玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

臧賀藏 趙巧麗 李國強(qiáng) 張杰 趙晴 胡峰 鄭國清

摘要：【目的】研發(fā)玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)快速采集、高效管理與自動分析，也為其他糧食作物及經(jīng)濟(jì)作物的農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集與管理提供參考?！痉椒ā坎捎肂/S與C/S混合開發(fā)架構(gòu)，構(gòu)建玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（APP）和玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（Web），APP采用Android技術(shù)實(shí)現(xiàn)Web api與服務(wù)器間的通信，Web采用Entity Framework技術(shù)對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，為海量農(nóng)藝性狀采集數(shù)據(jù)集成管理提供一個(gè)高效、安全和穩(wěn)定的平臺?！窘Y(jié)果】經(jīng)河南省863軟件孵化器有限公司測試結(jié)果表明，構(gòu)建的玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)在功能性測試、可靠性測試和易用性測試等方面均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)性能測試穩(wěn)定。客戶端APP主要以農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集為核心，實(shí)現(xiàn)玉米試驗(yàn)材料的快速錄入、查詢和定位，極大地提高數(shù)據(jù)采集效率?？蛻舳薃PP數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)端Web，實(shí)現(xiàn)了玉米生產(chǎn)過程多點(diǎn)試驗(yàn)任務(wù)的實(shí)時(shí)分發(fā)、農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)的查詢與管理、報(bào)表中心的生成及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等功能，為科學(xué)決策和管理提供數(shù)據(jù)支撐。自2016年以來，玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)經(jīng)過功能完善及版本的不斷升級，已在河南省一些科研機(jī)構(gòu)和高等院所進(jìn)行示范應(yīng)用，河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技試驗(yàn)示范基地原陽玉米區(qū)試試驗(yàn)應(yīng)用結(jié)果表明該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定?！窘ㄗh】今后研究中應(yīng)擴(kuò)展作物研究種類，在進(jìn)行農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集與管理時(shí)，重點(diǎn)將圖像管理模塊和集成無人機(jī)遙感平臺納入到玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)中。

關(guān)鍵詞： 玉米;農(nóng)藝性狀;數(shù)據(jù)采集;數(shù)據(jù)分析;管理系統(tǒng)

中圖分類號： S127;TP274? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：2095-1191（2019）11-2606-08

Design and implementation of data acquisition and management system of agronomic trait for maize

ZANG He-cang， ZHAO Qiao-li， LI Guo-qiang， ZHANG Jie， ZHAO Qing，

HU Feng， ZHENG Guo-qing*

（Agricultural Economy & Information Research Institution， Henan Academy of Agricultural Sciences/Research Center for Smart Agriculture Engineering and Technology of Henan Province， Zhengzhou? 450002， China）

Abstract：【Objective】A data acquisition and management system of agronomic trait for maize was constructed to achieve rapid collection， efficient management and automatic analysis of agronomic trait data for maize. It could provide reference for collection and management of agronomic traits from other grain crops or cash crops. 【Method】Using B/S and C/S hybrid development architecture， which built an agronomic traits of data acquisition system（APP） and maize agronomic traits data management system（Web） for maize， the APP adopted the Android technology to realize the communication between Web api and server， Web adopted entity framework technology to operate on a database， it provided an efficient， safe and stable platform for integrated management of massive agronomic traits acquisition data. 【Result】The test results of Henan 863 software incubator limited companyshowed that the system met the design requirements in functional test， reliability test and usability test， and the system performance test was stable. The APP of the client mainly focused on the real-time acquisition of agronomic traits data， whichhave been realized the fast input， query and positioning of maize test materials， it greatly improved the efficiency of data acquisition. The client APP data was uploaded to the server Web， it have been realized the real-time assignment of multi-point test task， data query and managementof agronomic traits data， report center generation， statistical analysis of data and other functions in maize production process， it provided data support for scientific decision-making and management. Since 2016， the system has been upgraded with improved functions and versions， which has been widely applied in scientific research institutions， higher teaching institutions in Henan. The application results indicated that the system has been run stably in Yuanyang maizeregional trial， the modern agricultural science and technology experimental demonstration base in Henan Academy of Agricultural Sciences. 【Suggestion】In the future， the research should expand the variety of crop research， and focus on integrate image management module and integrated unmanned aerial vehicle remote sensing platform into the data acquisition and management system of agronomic trait.

