摘要：開展農(nóng)田地膜信息監(jiān)測(cè)對(duì)科學(xué)使用地膜和治理農(nóng)田白色污染具有重要意義。針對(duì)山東省農(nóng)田地膜使用監(jiān)測(cè)管理情況，利用信息技術(shù)與機(jī)器學(xué)習(xí)方法等手段，提出基于Springboot+Mysql+Mybatis為系統(tǒng)架構(gòu)的山東省地膜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究模式，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能涵蓋地膜使用監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的全部?jī)?nèi)容，包括地膜生產(chǎn)企業(yè)、地膜生產(chǎn)使用、回收與殘留等全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)報(bào)表的接收、上報(bào)、數(shù)據(jù)審核校驗(yàn)。同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)綜合分析，上報(bào)情況的統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)企業(yè)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)、審核單位和質(zhì)量控制單位的基礎(chǔ)信息管理，依托地膜使用監(jiān)測(cè)上報(bào)數(shù)據(jù)，利用R語(yǔ)言對(duì)殘留量與各類因子進(jìn)行相關(guān)性分析以及方差分析，進(jìn)一步精準(zhǔn)農(nóng)田地膜殘留量預(yù)測(cè)模型設(shè)計(jì)。以2021年山東省農(nóng)田地膜殘留監(jiān)測(cè)信息為依據(jù)，試運(yùn)行系統(tǒng)，覆蓋全省16地市122縣，可實(shí)現(xiàn)地膜全產(chǎn)業(yè)鏈監(jiān)測(cè)與信息共享，為地膜科學(xué)使用與管理提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：地膜殘留；功能設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)分析；數(shù)據(jù)上報(bào)；污染防控

中圖分類號(hào)：TP3; S223.5" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " 文章編號(hào)：2095?5553 （2024） 08?0302?06

Design and implementation of monitoring system for farmland plastic film use information

Xu Jing1， Sun Chitao2， 3， Wang Peng2， Yin Hang2， Mi Qinghua3， Liu Pingzeng1

（1. School of Information Science and Engineering， Shandong Agricultural University， Tai'an， 271018， China;2. College of Water Conservancy and Civil Engineering， Shandong Agricultural University， Tai'an， 271018， China;3. Key Laboratory of Agricultural Film Application， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Tai'an， 271018， China）

Abstract： Conducting monitoring of agricultural film information is crucial for the scientific use of plastic mulch and the management of agricultural plastic pollution. In response to the monitoring and management of plastic mulch use in Shandong Province， this study leverages information technology and machine learning methods to propose a monitoring system architecture based on Springboot+Mysql+Mybatis. The system's functionalities encompass the entire network of plastic mulch usage monitoring， including the reception， reporting， and data verification of key business data reports across the full industry chain encompassing plastic film production companies， usage， recycling， and residues. It also facilitates comprehensive data analysis， statistical reporting， and basic information management of production enterprises， monitoring stations， audit units， and quality control units. Utilizing R language， the system employs data from the plastic mulch usage reports to conduct correlation and variance analyses on residue levels and various factors， further refining the prediction model for residual amounts of agricultural film. With the plastic mulch residue monitoring data from Shandong Province in 2021 as a basis， the system was pilot tested， covering 16 cities and 122 counties across the province， enabling comprehensive monitoring and information sharing across the entire plastic mulch industry chain and providing technical support for the scientific use and management of plastic mulch.

Keywords： residual plastic film; function design; analysis of data; data reporting; pollution control

0 引言

農(nóng)田地膜覆蓋栽培技術(shù)具有增溫、保墑、抑制雜草、提高農(nóng)作物產(chǎn)量等優(yōu)點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。目前，農(nóng)田地膜大多以聚乙烯為原料，在自然條件下很難降解，該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中存在重使用、輕回收的現(xiàn)象，導(dǎo)致地膜殘留逐年加重，由此引起的土壤結(jié)構(gòu)、根系發(fā)育、作物生長(zhǎng)等一系列問(wèn)題逐漸引起人們的重視。山東是農(nóng)膜使用大省，2022年，全省農(nóng)膜總用量為254 kt，占全國(guó)總用量的10.69%。其中地膜使用量為86 kt，覆蓋面積1 519.3 khm2，分別占全國(guó)的6.41%，8.70%。針對(duì)地膜殘留數(shù)據(jù)開展高效收集方法和統(tǒng)計(jì)分析研究具有重要意義。

