姚玉霞，王國(guó)偉，張蕓，韓智慧（.長(zhǎng)春科技學(xué)院；.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春30000）

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的可視化玉米施肥決策系統(tǒng)應(yīng)用

姚玉霞1，王國(guó)偉2，張蕓1，韓智慧1
（1.長(zhǎng)春科技學(xué)院；2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130000）

近年來(lái)，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”與地理信息系統(tǒng)技術(shù)的興起，使傳統(tǒng)的GIS有了新的發(fā)展空間，讓大量的空間數(shù)據(jù)得到了進(jìn)一步的應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)在空間上做決策分析提供了技術(shù)保障。在“互聯(lián)網(wǎng)+”和玉米施肥決策系統(tǒng)應(yīng)用的過(guò)程中，積累了大量農(nóng)業(yè)上的空間數(shù)據(jù)，為組織和管理好這些數(shù)據(jù)，更好地進(jìn)行管理、分析和決策，研制了“基于互聯(lián)網(wǎng)+W ebGIS的玉米智能決策系統(tǒng)”，并進(jìn)行應(yīng)用。

W ebGIS；“互聯(lián)網(wǎng)+”；玉米；智能決策系統(tǒng)

由于玉米田地的空間差異是以土壤為基礎(chǔ)，土壤養(yǎng)分的空間變異影響精確施肥的確定，為了保證農(nóng)戶(hù)因地制宜的施肥，適應(yīng)國(guó)家調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的大環(huán)境需要。把不同空間資料，不同時(shí)段資料和不同格式的資料在統(tǒng)一的坐標(biāo)體系下實(shí)現(xiàn)高效、有序和集中統(tǒng)一管理是最行之有效的發(fā)展途徑，研制開(kāi)發(fā)出基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的可視化空間模糊數(shù)據(jù)挖掘VS D M）和網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)（W e b G I S）的玉米智能決策系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用是十分必要的，該系統(tǒng)可為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的各個(gè)部門(mén)提供決策的參考信息。

1 基本地理功能應(yīng)用

系統(tǒng)所提供的功能為顯示整個(gè)地圖及窗口顯示地圖與整個(gè)地圖的位置關(guān)系，為圖層顯示控制窗口，地圖經(jīng)緯度隨著鼠標(biāo)的移動(dòng)，動(dòng)態(tài)顯示鼠標(biāo)所指位置的經(jīng)緯度，隨著地圖的放大和縮小，動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前地圖的比例尺，內(nèi)容也跟著發(fā)生變化[1]。

地圖顯示功能：用戶(hù)可以在圖層控制窗口中對(duì)所需顯示的圖的縮略圖，縮略圖上有一個(gè)矩形框，代表地圖顯示窗口中當(dāng)前顯示的內(nèi)容。用鼠標(biāo)拖動(dòng)矩形框，當(dāng)矩形框移動(dòng)到用戶(hù)需要的區(qū)域上時(shí)，地圖顯示窗口里的電子地圖也快速顯示相應(yīng)位置的內(nèi)容。

地圖移動(dòng)功能：在工具箱中有四個(gè)箭頭狀的按鈕，這四個(gè)按鈕箭頭的方向?yàn)榈貓D移動(dòng)的方向。可以通過(guò)按某個(gè)按鈕，地圖就會(huì)按箭頭所指方向移動(dòng)一定的距離[2]。

地圖測(cè)量功能：當(dāng)要知道從一個(gè)地方到另一個(gè)地方（或要經(jīng)過(guò)幾個(gè)地方）有多遠(yuǎn)時(shí)，就可選擇測(cè)量工具，只要順次點(diǎn)擊要經(jīng)過(guò)的地方，就能得到它們之間的距離和總距離。各功能，如圖1～圖4所示。

2 智能決策應(yīng)用

該功能實(shí)現(xiàn)了根據(jù)養(yǎng)分含量及目標(biāo)產(chǎn)量推理得到相關(guān)地塊的施肥量。在窗體出現(xiàn)之后，輸入目標(biāo)產(chǎn)量，單擊推理按鈕，就會(huì)將該地區(qū)的施肥量給出來(lái)。根據(jù)決策給出的每個(gè)小區(qū)的施肥圖層進(jìn)行選擇，當(dāng)圖層控制窗口中的復(fù)選框被選上時(shí)，該圖層所描繪的具體信息就會(huì)在地圖顯示窗口中顯示。在顯示圖層時(shí)可以根據(jù)具體情況對(duì)圖層用文字、顏色或符號(hào)大小來(lái)區(qū)分。