Key words： maize; agronomic trait; data acquisition; data analysis; management system

0 引言

【研究意義】在實(shí)際生產(chǎn)中，玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集仍普遍采用手工測量、紙質(zhì)記錄和經(jīng)驗(yàn)決策等工作方式，然后進(jìn)行二次數(shù)據(jù)整理，存在數(shù)據(jù)采集手段落后、采集數(shù)據(jù)耗時(shí)耗力、人為誤差大及紙質(zhì)記錄不易保存等問題;在數(shù)據(jù)管理上普遍采用Excel表格為主，存在數(shù)據(jù)管理不規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題;在數(shù)據(jù)分析上存在數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)利用率低等問題，不能快速獲取數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果;此外，部分科研團(tuán)隊(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與實(shí)際需求匹配度不高，導(dǎo)致操作繁瑣，使用率低?；趶氖掠衩咨a(chǎn)全程的采集人員和管理人員對信息管理軟件的迫切需求，研發(fā)玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)，對提高數(shù)據(jù)采集工作效率及降低采集人員的勞動強(qiáng)度具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】隨著數(shù)據(jù)采集技術(shù)的深入發(fā)展，作物農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集在一定程度上也得到發(fā)展，但仍無法滿足作物研究的實(shí)際需求（Fritsche-Neto and Borem，2015;樊龍江等，2016;劉忠強(qiáng)，2016;王君嬋等，2018）。近年來，國內(nèi)外專家學(xué)者已在作物上開展了一些數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究工作。牟伶俐等（2006）開發(fā)基于Java手機(jī)的野外農(nóng)田數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了野外數(shù)據(jù)采集、圖形瀏覽、定位與導(dǎo)航、數(shù)據(jù)傳輸與查詢等功能;李文闖（2013）開發(fā)基于Android的移動GIS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了采集對象相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)高度整合;王虎等（2013）設(shè)計(jì)基于Windows Mobile手機(jī)平臺的作物品種田間測試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集;葉思菁等（2015）設(shè)計(jì)作物種植環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原型，實(shí)現(xiàn)了用戶自定義錄入界面及動態(tài)適應(yīng)空間數(shù)據(jù)類型、數(shù)量和范圍的變化;Zhang和Li（2017）設(shè)計(jì)基于分布式位置的野生植物數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從已建立的植物庫將植物照片上傳至云服務(wù)器進(jìn)行識別。近幾年的文獻(xiàn)資料表明，國內(nèi)外學(xué)者在田間作物表型信息獲取方面進(jìn)行了相關(guān)探索，已初步應(yīng)用于作物壟數(shù)（Jiang et al.，2015;蘇偉等，2018）、果穗考種（吳剛等，2016;宋鵬等，2018）、株高（楊琦等，2017;牛慶林等，2018）、病害圖像提取（Han et al.，2017;Wang et al.，2018）等研究領(lǐng)域。【本研究切入點(diǎn)】上述系統(tǒng)對移動端野外數(shù)據(jù)采集與查詢進(jìn)行了很多研究，但目前涉及玉米栽培和育種試驗(yàn)過程各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集與管理的研究鮮有報(bào)道，且主要停留在人工操作階段?！緮M解決的關(guān)鍵問題】經(jīng)過長期實(shí)地調(diào)研，以改變傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式、提高農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)管理效率為目標(biāo)，歸納科研單位接觸到的栽培與育種人員在玉米生產(chǎn)管理過程中的信息化實(shí)際需求，設(shè)計(jì)開發(fā)玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)，旨在實(shí)現(xiàn)玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)的快速采集、高效管理和自動分析，也為其他糧食作物及經(jīng)濟(jì)作物的農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集與管理提供參考。

