曹衛(wèi)華 ，閆中禹

（桂林理工大學(xué)機械與控制工程學(xué)院，廣西 桂林 541006）

隨著新一代信息技術(shù)快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)亟需信息化技術(shù)進行科學(xué)管理決策。國內(nèi)外一些科研機構(gòu)和學(xué)者已研發(fā)了多種農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)，有力地促進了農(nóng)業(yè)信息化水平的提升[1-2]，但是農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)中信息技術(shù)的應(yīng)用依舊存在不充分的情況，如廣西丘陵地區(qū)農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)管理在信息技術(shù)方面存在嚴(yán)重滯后性[3]。因此，本研究在借鑒國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，根據(jù)廣西丘陵地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展情況、農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展水平、區(qū)域地形特征，設(shè)計并開發(fā)了一套適用于指導(dǎo)該區(qū)域農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)的信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)的目的和任務(wù)是為主管部門提供科學(xué)規(guī)劃、信息服務(wù)、政策指導(dǎo)手段，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進行宏觀管理，增強管理決策的科學(xué)性并提高行政效率等；為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供了基于信息處理技術(shù)的快速查詢、分析與預(yù)測等功能，幫助他們對農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)模式進行科學(xué)管理與選擇。

1 信息系統(tǒng)分析和總體設(shè)計

1.1 設(shè)計原則

本系統(tǒng)的設(shè)計要遵循科學(xué)、簡明、實用、通用的原則[4]。首先，系統(tǒng)的功用是為使用者提供查詢、預(yù)測、技術(shù)咨詢和科學(xué)管理決策等服務(wù)，管理決策是一個復(fù)雜的思維操作過程，因此管理決策方法的選用一定要科學(xué)合理；其次，系統(tǒng)設(shè)計若考慮得面面俱到就會造成選用的分析決策的參考因素過多，導(dǎo)致系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)冗余、算法精度下降，故本系統(tǒng)設(shè)計簡化系統(tǒng)目標(biāo)參數(shù)；再次，系統(tǒng)設(shè)計以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者現(xiàn)實中的主要需求為設(shè)計方向，解決數(shù)據(jù)查詢、農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)模式選擇、技術(shù)咨詢等一系列管理決策問題，系統(tǒng)設(shè)計要具有實踐可操作的實用性[5]；最后，對系統(tǒng)的可擴展性和兼容性進行了優(yōu)化，充分考慮了未來可能出現(xiàn)的情況，針對出現(xiàn)的新情況可進行添加和修改，而且開發(fā)的系統(tǒng)程序要可以兼容主流操作系統(tǒng)，具有通用性。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

廣西丘陵地區(qū)農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)模式管理決策信息系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計方法，主要包括系統(tǒng)用戶、數(shù)據(jù)信息維護、服務(wù)業(yè)務(wù)、幫助信息等功能模塊[6]。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

廣西丘陵地區(qū)農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)模式管理決策信息系統(tǒng)下設(shè)四個子功能模塊：

1）系統(tǒng)用戶模塊。該模塊主要用于識別用戶與管理員，識別身份后執(zhí)行不同的登錄界面。其主要功能為以用戶身份登錄進入系統(tǒng)主界面，以管理員身份驗證登錄進行后臺數(shù)據(jù)維護。

2）數(shù)據(jù)信息維護模塊。該模塊的主要功能是對后臺的數(shù)據(jù)進行更新，包括數(shù)據(jù)輸入、信息編輯、記錄刪除、數(shù)據(jù)備份等，系統(tǒng)開發(fā)和運維人員會根據(jù)用戶不斷變化的需求對后臺數(shù)據(jù)進行更新。

3）服務(wù)業(yè)務(wù)模塊。該模塊主要功能是對已有統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行處理，用戶可以通過此模塊進行信息查詢，獲得管理分析決策意見，包括當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟情況查詢、農(nóng)機裝備情況查詢、農(nóng)業(yè)機械化水平綜合評價、地形信息分析以及綜合管理決策意見。

4）幫助信息模塊。該模塊主要是用戶與專家交流意見的窗口，用戶可以通過該模塊與技術(shù)專家對話交流并咨詢留言，以便解決用戶使用系統(tǒng)中遇到的問題并回饋提出的意見。

2 信息系統(tǒng)管理決策功能的實現(xiàn)

本系統(tǒng)管理決策功能的實現(xiàn)主要分為兩大部分：一部分是查詢功能，考慮到數(shù)據(jù)的可獲取性，沒有細(xì)化到縣及鄉(xiāng)鎮(zhèn)，主要是針對廣西壯族自治區(qū)內(nèi)的14個地級市；另一部分是分析決策功能，包括農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展水平的綜合評價、地形信息分析和管理決策意見等功能。