在殘膜高效識(shí)別方面，陳墨[1]通過(guò)對(duì)目前棉田殘膜量的研究方法進(jìn)行對(duì)比后提出一種圖像識(shí)別方法，并設(shè)計(jì)出一款自動(dòng)識(shí)別春耕后棉田土壤中白色碎膜的重量與自動(dòng)分析數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。Levin等[2]利用地膜的光譜輻射特性和AIS-ES光譜影像來(lái)分析地膜的識(shí)別精度，最高可以達(dá)到90%。哈斯圖亞[3]、羅琪[4]提出了人工測(cè)量、無(wú)人機(jī)遙感，高光譜成像等田間殘膜污染評(píng)估方法。在地膜殘留量影響因素分析方面，杜澤玉等[5]通過(guò)選擇研究對(duì)象為河西走廊張掖綠洲105個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，結(jié)果表明，西北地區(qū)的地膜殘留量高于東南地區(qū)，總體呈高斯模型分布。地膜殘留量受地膜覆蓋方式、地膜覆蓋年份和主要作物的影響是決定性的。主要作物為玉米時(shí)，地膜殘留量最多。宋占麗等[6]針對(duì)不同地域不同種植作物等進(jìn)行地膜殘留取樣和影響因素分析，確認(rèn)主要影響因子。Li等[7]使用隨機(jī)抽樣家庭調(diào)查數(shù)據(jù)探索地膜使用和回收的關(guān)鍵影響因素，采用二元logistic回歸模型分析了地膜使用和回收的特點(diǎn)。Zhang等[8]采用農(nóng)場(chǎng)調(diào)查、問(wèn)卷調(diào)查和樣方抽樣的方法，在新疆維吾爾自治區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了殘膜狀況及其影響因素。結(jié)果表明，地膜厚度、覆蓋時(shí)間和作物類型都會(huì)影響地膜殘留。膜厚與殘膜量呈顯著負(fù)相關(guān)，而覆蓋年限與殘膜數(shù)量呈顯著正相關(guān)。

目前，高效、精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)地膜使用數(shù)據(jù)信息仍存在較大困難。為進(jìn)一步治理農(nóng)田地膜殘留污染，提升耕地質(zhì)量，2021年山東省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳制定了《山東省農(nóng)田地膜殘留監(jiān)測(cè)實(shí)施方案》，并在全省16個(gè)地市117個(gè)縣設(shè)置815個(gè)地膜殘留監(jiān)測(cè)點(diǎn)，使用現(xiàn)場(chǎng)采樣、人工調(diào)查等方法統(tǒng)計(jì)殘膜數(shù)據(jù)，殘膜數(shù)據(jù)的收集匯總和整理等環(huán)節(jié)尚未實(shí)現(xiàn)信息化。此外，在農(nóng)田地膜使用、回收和殘留殘膜污染監(jiān)測(cè)方面，相關(guān)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)存在分布零散、孤立、無(wú)法及時(shí)分析確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)異常等問(wèn)題[9]。

為全面掌握全省農(nóng)田地膜使用現(xiàn)狀，本研究擬設(shè)計(jì)一套具有數(shù)據(jù)上報(bào)、統(tǒng)計(jì)及分析等功能的地膜監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，以提升山東省農(nóng)田地膜生產(chǎn)、使用、回收和殘留數(shù)據(jù)分析效率和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)水平，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田地膜污染源在大數(shù)據(jù)環(huán)境下的可監(jiān)控與數(shù)據(jù)共享，為農(nóng)田地膜污染綜合治理提供技術(shù)支撐。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

