基于物候觀測的藜麥適宜性種植研究平臺設(shè)計(jì)

孫躍飛，郭俊芬，田晶，劉彥岑，劉建勇，劉星燕，胡雪

摘 ?要： 康?？h引種藜麥氣象指標(biāo)研究，是精準(zhǔn)扶貧項(xiàng)目，也是河北省氣象局科研開發(fā)項(xiàng)目。由于該項(xiàng)目是基于兩年物候觀測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的一項(xiàng)研究，所以觀測數(shù)據(jù)的處理便成了課題研究的重中之重。針對項(xiàng)目大量數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)需求，筆者應(yīng)用Microsoft Visual Studio2010開發(fā)了藜麥適宜性種植研究平臺。平臺設(shè)計(jì)的主要功能有：康保氣候背景查詢、觀測數(shù)據(jù)查詢、康保藜麥各生育期查詢等。經(jīng)過近半年時(shí)間的調(diào)試，目前各項(xiàng)預(yù)期功能基本實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞： 引種藜麥;物候觀測數(shù)據(jù)查詢;生育期查詢;平臺設(shè)計(jì)

中圖分類號： TP31 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.12.033

本文著錄格式：孫躍飛，郭俊芬，田晶，等. 基于物候觀測的藜麥適宜性種植研究平臺設(shè)計(jì)[J]. 軟件，2019，40（12）：150152+205

Design of an Adaptive Planting Platform For Quinoa Based on Phenological Observation

SUN Yue-fei1， GUO Jun-fen2， TIAN Jing1， LIU Yan-cen1， LIU Jian-yong1， LIU Xing-yan1， HU Xue1

（1. Meteorological Bureau of Zhangjiakou， Zhangjiakou Hebei 075000;

2. Zhangjiakou Changqinglu Primary School， Hebei Zhangjiakou 075000）

【Abstract】： The study of meteorological index of quinoa introduction in Kangbao County is not only an accurate poverty alleviation project， but also a scientific research and development project of Hebei Meteorological Bureau. The project is based on two-year phenological observation data， and the processing of observation data is the most important of the subject research. In order to meet the needs of mathematical statistics of a large number of data， the author developed a research platform for the suitability of quinoa by using Microsoft Visual Studio2010. The main functions of the platform design are as follows： Kangbao climate background query， Observation data query， Inquiry on the growth period of quinoa in Kangbao， etc. After nearly half a year of debugging， the current expected functions are basically realized.

【Key words】： Introduction of quinoa; Phenological observation data query; Growth period query; Platform design

0 ?引言

康保地處河北省西北部，海拔1400米左右，屬于張家口高寒區(qū)，也是河北省貧困縣，農(nóng)作物向來以土豆、莜麥和胡麻等耐寒耐旱作物為主。近年來，由于氣候變化的全球增暖趨勢[1-6]，康保的農(nóng)作物結(jié)構(gòu)也在調(diào)整，藜麥因其耐寒耐貧瘠的特性，被專家選為本地脫貧致富的首選新引作物品種。

“藜麥適宜性種植研究”是2018年審批的河北省氣象局科研開發(fā)項(xiàng)目，是基于2018～2019年兩個(gè)全生育期物候觀測數(shù)據(jù)的一項(xiàng)藜麥氣象指標(biāo)研究。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近年來氣象數(shù)據(jù)的處理以及

氣象服務(wù)方式越來越系統(tǒng)化和自動化[7-11]，筆者試圖開發(fā)一個(gè)藜麥適宜性種植研究平臺，目的是分析兩年的物候觀測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析、圖表制作以及生育期分析，以期為物候觀測數(shù)據(jù)提供快捷、多方位分析處理方式，進(jìn)而準(zhǔn)確分析出壩上康保藜麥適宜性氣象指標(biāo)。

1 ?平臺設(shè)計(jì)思路

藜麥適宜性種植研究項(xiàng)目，是基于大量物候觀測數(shù)據(jù)的氣象指標(biāo)研究。項(xiàng)目分以下幾個(gè)時(shí)間段：2018年全生育期物候觀測;Visual Studio2010編程環(huán)境設(shè)計(jì)平臺，初步分析生育期氣象指標(biāo);將初步研究指標(biāo)試指導(dǎo)2019年藜麥種植;2019年全生育期物候觀測;完善平臺并分析修正生育期指標(biāo)等。平臺的設(shè)計(jì)目的，主要是為了觀測數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，以及觀測資料的方便存儲和查詢。

2 ?平臺界面及功能設(shè)計(jì)

