甘肅省農(nóng)業(yè)碳排放信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

劉虎龍　王治兵　梁彥飛　王有華　張洋洋

摘要：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放已然成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，氣候研究的主要課題。研究甘肅省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放對(duì)本省的科技農(nóng)業(yè)進(jìn)行有效的指導(dǎo)和對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)生的碳排放進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)甘肅省農(nóng)業(yè)碳排放的統(tǒng)一管理。通過(guò)對(duì)碳的合理統(tǒng)計(jì)和分析，對(duì)減排估算和潛在的碳排放規(guī)模進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。甘肅省地處中國(guó)西北部，獨(dú)特的地理位置決定了其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)跨度大，品種多的主要特點(diǎn)。省內(nèi)的第一產(chǎn)業(yè)：種植業(yè)，林業(yè)和畜牧業(yè)發(fā)展良好。針對(duì)甘肅省黃河流域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和碳排放的力度提出合理的解決辦法，更加映襯了當(dāng)前綠色發(fā)展農(nóng)業(yè)的時(shí)代主題。在基于對(duì)主要的農(nóng)作物（小麥和玉米），農(nóng)藥，化肥，農(nóng)業(yè)灌溉，農(nóng)業(yè)機(jī)械等主要投入碳來(lái)源，對(duì)省內(nèi)的相關(guān)市，自治區(qū)，自治縣的農(nóng)業(yè)碳排放量進(jìn)行估算，給出合理有效的碳排放管理方案。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)碳排放;碳排放的統(tǒng)計(jì)分析;減排估算;碳來(lái)源;管理方案

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）02-0059-02

近年來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展水平得到有效提升，但作為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大國(guó)，其傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)投入資源利用效率、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率較低以及大量農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源冗余，而整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程以及冗余的農(nóng)業(yè)資源均引發(fā)了較高的農(nóng)業(yè)碳排放。

目前我國(guó)農(nóng)業(yè)活動(dòng)所引發(fā)的碳排放約占全國(guó)總量的17%，在日益嚴(yán)峻的氣候變暖大背景下，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇唯有加快提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，積極開(kāi)展農(nóng)業(yè)碳減排工作[1]。

本文通過(guò)構(gòu)建碳排放、生產(chǎn)效率測(cè)算體系，設(shè)計(jì)碳排放管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的注冊(cè)和登錄來(lái)對(duì)省內(nèi)我的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)我省的相關(guān)市，自治區(qū)，自治縣的農(nóng)業(yè)碳排放、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率以及與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)算分析，通過(guò)對(duì)估算結(jié)果的分析，得出不同的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)地區(qū)的碳排放總量估算結(jié)果和不同地區(qū)相同的農(nóng)作物之間，不同地區(qū)之間不同的農(nóng)作物的碳排放，給出合理的碳排放管理手段，提高科技農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率，映襯時(shí)代綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向[2]。

1 用戶(hù)界面的設(shè)計(jì)

在用戶(hù)界面實(shí)現(xiàn)管理員的登錄和普通用戶(hù)的注冊(cè)登錄，實(shí)現(xiàn)不同的用戶(hù)功能。如圖1所示。

相關(guān)代碼：

用戶(hù)名密碼

2 用戶(hù)功能的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

碳排放管理系統(tǒng)是基于B/S軟件開(kāi)發(fā)模式，對(duì)管理員用戶(hù)和普通用戶(hù)的實(shí)現(xiàn)不同的功能，達(dá)到用戶(hù)對(duì)小地區(qū)，小規(guī)模的碳排放的數(shù)據(jù)錄入，管理員整合相關(guān)數(shù)據(jù)并用合理的算法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析的過(guò)程。軟件整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 軟件的開(kāi)發(fā)和測(cè)試

在對(duì)軟件的開(kāi)發(fā)和測(cè)試的工作中，通過(guò)軟件測(cè)試來(lái)對(duì)軟件的健壯性和可用性給出測(cè)試報(bào)告。通過(guò)對(duì)軟件測(cè)試的信息和測(cè)試數(shù)據(jù)的采集，利用特定的測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件的質(zhì)量和性能進(jìn)行評(píng)估。開(kāi)發(fā)和測(cè)試是否正常進(jìn)行，將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)軟件的推出和使用。

開(kāi)發(fā)的過(guò)程中規(guī)范的開(kāi)發(fā)流程是保證軟件后期測(cè)試的有力保障，我們僅僅通過(guò)對(duì)軟件自身的測(cè)試是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，一款軟件的成功與否，一個(gè)極其重要的因素就是是否是面向客戶(hù)的，對(duì)客戶(hù)友好的軟件系統(tǒng)。在后期的測(cè)試時(shí)，將通過(guò)對(duì)軟件自身的故障排除和客戶(hù)需求相結(jié)合，不斷完善和修改需求。

3.1 軟件的開(kāi)發(fā)流程

軟件系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中涉及的流程有：需求分析，開(kāi)發(fā)報(bào)告，詳細(xì)設(shè)計(jì)，代碼編寫(xiě)，系統(tǒng)測(cè)試，投入使用和軟件的后期維護(hù)等7個(gè)模塊。各個(gè)模塊之間相輔相成，共同構(gòu)成了整個(gè)軟件的模型。在具體的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需要對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)和步驟給出極為詳細(xì)的開(kāi)發(fā)步驟和方法，規(guī)范開(kāi)發(fā)流程。

在需求分析階段明確軟件需求，對(duì)于我們?cè)陧?xiàng)目組制定項(xiàng)目計(jì)劃及明確軟件需求以及測(cè)試人員對(duì)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行理解有著積極的幫助。

