基于縣域測(cè)土配方施肥專家系統(tǒng)的智能配肥系統(tǒng)研制與應(yīng)用

陳明++劉紹貴++杭天文

摘要 施肥方案的科學(xué)合理，肥料配置的方便精準(zhǔn)是保證施配方肥下地的重要環(huán)節(jié)。本文基于縣域測(cè)土配方施肥專家系統(tǒng)推薦的施肥方案數(shù)據(jù)，采用VB.NET語言、MapObjects組件、Modbus協(xié)議等關(guān)鍵性技術(shù)研發(fā)了一套能夠現(xiàn)場(chǎng)查詢、實(shí)時(shí)配制的智能配肥系統(tǒng)。結(jié)果表明：系統(tǒng)能夠查詢到轄區(qū)內(nèi)每個(gè)地塊，不同作物的科學(xué)、精準(zhǔn)、個(gè)性化的配方；系統(tǒng)操控簡(jiǎn)便，農(nóng)戶可以獨(dú)自完成從施肥方案的查詢到配方肥料的一鍵配制；經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，系統(tǒng)起到了明顯節(jié)本增收的作用。系統(tǒng)將技術(shù)、廠商和農(nóng)戶進(jìn)行了有效連接，促進(jìn)了測(cè)土配方施肥方案的落地。

關(guān)鍵詞 縣域；測(cè)土配方施肥；專家系統(tǒng)；智能配肥系統(tǒng)；GIS技術(shù)；Modbus協(xié)議

中圖分類號(hào) S126 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）24-0295-05

目前，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料使用普遍存在著結(jié)構(gòu)不合理，偏施、過量氮肥的情況。長(zhǎng)期過量施用化肥會(huì)導(dǎo)致土壤的酸化，加劇養(yǎng)分的淋溶，降低了土壤保肥能力[1]，導(dǎo)致土壤的鹽漬化、土壤的板結(jié)，影響農(nóng)作物的連作[2]。我國化學(xué)肥料的生產(chǎn)同樣也存在著很多問題：一是品種結(jié)構(gòu)不合理，以生產(chǎn)低濃度、單一營(yíng)養(yǎng)的肥料為主；二是復(fù)合肥加工工藝不先進(jìn)[3]，目前的復(fù)合肥料生產(chǎn)工藝主要有團(tuán)粒法、料漿法、摻混法、擠壓法等[4-6]，這些工藝普遍存在著能耗高、效率低的弊端；三是新型高效肥料發(fā)展進(jìn)程緩慢。