2.1 社會經(jīng)濟情況查詢

社會經(jīng)濟情況良好，生產(chǎn)者一般會選擇機械化作業(yè)，并且更傾向于選擇質(zhì)量更好、效率更高的農(nóng)機裝備，對農(nóng)業(yè)機械化的投入程度也會更高，或?qū)⑵胀ㄞr(nóng)田改造為標(biāo)準(zhǔn)化農(nóng)田，采取合作社形式，從而可選擇全程機械化生產(chǎn)模式。而經(jīng)濟相對落后的地區(qū)，受認(rèn)知水平和經(jīng)濟狀況影響，進行小規(guī)模生產(chǎn)，生產(chǎn)者傾向于傳統(tǒng)的人畜力勞作或部分環(huán)節(jié)選擇機械化生產(chǎn)模式。廣西壯族自治區(qū)內(nèi)14個地級市的社會經(jīng)濟情況采用農(nóng)均收入指標(biāo)，數(shù)據(jù)可從《廣西統(tǒng)計年鑒》中獲取。

2.2 農(nóng)機裝備情況查詢

農(nóng)機裝備情況，主要體現(xiàn)了現(xiàn)有農(nóng)機裝備在廣西農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中技術(shù)方面和經(jīng)濟方面的適應(yīng)性和可行性。區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有農(nóng)機裝備充足，說明具備實現(xiàn)全面和全程機械化生產(chǎn)的可能條件；反之則說明基礎(chǔ)薄弱，實現(xiàn)全面和全程機械化生產(chǎn)的阻力較大。廣西壯族自治區(qū)內(nèi)14個地級市的農(nóng)機裝備情況根據(jù)統(tǒng)計的農(nóng)機原值、農(nóng)機臺套數(shù)和農(nóng)機總功率得出，數(shù)據(jù)可通過農(nóng)機部門統(tǒng)計的數(shù)據(jù)獲取。

2.3 農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展水平的綜合評價

農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展水平綜合評價，可以表現(xiàn)出區(qū)域機械化發(fā)展程度，會影響生產(chǎn)者的認(rèn)知程度和農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)的推廣效果[7]。農(nóng)業(yè)機械化水平評價方法參照農(nóng)業(yè)行業(yè)評價標(biāo)準(zhǔn)種植業(yè)部分的指標(biāo)和評價方法[8]。

2.4 地形信息分析

地形條件是影響農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)的一個很重要的因素，因此農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展很大程度上與坡度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)分布[9]，不同的地形坡度所選擇機械化生產(chǎn)模式不一樣。6°以下的緩坡地或平耕地可選擇大型農(nóng)機具作業(yè)；6°~15°的丘陵地可選擇中小型農(nóng)機具作業(yè)，或改造為緩坡地以更適宜機械化作業(yè)；15°~25°的坡耕地可選擇小型農(nóng)機具作業(yè)，甚至部分環(huán)節(jié)仍采用人蓄力作業(yè)；25°以上的坡耕地不適合作為耕地，推廣機械化作業(yè)難度大[10]。為分析廣西區(qū)域內(nèi)的地形與機械化生產(chǎn)模式的選擇，系統(tǒng)使用GIS（地理信息系統(tǒng)）生成了自治區(qū)內(nèi)14個地級市的地理信息圖，將不同坡度等級用不同的顏色在圖中進行顯示，如圖2所示。用戶可以直觀地了解到廣西區(qū)域內(nèi)的地形條件，選擇適宜的機械化生產(chǎn)模式。

2.2.2治理原理采用工程措施修整侵蝕溝溝體，布設(shè)植物防護體系，恢復(fù)生態(tài)，穩(wěn)固溝體。當(dāng)侵蝕溝坡度較大或者溝體不適宜種植植物時，采取工程措施(削坡、魚鱗坑、水平階等)對侵蝕溝做溝形修飾，從而確保植物措施的實施、成活與生長，發(fā)揮固溝導(dǎo)水作用。

圖2 廣西區(qū)域內(nèi)各地級市地理信息圖

2.5 綜合管理決策意見

農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)模式的選擇受多方面因素影響，綜合地區(qū)社會經(jīng)濟、農(nóng)機裝備情況、機械化發(fā)展水平、地形信息，通過近3年平均數(shù)據(jù)，基于聚類分析算法中的k-means進行綜合計算，分析得出選擇農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)模式的決策意見[11-12]。本研究將廣西壯族自治區(qū)內(nèi)14個地級市的主要農(nóng)作物機械化生產(chǎn)模式分為三類。

第一類為全程機械化生產(chǎn)模式。適宜該模式的地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平良好，農(nóng)民人均純收入在14 000元以上，現(xiàn)有農(nóng)業(yè)機械總動力平均為300萬千瓦以上，農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展水平已在70%左右，地塊平均坡度在6°以下的約占70%，土地較為平整，其境內(nèi)有成片的平原，如潯郁平原、南流江三角洲等平原地區(qū)。該模式的地區(qū)具備了大型農(nóng)機使用的地形條件，農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展?jié)摿υ趶V西處于較高水平，且該地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展情況也可以支撐進一步發(fā)展農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)。

