甘肅省農業碳排放信息管理系統的設計和實現

劉虎龍　王治兵　梁彥飛　王有華　張洋洋

摘要：現代農業生產過程中的碳排放已然成為農業生產，氣候研究的主要課題。研究甘肅省農業生產碳排放對本省的科技農業進行有效的指導和對生產過程中的產生的碳排放進行有效的監測和管理，實現對甘肅省農業碳排放的統一管理。通過對碳的合理統計和分析，對減排估算和潛在的碳排放規模進行統計。甘肅省地處中國西北部，獨特的地理位置決定了其農業生產跨度大，品種多的主要特點。省內的第一產業：種植業，林業和畜牧業發展良好。針對甘肅省黃河流域的農業生產和碳排放的力度提出合理的解決辦法，更加映襯了當前綠色發展農業的時代主題。在基于對主要的農作物（小麥和玉米），農藥，化肥，農業灌溉，農業機械等主要投入碳來源，對省內的相關市，自治區，自治縣的農業碳排放量進行估算，給出合理有效的碳排放管理方案。

關鍵詞：農業碳排放;碳排放的統計分析;減排估算;碳來源;管理方案

中圖分類號：TP391? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）02-0059-02

近年來，我國農業發展水平得到有效提升，但作為傳統農業大國，其傳統的農業生產方式，導致農業投入資源利用效率、農業生產效率較低以及大量農業生產資源冗余，而整個農業生產過程以及冗余的農業資源均引發了較高的農業碳排放。

目前我國農業活動所引發的碳排放約占全國總量的17%，在日益嚴峻的氣候變暖大背景下，實現農業經濟增長與農業環境協調可持續發展的必然選擇唯有加快提升農業生產效率，積極開展農業碳減排工作[1]。

本文通過構建碳排放、生產效率測算體系，設計碳排放管理信息系統，實現用戶的注冊和登錄來對省內我的農業生產過程中的碳排放量進行統計，對我省的相關市，自治區，自治縣的農業碳排放、農業生產效率以及與經濟增長進行測算分析，通過對估算結果的分析，得出不同的農業生產地區的碳排放總量估算結果和不同地區相同的農作物之間，不同地區之間不同的農作物的碳排放，給出合理的碳排放管理手段，提高科技農業的生產效率，映襯時代綠色農業的發展方向[2]。

1 用戶界面的設計

在用戶界面實現管理員的登錄和普通用戶的注冊登錄，實現不同的用戶功能。如圖1所示。

相關代碼：

用戶名密碼

2 用戶功能的設計和實現

碳排放管理系統是基于B/S軟件開發模式，對管理員用戶和普通用戶的實現不同的功能，達到用戶對小地區，小規模的碳排放的數據錄入，管理員整合相關數據并用合理的算法實現統計分析的過程。軟件整體結構如圖2所示。

3 軟件的開發和測試

在對軟件的開發和測試的工作中，通過軟件測試來對軟件的健壯性和可用性給出測試報告。通過對軟件測試的信息和測試數據的采集，利用特定的測試方法，實現對軟件的質量和性能進行評估。開發和測試是否正常進行，將直接影響到整個系統軟件的推出和使用。

開發的過程中規范的開發流程是保證軟件后期測試的有力保障，我們僅僅通過對軟件自身的測試是遠遠不夠的，一款軟件的成功與否，一個極其重要的因素就是是否是面向客戶的，對客戶友好的軟件系統。在后期的測試時，將通過對軟件自身的故障排除和客戶需求相結合，不斷完善和修改需求。

3.1 軟件的開發流程

軟件系統在開發過程中涉及的流程有：需求分析，開發報告，詳細設計，代碼編寫，系統測試，投入使用和軟件的后期維護等7個模塊。各個模塊之間相輔相成，共同構成了整個軟件的模型。在具體的開發過程中，需要對每個環節和步驟給出極為詳細的開發步驟和方法，規范開發流程。