1 玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1. 1 總體框架結(jié)構(gòu)

針對采集人員和管理人員對試驗(yàn)過程中玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集與管理軟件的實(shí)際需求，通過田間多次實(shí)際調(diào)查，結(jié)合作者多年從事田間玉米試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以提高數(shù)據(jù)采集工作效率、降低采集人員的勞動強(qiáng)度為目標(biāo)，采用C/S與B/S混合開發(fā)架構(gòu)，為海量農(nóng)藝性狀采集數(shù)據(jù)集成管理提供一個(gè)高效、安全和穩(wěn)定的平臺。從開發(fā)技術(shù)架構(gòu)的角度可分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和用戶層，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。數(shù)據(jù)層位于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端，為業(yè)務(wù)邏輯層提供數(shù)據(jù)服務(wù);業(yè)務(wù)邏輯層主要進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯處理，是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心部分，從用戶的操作開始，用戶在瀏覽器頁面提交表單操作，向服務(wù)器發(fā)送請求，服務(wù)器接收并處理請求，然后把用戶請求的數(shù)據(jù)（網(wǎng)頁文件、圖片和聲音等）返回至瀏覽器;用戶層是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與用戶交互的窗口，用于接收用戶的輸入，顯示、操作數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)。

1. 2 客戶端APP的實(shí)現(xiàn)

客戶端APP主要包括模板選擇、掃碼定位、電子標(biāo)簽、數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)上傳和試驗(yàn)布局6個(gè)模塊?？蛻舳薃PP接收到試驗(yàn)任務(wù)后，可在試驗(yàn)布局中進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，根據(jù)小區(qū)標(biāo)識信息綁定電子標(biāo)簽或者打印紙質(zhì)標(biāo)簽。數(shù)據(jù)錄入按選擇的模板提供輸入界面，模板制作在模板選擇模塊中完成，小區(qū)編號的錄入提供掃描條形碼/電子標(biāo)簽、自動編號及手動錄入3種方式。

1. 3 Web瀏覽器的實(shí)現(xiàn)

Web是管理系統(tǒng)的主程序，除負(fù)責(zé)接收客戶端APP采集的數(shù)據(jù)外，還包括從試驗(yàn)設(shè)計(jì)開始到結(jié)束的精確管理、查詢和統(tǒng)計(jì)分析全過程管理。通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)模塊將各試驗(yàn)地點(diǎn)承擔(dān)的任務(wù)同步分發(fā)到客戶端APP上，客戶端APP采集的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)端Web，Web對客戶端APP上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行審核、修改、查詢和分析。該系統(tǒng)部署于數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)上，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，通過數(shù)據(jù)中心與客戶端APP進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，采集數(shù)據(jù)存儲于用戶本地服務(wù)器，防止數(shù)據(jù)篡改。根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯和需求分析，系統(tǒng)分為系統(tǒng)管理、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)管理、報(bào)表中心和統(tǒng)計(jì)分析五大功能模塊：

（1）系統(tǒng)管理模塊：包括行政區(qū)域、性狀管理、用戶管理和用戶組管理。行政區(qū)域用于選擇試驗(yàn)所在的省、市、縣區(qū)域;性狀管理用于對各類數(shù)量性狀和質(zhì)量性狀的自定義添加;用戶管理用于設(shè)置各類用戶的角色權(quán)限;用戶組管理是對用戶角色權(quán)限進(jìn)行管理。

（2）試驗(yàn)設(shè)計(jì)模塊：包括試驗(yàn)基礎(chǔ)信息、地塊布局和試驗(yàn)任務(wù)。試驗(yàn)基礎(chǔ)信息以試驗(yàn)地塊為單元，記錄土壤基礎(chǔ)肥力、氣象數(shù)據(jù)及田間管理等信息;地塊布局是基于試驗(yàn)?zāi)康牟煌?，根?jù)試驗(yàn)任務(wù)自動生成田間布局;試驗(yàn)任務(wù)具有制定試驗(yàn)采集的性狀指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)試驗(yàn)任務(wù)的實(shí)時(shí)分發(fā)，并同步到客戶端APP。