山東省農(nóng)田地膜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涵蓋了地膜生產(chǎn)企業(yè)、地膜生產(chǎn)使用、回收與殘留等全產(chǎn)業(yè)鏈業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)報(bào)表的接收、上報(bào)、數(shù)據(jù)審核與校驗(yàn)、上報(bào)情況統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)綜合分析與決策等主要功能。系統(tǒng)框架包括數(shù)據(jù)應(yīng)用層、數(shù)據(jù)接口層和數(shù)據(jù)采集層（圖1）。此系統(tǒng)使用Java、Python和R語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，通過(guò)系統(tǒng)完成地膜從生產(chǎn)、銷售、使用、回收、殘留等地膜全周期數(shù)據(jù)匯總與分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)以及數(shù)據(jù)溯源。同時(shí)依托地膜監(jiān)測(cè)上報(bào)數(shù)據(jù)，進(jìn)行地膜殘留因素分析，研究分析監(jiān)測(cè)點(diǎn)地膜殘留量年際間變化情況，為加強(qiáng)地膜殘留污染的監(jiān)管、防控及綜合決策提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐，可滿足不同角色工作任務(wù)需求。

1.2 主要流程設(shè)計(jì)

根據(jù)山東省農(nóng)田地膜使用調(diào)查工作開展情況，確定自下而上的數(shù)據(jù)上報(bào)傳輸流程。傳輸過(guò)程可劃分為5個(gè)級(jí)別/節(jié)點(diǎn)，即鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）、縣級(jí)、市級(jí)、承擔(dān)單位、省級(jí)審核單位。在流程設(shè)計(jì)中首先明確了省級(jí)—承擔(dān)單位—市級(jí)—縣—鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）5級(jí)組織結(jié)構(gòu)，之后創(chuàng)建了各級(jí)別用戶，完善包括監(jiān)測(cè)點(diǎn)在內(nèi)的各單位基礎(chǔ)信息，規(guī)范報(bào)送制度，根據(jù)各類需求指標(biāo)設(shè)計(jì)系統(tǒng)上傳報(bào)表，并規(guī)定每個(gè)級(jí)別需要處理的數(shù)據(jù)報(bào)表，按照登錄角色進(jìn)行各級(jí)別業(yè)務(wù)流程處理。根據(jù)審批流程設(shè)計(jì)（圖2），系統(tǒng)引用activity流程引擎，通過(guò)這些API接口平臺(tái)可以快速與地膜系統(tǒng)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的雙向交換、業(yè)務(wù)處理流程等功能?？梢詭椭脩魧?shí)現(xiàn)非常靈活的流程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)規(guī)范化。通過(guò)系統(tǒng)整體功能設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)匯總、信息共享、查詢?yōu)g覽等功能。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總功能結(jié)構(gòu)

依據(jù)山東省農(nóng)田地膜殘留調(diào)查工作的需求分析調(diào)研和現(xiàn)有的系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)，對(duì)地膜殘留監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)為：系統(tǒng)管理、報(bào)表上報(bào)管理、任務(wù)發(fā)布管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、政策法規(guī)5個(gè)功能模塊（圖3），系統(tǒng)根據(jù)不同用戶對(duì)象提供不同的功能，通過(guò)分配不同的角色進(jìn)行功能權(quán)限控制。

2.2 數(shù)據(jù)上報(bào)管理設(shè)計(jì)

報(bào)表上報(bào)管理與報(bào)表接收管理相對(duì)應(yīng)，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)向上傳輸?shù)闹匾δ?。在?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，各級(jí)單位都必須確保報(bào)表數(shù)據(jù)的真實(shí)準(zhǔn)確，因此，各級(jí)單位的領(lǐng)導(dǎo)需對(duì)本級(jí)上報(bào)數(shù)據(jù)負(fù)責(zé)，從而形成了報(bào)表上報(bào)的審批責(zé)任制。與此對(duì)應(yīng)，報(bào)表上報(bào)管理功能[10， 11]主要包括上報(bào)申請(qǐng)、上報(bào)審批、報(bào)表上報(bào)、被退處理、未過(guò)審批處理、上報(bào)歷史瀏覽（圖4）。實(shí)現(xiàn)地膜殘留監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)填報(bào)和地膜生產(chǎn)、使用和回收等多張數(shù)據(jù)填報(bào)功能。系統(tǒng)支持單筆錄入和模板導(dǎo)入功能，同時(shí)數(shù)據(jù)上報(bào)過(guò)程中增加了權(quán)限控制、數(shù)據(jù)完整性和一致性校驗(yàn)的邏輯。

