曹卫华 ，闫中禹

（桂林理工大学机械与控制工程学院，广西 桂林 541006）

随着新一代信息技术快速发展，农业领域的生产亟需信息化技术进行科学管理决策。国内外一些科研机构和学者已研发了多种农业机械化生产信息管理系统，有力地促进了农业信息化水平的提升[1-2]，但是农业机械化生产中信息技术的应用依旧存在不充分的情况，如广西丘陵地区农业机械化生产管理在信息技术方面存在严重滞后性[3]。因此，本研究在借鉴国内外研究成果的基础上，根据广西丘陵地区社会经济发展情况、农业机械化发展水平、区域地形特征，设计并开发了一套适用于指导该区域农业机械化生产的信息系统。该系统的目的和任务是为主管部门提供科学规划、信息服务、政策指导手段，对农业生产进行宏观管理，增强管理决策的科学性并提高行政效率等；为农业生产者提供了基于信息处理技术的快速查询、分析与预测等功能，帮助他们对农业机械化生产模式进行科学管理与选择。

1 信息系统分析和总体设计

1.1 设计原则

本系统的设计要遵循科学、简明、实用、通用的原则[4]。首先，系统的功用是为使用者提供查询、预测、技术咨询和科学管理决策等服务，管理决策是一个复杂的思维操作过程，因此管理决策方法的选用一定要科学合理；其次，系统设计若考虑得面面俱到就会造成选用的分析决策的参考因素过多，导致系统分析数据冗余、算法精度下降，故本系统设计简化系统目标参数；再次，系统设计以农业生产者现实中的主要需求为设计方向，解决数据查询、农业机械化生产模式选择、技术咨询等一系列管理决策问题，系统设计要具有实践可操作的实用性[5]；最后，对系统的可扩展性和兼容性进行了优化，充分考虑了未来可能出现的情况，针对出现的新情况可进行添加和修改，而且开发的系统程序要可以兼容主流操作系统，具有通用性。

1.2 系统结构设计

广西丘陵地区农业机械化生产模式管理决策信息系统采用模块化设计方法，主要包括系统用户、数据信息维护、服务业务、帮助信息等功能模块[6]。系统的总体结构设计如图1所示。

图1 系统总体结构设计

1.3 系统功能模块设计

广西丘陵地区农业机械化生产模式管理决策信息系统下设四个子功能模块：

1）系统用户模块。该模块主要用于识别用户与管理员，识别身份后执行不同的登录界面。其主要功能为以用户身份登录进入系统主界面，以管理员身份验证登录进行后台数据维护。

2）数据信息维护模块。该模块的主要功能是对后台的数据进行更新，包括数据输入、信息编辑、记录删除、数据备份等，系统开发和运维人员会根据用户不断变化的需求对后台数据进行更新。

3）服务业务模块。该模块主要功能是对已有统计数据进行处理，用户可以通过此模块进行信息查询，获得管理分析决策意见，包括当地社会经济情况查询、农机装备情况查询、农业机械化水平综合评价、地形信息分析以及综合管理决策意见。

4）帮助信息模块。该模块主要是用户与专家交流意见的窗口，用户可以通过该模块与技术专家对话交流并咨询留言，以便解决用户使用系统中遇到的问题并回馈提出的意见。

2 信息系统管理决策功能的实现

本系统管理决策功能的实现主要分为两大部分：一部分是查询功能，考虑到数据的可获取性，没有细化到县及乡镇，主要是针对广西壮族自治区内的14个地级市；另一部分是分析决策功能，包括农业机械化发展水平的综合评价、地形信息分析和管理决策意见等功能。

2.1 社会经济情况查询

社会经济情况良好，生产者一般会选择机械化作业，并且更倾向于选择质量更好、效率更高的农机装备，对农业机械化的投入程度也会更高，或将普通农田改造为标准化农田，采取合作社形式，从而可选择全程机械化生产模式。而经济相对落后的地区，受认知水平和经济状况影响，进行小规模生产，生产者倾向于传统的人畜力劳作或部分环节选择机械化生产模式。广西壮族自治区内14个地级市的社会经济情况采用农均收入指标，数据可从《广西统计年鉴》中获取。

2.2 农机装备情况查询

农机装备情况，主要体现了现有农机装备在广西农业生产中技术方面和经济方面的适应性和可行性。区域内现有农机装备充足，说明具备实现全面和全程机械化生产的可能条件；反之则说明基础薄弱，实现全面和全程机械化生产的阻力较大。广西壮族自治区内14个地级市的农机装备情况根据统计的农机原值、农机台套数和农机总功率得出，数据可通过农机部门统计的数据获取。

2.3 农业机械化发展水平的综合评价

农业机械化发展水平综合评价，可以表现出区域机械化发展程度，会影响生产者的认知程度和农业机械化生产的推广效果[7]。农业机械化水平评价方法参照农业行业评价标准种植业部分的指标和评价方法[8]。