2009年揚(yáng)州市耕地質(zhì)量保護(hù)站承擔(dān)了“縣域測(cè)土配方施肥專家系統(tǒng)”研發(fā)工作，為全國農(nóng)業(yè)部門開展測(cè)土配方施肥技術(shù)服務(wù)提供應(yīng)用軟件和技術(shù)支撐。截至2015年，全國已有1 000多個(gè)項(xiàng)目縣應(yīng)用揚(yáng)州市耕地質(zhì)量保護(hù)站研制的工具軟件，成功建成了當(dāng)?shù)氐臏y(cè)土配方施肥專家系統(tǒng)。項(xiàng)目縣的農(nóng)業(yè)技術(shù)員對(duì)轄區(qū)內(nèi)的所有主推作物制定了參數(shù)模型并生成了施肥方案，通過專家會(huì)、商會(huì)等形式對(duì)參數(shù)模型和施肥方案結(jié)果進(jìn)行了科學(xué)論斷，最終形成了很多具有價(jià)值的工作成果?！皽y(cè)土─配方─供肥─施肥”是一個(gè)完整的技術(shù)流程。但由于種種原因，在很多情況下農(nóng)民即使有了“縣域測(cè)土配方施肥專家系統(tǒng)”生成的科學(xué)配方也買不到與之相對(duì)應(yīng)的肥料。好的配方不能應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，無形之中就是對(duì)測(cè)土配方施肥專家系統(tǒng)成果的浪費(fèi)。本研究就是利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)技術(shù)，為測(cè)土配方施肥建設(shè)好“最后一公里”的道路，解決其所面臨的窘境。從測(cè)土配方施肥的技術(shù)角度出發(fā)，在已有的“縣域測(cè)土配方施肥專家系統(tǒng)”成果數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，利用GIS組件進(jìn)行二次開發(fā)，結(jié)合PLC層面上的Modbus協(xié)議，開發(fā)了智能配肥系統(tǒng)。系統(tǒng)有效地管理以縣為單位的測(cè)土配方施肥成果數(shù)據(jù)，方便農(nóng)戶以地塊為單位的作物施肥方案的查詢并同步配制精確的配方肥，提升了測(cè)土配方施肥工作的實(shí)際指導(dǎo)意義。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于面向?qū)ο蟮目梢暬O(shè)計(jì)，系統(tǒng)總體架構(gòu)可以拆分為3層，如圖1所示。農(nóng)民、種植大戶以及農(nóng)場(chǎng)主需要使用系統(tǒng)進(jìn)行作物施肥方案的查詢，系統(tǒng)管理者需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行日常的管理，包括系統(tǒng)設(shè)置和數(shù)據(jù)更新。系統(tǒng)層為用戶提供友好且美觀的操作界面，保證系統(tǒng)具備良好的用戶體驗(yàn)，方便使用。用戶可以通過瀏覽地圖來查詢自家地塊的作物施肥方案，并可以將肥料配比信息發(fā)送給配肥機(jī)械進(jìn)行實(shí)時(shí)配肥。數(shù)據(jù)層主要對(duì)存放的空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)以及各種模型參數(shù)進(jìn)行管理。數(shù)據(jù)層和系統(tǒng)層能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)層對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和調(diào)用。

1.2 開發(fā)技術(shù)路線

本研究從用戶對(duì)配肥機(jī)械的需求進(jìn)行分析，再到對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性進(jìn)行論證，搜集資料、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和程序開發(fā)同步進(jìn)行，經(jīng)過與配肥機(jī)械進(jìn)行對(duì)接調(diào)試，最終投入實(shí)際應(yīng)用。具體開發(fā)技術(shù)線路如圖2所示。

1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

1.3.1 規(guī)范性。建立標(biāo)準(zhǔn)的工作空間，形成規(guī)范的文件結(jié)構(gòu)體系。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)嚴(yán)格按照文件結(jié)構(gòu)體系，數(shù)據(jù)定義嚴(yán)格參照“縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)”數(shù)據(jù)字典的規(guī)范。

1.3.2 科學(xué)性。在作物目標(biāo)產(chǎn)量預(yù)測(cè)、施肥模型參數(shù)設(shè)置、施肥方案生成等一系列過程當(dāng)中都有成熟的科學(xué)理論依據(jù)作技術(shù)支持，并且生成的施肥方案結(jié)果通過了專家的論證，具有科學(xué)性、準(zhǔn)確性和可控性。

1.3.3 易用性。系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間、不間斷地運(yùn)行穩(wěn)定，保障農(nóng)忙時(shí)節(jié)肥料配制高峰時(shí)期的平穩(wěn)過渡。系統(tǒng)UI界面友好，操作簡(jiǎn)便。系統(tǒng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)維護(hù)簡(jiǎn)便，易于更新。

1.3.4 通用性。系統(tǒng)具有規(guī)范的接口，便于和第三方廠商的肥料機(jī)械進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)接。程序架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，方便功能擴(kuò)展，能夠滿足未來用戶的新需求。

1.4 系統(tǒng)功能模塊

按照設(shè)計(jì)目標(biāo)，系統(tǒng)以縣級(jí)工作空間為單位，通過科學(xué)規(guī)范地管理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)3個(gè)核心功能：一是方便快捷地部署數(shù)據(jù)；二是實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的可視化，方便用戶進(jìn)行施肥方案的查詢；三是按照用戶的需求，一鍵定制作物不同施肥時(shí)期的配方肥料。系統(tǒng)總共劃分為5個(gè)功能模塊，如圖3所示。

