)網(wǎng)絡不安全和不可信的問題，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)針對農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全優(yōu)化進行了研究。農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)基于C/S架構(gòu)建設，主要包括車載端信息采集系統(tǒng)、監(jiān)控信息管理系統(tǒng)和客戶端監(jiān)控系統(tǒng)。2)為了提高農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)的網(wǎng)絡安全性，除了對網(wǎng)絡進行設計外，還采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型對網(wǎng)絡安全進行評價，并對網(wǎng)絡安全態(tài)勢預測模型進行了設計，以預測網(wǎng)絡安全的發(fā)展趨勢。3)為了驗證該農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)的性能和網(wǎng)絡安全性，對其進行農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)網(wǎng)絡安全評價試驗和農(nóng)機調(diào)度試驗，結(jié)果表明:農(nóng)機調(diào)度系統(tǒng)網(wǎng)絡較為安全，可高效完成農(nóng)機調(diào)度任務。

作者:曹斌 單位:三門峽社會管理職業(yè)學院