2.4 地形信息分析

地形条件是影响农业机械化生产的一个很重要的因素，因此农业机械化发展很大程度上与坡度呈现负相关分布[9]，不同的地形坡度所选择机械化生产模式不一样。6°以下的缓坡地或平耕地可选择大型农机具作业；6°~15°的丘陵地可选择中小型农机具作业，或改造为缓坡地以更适宜机械化作业；15°~25°的坡耕地可选择小型农机具作业，甚至部分环节仍采用人蓄力作业；25°以上的坡耕地不适合作为耕地，推广机械化作业难度大[10]。为分析广西区域内的地形与机械化生产模式的选择，系统使用GIS（地理信息系统）生成了自治区内14个地级市的地理信息图，将不同坡度等级用不同的颜色在图中进行显示，如图2所示。用户可以直观地了解到广西区域内的地形条件，选择适宜的机械化生产模式。

2.2.2治理原理采用工程措施修整侵蚀沟沟体，布设植物防护体系，恢复生态，稳固沟体。当侵蚀沟坡度较大或者沟体不适宜种植植物时，采取工程措施(削坡、鱼鳞坑、水平阶等)对侵蚀沟做沟形修饰，从而确保植物措施的实施、成活与生长，发挥固沟导水作用。

图2 广西区域内各地级市地理信息图

2.5 综合管理决策意见

农业机械化生产模式的选择受多方面因素影响，综合地区社会经济、农机装备情况、机械化发展水平、地形信息，通过近3年平均数据，基于聚类分析算法中的k-means进行综合计算，分析得出选择农业机械化生产模式的决策意见[11-12]。本研究将广西壮族自治区内14个地级市的主要农作物机械化生产模式分为三类。

第一类为全程机械化生产模式。适宜该模式的地区经济发展水平良好，农民人均纯收入在14 000元以上，现有农业机械总动力平均为300万千瓦以上，农业机械化发展水平已在70%左右，地块平均坡度在6°以下的约占70%，土地较为平整，其境内有成片的平原，如浔郁平原、南流江三角洲等平原地区。该模式的地区具备了大型农机使用的地形条件，农业机械化发展潜力在广西处于较高水平，且该地区经济发展情况也可以支撑进一步发展农业机械化生产。

第二类为改地适机全程机械化生产模式。适宜该模式的地区社会经济发展水平相对较好，农民人均纯收入在13 000元以上，现有农业机械总动力平均水平为200万千瓦以上，农业机械化发展水平在50%以上，地块平均坡度在10°~15°占50%以上。处于该模式的地区耕地细碎，需进行宜机化地块整理整治，对地块进行改造后，可以推广全程机械化生产。

第三类为以机适地的关键环节机械化生产模式。

适宜该模式的地区经济发展水平相对较低，农民人均纯收入在8 000元以上，对于耕地的改造难度大，现有农机装备多为小型农机，农业机械化发展水平低，大部分耕地属于坡耕地，平均坡度超过15°的占50%以上。处于该模式的地区地块细碎，土地不平整，土地整治成本高。现有小型化机械作业虽然一定程度上降低了劳动强度，但作业效率低，劳动生产率低，全面推广全程机械化生产难度大，目前可实现关键环节机械化生产。

3 信息系统开发与应用

3.1 系统开发工具

本研究的系统设计基于C/S（Client/Server）客户机/服务器结构，对机械化生产模式选择的算法采用C++进行底层开发，并用Visual Studio进行编译；采用Qt-Create开发系统界面，并通过Qt中的接口调用后台程序为农业机械化生产模式进行智能选择[13-15]。

3.2 系统应用示例

系统总共设计为四个主要界面，每个界面都有其相对应的功能。整个系统界面设计简洁直观、通俗易懂[16]，具体如图3所示。

图3 广西丘陵地区农业机械化生产模式管理决策信息系统界面

登录界面：登录界面是决策信息系统的第一个界面，用户输入提前预设的账号和密码，确认无误后点击登录即可进入系统，点击取消则关闭界面。

社会经济情况界面：此界面左边是广西壮族自治区内各行政区域划分图，右边是参考广西年鉴数据列出的具有代表性的一些指标表格，用户可以方便地获得相关参数。

农业机械化发展水平综合评价界面：用户根据提示，按照界面所示文本依次输入指标，点击确定即可得出地区的农业机械化发展水平。

农机装备查询界面：用户可查询各地现有农机装备情况，目前系统收录的信息主要有广西壮族自治区内地级市的农机原值、农机台套数及农机总功率等。

地形特征分析界面：界面左边是使用GIS分析的广西坡度地形图，用户可以直观地了解广西壮族自治区内地级市的地形特征。右边是各地级市的名称，每个名称后都有一个查询按钮，点击此按钮即可得出基于地形的分析意见。

4 结论

本研究是农业机械化生产模式管理决策方法与信息化技术的结合，设计开发了广西丘陵地区农业机械化生产模式管理决策信息系统。用户选择农业机械化生产模式可以更直观、方便地获得分析决策意见，实现了信息可视化操作和数据的科学管理，为信息的快速查询提供了极大的方便，可科学指导地区内的农业机械化生产，提高农业资源的利用率、减少管理决策的盲目性。本研究的系统有以下特点：

1）该系统收集了大量可靠的统计数据，进行后台算法运算，能够直观、高效地得出查询结果。

2）系统功能主要分为查询和分析决策，查询功能可以完成数据查询和文档查询，分析决策功能可根据生产实际情况选择适宜的农业机械化生产模式。

3）该系统具有良好的人机交互功能，操作简单明了，可大范围推广使用，推动了信息技术在农业机械化生产中的应用。