（3）數(shù)據(jù)管理模塊：包括全部數(shù)據(jù)匯總表、數(shù)量性狀匯總表和質(zhì)量性狀匯總表。通過設(shè)置查詢條件，可查看該試驗(yàn)不同類型采集性狀數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)查詢、審核、修改、檢索、導(dǎo)出及打印等功能。

（4）報(bào)表中心模塊：將報(bào)表包含的信息和數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)、按照管理單位提供的模板。自動完成信息的統(tǒng)計(jì)和匯總，生成相應(yīng)的報(bào)表，具有數(shù)據(jù)查詢、檢索、導(dǎo)出及打印等功能。

（5）統(tǒng)計(jì)分析模塊：選擇需要分析的試驗(yàn)名稱和數(shù)據(jù)采集時(shí)間，輸出某時(shí)間段內(nèi)該試驗(yàn)所測性狀數(shù)據(jù)列表，實(shí)現(xiàn)對各類性狀數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。

1. 4 關(guān)鍵技術(shù)

1. 4. 1 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采集主要由客戶端APP實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集所需性狀指標(biāo)設(shè)置在Web端完成。性狀指標(biāo)包括數(shù)量性狀和質(zhì)量性狀，數(shù)量性狀分為物候期、形態(tài)特征、生育動態(tài)、抗逆性、病害調(diào)查和產(chǎn)量性狀;質(zhì)量性狀提供所有會出現(xiàn)的選項(xiàng);數(shù)量性狀提供閾值，減少數(shù)據(jù)錄入錯誤率。性狀管理設(shè)置了每個(gè)性狀數(shù)據(jù)采集的類型，保證同一個(gè)試驗(yàn)多個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集的格式統(tǒng)一。試驗(yàn)任務(wù)從Web端下發(fā)到客戶端后，客戶端選擇當(dāng)前需要采集的性狀指標(biāo)制成模板，數(shù)據(jù)錄入按模板提供輸入界面。性狀指標(biāo)維護(hù)屬于系統(tǒng)管理員權(quán)限范圍，其他權(quán)限只能使用，防止性狀指標(biāo)屬性被篡改。

1. 4. 2 數(shù)據(jù)管理 客戶端APP數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器后，為滿足不同用戶需要，Web端系統(tǒng)提供全部數(shù)據(jù)、數(shù)量性狀數(shù)據(jù)和質(zhì)量性狀數(shù)據(jù)自動匯總。針對試驗(yàn)報(bào)告所需各類匯總表，將數(shù)據(jù)按物候期、抗逆性調(diào)查、病害調(diào)查、形態(tài)特征、主要性狀和產(chǎn)量性狀匯總分類報(bào)表。

1. 4. 3 技術(shù)流程 Web系統(tǒng)采用Entity Framework技術(shù)對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，使用Linq和Lambda表達(dá)式實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的增刪改查，用戶層采用telerik前端框架、jQuery、Kendo UI及Bootstrap等腳本技術(shù);APP使用Android Studio內(nèi)置的SQLite數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲數(shù)據(jù)，采用Android技術(shù)實(shí)現(xiàn)Web api與服務(wù)器間的通信。通過Web管理系統(tǒng)，管理存貯于數(shù)據(jù)中心的手持終端APP采集上傳的農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)，使用條碼打印機(jī)，按照試驗(yàn)布局以一定的順序依次打印條碼，再將條碼按照打印順序依次懸掛在小區(qū)玉米植株上;通過手持終端APP掃描玉米植株上的條碼，進(jìn)入數(shù)據(jù)錄入界面，數(shù)據(jù)錄入完畢，通過無線網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)中心內(nèi)的數(shù)據(jù)同步。