圖1 屬性查詢(xún)

圖2 地圖屬性互查

圖3 query工具

圖4 find工具

地圖放大功能：點(diǎn)擊“放大”按鈕，光標(biāo)呈放大鏡狀。當(dāng)鼠標(biāo)在地圖上某一點(diǎn)單擊時(shí)，地圖將以該地點(diǎn)為中心放大一倍比例尺顯示。隨著地圖不斷放大，可顯示的圖層數(shù)將逐漸增多，電子地圖內(nèi)容越來(lái)越豐富，為實(shí)現(xiàn)最佳顯示效果，地圖放大若干倍后不再放大。

地圖縮小功能：點(diǎn)擊“縮小”按鈕，光標(biāo)呈縮小鏡狀。在地圖上任一位置單擊鼠標(biāo)左鍵，地圖將以該點(diǎn)為中心縮小一倍比例尺顯示。隨著地圖的不斷縮小，可顯示的圖層數(shù)和地物內(nèi)容也相應(yīng)減少，當(dāng)?shù)貓D縮小到比全圖顯示還要小時(shí)不再縮小。若地圖偏離窗口中央，系統(tǒng)自動(dòng)將地圖拉回到窗口中央顯示。

地圖漫游功能：在地圖放大之后，在顯示器窗口中可見(jiàn)的內(nèi)容有限，這時(shí)可點(diǎn)擊“漫游”按鈕，光標(biāo)呈手狀，將光標(biāo)移至某一位置按下鼠標(biāo)左鍵在屏幕上拖動(dòng)，地圖將向拖動(dòng)方向連續(xù)漫游，此時(shí)地圖比例尺和圖層數(shù)保持不變。也可通過(guò)在縮略圖窗口中操作來(lái)達(dá)到漫游的目的。

地圖縮略圖功能：縮略圖窗口按全圖顯示比例顯示電子地量，繪制相應(yīng)地塊的施肥處方圖，以供變量施肥機(jī)進(jìn)行施肥作業(yè)。

3 空間分析應(yīng)用

空間差異性分析：通過(guò)對(duì)所測(cè)的養(yǎng)分及產(chǎn)量進(jìn)行空間分析，生成了土壤速效氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、p H值、含水量及產(chǎn)量的空間變異圖，點(diǎn)擊變異圖按鈕進(jìn)入該頁(yè)面，可顯示結(jié)果。

緩沖區(qū)分析：用戶(hù)先選擇圖層并選擇上某要素，再選擇緩沖區(qū)工具，設(shè)置參數(shù)（緩沖距離及單位）及緩沖所作用的圖層，點(diǎn)擊應(yīng)用或確定。

4 可視化加權(quán)模糊聚類(lèi)系統(tǒng)應(yīng)用

進(jìn)入到該系統(tǒng)首先要進(jìn)行方法選擇，此窗口中主要選定權(quán)重系數(shù)的確定方法和對(duì)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)方法，下面以層次分析法和基于模糊等價(jià)矩陣的模糊聚類(lèi)算法為例，介紹系統(tǒng)的使用。當(dāng)選擇完成之后，進(jìn)入到層次分析算法界面，在此頁(yè)面上要添加評(píng)價(jià)指標(biāo)，然后進(jìn)入專(zhuān)家打分評(píng)價(jià)窗口。在空間模糊聚類(lèi)窗口中，輸入要評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)年份，進(jìn)行查詢(xún)，其結(jié)果在數(shù)據(jù)表中顯示出來(lái)。點(diǎn)擊標(biāo)準(zhǔn)化按鈕，實(shí)現(xiàn)對(duì)所評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理；點(diǎn)擊聚類(lèi)按鈕，即可對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到模糊相似矩陣，利用平方自合成運(yùn)算，得到模糊等價(jià)矩陣；找出模糊相似度，將其值添加到下拉列表框中；選擇適當(dāng)?shù)哪：嗨贫?，可?jì)算出此時(shí)的分類(lèi)情況，計(jì)算出概率統(tǒng)計(jì)中F分布的F值，此值可反映此種分類(lèi)情況是否顯著；得到分類(lèi)之后，可利用數(shù)據(jù)挖掘可視化的技術(shù)，對(duì)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行可視化。結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5 聚類(lèi)星型可視化

