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

姚玉霞，王國偉，張蕓，韓智慧（.長春科技學院；.吉林農(nóng)業(yè)大學信息技術學院，吉林長春30000）

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

姚玉霞1，王國偉2，張蕓1，韓智慧1
（1.長春科技學院；2.吉林農(nóng)業(yè)大學信息技術學院，吉林長春130000）

近年來，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”與地理信息系統(tǒng)技術的興起，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)得到了進一步的應用，為農(nóng)業(yè)在空間上做決策分析提供了技術保障。在“互聯(lián)網(wǎng)+”和玉米施肥決策系統(tǒng)應用的過程中，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)”，并進行應用。

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，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)戶因地制宜的施肥，適應國家調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構的大環(huán)境需要。把不同空間資料，不同時段資料和不同格式的資料在統(tǒng)一的坐標體系下實現(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)絡地理信息系統(tǒng)（W e b G I S）的玉米智能決策系統(tǒng)進行應用是十分必要的，該系統(tǒng)可為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的各個部門提供決策的參考信息。

1 基本地理功能應用

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

地圖顯示功能：用戶可以在圖層控制窗口中對所需顯示的圖的縮略圖，縮略圖上有一個矩形框，代表地圖顯示窗口中當前顯示的內(nèi)容。用鼠標拖動矩形框，當矩形框移動到用戶需要的區(qū)域上時，地圖顯示窗口里的電子地圖也快速顯示相應位置的內(nèi)容。

地圖移動功能：在工具箱中有四個箭頭狀的按鈕，這四個按鈕箭頭的方向為地圖移動的方向。可以通過按某個按鈕，地圖就會按箭頭所指方向移動一定的距離[2]。

地圖測量功能：當要知道從一個地方到另一個地方（或要經(jīng)過幾個地方）有多遠時，就可選擇測量工具，只要順次點擊要經(jīng)過的地方，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 智能決策應用

該功能實現(xiàn)了根據(jù)養(yǎng)分含量及目標產(chǎn)量推理得到相關地塊的施肥量。在窗體出現(xiàn)之后，輸入目標產(chǎn)量，單擊推理按鈕，就會將該地區(qū)的施肥量給出來。根據(jù)決策給出的每個小區(qū)的施肥圖層進行選擇，當圖層控制窗口中的復選框被選上時，該圖層所描繪的具體信息就會在地圖顯示窗口中顯示。在顯示圖層時可以根據(jù)具體情況對圖層用文字、顏色或符號大小來區(qū)分。

圖1 屬性查詢

圖2 地圖屬性互查

圖3 query工具

圖4 find工具

地圖放大功能：點擊“放大”按鈕，光標呈放大鏡狀。當鼠標在地圖上某一點單擊時，地圖將以該地點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)容越來越豐富，為實現(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：點擊“縮小”按鈕，光標呈縮小鏡狀。在地圖上任一位置單擊鼠標左鍵，地圖將以該點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)容也相應減少，當?shù)貓D縮小到比全圖顯示還要小時不再縮小。若地圖偏離窗口中央，系統(tǒng)自動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的內(nèi)容有限，這時可點擊“漫游”按鈕，光標呈手狀，將光標移至某一位置按下鼠標左鍵在屏幕上拖動，地圖將向拖動方向連續(xù)漫游，此時地圖比例尺和圖層數(shù)保持不變。也可通過在縮略圖窗口中操作來達到漫游的目的。

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，繪制相應地塊的施肥處方圖，以供變量施肥機進行施肥作業(yè)。

3 空間分析應用

空間差異性分析：通過對所測的養(yǎng)分及產(chǎn)量進行空間分析，生成了土壤速效氮、速效磷、速效鉀、有機質(zhì)、p H值、含水量及產(chǎn)量的空間變異圖，點擊變異圖按鈕進入該頁面，可顯示結果。