軟件的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段制定，通過(guò)制定軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，項(xiàng)目的詳細(xì)計(jì)劃等，有助于按期完成項(xiàng)目。

軟件的后期維護(hù)是一個(gè)軟件長(zhǎng)久服務(wù)的基礎(chǔ)，其中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是對(duì)日志文件的處理，通過(guò)對(duì)日志文件的查看可以得到軟件在運(yùn)行中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，幫助程序開(kāi)發(fā)人員更好地維護(hù)軟件。軟件在使用一段時(shí)間后，由于軟件方面的，即編碼出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可以交付給原機(jī)構(gòu)實(shí)行優(yōu)化，在硬件方面，采用硬件升級(jí)的方式可以提高軟件的可用性。

3.2 軟件測(cè)試

我們?cè)诿鞔_軟件的開(kāi)發(fā)目標(biāo)以后，要根據(jù)軟件的目標(biāo)特點(diǎn)，圍繞開(kāi)發(fā)的活動(dòng)進(jìn)行一系列的代碼和軟件的測(cè)試工作。軟件測(cè)試是web開(kāi)發(fā)中不可或缺的重要組成部分。在此碳排放管理信息系統(tǒng)的整個(gè)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)階段，大體采用兩種測(cè)試方法，單元測(cè)試和黑盒測(cè)試。

3.2.1 單元測(cè)試

在軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，開(kāi)發(fā)人員通常使用單元測(cè)試來(lái)進(jìn)行代碼層面的單純測(cè)試。單元測(cè)試是軟件測(cè)試中的最小可測(cè)試單元，通常是根據(jù)其特定的含義來(lái)進(jìn)行較低級(jí)別的測(cè)試，一般要和其他程序相互獨(dú)立。單元測(cè)試是軟件能夠正常運(yùn)行的前提條件，因此完整的單元測(cè)試是對(duì)時(shí)間的更高效利用，并且效果顯著。

3.2.2 黑盒測(cè)試

黑盒測(cè)試是一種軟件的測(cè)試方法，又叫作功能性的測(cè)試方法，它主要是通過(guò)對(duì)軟件的各個(gè)功能進(jìn)行測(cè)試，將被測(cè)試的程序看作是一個(gè)黑盒子，在不了解其內(nèi)部構(gòu)造的情況下，通過(guò)傳入的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，在達(dá)到開(kāi)發(fā)人員預(yù)期結(jié)果下情況下，黑盒測(cè)試較為理想。

4 碳排放管理系統(tǒng)

4.1 使用的語(yǔ)言

1） 使用HTML+CSS，JavaScript和bootstrap頁(yè)面框架技術(shù)實(shí)現(xiàn)頁(yè)面搭建。

2） 使用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)提供后臺(tái)的數(shù)據(jù)支持。

3） 使用Java語(yǔ)言編寫(xiě)業(yè)務(wù)類(lèi)。

4） 采用主流的SSM框架設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)整體的軟件開(kāi)發(fā)。

4.2 服務(wù)端

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器主要用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，web服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和顯示，碳排放信息管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和用戶(hù)的實(shí)時(shí)交互功能[3]。

服務(wù)端的主體設(shè)計(jì)如圖3所示。

5 碳排放量的估算方法

按不同的碳排放途徑進(jìn)行計(jì)算，農(nóng)業(yè)的碳排放主要包括化肥生產(chǎn)的碳排放（Ef）、機(jī)械使用的碳排放（Em）和灌溉的碳排放（Ei）。則農(nóng)業(yè)活動(dòng)總的碳排放為：Et=Ef+Em+Ei這里采用如下公式來(lái)計(jì)算化肥生產(chǎn)帶來(lái)的碳排放：Ef=Gf×A。其中Gf為化肥施用量，A為系數(shù)A=857.54kgC·t-1[4]。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，農(nóng)業(yè)機(jī)械采用如下公式來(lái)計(jì)算農(nóng)業(yè)機(jī)械使用及操作帶來(lái)的碳排放：Em=（Am×B）+（Wm×C），其中Am為農(nóng)作物種植面積，Wm為農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力，B、C為轉(zhuǎn)化系數(shù)，B=16.47kgC·hm-2，C=0.18kgC·kW-1。

灌溉過(guò)程帶來(lái)的碳排放可以用下列公式表示：Ei=Ai×D，Ai為灌溉面積，D為轉(zhuǎn)換系數(shù)，采用D=266.48kgC·hm-2進(jìn)行估算。

在具體的碳排放估算過(guò)程中，往往需要對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中運(yùn)輸和燃料的碳排放給出具體的比重要求來(lái)得到較為精確的估算結(jié)果。相關(guān)的排放量如下圖所示：

6 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)農(nóng)業(yè)碳排放管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，對(duì)甘肅省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放進(jìn)行估算和統(tǒng)計(jì)分析，達(dá)到對(duì)碳的“量化”，統(tǒng)計(jì)不同地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的碳排放量，整合規(guī)劃生產(chǎn)，對(duì)不同地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理起到了重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳煒，殷田園，李紅兵.1997-2015年中國(guó)種植業(yè)碳排放時(shí)空特征及與農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)系[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2019，33（2）：37-44.

[2] 李波，張俊飚，李海鵬.中國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)證研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2011，25（12）：8-13.

[3] 王珊，薩師煊.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4] 田云，張俊飚，李波.中國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放研究：測(cè)算、時(shí)空比較及脫鉤效應(yīng)[J].資源科學(xué)，2012，34（11）：2097-2105.

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