圖6 聚類(lèi)結(jié)果GIS可視化

5 應(yīng)用實(shí)例

空間加權(quán)模糊聚類(lèi)算法在評(píng)價(jià)變量施肥效果中的應(yīng)用：通過(guò)對(duì)榆樹(shù)市弓棚鎮(zhèn)十三號(hào)村3號(hào)地2005年、2008年和2012年的土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷和速效鉀四種養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)的模糊加權(quán)聚類(lèi)結(jié)果進(jìn)行比較，得知經(jīng)過(guò)連續(xù)的變量施肥后，數(shù)據(jù)間的相似度在逐漸地聚集，當(dāng)所有數(shù)據(jù)被分為一類(lèi)時(shí)，經(jīng)過(guò)了連續(xù)的變量施肥后，整個(gè)地塊的土壤中有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷和速效鉀四種養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)的綜合相似度在逐年提高。根據(jù)各網(wǎng)格空間位置關(guān)系，此時(shí)的聚類(lèi)結(jié)果在地理信息系統(tǒng)中進(jìn)行分析得到的結(jié)果[3]。

熵權(quán)法加權(quán)空間模糊聚類(lèi)在地力評(píng)價(jià)中的應(yīng)用：通過(guò)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集對(duì)熵權(quán)法加權(quán)的空間模糊聚類(lèi)算法進(jìn)行了驗(yàn)證，證明此算法確實(shí)可提高模糊聚類(lèi)的精度。將此算法應(yīng)用到地力評(píng)價(jià)中去是可行的。

選取農(nóng)安縣的行政區(qū)劃圖、土壤圖和化驗(yàn)測(cè)得的p H值、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、緩放鉀、有效態(tài)（銅、鋅、鐵、錳、硼、鉬）等數(shù)據(jù)做為評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集（數(shù)據(jù)來(lái)自農(nóng)安縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站）。先對(duì)選定數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，篩選出符合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)集。然后，利用熵權(quán)法加權(quán)的空間模糊聚類(lèi)算法對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行評(píng)價(jià)。最后，利用G I S將評(píng)價(jià)結(jié)果可視化。

本文綜合應(yīng)用W e b G I S、專(zhuān)家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)和可視化空間模糊數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)、空間數(shù)據(jù)挖掘的可視化方法，研制“基于互聯(lián)網(wǎng)+VS D M和W e b G I S的玉米智能決策系統(tǒng)”，從而達(dá)到對(duì)空間數(shù)據(jù)的管理、分析和決策。結(jié)合層次分析方法，提出了一種空間加權(quán)模糊動(dòng)態(tài)聚類(lèi)算法，應(yīng)用該算法進(jìn)行的分類(lèi)結(jié)果，對(duì)實(shí)際問(wèn)題的分類(lèi)更為客觀(guān)和準(zhǔn)確，算法中通過(guò)引入F-分布，在充分考慮到各類(lèi)間及類(lèi)內(nèi)的差異性的基礎(chǔ)上，得到最佳閾值，并利用其最佳閾值得到最佳分類(lèi)，提出了利用熵權(quán)法對(duì)FC M算法進(jìn)行加權(quán)的新算法[4]。熵權(quán)法是從數(shù)據(jù)本身出發(fā)研究數(shù)據(jù)之間的差異，更能客觀(guān)反映數(shù)據(jù)之間的真實(shí)分布情況；實(shí)現(xiàn)了兩種方式的空間數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果可視化，可視化結(jié)果可輔助人們對(duì)數(shù)據(jù)的分析和決策；根據(jù)小區(qū)的養(yǎng)分含量，實(shí)現(xiàn)了施肥決策，得到各小區(qū)的施肥量，生成施肥處方圖，為變量施肥機(jī)的作業(yè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

[1]姚玉霞.基于W e b G I S吉林玉米病蟲(chóng)草害診治專(zhuān)家系統(tǒng)的研究應(yīng)用[J].吉林農(nóng)業(yè),2014(10):102-103.

[2]吳雨華,諸葉平.“玉米生產(chǎn)管理智能決策系統(tǒng)”推廣模式研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2009,25(12):274-277

[3]Yuxia-yao,The Research and Application of Remote Sensing Technology in MaizeYield Estimation of Jilin，[J]2014IEEE Workshaop on Advanced Research and Technology Industry Applications CANADA,2014(09)1068-15-072.

[4]李雅君.玉米病蟲(chóng)草害診斷系統(tǒng)的研究與實(shí)踐[J].農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究,2012(05):129-130.

S513

A

10.14025/j.cnki.jlny.2017.19.007

姚玉霞，碩士，教授，碩士導(dǎo)師，研究方向：計(jì)算機(jī)與應(yīng)用。