基于“活字格”的農(nóng)業(yè)科研數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)開發(fā)

劉強德 秦春林 魏玉明 馬海霞 楊城

摘要：利用先進的數(shù)據(jù)庫和移動互聯(lián)技術(shù)，以“活字格Web應(yīng)用生成器”為開發(fā)平臺，建立完整統(tǒng)一的農(nóng)業(yè)科學(xué)試驗數(shù)據(jù)存儲與管理系統(tǒng)。同時，面向各類農(nóng)業(yè)田間、室內(nèi)試驗，根據(jù)不同試驗?zāi)康暮托枨箪`活定制，提供數(shù)據(jù)錄入、維護、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析等相關(guān)應(yīng)用解決方案。

關(guān)鍵詞：低代碼;農(nóng)業(yè)科研;數(shù)據(jù)采集管理;系統(tǒng)開發(fā)

中圖分類號：TP311.52? ? ? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：1001-1463（2020）08-0073-04

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2020.08.018

Abstract：Agricultural supply-side structural reform is aimed at activating the internal power of the rural development of agriculture， and is more focused on quality， benefit and sustainable development. It is of great theoretical and practical significance to develop Gobi agricultural in Gansu province， which are demanding for services to develop modern agriculture， solving the need of grain and vegetables to compete for land and expand agricultural development space， solving the recycling utilization of agricultural waste and improving the agricultural ecological environment. The paper put forward the suggestions as followers aiming at existing problems in Gobi agricultural development： protruding the planning lead and optimizing the spatial layout;scientific and reasonable development of Gobi agriculture based on volume of water;strengthening support for scientific and technological innovation and foster new energy for Gobi agricultural development;giving full play to the advantages of location and brand， and promote coordinated development of the Belt and Road;strengthening the training of talents and promoting the development of Gobi Agriculture.

Key words：Gobi Agricultural;Agricultural supply-side structural reform;The Belt and Road;Gansu province;Status Quo;Prospect

科研數(shù)據(jù)是農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新極其重要的基礎(chǔ)性資源，對農(nóng)業(yè)科技活動具有顯著的推動作用[1 - 2 ]。但農(nóng)業(yè)科學(xué)試驗涉及的區(qū)域范圍廣，試驗數(shù)據(jù)在學(xué)科領(lǐng)域、獲取方式、數(shù)據(jù)類型以及保存主體等方面存在多樣性，并具有多源異構(gòu)性，小集中、大分散，數(shù)據(jù)時序短、連續(xù)性差，標(biāo)準(zhǔn)化程度低、共享不充分等特點[3 ]。借助先進的無線傳輸技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)建立科學(xué)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)，將大大提升采集數(shù)據(jù)的效率，減輕科研人員管理數(shù)據(jù)的工作量。“活字格”是一款低代碼開發(fā)平臺，它將通用、可重復(fù)使用的代碼形成組件化的模塊，通過圖形化的界面來拖拽組件拼成應(yīng)用，在只寫少量代碼或不寫代碼的情況下，使具有不同經(jīng)驗水平的開發(fā)人員可以通過圖形化的用戶界面，使用拖拽組件和模型驅(qū)動的邏輯來創(chuàng)建網(wǎng)頁和移動應(yīng)用程序。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)開發(fā)相比，具有技術(shù)門檻低、資金投入少、開發(fā)周期短等特點。使用者可以靈活拖動各個圖形化控件，構(gòu)建業(yè)務(wù)流程、邏輯和數(shù)據(jù)模型等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)所需的各項功能。

1? ?農(nóng)業(yè)科研數(shù)據(jù)采集及管理現(xiàn)狀

目前，農(nóng)業(yè)試驗數(shù)據(jù)的采集、表格填寫上報等工作，主要是采用人工田間測量記錄，經(jīng)過二次整理再錄入Excel或者小型數(shù)據(jù)庫，存在數(shù)據(jù)錄入工作量大、易出錯、重復(fù)計算多等諸多問題，數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性、實效性在一定程度上受到限制。其次，由于不同科技人員的認(rèn)知和習(xí)慣不同，所采用的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一。再者，由于缺乏一個相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，各類試驗數(shù)據(jù)或者以電子文檔的形式保存在分散的計算機內(nèi)，或是保存在紙面上，不利于試驗數(shù)據(jù)的積累傳承和統(tǒng)計分析。

2? ?農(nóng)業(yè)科研數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1? ?農(nóng)業(yè)科研數(shù)據(jù)