第二類為改地適機全程機械化生產(chǎn)模式。適宜該模式的地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展水平相對較好，農(nóng)民人均純收入在13 000元以上，現(xiàn)有農(nóng)業(yè)機械總動力平均水平為200萬千瓦以上，農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展水平在50%以上，地塊平均坡度在10°~15°占50%以上。處于該模式的地區(qū)耕地細(xì)碎，需進行宜機化地塊整理整治，對地塊進行改造后，可以推廣全程機械化生產(chǎn)。

第三類為以機適地的關(guān)鍵環(huán)節(jié)機械化生產(chǎn)模式。

適宜該模式的地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平相對較低，農(nóng)民人均純收入在8 000元以上，對于耕地的改造難度大，現(xiàn)有農(nóng)機裝備多為小型農(nóng)機，農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展水平低，大部分耕地屬于坡耕地，平均坡度超過15°的占50%以上。處于該模式的地區(qū)地塊細(xì)碎，土地不平整，土地整治成本高?，F(xiàn)有小型化機械作業(yè)雖然一定程度上降低了勞動強度，但作業(yè)效率低，勞動生產(chǎn)率低，全面推廣全程機械化生產(chǎn)難度大，目前可實現(xiàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)機械化生產(chǎn)。

3 信息系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)開發(fā)工具

本研究的系統(tǒng)設(shè)計基于C/S（Client/Server）客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，對機械化生產(chǎn)模式選擇的算法采用C++進行底層開發(fā)，并用Visual Studio進行編譯；采用Qt-Create開發(fā)系統(tǒng)界面，并通過Qt中的接口調(diào)用后臺程序為農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)模式進行智能選擇[13-15]。

3.2 系統(tǒng)應(yīng)用示例

系統(tǒng)總共設(shè)計為四個主要界面，每個界面都有其相對應(yīng)的功能。整個系統(tǒng)界面設(shè)計簡潔直觀、通俗易懂[16]，具體如圖3所示。

圖3 廣西丘陵地區(qū)農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)模式管理決策信息系統(tǒng)界面

登錄界面：登錄界面是決策信息系統(tǒng)的第一個界面，用戶輸入提前預(yù)設(shè)的賬號和密碼，確認(rèn)無誤后點擊登錄即可進入系統(tǒng)，點擊取消則關(guān)閉界面。

社會經(jīng)濟情況界面：此界面左邊是廣西壯族自治區(qū)內(nèi)各行政區(qū)域劃分圖，右邊是參考廣西年鑒數(shù)據(jù)列出的具有代表性的一些指標(biāo)表格，用戶可以方便地獲得相關(guān)參數(shù)。

農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展水平綜合評價界面：用戶根據(jù)提示，按照界面所示文本依次輸入指標(biāo)，點擊確定即可得出地區(qū)的農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展水平。

農(nóng)機裝備查詢界面：用戶可查詢各地現(xiàn)有農(nóng)機裝備情況，目前系統(tǒng)收錄的信息主要有廣西壯族自治區(qū)內(nèi)地級市的農(nóng)機原值、農(nóng)機臺套數(shù)及農(nóng)機總功率等。

地形特征分析界面：界面左邊是使用GIS分析的廣西坡度地形圖，用戶可以直觀地了解廣西壯族自治區(qū)內(nèi)地級市的地形特征。右邊是各地級市的名稱，每個名稱后都有一個查詢按鈕，點擊此按鈕即可得出基于地形的分析意見。

4 結(jié)論

本研究是農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)模式管理決策方法與信息化技術(shù)的結(jié)合，設(shè)計開發(fā)了廣西丘陵地區(qū)農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)模式管理決策信息系統(tǒng)。用戶選擇農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)模式可以更直觀、方便地獲得分析決策意見，實現(xiàn)了信息可視化操作和數(shù)據(jù)的科學(xué)管理，為信息的快速查詢提供了極大的方便，可科學(xué)指導(dǎo)地區(qū)內(nèi)的農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)資源的利用率、減少管理決策的盲目性。本研究的系統(tǒng)有以下特點：

1）該系統(tǒng)收集了大量可靠的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，進行后臺算法運算，能夠直觀、高效地得出查詢結(jié)果。

2）系統(tǒng)功能主要分為查詢和分析決策，查詢功能可以完成數(shù)據(jù)查詢和文檔查詢，分析決策功能可根據(jù)生產(chǎn)實際情況選擇適宜的農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)模式。

3）該系統(tǒng)具有良好的人機交互功能，操作簡單明了，可大范圍推廣使用，推動了信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)中的應(yīng)用。