互聯(lián)網(wǎng)時代的智慧農(nóng)機大數(shù)據(jù)系統(tǒng)設計

王曉亮 ， 程文浩

（許昌電氣職業(yè)學院，河南 許昌 461000）

2015年，國務院印發(fā)《中國制造2025》，明確了“抓住機遇，建設制造強國”的總體思路，將“農(nóng)機裝備”列為十大發(fā)展領(lǐng)域之一[1]。2019年中央一號文件中提到了要發(fā)展農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)，為發(fā)展智能農(nóng)業(yè)機械帶來了新的思考[2]。當前，很多科研院所正在對智慧農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)進行深入的探討與研究，并取得了一定的成效。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營等需要海量的資料[3]，這為智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件?；谵r(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的智能服務，通過對數(shù)據(jù)進行精確加工，從而最大限度地利用數(shù)據(jù)，真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)為產(chǎn)業(yè)服務。因此，加速推進農(nóng)業(yè)信息化應用的建設，必將在全國推動智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

1 系統(tǒng)的功能設計

基于對智慧農(nóng)機大數(shù)據(jù)的分析和對農(nóng)民的調(diào)研，本系統(tǒng)分為 APP客戶端和網(wǎng)絡化管理兩大部分。其主要的服務內(nèi)容有客戶化管理、數(shù)據(jù)服務和公眾信息的推介服務。用戶為農(nóng)戶、機手和飛手、農(nóng)機合作社、農(nóng)業(yè)合作社、農(nóng)機銷售、農(nóng)資企業(yè)、農(nóng)機生產(chǎn)企業(yè)、銀行保險、加油站等[4]。不同的使用者可以根據(jù)自己的需要上網(wǎng)處理個人資料。同時，利用該系統(tǒng)，可以將公眾資訊精確地推薦給使用者。該系統(tǒng)具有定制化的特點，客戶可以按照自己的需求，定制自己所需的資料，進行網(wǎng)上合作。智慧農(nóng)機大數(shù)據(jù)驅(qū)動服務系統(tǒng)功能設計圖，如圖1所示。

圖1 智慧農(nóng)機大數(shù)據(jù)驅(qū)動服務系統(tǒng)功能設計

1.1 定制管理

用戶分為普通用戶和管理員用戶兩大類。其主要作用是服務自定義、服務自定義管理、用戶統(tǒng)計。普通用戶可以按自己的需求定制，這樣才能網(wǎng)上簽約。管理員可以通過定制管理特性來管理系統(tǒng)中的各類服務，包括新建、停用和移除。用戶數(shù)量統(tǒng)計可以對不同種類的用戶進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，了解不同種類用戶的需求，并對其進行優(yōu)化。

1.2 數(shù)據(jù)服務

數(shù)據(jù)業(yè)務模塊將農(nóng)機發(fā)展狀況、農(nóng)業(yè)機械化率、農(nóng)機監(jiān)理鑒定等信息集成到智慧農(nóng)機大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中[5]；通過對農(nóng)作物的數(shù)據(jù)進行科學的可視化展示，為不同的使用者量身定制。它對海量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、處理和提煉，使傳統(tǒng)的文字表述和識別方式發(fā)生變化，提高決策人員和使用者對數(shù)據(jù)的認知度，為決策和指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作提供依據(jù)。內(nèi)容包括農(nóng)機發(fā)展狀況、農(nóng)業(yè)機械化率、農(nóng)機監(jiān)理鑒定、作物數(shù)據(jù)分析、個性化服務等。

1.2.1農(nóng)機發(fā)展狀況

運用農(nóng)機信息化技術(shù)，對農(nóng)機分布、農(nóng)機作業(yè)、農(nóng)機購置等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析，并對農(nóng)機發(fā)展情況進行統(tǒng)計，包括農(nóng)機數(shù)量分析、新購農(nóng)機數(shù)量分析、進口農(nóng)機比例分析、農(nóng)機品牌排行榜、農(nóng)資補貼資料解析、農(nóng)機具維護資料統(tǒng)計等。對該模塊按照時間和地域維度進行研究，采用柱狀圖、折線圖、地圖等不同的方法，對不同時期、不同地區(qū)的農(nóng)機數(shù)量進行調(diào)查，為農(nóng)機作業(yè)人員的操作提供決策依據(jù)和技術(shù)指導。

將每年的經(jīng)濟增長速度與農(nóng)業(yè)機械的數(shù)量相結(jié)合，可以更好地體現(xiàn)目前我國農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展狀況。年度增長率是指目前的發(fā)展水平相對于去年的發(fā)展速度。其公式為：