1.4.1 數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)管理是以縣級(jí)行政區(qū)域?yàn)閱挝?，一個(gè)縣的數(shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè)工作空間。數(shù)據(jù)管理包括數(shù)據(jù)的部署、刪除以及用戶在使用時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的選擇。

1.4.2 地圖操作。在系統(tǒng)中，空間數(shù)據(jù)以地圖的形式展示，用戶可以采用放大、縮小、漫游和全圖等方式來操作地圖。

1.4.3 信息查詢。用戶通過信息查詢功能查看目標(biāo)地塊的相關(guān)信息。在信息查詢界面中可以查看目標(biāo)地塊所有的屬性數(shù)據(jù)，包括土壤養(yǎng)分、立地條件、理化性狀、排灌條件等，可以查看指定作物的施肥方案。

1.4.4 肥料配制。根據(jù)查詢的施肥方案，用戶可以一鍵定制作物不同施肥時(shí)期的配方肥料。培肥機(jī)械自動(dòng)完成稱重、攪拌和封裝。

1.4.5 系統(tǒng)設(shè)置。系統(tǒng)設(shè)置功能涵蓋系統(tǒng)各個(gè)方面的設(shè)置，包括銷售商設(shè)置、基礎(chǔ)肥料設(shè)置、配肥機(jī)設(shè)置、打印機(jī)設(shè)置等。

2 系統(tǒng)開發(fā)

2.1 開發(fā)環(huán)境

程序運(yùn)行環(huán)境定位于Windows平臺(tái)。開發(fā)工具選擇的是Microsoft Visual Studio 2008（VB.NET），由于它整合了新的對(duì)象并簡(jiǎn)化了程序語言，程序開發(fā)變得更加簡(jiǎn)潔，開發(fā)效率得到了提高[7]。運(yùn)行框架則選擇的是Microsoft. NET Fr-amework 3.5，它擁有多種新的功能特性，便于開發(fā)者編寫用戶體驗(yàn)尚佳的應(yīng)用程序，可以有效實(shí)現(xiàn)跨技術(shù)邊界的無縫通信。

2.2 數(shù)據(jù)管理模塊實(shí)現(xiàn)

2.2.1 數(shù)據(jù)規(guī)范。數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化有助于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，便于數(shù)據(jù)的調(diào)用和挖掘。要提高數(shù)據(jù)應(yīng)用的廣度和深度，就需要制定出一套數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)則，從數(shù)據(jù)的采集、整理、制作、入庫到應(yīng)用，都要嚴(yán)格按照此規(guī)則來進(jìn)行。

2004年，揚(yáng)州市耕地質(zhì)量保護(hù)站編寫并發(fā)行了《縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典》[8-9]。此數(shù)據(jù)字典以《全國耕地地力調(diào)查與質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》《測(cè)土配方施肥技術(shù)規(guī)范（試行）》和《測(cè)土配方施肥專家咨詢系統(tǒng)編制規(guī)范（試行）》為依據(jù)，經(jīng)過多年的使用修訂已經(jīng)基本完善，被農(nóng)業(yè)部作為耕地質(zhì)量管理和測(cè)土配方施肥工作的相關(guān)數(shù)據(jù)規(guī)范使用，全國各省、市、縣所有項(xiàng)目單位都按照此數(shù)據(jù)字典制作了當(dāng)?shù)氐臄?shù)據(jù)。由于本研究涉及的數(shù)據(jù)對(duì)象與耕地地力評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)對(duì)象基本是一致的，所以本研究沿用了此套數(shù)據(jù)字典。

2.2.2 數(shù)據(jù)庫。微軟公司的Access數(shù)據(jù)庫提供可視化界面，可以對(duì)表、窗體、查詢和報(bào)表這4個(gè)組成部分[10]進(jìn)行瀏覽，提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析匯總的能力，處理較大數(shù)據(jù)量時(shí)有助于提高工作效率。Access數(shù)據(jù)庫可以允許系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問組件引擎來對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，支持多種程序語言的開發(fā)，定位為小型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，廣泛用于個(gè)人、小型企業(yè)和公司部門。