在該模塊中，輸入數(shù)據(jù)有“報(bào)表信息”“修改數(shù)據(jù)”“查詢條件”，輸出數(shù)據(jù)有“待審核報(bào)表”。同時(shí)該模塊還涉及“待報(bào)報(bào)表”“已過(guò)審批報(bào)表”“未過(guò)審批報(bào)表”“被退報(bào)表”“已上報(bào)報(bào)表”五個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件。分類管理數(shù)據(jù)，便于后期數(shù)據(jù)的跟蹤和查驗(yàn)。

2.3 任務(wù)（信息）管理設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)信息共享，以便各級(jí)政府部門能夠及時(shí)掌握山東省地膜殘留整體情況，需對(duì)地膜殘留指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)外發(fā)布。由于新的情況以及工作的需要，經(jīng)常要新增加報(bào)送報(bào)表和新的指標(biāo)，頒布新的運(yùn)行制度，每月都需要向各鎮(zhèn)鄉(xiāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)布相關(guān)報(bào)表的總體報(bào)送情況。只有省局擁有發(fā)布權(quán)限，但鎮(zhèn)鄉(xiāng)可提出在轄區(qū)內(nèi)發(fā)布信息的申請(qǐng)，由省局審批。所有發(fā)布信息的審批權(quán)限都在省局領(lǐng)導(dǎo)。信息發(fā)布管理主要包括發(fā)布申請(qǐng)、發(fā)布審批、正式發(fā)布、發(fā)布信息瀏覽（圖5）。

發(fā)布申請(qǐng)：省局運(yùn)管用戶和鎮(zhèn)鄉(xiāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)用戶通過(guò)發(fā)布申請(qǐng)將需要發(fā)布的信息提交省局運(yùn)管負(fù)責(zé)人審核。發(fā)布審批：省局領(lǐng)導(dǎo)最終決定相關(guān)信息是否能夠?qū)ν獍l(fā)布，若不批準(zhǔn)，該項(xiàng)業(yè)務(wù)完結(jié)。正式發(fā)布：僅省局運(yùn)管用戶擁有該權(quán)限。省局領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)發(fā)布后，由省局運(yùn)管用戶進(jìn)行發(fā)布操作，核定信息發(fā)布對(duì)象，同時(shí)歸檔保存。發(fā)布信息瀏覽：是對(duì)歷史發(fā)布信息操作即內(nèi)容的存檔記錄，可在此快速查詢。

2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析設(shè)計(jì)

2.4.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析包括三部分功能（圖6），分別為圖表統(tǒng)計(jì)、圖形統(tǒng)計(jì)展示和數(shù)據(jù)挖掘分析。對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行明細(xì)以及概要方面的統(tǒng)計(jì)，通過(guò)相關(guān)的數(shù)據(jù)篩選之后進(jìn)行數(shù)據(jù)的圖形化展示。根據(jù)歷史統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘的算法思想進(jìn)行地膜殘留因素挖掘和殘留預(yù)測(cè)。

系統(tǒng)對(duì)完成審核的上報(bào)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的清洗、轉(zhuǎn)換和治理，并按照業(yè)務(wù)需求進(jìn)行邏輯分析，通過(guò)系統(tǒng)集成的開源框架ECharts和Python算法專用的包scikit-learn和pandas，把地膜生產(chǎn)分布、地膜使用量分布、地膜回收和處理分布以及地膜殘留分布、地膜殘留影響因素分析，監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布統(tǒng)計(jì)，上報(bào)數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計(jì)等一系列分析數(shù)據(jù)通過(guò)ECharts插件直觀、生動(dòng)、個(gè)性化的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化圖表展示。同時(shí)系統(tǒng)又集成了在線報(bào)表設(shè)計(jì)功能，方便用戶靈活的提取上報(bào)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析模塊實(shí)現(xiàn)原理如圖7所示。

2.4.2 數(shù)據(jù)相關(guān)性分析

在數(shù)據(jù)分析模塊中，需要采用相關(guān)性分析方法[12， 13]，對(duì)地膜監(jiān)測(cè)點(diǎn)上報(bào)的殘膜數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，終止異常數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)通過(guò)校驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、分類，采用多變量相關(guān)性分析、方差分析、線性回歸分析等方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析功能。