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

4 可視化加權模糊聚類系統(tǒng)應用

進入到該系統(tǒng)首先要進行方法選擇，此窗口中主要選定權重系數(shù)的確定方法和對數(shù)據(jù)的評價方法，下面以層次分析法和基于模糊等價矩陣的模糊聚類算法為例，介紹系統(tǒng)的使用。當選擇完成之后，進入到層次分析算法界面，在此頁面上要添加評價指標，然后進入專家打分評價窗口。在空間模糊聚類窗口中，輸入要評價的數(shù)據(jù)年份，進行查詢，其結果在數(shù)據(jù)表中顯示出來。點擊標準化按鈕，實現(xiàn)對所評價數(shù)據(jù)的標準化處理；點擊聚類按鈕，即可對標準化的數(shù)據(jù)進行計算，得到模糊相似矩陣，利用平方自合成運算，得到模糊等價矩陣；找出模糊相似度，將其值添加到下拉列表框中；選擇適當?shù)哪：嗨贫龋捎嬎愠龃藭r的分類情況，計算出概率統(tǒng)計中F分布的F值，此值可反映此種分類情況是否顯著；得到分類之后，可利用數(shù)據(jù)挖掘可視化的技術，對分類結果進行可視化。結果如圖5、圖6所示。

圖5 聚類星型可視化

圖6 聚類結果GIS可視化

5 應用實例

空間加權模糊聚類算法在評價變量施肥效果中的應用：通過對榆樹市弓棚鎮(zhèn)十三號村3號地2005年、2008年和2012年的土壤有機質(zhì)、速效氮、速效磷和速效鉀四種養(yǎng)分數(shù)據(jù)的模糊加權聚類結果進行比較，得知經(jīng)過連續(xù)的變量施肥后，數(shù)據(jù)間的相似度在逐漸地聚集，當所有數(shù)據(jù)被分為一類時，經(jīng)過了連續(xù)的變量施肥后，整個地塊的土壤中有機質(zhì)、速效氮、速效磷和速效鉀四種養(yǎng)分數(shù)據(jù)的綜合相似度在逐年提高。根據(jù)各網(wǎng)格空間位置關系，此時的聚類結果在地理信息系統(tǒng)中進行分析得到的結果[3]。

熵權法加權空間模糊聚類在地力評價中的應用：通過基準數(shù)據(jù)集對熵權法加權的空間模糊聚類算法進行了驗證，證明此算法確實可提高模糊聚類的精度。將此算法應用到地力評價中去是可行的。

選取農(nóng)安縣的行政區(qū)劃圖、土壤圖和化驗測得的p H值、有機質(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)做為評價的基礎數(shù)據(jù)集（數(shù)據(jù)來自農(nóng)安縣農(nóng)業(yè)技術推廣站）。先對選定數(shù)據(jù)進行清洗，篩選出符合評價標準的數(shù)據(jù)集。然后，利用熵權法加權的空間模糊聚類算法對數(shù)據(jù)集進行評價。最后，利用G I S將評價結果可視化。

本文綜合應用W e b G I S、專家系統(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、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)”，從而達到對空間數(shù)據(jù)的管理、分析和決策。結合層次分析方法，提出了一種空間加權模糊動態(tài)聚類算法，應用該算法進行的分類結果，對實際問題的分類更為客觀和準確，算法中通過引入F-分布，在充分考慮到各類間及類內(nèi)的差異性的基礎上，得到最佳閾值，并利用其最佳閾值得到最佳分類，提出了利用熵權法對FC M算法進行加權的新算法[4]。熵權法是從數(shù)據(jù)本身出發(fā)研究數(shù)據(jù)之間的差異，更能客觀反映數(shù)據(jù)之間的真實分布情況；實現(xiàn)了兩種方式的空間數(shù)據(jù)挖掘結果可視化，可視化結果可輔助人們對數(shù)據(jù)的分析和決策；根據(jù)小區(qū)的養(yǎng)分含量，實現(xiàn)了施肥決策，得到各小區(qū)的施肥量，生成施肥處方圖，為變量施肥機的作業(yè)提供數(shù)據(jù)基礎。

[1]姚玉霞.基于W e b G I S吉林玉米病蟲草害診治專家系統(tǒng)的研究應用[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].中國農(nóng)學通報,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.玉米病蟲草害診斷系統(tǒng)的研究與實踐[J].農(nóng)業(yè)災害研究,2012(05):129-130.

S513

A

10.14025/j.cnki.jlny.2017.19.007

姚玉霞，碩士，教授，碩士導師，研究方向：計算機與應用。