Access數(shù)據(jù)庫有其自身優(yōu)點(diǎn)，也有其不足的地方，結(jié)合本文所研究的系統(tǒng)來看，Access數(shù)據(jù)庫憑著部署簡(jiǎn)單、免費(fèi)使用的特點(diǎn)成為首選。當(dāng)然，Access也有其不足，當(dāng)數(shù)據(jù)庫過大時(shí)，其性能嚴(yán)重下降，當(dāng)數(shù)據(jù)讀寫操作刷新過快時(shí)也會(huì)引起數(shù)據(jù)庫問題[11]，而這些問題出現(xiàn)的條件在本文所研究的系統(tǒng)當(dāng)中幾乎不存在，因此不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的性能有任何影響。

2.2.3 工作空間建立。建立一個(gè)脈絡(luò)清晰、結(jié)構(gòu)合理的工作空間對(duì)于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理以及程序的調(diào)用都有著重大意義。本文所研究的系統(tǒng)涉及了多種類別的數(shù)據(jù)，針對(duì)不同類別數(shù)據(jù)的特點(diǎn)制定不同的存儲(chǔ)策略是建立工作空間的基礎(chǔ)。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的工作空間結(jié)構(gòu)如圖4所示。

Model文件夾內(nèi)存儲(chǔ)層次模型、隸屬函數(shù)模型和縣級(jí)參數(shù)庫。DataTable文件夾內(nèi)存儲(chǔ)原始屬性數(shù)據(jù)庫。RasterFile文件夾內(nèi)存儲(chǔ)柵格數(shù)據(jù)。VectorFile文件夾內(nèi)存儲(chǔ)矢量數(shù)據(jù)，為ShapeFile格式的空間數(shù)據(jù)。MapFile文件夾內(nèi)存儲(chǔ)用于顯示的圖集文件。QueryData.mdb主要存儲(chǔ)用戶查詢時(shí)的相關(guān)歷史記錄。WorkSpace.wsx文件為工作空間配置文件，記錄工作空間的配置信息。

2.3 地圖控制模塊實(shí)現(xiàn)

2.3.1 GIS組件。地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡(jiǎn)稱為GIS），它是借助于計(jì)算機(jī)對(duì)基于空間分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。1967年，羅杰·湯姆林森博士開發(fā)了世界上第一個(gè)地理信息系統(tǒng)（加拿大地理信息系統(tǒng)）用于對(duì)土壤、農(nóng)業(yè)、野生動(dòng)植物進(jìn)行研究，以分析加拿大農(nóng)村的土地能力。GIS技術(shù)在過去的50多年間得到了迅猛發(fā)展，其憑借特有的空間數(shù)據(jù)展示和分析能力已然已經(jīng)成為了國防、交通、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)勘查等眾多行業(yè)應(yīng)用研究的重要工具[12-13]。

在對(duì)系統(tǒng)的研發(fā)需求、組件的功能和性能、組件開發(fā)的難易度和組件的價(jià)格等諸多因素進(jìn)行綜合考慮后，本研究最終選擇了ESRI公司的MapObjects組件。MapObjects組件具有眾多可編程對(duì)象，為開發(fā)人員提供了有力的GIS制圖支持。支持眾多的數(shù)據(jù)格式，包括“縣域測(cè)土配方施肥專家系統(tǒng)”所使用的ShapeFile文件，具有完善的圖層管理機(jī)制，支持圖層符號(hào)化渲染，提供多種數(shù)據(jù)查詢方式，具有一定的空間分析能力。

2.3.2 地塊查找與定位。智能配肥系統(tǒng)的最終用戶為肥料銷售人員以及農(nóng)戶，他們的文化水平和電腦應(yīng)用能力普遍較低，在屏幕上通過地圖來查找自家地塊還存在一定的困難。為了能夠引導(dǎo)他們快速查找地塊，系統(tǒng)采取了衛(wèi)星輔助定位、圖層逐級(jí)顯示和農(nóng)戶地塊信息庫等3項(xiàng)技術(shù)，幫助其查找自家地塊。