目前，對(duì)數(shù)據(jù)之間進(jìn)行相關(guān)性分析主要采用皮爾遜（Pearson）系數(shù)或斯皮爾曼（Spearman）等級(jí)相關(guān)系數(shù)。本研究采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)進(jìn)行分析。皮爾遜相關(guān)系數(shù)定義為兩個(gè)變量之間的協(xié)方差和標(biāo)準(zhǔn)差的商。

1） 殘膜數(shù)據(jù)影響因子分析?；谏蠄?bào)系統(tǒng)的農(nóng)田地膜殘留量及監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、分類和整理，對(duì)因變量殘留量與其他自變量（地塊與住處距離、耕地面積、播種面積、第一茬覆膜量、第一茬播種面積、覆膜年限、地膜使用周期、成本、殘膜回收量等）進(jìn)行相關(guān)性分析（皮爾遜相關(guān)系數(shù)、斯皮爾曼等級(jí)相關(guān)系數(shù)）和方差分析（自由度、平方和、均方、F值、P值以及殘差）并繪制矩陣散點(diǎn)圖及分布圖（圖8）。從表1可以看到，殘留量與覆膜年限呈正相關(guān)，與地膜使用周期呈負(fù)相關(guān)。

2） 殘膜數(shù)據(jù)多因素方差分析。利用R語(yǔ)言軟件中的Aov函數(shù)構(gòu)造方差分析，Summary函數(shù)可用于獲得描述性統(tǒng)計(jì)，提供數(shù)字變量的最小值、最大值、四分位數(shù)和平均值以及因子向量和邏輯向量的頻率統(tǒng)計(jì)。根據(jù)運(yùn)行出來(lái)的結(jié)果判定相關(guān)性高低，殘差（Residual）是真實(shí)值與預(yù)測(cè)值之間的差，五個(gè)分位的值越小模型越精確，結(jié)果如表2所示。

由上述整體相關(guān)性分析以及方差分析結(jié)果可知，因變量殘留量和覆膜年限、種植作物、土壤質(zhì)地以及灌溉方式呈強(qiáng)相關(guān)，與地膜使用周期呈弱相關(guān)。殘膜數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析可為后續(xù)地膜殘留量預(yù)測(cè)模型構(gòu)建提供依據(jù)。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

管理員登錄系統(tǒng)，進(jìn)入系統(tǒng)主頁(yè)面（圖9），用戶可以根據(jù)自己的習(xí)慣設(shè)置主頁(yè)面展示內(nèi)容，如任務(wù)辦理、監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖、上報(bào)數(shù)據(jù)匯總、地膜殘留因素分析以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)地膜殘留量、地膜生產(chǎn)企業(yè)分布、地膜使用情況等。

3.1 數(shù)據(jù)上報(bào)實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)上報(bào)模塊包括數(shù)據(jù)填報(bào)、數(shù)據(jù)審核、數(shù)據(jù)匯總查詢，實(shí)現(xiàn)地膜監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)填報(bào)和地膜生產(chǎn)使用和回收等多張數(shù)據(jù)填報(bào)。系統(tǒng)支持單筆錄入和模板導(dǎo)入功能，數(shù)據(jù)填報(bào)填寫完畢點(diǎn)擊“立即提交”，數(shù)據(jù)進(jìn)入5級(jí)審批流?？梢赃M(jìn)行單筆審核也可以批量審核，審核回退是逐級(jí)退回，同時(shí)數(shù)據(jù)上報(bào)過(guò)程中增加了權(quán)限控制、數(shù)據(jù)完整性和一致性校驗(yàn)的邏輯。

3.2 數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)

在數(shù)據(jù)分析功能實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)主要集成Python中機(jī)器學(xué)習(xí)算法專用的包scikit-learn和pandas，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析中的影響因子分析和算法模型構(gòu)建。通過(guò)集成ECharts插件和在線報(bào)表設(shè)計(jì)插件，將數(shù)據(jù)分析技術(shù)與圖形技術(shù)結(jié)合來(lái)清晰有效地對(duì)分析結(jié)果信息進(jìn)行解讀和傳達(dá)。如任務(wù)完成情況、監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布圖、上報(bào)數(shù)據(jù)匯總、地膜殘留因素分析、監(jiān)測(cè)點(diǎn)地膜殘留量變化、匯總分析全省“一張圖”、影響因子分析與地膜殘留預(yù)測(cè)等一系列功能，能夠多方位、多角度、全景展現(xiàn)各項(xiàng)指標(biāo)，實(shí)時(shí)監(jiān)控，動(dòng)態(tài)一目了然（圖10、圖11）。