2.1 ?平臺界面及架構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮開發(fā)平臺的主要目的，主要設(shè)計(jì)三大功能區(qū)：氣候背景或地理信息、物候觀測數(shù)據(jù)處理分析和氣象產(chǎn)品為用戶服務(wù)。①氣候背景或地理信息，主要實(shí)現(xiàn)歷史氣候背景查詢，以及有氣象資料以來，康保降水量、氣溫及風(fēng)等氣象要素統(tǒng)計(jì)。②平臺的核心功能是物候觀測數(shù)據(jù)的查詢處理和統(tǒng)計(jì)分析，目的是分析出各生育期的時(shí)間節(jié)點(diǎn)以及各品種的全生育期特點(diǎn)。由于2018年與2019年種植地、種植品種以及樣方的選擇都有區(qū)別，所以，兩年的觀測數(shù)據(jù)，用不同子菜單分別來實(shí)現(xiàn)。另外，此部分內(nèi)容還有生育期各氣象指標(biāo)的分析，以及結(jié)合生育期觀測數(shù)據(jù)的疊加圖等分析。③氣象產(chǎn)品為用戶服務(wù)，主要針對康保藜麥種植大戶進(jìn)行藜麥氣象服務(wù)。服務(wù)形式上，舍棄傳統(tǒng)的電話、短信及傳真等模式，改為郵件、微信公眾號或微信小程序的自動發(fā)送。平臺完善后，康?？h引種藜麥氣象指標(biāo)研究項(xiàng)目的所有資料、方法、生育期指標(biāo)、氣象指標(biāo)等內(nèi)容將全部集中于平臺，無需另行他處實(shí)現(xiàn)。表1為康保縣引種藜麥氣象指標(biāo)研究平臺架構(gòu)設(shè)計(jì)中菜單及其預(yù)期功能。

2.2 ?核心功能區(qū)的程序設(shè)計(jì)

2018年及2019年藜麥全生育期物候觀測資料處理，是平臺設(shè)計(jì)的核心功能區(qū)，觀測資料處理分析的準(zhǔn)確程度、高效與否以及輸出方式的選擇等，直接影響到研究成果的準(zhǔn)確性。

2.2.1 ?定期觀測數(shù)據(jù)處理分析

定期觀測數(shù)據(jù)查詢，設(shè)計(jì)三種查詢方式：按日期查詢、按株查看和按樣方查詢。第一種查詢?yōu)?0個(gè)樣株物候觀測數(shù)據(jù)的橫向比較，后兩種查詢?yōu)閺某雒绲绞崭?，按時(shí)間進(jìn)程對物候觀測數(shù)據(jù)的縱向統(tǒng)計(jì)分析。

2.2.1.1 ?按日期查詢

按日期查詢，就是選定一個(gè)日期（選定日期為物候觀測日，非物候觀測日設(shè)計(jì)為灰色，不可選），對本時(shí)間節(jié)點(diǎn)的30個(gè)樣株的株高、生育期以及積溫等氣象要素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行橫向比較分析。程序設(shè)計(jì)執(zhí)行過程如圖1所示。

2.2.1.2 ?按株查看

按株查看，就是在列表框選定某一株，從數(shù)據(jù)庫獲取本樣株從出苗到收割日的生育期或氣象要素?cái)?shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將所做曲線圖、照片及

表1 ?平臺菜單及其預(yù)期功能

Tab.1 ?Platform menu and intended function

功能區(qū) 菜單名稱 子菜單 功能

氣候背景或地理信息 氣候背景 地理信息

氣候背景

所選試驗(yàn)田部分信息 壩上地理信息

歷史氣候背景及有氣象記錄氣象要素統(tǒng)計(jì)

項(xiàng)目試驗(yàn)田信息

物候觀測數(shù)據(jù)處理分析 觀測數(shù)據(jù)查詢 2018年數(shù)據(jù)查詢

2019年數(shù)據(jù)查詢 又分為按株查詢、按日期查看和按樣方查詢，查詢內(nèi)容包括植株高度以及所處生育期等

生育期指標(biāo)查詢 四葉期

六葉期

分蘗期

抽穗期

開花期

灌漿期

乳熟期

蠟熟期 各生育期，各樣方植株的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，以及平均時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

任選一項(xiàng)，所有樣方的時(shí)間節(jié)點(diǎn)及平均值便以圖表和數(shù)值形式共同呈現(xiàn)

千粒重及產(chǎn)量 千粒重

藜麥產(chǎn)量 各品種、各收獲時(shí)間的千粒重理論產(chǎn)量和實(shí)際產(chǎn)量

氣象指標(biāo) 水分

積溫 各生育期所需的溫度、水分及熱量等。

氣象產(chǎn)品為用戶服務(wù) 預(yù)報(bào)產(chǎn)品的發(fā)送 郵箱

微信公眾號或小程序 預(yù)報(bào)產(chǎn)品通過菜單中代碼實(shí)現(xiàn)自動發(fā)送，減少人工操作的重復(fù)操作和失誤。

圖1 “按日期查詢”程序設(shè)計(jì)流程圖

Fig.1 ?Flow chart of “query by date” program

圖2 “按株查看”子界面

Fig.2 ?“View by plant” subinterface.