得益于MapObjects組件對(duì)柵格文件的支持，數(shù)據(jù)制作者可以從相關(guān)部門購買目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的衛(wèi)星圖片或者航拍片，在制作圖集時(shí)，將這些衛(wèi)星圖片加入到系統(tǒng)中，可以讓使用者根據(jù)衛(wèi)星圖片上村莊、建筑、道路以及溝渠等物體信息迅速找到目標(biāo)地塊。圖集中包含多個(gè)圖層，采用逐級(jí)顯示技術(shù)可以在不同比例尺下看到不同的顯示內(nèi)容，解決了多圖層同時(shí)顯示會(huì)占用大量計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的問題，還可以避免多圖層重合顯示會(huì)讓使用者辨識(shí)困難的缺點(diǎn)。在查詢地塊施肥方案查詢時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)建立農(nóng)戶與地塊的關(guān)聯(lián)信息，以后只需要按照查詢向?qū)нx擇鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村、組，再選擇農(nóng)戶姓名即可直接調(diào)出地塊的施肥方案信息。

2.4 配方設(shè)計(jì)模塊實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)的核心功能之一就是查詢目標(biāo)地塊的施肥方案信息。每個(gè)地塊施肥方案信息生成的技術(shù)流程包括通過計(jì)算目標(biāo)產(chǎn)量[14]─計(jì)算作物施肥方案─專家認(rèn)證─方案發(fā)布等環(huán)節(jié)。具體如圖5所示。

采用特爾菲法從全國耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中選取與作物生產(chǎn)潛力密切相關(guān)的指標(biāo)，構(gòu)成評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立判別矩陣，計(jì)算各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)組合權(quán)重，形成層次分析模型和隸屬函數(shù)模型。系統(tǒng)根據(jù)這2種模型以及作物最高產(chǎn)量計(jì)算出地塊的目標(biāo)產(chǎn)量[14]。

模型參數(shù)庫保存了目標(biāo)產(chǎn)量預(yù)測(cè)、施肥用量推薦以及肥料配方設(shè)計(jì)過程中所需要的各種參數(shù)，基于Access格式文件建立。模型參數(shù)庫涉及了作物品種、土壤肥料、植物營(yíng)養(yǎng)、作物栽培等多方面的知識(shí)，確保系統(tǒng)從目標(biāo)產(chǎn)量預(yù)測(cè)到施肥方案設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理。

如果農(nóng)業(yè)技術(shù)人員定制的模型參數(shù)不合適或者存在錯(cuò)誤的操作，都會(huì)直接影響到系統(tǒng)最終生成的施肥方案。因此，在發(fā)布施肥方案之前需要經(jīng)過專家們的科學(xué)認(rèn)證，確保不會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生負(fù)面影響。

2.5 肥料配制模塊實(shí)現(xiàn)

2.5.1 通訊協(xié)議。Modbus協(xié)議目前已經(jīng)成為全球工業(yè)領(lǐng)域最流行的通訊協(xié)議[15]。在我國，已經(jīng)將Modbus協(xié)議作為國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 19582—2008）。協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開放，可以免費(fèi)使用，得到了全球眾多廠商的支持。協(xié)議數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，開發(fā)維護(hù)方便。集合Modbus協(xié)議的特性和實(shí)際情況，本研究采用了MTU模式和CRC16校驗(yàn)方式來進(jìn)行通訊，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群桶踩?/p>

2.5.2 通訊流程。實(shí)時(shí)配制肥料就需要在系統(tǒng)與配肥機(jī)械之間建立通訊，將肥料配比和用量的數(shù)據(jù)傳遞給配肥機(jī)械。通訊流程如圖6所示。