農(nóng)業(yè)科研數(shù)據(jù)具有復(fù)雜度高、數(shù)據(jù)量大的特點。主要包括試驗基地環(huán)境數(shù)據(jù)，例如海拔、光照、降水量、土壤墑情、經(jīng)緯度等;試驗描述數(shù)據(jù)，例如試驗品種、株距、行距、覆膜方式、施肥、小區(qū)編號、負(fù)責(zé)人等;物候期數(shù)據(jù)，例如播種期、出苗期、分枝期、顯穗期、灌漿期、成熟期等;表型數(shù)據(jù)，例如冠幅、株高、穗長、粒重、性狀表現(xiàn)、作物照片、視頻等;測量及統(tǒng)計數(shù)據(jù)，例如出苗率、成活率、倒伏率、產(chǎn)量、株高、根長、千粒重、籽粒直徑等。

2.2? ?數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計

數(shù)據(jù)庫由眾多數(shù)據(jù)表構(gòu)成，而數(shù)據(jù)表之間通過關(guān)鍵數(shù)據(jù)元相關(guān)聯(lián)。設(shè)計關(guān)系型數(shù)據(jù)庫時，必須遵從不同的規(guī)范要求，即滿足不同的范式，才能設(shè)計出合理的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，越高的范式數(shù)據(jù)庫其冗余度就越低。數(shù)據(jù)庫的關(guān)系結(jié)構(gòu)是否規(guī)范直接影響系統(tǒng)的運行效率和邏輯性[4 ]。根據(jù)農(nóng)業(yè)科研數(shù)據(jù)的分類及需求，一個試驗項目通常要進行數(shù)量不等的重復(fù)試驗，系統(tǒng)根據(jù)重復(fù)數(shù)自動在物候期信息表中創(chuàng)建相應(yīng)數(shù)量的試驗記錄，并在作物生長過程中完成時間點的采集，其中出苗率、成活率、倒伏率、產(chǎn)量等則是由樣本計算子表中多次測算而得到的平均值。表型數(shù)據(jù)表是定期對作物的顏色性狀、分枝數(shù)、株高、籽粒直徑等數(shù)據(jù)進行采集，其中株高、根長、千粒重等數(shù)值型數(shù)據(jù)同樣是由子表中的多組數(shù)值求平均值而來。另外，還有品種（品系）、試驗地、小區(qū)、試驗類別、覆膜類型、肥料類別等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表（圖1）。

3? ?系統(tǒng)功能設(shè)計

項目采用Browser/Server架構(gòu)，用戶通過瀏覽器和服務(wù)器進行交互。另外，當(dāng)前智能手機的功能日益強大[5 ]，能夠隨時、隨地上傳數(shù)據(jù)，高效便捷。手機的定位功能可快速獲取位置信息，提高遙感監(jiān)測精度[6 ];手機的拍照、攝像功能可以方便地記錄圖像和視頻信息（圖2）。

3.1? ?用戶權(quán)限管理

根據(jù)系統(tǒng)需求，利用“活字格”內(nèi)置的用戶管理功能建立試驗管理員和數(shù)據(jù)采集員2種角色，并設(shè)置不同的訪問權(quán)限。試驗管理員擁有試驗數(shù)據(jù)管理的最高權(quán)限，除了數(shù)據(jù)填報、修改、刪除、導(dǎo)入導(dǎo)出等基本功能外，還包括數(shù)據(jù)審核和統(tǒng)計功能。而數(shù)據(jù)采集員一般只擁有數(shù)據(jù)填報和修改權(quán)限。另外，利用智能手機在田間進行數(shù)據(jù)填報時，由于手機屏幕尺寸有限，容易觸碰到錯誤的位置，對過往填報的數(shù)據(jù)進行誤操作。因此，系統(tǒng)必須具有數(shù)據(jù)鎖定功能，數(shù)據(jù)提交24 h后自動鎖定，更改為只讀狀態(tài)，也可由數(shù)據(jù)采集人員或管理員手動點擊鎖定按鈕將數(shù)據(jù)鎖定。鎖定后的數(shù)據(jù)只有數(shù)據(jù)管理有權(quán)進行解鎖操作，從而保障了試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.2? ?基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

試驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實現(xiàn)對作物品種、試驗地、地膜化肥等投入品進行模塊化的管理。一方面實現(xiàn)科研人員對試驗地進行小區(qū)劃分，投入品類型等數(shù)據(jù)表進行更新維護時不會改變數(shù)據(jù)庫的主體結(jié)構(gòu);另一方面，在試驗創(chuàng)建和數(shù)據(jù)采集過程中，實現(xiàn)下拉選擇代替手工輸入，從而在減少采集人員工作量，避免重復(fù)輸入的同時，數(shù)據(jù)的規(guī)范性也得以保障。