3.3 軟件實(shí)現(xiàn)

采用Springboot+Mybatis+Mysql+Thymeleaf的開發(fā)框架，用IntelliJ IDEA工具進(jìn)行軟件開發(fā)，Web應(yīng)用服務(wù)器采用Tomcat。該系統(tǒng)服務(wù)器端核心程序建立在J2EE平臺(tái)上，主要采用MVC設(shè)計(jì)模式。模型層使用Mybatis來(lái)負(fù)責(zé)對(duì)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的實(shí)體類進(jìn)行操作以訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，控制層使用 Springboot框架，主要負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)中的流程管理、實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯。視圖層使用模板引擎Thymeleaf實(shí)現(xiàn)與用戶的交互。數(shù)據(jù)庫(kù)采用Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.4 系統(tǒng)功能應(yīng)用驗(yàn)證

系統(tǒng)試運(yùn)行期間系統(tǒng)功能數(shù)據(jù)展示如圖12、圖13所示。

本系統(tǒng)于2022年10月初進(jìn)行了試運(yùn)行，山東省農(nóng)田地膜監(jiān)測(cè)項(xiàng)目組成員聯(lián)合全省16個(gè)地市122個(gè)縣、區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局的相關(guān)工作人員按照要求進(jìn)行系統(tǒng)功能測(cè)試，參與系統(tǒng)試運(yùn)行用戶數(shù)量達(dá)到130。工作人員全面測(cè)試線上數(shù)據(jù)模板上報(bào)、逐級(jí)審批、數(shù)據(jù)驗(yàn)證、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)展跟蹤、數(shù)據(jù)多維度匯總等功能，系統(tǒng)試運(yùn)行期間整體功能完善、穩(wěn)定。對(duì)于省地膜生產(chǎn)企業(yè)、產(chǎn)量、銷售、使用和回收處理以及土地農(nóng)膜殘留等相關(guān)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的多方位分析、交叉數(shù)據(jù)驗(yàn)證和數(shù)據(jù)的深度挖掘等和預(yù)期效果一致。

4 結(jié)論

為提升山東省農(nóng)田地膜使用信息上報(bào)以及數(shù)據(jù)分析效率，利用信息技術(shù)與機(jī)器學(xué)習(xí)方法等現(xiàn)代信息技術(shù)，提出基于Springboot+Mysql+Mybatis為框架的山東省農(nóng)田地膜殘留監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)。

1） 本系統(tǒng)采用Java、Python和R語(yǔ)言等軟件工具，系統(tǒng)完成地膜從生產(chǎn)、銷售、使用、回收、殘留等地膜全周期的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與匯總分析、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享、數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)以及地膜全周期的數(shù)據(jù)溯源。

2） 通過(guò)對(duì)上報(bào)的農(nóng)田地膜殘留基本信息篩選、分類，并對(duì)因變量地膜殘留量與自變量進(jìn)行多變量相關(guān)性分析、方差分析、線性回歸分析，最后構(gòu)建擬合度較高的回歸模型，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘的算法對(duì)地膜殘留進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，為政策制定和實(shí)施提供科學(xué)依據(jù)。

3） 系統(tǒng)試運(yùn)行后功能測(cè)試顯示系統(tǒng)性能穩(wěn)定，能夠滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控和多維數(shù)據(jù)分析的需求，為地膜使用和殘留監(jiān)測(cè)提供有效的技術(shù)支持。

隨著系統(tǒng)的不斷應(yīng)用和數(shù)據(jù)的積累，可持續(xù)優(yōu)化模型，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量。同時(shí)，隨著地膜產(chǎn)業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)的不斷完善，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)地膜從生產(chǎn)、銷售、使用、回收、殘留全產(chǎn)業(yè)鏈的地膜溯源，為農(nóng)田地膜污染綜合治理提供更強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

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