2.5.3 通訊安全。在系統(tǒng)與配肥機(jī)械通訊的過程當(dāng)中，由于人為或者環(huán)境的影響，可能發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤，導(dǎo)致配制出錯(cuò)誤配方的肥料、重復(fù)配制肥料或者系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中斷等非正常情況的出現(xiàn)。因此，系統(tǒng)從傳輸機(jī)制、數(shù)據(jù)校驗(yàn)等層面進(jìn)行了多重保護(hù)。通訊流程即是從傳輸機(jī)制層面確保肥料配制功能的邏輯正確，避免程序運(yùn)行沖突，從而保障系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地運(yùn)行。數(shù)據(jù)校驗(yàn)層面的保障則由功能代碼來實(shí)現(xiàn)。對(duì)長(zhǎng)時(shí)間不響應(yīng)、CRC校驗(yàn)失敗的消息，系統(tǒng)在發(fā)送失敗后會(huì)重復(fù)發(fā)送，直到達(dá)到系統(tǒng)預(yù)設(shè)次數(shù)的上限。

3 系統(tǒng)推廣與應(yīng)用

到目前為止已經(jīng)與無錫耐特公司、揚(yáng)州牧羊集團(tuán)、湖北比富得公司、秦皇島三農(nóng)機(jī)械公司等6家肥料機(jī)械生產(chǎn)廠商進(jìn)行了合作，生產(chǎn)出了不同外觀、不同特點(diǎn)的配肥機(jī)械。在《2015—2017年農(nóng)業(yè)機(jī)械購置補(bǔ)貼實(shí)施指導(dǎo)意見》的指導(dǎo)下面向全國地區(qū)進(jìn)行了銷售，涵蓋江蘇、內(nèi)蒙、貴州、湖南和福建等多個(gè)省份。

儀征市新集鎮(zhèn)測(cè)土配方施肥合作社成為了第1家智能配肥系統(tǒng)的試驗(yàn)點(diǎn)，2011—2015年每年該機(jī)器為周圍666.7 hm2左右耕地提供稻麥測(cè)土配方施肥方案及配方肥料。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，與習(xí)慣施肥相比，每季平均節(jié)省肥料（純養(yǎng)分）35.1 kg/hm2，平均增加產(chǎn)量459 kg/hm2，增收節(jié)支達(dá)1 098.45元/hm2。江蘇省吳江、海安、姜堰、張家港以及外省的縣市區(qū)先后也引入智能配肥系統(tǒng)，為農(nóng)民提供個(gè)性化的配方肥料。得益于GIS技術(shù)和Modbus協(xié)議的引入，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)的可視化以及肥料配制的一鍵式體驗(yàn)。面對(duì)新穎的供銷模式，廣大農(nóng)民普遍給出了好評(píng)。

4 結(jié)語

在當(dāng)前全國已有1 000多個(gè)項(xiàng)目縣應(yīng)用軟件工具建成了當(dāng)?shù)氐臏y(cè)土配方施肥專家系統(tǒng)的背景下，本研究集合了在各項(xiàng)領(lǐng)域中發(fā)揮強(qiáng)大作用的GIS技術(shù)以及在工業(yè)領(lǐng)域流行甚廣的Modbus協(xié)議成功完成了智能配肥系統(tǒng)的研發(fā)，探索出了一條將測(cè)土配方施肥專家系統(tǒng)成果推廣給了廣大農(nóng)戶的新途徑，順利解決了測(cè)土配方施肥“最后一公里”的問題。

（1）系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了技術(shù)、廠商和農(nóng)戶的對(duì)接。在將測(cè)土配方施肥成果進(jìn)行推廣的同時(shí)，確保農(nóng)戶能夠購買到相應(yīng)配方的肥料，實(shí)現(xiàn)了測(cè)土配方施肥項(xiàng)目、肥料生產(chǎn)銷售商家以及廣大農(nóng)戶三方共贏的局面。

（2）憑借GIS技術(shù)所特有的空間數(shù)據(jù)展示技術(shù)和數(shù)據(jù)分析能力構(gòu)建了一套用戶體驗(yàn)極佳的交互系統(tǒng)。用戶很容易通過地圖瀏覽查詢出目標(biāo)地塊的施肥方案。