2 玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)的測試與應(yīng)用

2. 1 系統(tǒng)性能測試結(jié)果

本研究設(shè)計(jì)的玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)經(jīng)河南省863軟件孵化器有限公司測試，測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)在功能性測試、可靠性測試和易用性測試等方面均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，符合GB/T 25000.51—2010《軟件工程 軟件產(chǎn)品質(zhì)量要求和評價(jià)（Square）商業(yè)現(xiàn)貨（Cots）軟件產(chǎn)品的質(zhì)量要求和測試細(xì)則》。根據(jù)采集人員的生產(chǎn)實(shí)際需求，本研究主要以玉米生長發(fā)育性能測定檢驗(yàn)設(shè)備是否符合玉米主要性能指標(biāo)的要求，以對10株玉米成熟期主要農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集所消耗的平均時(shí)長作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。成熟期主要測定玉米植株的株高、軸色、穗型、禿尖、粒色和圖像等性狀指標(biāo)。按每套設(shè)備分別測定10株玉米，30株玉米隨機(jī)分為3組開展生長發(fā)育性能測試，取得的主要性能測試結(jié)果如表1所示。受測成熟期玉米植株的性狀指標(biāo)數(shù)據(jù)采集時(shí)間介于172～185 s，圖像采集時(shí)間介于34～35 s，玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能測試穩(wěn)定。

2. 2 客戶端APP的應(yīng)用

客戶端APP主要用于田間觀察觀測性狀數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)玉米試驗(yàn)材料的快速錄入、查詢和定位。同時(shí)，APP采集性狀模板可自定義，支持用戶自添加性狀，隨時(shí)查看田間布局。在數(shù)據(jù)錄入方式上，實(shí)現(xiàn)語音識別錄入和手動錄入的雙重選擇，支持性狀數(shù)據(jù)的離線采集，通過有線或無線方式上傳采集數(shù)據(jù)至服務(wù)端Web。根據(jù)田間制定采集任務(wù)的需求，靈活調(diào)整與Web的數(shù)據(jù)交換內(nèi)容，進(jìn)而提高性狀數(shù)據(jù)采集效率。

客戶端APP主要針對玉米生產(chǎn)中需要調(diào)查的性狀指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，打開客戶端APP，進(jìn)入到系統(tǒng)主界面，操作界面如圖2所示。點(diǎn)擊性狀選擇模塊，可快速選擇試驗(yàn)需要采集的性狀指標(biāo)（圖2-A）;添加出來的性狀形成該試驗(yàn)的模板，并輸入模板名稱（圖2-B）;保存模板，模板可顯示當(dāng)前日期（圖2-C）;點(diǎn)擊當(dāng)前保存的模板，選擇使用模板，可按照模板詳情中的性狀指標(biāo)進(jìn)行田間數(shù)據(jù)采集，按照小區(qū)編號順序錄入性狀數(shù)據(jù)（圖2-D），在數(shù)據(jù)錄入過程中，具備數(shù)據(jù)查詢、修改和即時(shí)保存功能等;數(shù)據(jù)錄入結(jié)束后，選擇數(shù)據(jù)上傳模塊（圖2-E）;點(diǎn)擊抽雄期記載數(shù)據(jù)，可查看數(shù)據(jù)詳情（圖2-F）;點(diǎn)擊上傳數(shù)據(jù)按鈕，數(shù)據(jù)上傳完成，該次采集數(shù)據(jù)模板名稱自動消失。