式中，V為年度增長率，l為當前的發(fā)展程度，u為去年的發(fā)展水平。本文以農(nóng)業(yè)機械保有量為例，以某一年度與上年同期相比，測算出其發(fā)展速率。

比率是以本次數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的，以上一年度數(shù)據(jù)為基準，比如2021年4月的農(nóng)機具保有量和2020年4月的農(nóng)機具保有量，用來表達事物發(fā)展的速率。

農(nóng)機數(shù)量的變動可以用年度和月度的增長率來表達，其表達式如下：

式中，p為年增幅，m為去年的農(nóng)機產(chǎn)量，n為本年的產(chǎn)量，q為月增長率，rb為本月的農(nóng)機產(chǎn)量，rs為上月的農(nóng)機產(chǎn)量。

1.2.2 農(nóng)業(yè)機械化程度

農(nóng)業(yè)機械化水平是衡量一國總體農(nóng)業(yè)機械化水平的一個重要指標[6]。農(nóng)機化率模型包括農(nóng)機化操作分析、農(nóng)機化效率分析和農(nóng)機化水平分析三大部分。

本模塊包括時間、地域、作物類型、工作類型，采用地圖、柱狀圖、折線圖等，通過對農(nóng)機化水平進行分析，為管理部門的農(nóng)機化生產(chǎn)提供科學資料，可以準確發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展中存在的問題，為我國農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展助力。

在農(nóng)業(yè)機械化程度的計算中，需計算機械工作在整個生產(chǎn)過程中所占據(jù)的比例，如需分別計算整地、播種、噴灑農(nóng)藥、收獲的機械化比例。其公式如下：

式中，η1、η2、η3、η4為機耕、機種、機管、機收的機械化程度，x為機耕面積，y為機種面積，z為機管面積，w為機收面積，s為播種面積。

1.2.3 農(nóng)機監(jiān)理

農(nóng)業(yè)機械識別部分包含新增駕照統(tǒng)計、新增牌照分析、駕駛培訓數(shù)據(jù)分析?？蓮囊韵挛鍌€方面收集數(shù)據(jù)：農(nóng)業(yè)機械故障的原因、機械設備的識別、資料的統(tǒng)計、不同時期和地域范圍內(nèi)新增駕照和牌照、培訓人數(shù)。對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的機械設備進行科學統(tǒng)計與分析，有利于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學性，預防農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的機械設備發(fā)生事故。

1.2.4 作物數(shù)據(jù)分析

作物數(shù)據(jù)分析主要包括種植面積分析、種植結(jié)構(gòu)分析、產(chǎn)量分析三大板塊。系統(tǒng)采用地圖、柱狀圖、折線圖等方式，對各地區(qū)、各年份的種植面積、結(jié)構(gòu)進行統(tǒng)計分析，并進行生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析。研究結(jié)果表明，運用該方法能有效地管理和調(diào)整生產(chǎn)組織。

1.2.5 個性化服務

個性化的業(yè)務模塊包括：作業(yè)農(nóng)機查詢、農(nóng)機試驗查詢、駕駛員事故查詢；查詢農(nóng)戶種植歷史、查詢農(nóng)機銷售情況、查詢農(nóng)機使用壽命等。

此模塊具有查詢功能，可查詢每個地區(qū)的人員和機器的數(shù)據(jù)，并以地圖、表格、柱狀圖等方式顯示。通過查閱，可以從農(nóng)用機械設備的序號查找出農(nóng)用機械設備的歷史故障。通過查詢農(nóng)場主姓名，可以查詢到農(nóng)場主的歷史生產(chǎn)資料。通過查詢農(nóng)機壽命，可以查詢到農(nóng)機的使用壽命。應用農(nóng)產(chǎn)品供求數(shù)據(jù)可以對某一地區(qū)某一作物的生產(chǎn)區(qū)域進行查詢，并對各種農(nóng)資的需求量進行測算。對各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營收入按如下公式進行測算：

式中，Inc為全部收入，Ar為區(qū)域面積，Pq為農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的需求量，Up為農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的價格。

1.2.6 個性化推薦服務

個性化推薦服務是指用戶可以按照自己的需要，對推送的內(nèi)容進行個性化定制[7]，包括農(nóng)機作業(yè)需求、新農(nóng)機鑒定、新農(nóng)機注冊、購買農(nóng)業(yè)機械設備。用戶登錄網(wǎng)站管理平臺，可以選擇所需的個性化推送，在線簽約。服務器會自動啟動推文，將用戶信息發(fā)送到平臺，再根據(jù)用戶的昵稱，發(fā)送對應的APP。

