基于物候觀測的藜麥適宜性種植研究平臺設計

孫躍飛，郭俊芬，田晶，劉彥岑，劉建勇，劉星燕，胡雪

摘 ?要： 康?？h引種藜麥氣象指標研究，是精準扶貧項目，也是河北省氣象局科研開發項目。由于該項目是基于兩年物候觀測數據基礎上的一項研究，所以觀測數據的處理便成了課題研究的重中之重。針對項目大量數據的數理統計需求，筆者應用Microsoft Visual Studio2010開發了藜麥適宜性種植研究平臺。平臺設計的主要功能有：康保氣候背景查詢、觀測數據查詢、康保藜麥各生育期查詢等。經過近半年時間的調試，目前各項預期功能基本實現。

關鍵詞： 引種藜麥;物候觀測數據查詢;生育期查詢;平臺設計

中圖分類號： TP31 ? ?文獻標識碼： 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計[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，也是河北省貧困縣，農作物向來以土豆、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]，康保的農作物結構也在調整，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項目，是基于2018～2019年兩個全生育期物候觀測數據的一項藜麥氣象指標研究。隨著科學技術的發展，近年來氣象數據的處理以及

氣象服務方式越來越系統化和自動化[7-11]，筆者試圖開發一個藜麥適宜性種植研究平臺，目的是分析兩年的物候觀測數據，實現數理統計分析、圖表制作以及生育期分析，以期為物候觀測數據提供快捷、多方位分析處理方式，進而準確分析出壩上康保藜麥適宜性氣象指標。

1 ?平臺設計思路

藜麥適宜性種植研究項目，是基于大量物候觀測數據的氣象指標研究。項目分以下幾個時間段：2018年全生育期物候觀測;Visual Studio2010編程環境設計平臺，初步分析生育期氣象指標;將初步研究指標試指導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等。平臺的設計目的，主要是為了觀測數據的數理統計分析，以及觀測資料的方便存儲和查詢。

2 ?平臺界面及功能設計

2.1 ?平臺界面及架構設計

考慮開發平臺的主要目的，主要設計三大功能區：氣候背景或地理信息、物候觀測數據處理分析和氣象產品為用戶服務。①氣候背景或地理信息，主要實現歷史氣候背景查詢，以及有氣象資料以來，康保降水量、氣溫及風等氣象要素統計。②平臺的核心功能是物候觀測數據的查詢處理和統計分析，目的是分析出各生育期的時間節點以及各品種的全生育期特點。由于2018年與2019年種植地、種植品種以及樣方的選擇都有區別，所以，兩年的觀測數據，用不同子菜單分別來實現。另外，此部分內容還有生育期各氣象指標的分析，以及結合生育期觀測數據的疊加圖等分析。③氣象產品為用戶服務，主要針對康保藜麥種植大戶進行藜麥氣象服務。服務形式上，舍棄傳統的電話、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送。平臺完善后，康?？h引種藜麥氣象指標研究項目的所有資料、方法、生育期指標、氣象指標等內容將全部集中于平臺，無需另行他處實現。表1為康?？h引種藜麥氣象指標研究平臺架構設計中菜單及其預期功能。

2.2 ?核心功能區的程序設計

2018年及2019年藜麥全生育期物候觀測資料處理，是平臺設計的核心功能區，觀測資料處理分析的準確程度、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確性。

2.2.1 ?定期觀測數據處理分析

定期觀測數據查詢，設計三種查詢方式：按日期查詢、按株查看和按樣方查詢。第一種查詢為30個樣株物候觀測數據的橫向比較，后兩種查詢為從出苗到收割，按時間進程對物候觀測數據的縱向統計分析。

2.2.1.1 ?按日期查詢

按日期查詢，就是選定一個日期（選定日期為物候觀測日，非物候觀測日設計為灰色，不可選），對本時間節點的30個樣株的株高、生育期以及積溫等氣象要素進行統計，進行橫向比較分析。程序設計執行過程如圖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，從數據庫獲取本樣株從出苗到收割日的生育期或氣象要素數據，對數據進行統計，并將所做曲線圖、照片及

表1 ?平臺菜單及其預期功能

Tab.1 ?Platform menu and intended function

功能區 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計

項目試驗田信息

物候觀測數據處理分析 觀測數據查詢 2018年數據查詢

2019年數據查詢 又分為按株查詢、按日期查看和按樣方查詢，查詢內容包括植株高度以及所處生育期等

生育期指標查詢 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，各樣方植株的時間節點，以及平均時間節點。

任選一項，所有樣方的時間節點及平均值便以圖表和數值形式共同呈現

千粒重及產量 千粒重

藜麥產量 各品種、各收獲時間的千粒重理論產量和實際產量

氣象指標 水分

積溫 各生育期所需的溫度、水分及熱量等。

氣象產品為用戶服務 預報產品的發送 郵箱

微信公眾號或小程序 預報產品通過菜單中代碼實現自動發送，減少人工操作的重復操作和失誤。

圖1 “按日期查詢”程序設計流程圖

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

圖2 “按株查看”子界面

Fig.2 ?“View by plant” subinterface.

某些統計數據放入相應區域。

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，橫坐標為觀測日期，縱坐標為5個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

程序設計中，把部分功能鑲嵌入鼠標右鍵，右鍵點擊曲線圖中任意位置，下拉菜單中便會出現多個選項，如果打“√”，此項內容便會顯示在曲線圖中，株高和積溫可單選也可多選。如果“顯示數值”項打“√”，曲線的頂端，便會顯示相應的數值。

另外，程序還設計了數據輸出功能，統計數據放入菜單中“表格”項，并支持拷貝功能。

2.2.2 ?各生育期時間節點查詢

康?？h引種藜麥氣象指標研究，各生育期的時間節點是本研究的一項主要內容。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間節點。首先選擇一個物候期，程序將從數據庫獲取本物候期各樣株的觀測數據，進而繪制柱形圖。橫坐標為30個樣株名稱，縱坐標為每個樣株本物候期的時間節點。最后，程序統計出要查詢物候期的時間。圖4以2019年觀測數據為例，查詢分枝期時間的程序設計過程。

圖4 “各生育期時間節點查詢”子界面

Fig.4 ?Subinterface of “Query of time nodes

for each growth period”

3 ?結論

（1）界面的架構設計是平臺設計的第一步，本平臺的架構設計為三大功能區：氣候背景、觀測數據處理分析及氣象產品的發送。

（2）康保藜麥適宜性種植研究，是基于兩年物候觀測的一項科研項目，物候觀測數據的處理是平臺設計的核心內容。

（3）氣象產品的發送，初步設計為郵件、微信公眾號或微信小程序。隨著通訊技術及互聯網技術的發展，氣象服務方式，會在后期的實際工作中逐步改進和完善。

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