2. 3 Web瀏覽器的應(yīng)用

客戶端APP數(shù)據(jù)采集完畢提交后，所有性狀數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)端Web。系統(tǒng)用戶采用三級權(quán)限管理，即管理員、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和采集員負(fù)責(zé)在后臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行審核、查詢和管理。圖3顯示了2018年7月26日—2018年8月2日安陽區(qū)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理界面，采集數(shù)據(jù)可導(dǎo)出Excel表格，供科研人員分析使用。圖4顯示了2018年7月26日—8月2日安陽區(qū)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析界面，選擇需要分析的試驗(yàn)名稱和數(shù)據(jù)采集時(shí)間，服務(wù)端對數(shù)據(jù)提供自動實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析，并生成統(tǒng)計(jì)圖表，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可直接打印和導(dǎo)出;項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和管理員根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果提出切實(shí)可行的生產(chǎn)指導(dǎo)意見，并推送信息至采集員手機(jī)，為科學(xué)決策和管理提供數(shù)據(jù)支撐。

2. 4 系統(tǒng)的應(yīng)用效果

自2016年以來，本研究設(shè)計(jì)的玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)已在河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)及洛陽市農(nóng)林科學(xué)院等科研機(jī)構(gòu)連續(xù)應(yīng)用3年。主要應(yīng)用對象為從事玉米栽培與育種試驗(yàn)的田間一線人員，應(yīng)用前進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)和實(shí)際操作等跟蹤服務(wù)，以保證玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化采集和規(guī)范化管理，同時(shí)建立科學(xué)、規(guī)范的案例演示。以2017年8月在河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技試驗(yàn)示范基地原陽玉米區(qū)試試驗(yàn)吐絲期數(shù)據(jù)采集為案例，對吐絲期農(nóng)藝性狀指標(biāo)進(jìn)行采集。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，5行區(qū)，小區(qū)面積20 m2，種植密度75000株/ha，采集株數(shù)10株，本次采集的性狀指標(biāo)不受天氣影響，可直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。吐絲期主要測定玉米植株的株型、穗柄有無、苞葉情況、花絲顏色、吐絲時(shí)間、株高、穗位和倒伏率共8個(gè)性狀指標(biāo)?？蛻舳薃PP的應(yīng)用案例如圖5所示，經(jīng)過多點(diǎn)長時(shí)間客戶端APP的功能完善，實(shí)現(xiàn)了版本的不斷升級，現(xiàn)已在科研院所及高等院校進(jìn)行長時(shí)間使用。采集員在客戶端APP應(yīng)用過程中，可同時(shí)接收多個(gè)試驗(yàn)任務(wù)的采集，支持多人共享同一采集模板，極大地提高了數(shù)據(jù)采集效率;同時(shí)，省去了傳統(tǒng)手工采集數(shù)據(jù)二次錄入過程。此外，農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)采集與統(tǒng)一存儲，解決了傳統(tǒng)手工記載數(shù)據(jù)錯誤率高、紙質(zhì)記錄不易保存等問題。應(yīng)用客戶端APP采集玉米吐絲期數(shù)據(jù)，可有效提高采集效率70%以上。Web瀏覽器的應(yīng)用案例如圖6所示，以試驗(yàn)采集員權(quán)限登錄Web瀏覽器，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)管理界面，即可查看客戶端APP上傳的采集數(shù)據(jù)。在Web瀏覽器應(yīng)用過程中，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)試驗(yàn)任務(wù)的實(shí)時(shí)分發(fā)，靈活調(diào)整農(nóng)藝性狀采集字段和閾值，減少人為誤差和干擾。目前，2018年玉米區(qū)試試驗(yàn)各承試點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集正在持續(xù)添加中，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

3 討論

傳統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)通常基于Excel進(jìn)行管理和分析，無法對數(shù)量龐大的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行批量校正和邏輯判斷等預(yù)處理工作，給后期的品種評價(jià)與決策的準(zhǔn)確性帶來極大隱患（王虎等，2010）。本研究系統(tǒng)開發(fā)以現(xiàn)有玉米品種試驗(yàn)技術(shù)規(guī)程和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，圍繞玉米生產(chǎn)全程的數(shù)據(jù)采集與管理信息化實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)了玉米從播前到收獲生產(chǎn)全程的農(nóng)藝性狀精確采集，有效解決了當(dāng)前玉米生產(chǎn)全程數(shù)據(jù)采集與管理存在的問題;且Web端與客戶端APP保持一致，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與存儲標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，為數(shù)據(jù)共享與分析利用提供良好的基礎(chǔ)。