3.3? ?試驗數(shù)據(jù)的采集

試驗數(shù)據(jù)的采集地點大多分布在不同地域田野。近年來，隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展和無線通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，手機等移動智能終端得到越來越廣泛的應(yīng)用。無線信號覆蓋越來越廣，很多偏遠(yuǎn)地區(qū)也都實現(xiàn)了3G、4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，移動終端的智能化水平越來越高，可在進行各種數(shù)據(jù)操作。另外，手機等移動終端攜帶方便，續(xù)航能力強，信號穩(wěn)定，還具有拍照功能。因此，除了在PC端利用瀏覽器實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集外，利用智能手機或者平板電腦等移動終端進行野外試驗數(shù)據(jù)采集、填報成了最佳選擇。

移動終端操作系統(tǒng)多種多樣，常見的有Windows、Android、IOS等，系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，以Html5作為前端標(biāo)記語言，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的跨平臺使用，具有較高的兼容性。試驗小區(qū)采用二維碼標(biāo)識，可通過掃描二維碼標(biāo)簽快速獲取小區(qū)編號，核對試驗信息后直接進入數(shù)據(jù)采集頁面。在數(shù)據(jù)錄入模塊中，作物表型數(shù)據(jù)提供下拉選項，在錄入時直接采用點選方式完成數(shù)據(jù)采集，以提高錄入效率的同時保證了數(shù)據(jù)的一致性。測量型數(shù)據(jù)則提供閾值提示，有效保證了錄入的準(zhǔn)確性，防止誤操作。

3.4? ?數(shù)據(jù)校驗

數(shù)據(jù)校驗可以有效地提高數(shù)據(jù)的完整性、規(guī)范性、準(zhǔn)確性。“活字格”提供了豐富的數(shù)據(jù)校驗方式，包括頁面端校驗和服務(wù)端校驗。頁面端校驗包括空值校驗、數(shù)據(jù)類型校驗、公式校驗、正則表達式校驗等?？罩敌ｒ灴蓪Ρ韱沃械谋靥铐椷M行校驗，數(shù)據(jù)類型校驗可對整數(shù)、小數(shù)、日期、數(shù)值范圍、文本長度進行校驗。公式校驗主要利用IS類函數(shù)對表單數(shù)據(jù)進行校驗，例如：ISTEXT（）用來校驗是否為文本，是返回“TURE”，否返回“FALSE”。正則表達式是對字符串和特殊字符操作的一種邏輯公式，即用事先定義好的一些特定字符及這些字符的組合，組成一個“規(guī)則字符串”，這個“規(guī)則字符串”用來表達對字符串的一種過濾邏輯。服務(wù)端校驗包括必須性校驗和唯一性校驗。

4? ?小結(jié)

以“活字格Web應(yīng)用生成器”為開發(fā)工具，整合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計并實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)科學(xué)試驗數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)為農(nóng)業(yè)科學(xué)田間試驗提供了高效的信息化管理手段，促進了科研試驗數(shù)據(jù)的整合，增加了農(nóng)業(yè)科學(xué)田間試驗數(shù)據(jù)的規(guī)范性和準(zhǔn)確性。在后續(xù)的研究中，系統(tǒng)將更加注重試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析、數(shù)據(jù)可視化等功能的開發(fā)，提高系統(tǒng)的智能化水平和易用性，為農(nóng)業(yè)科學(xué)試驗提供更加豐富、便捷的信息化服務(wù)。

參考文獻：

[1] 展宗冰，樊廷錄，秦春林，等.? 基于Web的甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研信息管理平臺設(shè)計與實現(xiàn)[J].? 甘肅農(nóng)業(yè)科技，2014（10）：36-38.

[2] 任? ?竹，陳? ?磊，江? ?懿.? 安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研管理系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用[J].? 甘肅農(nóng)業(yè)科技，2017（1）：51-54.

[3] 陳? ?麗，王啟現(xiàn)，劉? ?娟，等.? 農(nóng)業(yè)科研試驗基地數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建[J].? 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2020，36（4）：193-201.

[4] 樊? ?敏.? 基于分布式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的查詢算法優(yōu)化[D].? 成都：電子科技大學(xué)，2020.

[5] 陳龍彪，李石堅，潘? ?綱.? 智能手機：普適感知與應(yīng)用[J].? 計算機學(xué)報，2015，38（2）：423-438.

[6] 馬艷娜，唐? ?華，柯紅軍.? 基于移動終端的遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].? 測繪與空間地理信息，2017（4）：120-122.

（本文責(zé)編：陳? ? 偉）