在需求分析階段明確軟件需求，對于我們在項目組制定項目計劃及明確軟件需求以及測試人員對業務需求進行理解有著積極的幫助。

軟件的詳細設計階段制定，通過制定軟件架構設計說明書，項目的詳細計劃等，有助于按期完成項目。

軟件的后期維護是一個軟件長久服務的基礎，其中重要的一個環節就是對日志文件的處理，通過對日志文件的查看可以得到軟件在運行中出現的各種問題，幫助程序開發人員更好地維護軟件。軟件在使用一段時間后，由于軟件方面的，即編碼出現問題時，可以交付給原機構實行優化，在硬件方面，采用硬件升級的方式可以提高軟件的可用性。

3.2 軟件測試

我們在明確軟件的開發目標以后，要根據軟件的目標特點，圍繞開發的活動進行一系列的代碼和軟件的測試工作。軟件測試是web開發中不可或缺的重要組成部分。在此碳排放管理信息系統的整個設計開發階段，大體采用兩種測試方法，單元測試和黑盒測試。

3.2.1 單元測試

在軟件的開發過程中，開發人員通常使用單元測試來進行代碼層面的單純測試。單元測試是軟件測試中的最小可測試單元，通常是根據其特定的含義來進行較低級別的測試，一般要和其他程序相互獨立。單元測試是軟件能夠正常運行的前提條件，因此完整的單元測試是對時間的更高效利用，并且效果顯著。

3.2.2 黑盒測試

黑盒測試是一種軟件的測試方法，又叫作功能性的測試方法，它主要是通過對軟件的各個功能進行測試，將被測試的程序看作是一個黑盒子，在不了解其內部構造的情況下，通過傳入的數據進行測試，在達到開發人員預期結果下情況下，黑盒測試較為理想。

4 碳排放管理系統

4.1 使用的語言

1） 使用HTML+CSS，JavaScript和bootstrap頁面框架技術實現頁面搭建。

2） 使用Oracle數據庫提供后臺的數據支持。

3） 使用Java語言編寫業務類。

4） 采用主流的SSM框架設計實現整體的軟件開發。

4.2 服務端

數據庫服務器主要用于數據的存儲，web服務器實現數據的傳輸和顯示，碳排放信息管理系統實現和用戶的實時交互功能[3]。

服務端的主體設計如圖3所示。

5 碳排放量的估算方法

按不同的碳排放途徑進行計算，農業的碳排放主要包括化肥生產的碳排放（Ef）、機械使用的碳排放（Em）和灌溉的碳排放（Ei）。則農業活動總的碳排放為：Et=Ef+Em+Ei這里采用如下公式來計算化肥生產帶來的碳排放：Ef=Gf×A。其中Gf為化肥施用量，A為系數A=857.54kgC·t-1[4]。

農業生產活動中，農業機械采用如下公式來計算農業機械使用及操作帶來的碳排放：Em=（Am×B）+（Wm×C），其中Am為農作物種植面積，Wm為農業機械總動力，B、C為轉化系數，B=16.47kgC·hm-2，C=0.18kgC·kW-1。

灌溉過程帶來的碳排放可以用下列公式表示：Ei=Ai×D，Ai為灌溉面積，D為轉換系數，采用D=266.48kgC·hm-2進行估算。

在具體的碳排放估算過程中，往往需要對農業生產過程中運輸和燃料的碳排放給出具體的比重要求來得到較為精確的估算結果。相關的排放量如下圖所示：

6 結束語

本文通過對農業碳排放管理信息系統的設計和實現，對甘肅省農業生產過程中的碳排放進行估算和統計分析，達到對碳的“量化”，統計不同地區的農業生產的碳排放量，整合規劃生產，對不同地區的農業生產和管理起到了重要的作用。

參考文獻：

[1] 陳煒，殷田園，李紅兵.1997-2015年中國種植業碳排放時空特征及與農業發展的關系[J].干旱區資源與環境，2019，33（2）：37-44.

[2] 李波，張俊飚，李海鵬.中國農業碳排放與經濟發展的實證研究[J].干旱區資源與環境，2011，25（12）：8-13.

[3] 王珊，薩師煊.數據庫系統概論[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4] 田云，張俊飚，李波.中國農業碳排放研究：測算、時空比較及脫鉤效應[J].資源科學，2012，34（11）：2097-2105.

【通聯編輯：梁書】