（3）Modbus在系統(tǒng)和配肥機(jī)械之間起到了紐帶作用，成功實(shí)現(xiàn)了兩者之間的通訊，為肥料配制的自動(dòng)化配制奠定了基礎(chǔ)。系統(tǒng)從傳輸機(jī)制、數(shù)據(jù)校驗(yàn)等層面對(duì)通訊進(jìn)行了多重保護(hù)，形成了一套完善的流程體系。用戶可以根據(jù)自主意愿一鍵完成多個(gè)施肥時(shí)期配方肥的配制。

（4）相對(duì)于其他基于模型公式實(shí)時(shí)計(jì)算肥料配方的配肥機(jī)，本系統(tǒng)所有作物的施肥方案都經(jīng)過了專家們的論證。在結(jié)果的科學(xué)性、準(zhǔn)確性、可控性上更勝一籌。在特殊情況下，用戶可以更改作物的目標(biāo)產(chǎn)量或者是土壤的化驗(yàn)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)也可以實(shí)時(shí)計(jì)算出新的配方或者用量，系統(tǒng)功能顯得更加靈活。

（5）每個(gè)使用縣域測(cè)土配方施肥專家系統(tǒng)的項(xiàng)目縣，都已經(jīng)積累了完整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)，可以進(jìn)一步促進(jìn)智能配肥系統(tǒng)的推廣。智能配肥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合測(cè)土配方施肥工作的要求，也會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)測(cè)土配方施肥技術(shù)作用的發(fā)揮。

（6）經(jīng)過地方測(cè)土配方施肥合作社的實(shí)踐檢驗(yàn)，智能配肥系統(tǒng)明顯能夠?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)起到節(jié)本增收的作用。

5 參考文獻(xiàn)

[1] 劉紹貴.集約農(nóng)業(yè)利用下紅壤地區(qū)土壤肥力和環(huán)境質(zhì)量變化及調(diào)控[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

[2] 張?zhí)伊?，李忠佩，王興祥.高度集約農(nóng)業(yè)利用導(dǎo)致的土壤退化及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[J].土壤學(xué)報(bào)，2006（5）：843-850.

[3] 石元亮，王玲莉，劉世彬，等.中國化學(xué)肥料發(fā)展及其對(duì)農(nóng)業(yè)的作用[J].土壤學(xué)報(bào)，2008（5）：852-864.

[4] 李玉峰.復(fù)合肥生產(chǎn)工藝綜述[J].攀枝花學(xué)院學(xué)報(bào)，2002（5）：83-85.

[5] 張福鎖，張衛(wèi)峰，馬文奇，等.中國化肥產(chǎn)業(yè)技術(shù)與展望[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：275.

[6] 徐靜安.復(fù)混肥和功能性肥料生產(chǎn)工藝技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

[7] 歐巖亮.Visual Studio 2008 SP1帶來新特性[J].程序員，2008（9）：15.

[8] 張?jiān)缕?，張炳寧，田有國，?縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用[J].土壤通報(bào)，2013（6）：1308-1313.

[9] 張炳寧，彭世琪，張?jiān)缕?縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)字典[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2007：336.

[10] 李毅，戈嵐珍，李秉智.ACCESS數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)特色及方法[J].重慶郵電學(xué)院學(xué)報(bào)，1997（3）：53-57.

[11] 崔再惠.Access數(shù)據(jù)庫與SQL Server數(shù)據(jù)庫主要功能的比較[J].鞍山師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（6）：51-52.

[12] 朱仕杰，南卓銅.基于ArcEngine的GIS軟件框架建設(shè)[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，2006（4）：385-390.

[13] 劉紹貴，張富春，杭天文，等.GIS在耕地資源管理中的應(yīng)用[J].土壤通報(bào)，2009（6）：1455-1459.

[14] 張?jiān)缕剑瑥埍?，王長(zhǎng)松，等.基于耕地生產(chǎn)潛力評(píng)價(jià)確定作物目標(biāo)產(chǎn)量[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011（10）：328-333.

[15] 史運(yùn)濤，孫德輝，李志軍，等.基于Modbus協(xié)議的通訊集成技術(shù)研究[J].化工自動(dòng)化及儀表，2010（4）：67-72.