黃錦和李紹明（2014）設(shè)計(jì)開發(fā)了一套基于移動智能設(shè)備的育種田間信息采集系統(tǒng)，主要討論了育種田間數(shù)據(jù)快速錄入、動態(tài)配置表單、數(shù)據(jù)有效性驗(yàn)證及保障數(shù)據(jù)安全的方法。李雪和楊濤（2016）設(shè)計(jì)了對玉米性狀數(shù)據(jù)等相關(guān)信息進(jìn)行有效管理和綜合分析利用的玉米育種信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了玉米育種信息的科學(xué)管理。張小斌等（2016）開發(fā)出基于梨屬植物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的梨育種信息管理與采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了梨育種信息的田間快速采集與傳輸。以上研究都是基于單個(gè)軟件的田間作物育種信息采集與管理系統(tǒng)，而在語音識別、試驗(yàn)布局、多個(gè)試驗(yàn)任務(wù)接收及采集模板共享方面存在不足。本研究設(shè)計(jì)的客戶端APP支持掃碼定位、離線數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)上傳等功能，實(shí)現(xiàn)了客戶端APP與Web間的數(shù)據(jù)交換共享;Web瀏覽器實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)試驗(yàn)任務(wù)的實(shí)時(shí)分發(fā)，便于多年多點(diǎn)區(qū)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)的匯總及報(bào)表中心的生成，為數(shù)據(jù)分析利用提供良好的基礎(chǔ)。

經(jīng)過長期測試和不斷更新，玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，界面操作簡單，使用方便，但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)了一些不足之處：如考種數(shù)據(jù)是用考種儀獲取，雖然解決了傳統(tǒng)人工測量效率低等問題，但對數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理帶來不便;另外，采集的大量圖片僅能查看和檢索，未經(jīng)過深層次的圖像識別和挖掘等。因此，在今后的研究中，重點(diǎn)將高通量采集技術(shù)和圖像識別技術(shù)應(yīng)用到本系統(tǒng)中，減少多個(gè)系統(tǒng)分散的問題，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)采集和挖掘效率。

4 建議

4. 1 集成無人機(jī)遙感平臺

本研究中數(shù)量性狀指標(biāo)采集主要依靠人工測量，然后將數(shù)據(jù)錄入到客戶端APP，省去了傳統(tǒng)手工紙質(zhì)記載數(shù)據(jù)或電腦Excel錄入的過程;而無人機(jī)遙感平臺可改變傳統(tǒng)人工調(diào)查效率低和時(shí)效性差等問題。因此，在現(xiàn)有玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，集成無人機(jī)遙感平臺，可及時(shí)獲取大范圍玉米區(qū)域試驗(yàn)數(shù)量性狀信息，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)采集效率。

4. 2 擴(kuò)展作物研究種類

當(dāng)前，玉米農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)正處于小范圍應(yīng)用階段，只能滿足玉米農(nóng)藝性狀的信息化需求，因此，需進(jìn)一步完善系統(tǒng)，擴(kuò)展到其他作物的農(nóng)藝性狀，增加多種作物的數(shù)據(jù)采集方式，定制不同作物的采集指標(biāo)與采集方法標(biāo)準(zhǔn)，適用于其他作物農(nóng)藝性狀的便捷采集與管理的通用版本。

4. 3 增加圖像管理模塊

本研究設(shè)計(jì)的農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集APP，把拍攝的圖像作為一個(gè)性狀指標(biāo)考慮，在對圖像進(jìn)行搜索時(shí)帶來了不便，同時(shí)不利于后期圖像的自動識別。因此，在今后的研究中農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)采集APP應(yīng)增加圖像管理模塊，實(shí)現(xiàn)玉米圖像的自動識別。

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（責(zé)任編輯 鄧慧靈）