第一，農(nóng)業(yè)機械操作的需要。農(nóng)機手在網(wǎng)絡系統(tǒng)上定制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息，系統(tǒng)會將本地區(qū)最新的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息發(fā)送到用戶手機APP上，從而使用戶實時了解農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

第二，了解新的農(nóng)業(yè)機械。農(nóng)機銷售公司在網(wǎng)絡管理平臺上，對新鑒定的農(nóng)機產(chǎn)品進行個性化定制，將最新的鑒定信息發(fā)送到APP中。通過本系統(tǒng)能實時掌握農(nóng)機產(chǎn)品的最新情況，并能依據(jù)產(chǎn)品的鑒定和需要，及時對產(chǎn)品種類進行升級，為保險公司提供科學的指導。

第三，購買農(nóng)業(yè)機械設備。采用在線管理體系，針對個性化訂購，運用數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，對未來的農(nóng)機具進行深度剖析。通過實施精確營銷和提供優(yōu)質(zhì)的服務，將消極營銷轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極營銷。

推演算法公式如下：

式中，Ti為農(nóng)機報廢年限與農(nóng)機壽命之差，t為農(nóng)機報廢年限，Now D為目前時間，DT為農(nóng)機制造日期。

在農(nóng)機報廢年限與農(nóng)機壽命之差Ti小于0的情況下，系統(tǒng)會自動將農(nóng)機信息發(fā)送至APP。在系統(tǒng)出現(xiàn)新的農(nóng)業(yè)機械故障信息時，會自動向APP推送農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品的相關(guān)信息。

第四，銷售新登記的農(nóng)業(yè)機械。保險公司在網(wǎng)絡管理平臺上對新登記的農(nóng)機產(chǎn)品進行個性化定制，并將最新登記的農(nóng)機信息發(fā)送到APP上，從而為保險公司提供準確的營銷渠道。

1.3 公共信息推薦

公共信息推薦模塊將智慧農(nóng)機大數(shù)據(jù)中心的所有公共信息整合到APP上，以解決公共信息的零散問題，同時也可以豐富用戶的應用場景，并能及時地接收公眾的信息[8]，為各類用戶提供農(nóng)業(yè)補貼政策、農(nóng)機購置補貼政策、各類保險信息、先進的技術(shù)、農(nóng)機企業(yè)等信息。

公共資訊推薦模塊根據(jù)歷史瀏覽記錄、消息點擊率等歷史行為，建立使用者的興趣模式，并利用內(nèi)容與協(xié)作過濾相結(jié)合的方式，選出最適合使用者的資訊，并將其推送到平臺上，讓使用者能夠在最短的時間內(nèi)了解到所關(guān)心的資訊，將大數(shù)據(jù)平臺上的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)準確、高效地向所有人推薦。

2 數(shù)據(jù)庫設計

以SQL Server數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了智慧農(nóng)機大數(shù)據(jù)驅(qū)動的數(shù)據(jù)采集與管理[9]。采用Navicat進行數(shù)據(jù)庫管理，可以更加快捷地建立數(shù)據(jù)庫，并對各數(shù)據(jù)庫進行維護[10]。該系統(tǒng)有一部分數(shù)據(jù)是從智慧農(nóng)機大數(shù)據(jù)平臺上直接讀取的，另外一些則要建立一個新的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫按照系統(tǒng)的功能設計，分別是：賬戶表（AAAA_account）、賬戶角色關(guān)聯(lián)表（AAAA_account2role）、賬戶定制服務關(guān)聯(lián)表（AAAA_account2服務）、AAAA_serviceInfo、AAAA_account Info、 AAAA服務信息表、DS_UserMes等。

3 結(jié)論

本文對智慧農(nóng)機大數(shù)據(jù)平臺進行深入分析，在此基礎(chǔ)上，介紹了基于平臺層、可視化和推薦算法接口、應用層的用戶架構(gòu)系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，用戶能查詢農(nóng)機發(fā)展狀況、農(nóng)業(yè)機械化率、農(nóng)作物數(shù)據(jù)等。通過系統(tǒng)的個性化服務，用戶可以按個人偏好訂閱農(nóng)機資訊、鑒定注冊新農(nóng)機、購買農(nóng)機等。