某些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)放入相應(yīng)區(qū)域。

2.2.1.3 ?按樣方查詢

按樣方查詢，列表框中有樣方1、樣方2、樣方3、樣方4、樣方5、樣方6和全部樣方七種選擇。圖3為選擇第4樣方例圖，橫坐標(biāo)為觀測日期，縱坐標(biāo)為5個(gè)樣株的平均株高或積溫。

圖3 “按樣方查詢”子界面

Fig.3 ?“Query by sample” subinterface

程序設(shè)計(jì)中，把部分功能鑲嵌入鼠標(biāo)右鍵，右鍵點(diǎn)擊曲線圖中任意位置，下拉菜單中便會出現(xiàn)多個(gè)選項(xiàng)，如果打“√”，此項(xiàng)內(nèi)容便會顯示在曲線圖中，株高和積溫可單選也可多選。如果“顯示數(shù)值”項(xiàng)打“√”，曲線的頂端，便會顯示相應(yīng)的數(shù)值。

另外，程序還設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)輸出功能，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)放入菜單中“表格”項(xiàng)，并支持拷貝功能。

2.2.2 ?各生育期時(shí)間節(jié)點(diǎn)查詢

康?？h引種藜麥氣象指標(biāo)研究，各生育期的時(shí)間節(jié)點(diǎn)是本研究的一項(xiàng)主要內(nèi)容。本模塊主要查詢四葉期、六葉期、分枝期、抽穗期、開花期、灌漿期、乳熟期和蠟熟期各樣株的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。首先選擇一個(gè)物候期，程序?qū)臄?shù)據(jù)庫獲取本物候期各樣株的觀測數(shù)據(jù)，進(jìn)而繪制柱形圖。橫坐標(biāo)為30個(gè)樣株名稱，縱坐標(biāo)為每個(gè)樣株本物候期的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。最后，程序統(tǒng)計(jì)出要查詢物候期的時(shí)間。圖4以2019年觀測數(shù)據(jù)為例，查詢分枝期時(shí)間的程序設(shè)計(jì)過程。

圖4 “各生育期時(shí)間節(jié)點(diǎn)查詢”子界面

Fig.4 ?Subinterface of “Query of time nodes

for each growth period”

3 ?結(jié)論

（1）界面的架構(gòu)設(shè)計(jì)是平臺設(shè)計(jì)的第一步，本平臺的架構(gòu)設(shè)計(jì)為三大功能區(qū)：氣候背景、觀測數(shù)據(jù)處理分析及氣象產(chǎn)品的發(fā)送。

（2）康保藜麥適宜性種植研究，是基于兩年物候觀測的一項(xiàng)科研項(xiàng)目，物候觀測數(shù)據(jù)的處理是平臺設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。

（3）氣象產(chǎn)品的發(fā)送，初步設(shè)計(jì)為郵件、微信公眾號或微信小程序。隨著通訊技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，氣象服務(wù)方式，會在后期的實(shí)際工作中逐步改進(jìn)和完善。

參考文獻(xiàn)

[1]IPCC. Climate Change 2014： Impacts， Adaptation， and Vulnerability[M/OL]. Cambridge： Cambridge University Press， in press， 2014 [2014-09-03]. 20， P42.

[2]任國玉， 初子瑩， 周雅清. 中國氣溫變化研究最新進(jìn)展[J]. 氣候與環(huán)境研究， 2005， 10（4）： 701-706.

[3]秦大河， 陳振林， 羅勇， 等. 氣候變化科學(xué)的最新認(rèn)知[J]. 氣候變化研究進(jìn)展， 2007， 3（2）： 63-73.

[4]國際氣候中心. 氣候變化2007： 影響、適應(yīng)和脆弱性[N]. 中國氣象學(xué)報(bào)， 2007-04-14（1）.

[5]劉星燕， 黃山江， 孫躍飛， 等. 張家口近48年氣溫變化特征分析[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)， 2012， 28（32）： 288- 292.

[6]孫躍飛， 吳偉光， 顧潤香， 等. 張家口作物生長季氣候資源變化及特色農(nóng)業(yè)[J]中國農(nóng)學(xué)通報(bào)， 2015， 31（2）： 181-186.

[7]孫躍飛. 氣象短信制作與發(fā)送程序設(shè)計(jì)[J]. 軟件， 2013， 34（3）： 39-41.

[8]劉星燕， 王新寧， 孫曉霞， 等. 從預(yù)報(bào)報(bào)文獲取農(nóng)氣預(yù)報(bào)程序設(shè)計(jì)淺談[J]. 軟件， 2017， 38（7）： 130-133.

[9]劉星燕， 賈磊， 薛君彥. 淺談張家口121語音答詢系統(tǒng)幾個(gè)常見問題的處理[J]. 軟件， 2018， 39（1）： 180-182.

[10]李昕娣， 敖振浪， 陳武框. 氣象儀器檢定自動化及數(shù)據(jù)共享平臺的開發(fā)[J]. 氣象水文海洋儀器， 2009（1）： 5-8.

[11]吳偉光， 劉建勇， 劉星燕， 等. 淺談壩上溫室育苗氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)[J]. 軟件， 2018， 39（9）： 149-153.