農機設備信息化調度平臺架構設計研究

李雯 白正玉 侯天龍 黃浩然 張濤

摘要：以農機設備信息化調度平臺為研究對象，論述其研究意義與價值，運用服務藍圖技術分析刻畫農機設備調度工作流程，采用網絡層次分析法獲取需求權重并排序，刪選農機設備信息化調度平臺功能需求后建立用戶功能需求域與平臺功能域映射，獲得平臺功能劃分圖，最后提供了一種農機設備信息化調度平臺架構的設計方案，為構建現代農業農機設備信息化調度平臺提供了設計思路及理論支撐。

關鍵詞：農機設備;信息化調度平臺;架構設計;服務藍圖;網絡層次分析法

中圖分類號：S126 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）09-0172-06

在傳統農業生產價值創造能力不足，而以包括物聯網、云計算、大數據分析等在內的現代化手段輔助生產價值創造能力增強的發展態勢下，我國農業生產重新調整發展戰略，以“智慧農業”為核心的農業現代化發展戰略目標應運而生。農機設備，作為農技、農戶、農業作業的重要載體，高效有序科學地管理農機設備是當前我國農業現代化發展的關鍵一環，更是社會經濟結構調整的重要基石。

作為農機管理工作的重要組成部分，農機設備信息化工作是反映農機化水平的重要手段[1]，基于農機設備信息化、智能化的迅速發展及農機規模化運作的現實狀況，針對建立農機設備信息化調度平臺的現實需求日益上升，在這一背景下，建立起信息集成度高、農機設備管理便捷的農機設備信息化調度平臺是我國農機智能化向智慧化轉變的必由之路、現代農業轉型升級的有效支撐。

1 農機設備信息化調度平臺

農機設備信息化調度平臺作為我國傳統農業信息化建設的重要研究課題，我國對農機設備的信息化、農業信息數據化、農業活動管理高效化等做出了整體總體部署及要求[2]。農機設備信息化調度平臺建設涉及到農機化作業服務組織機構、農戶、農機手、政府等主要的利益相關者。對于任何一個利益涉及者而言，農機設備信息化調度平臺的建設與使用都有著不可忽視的作用和價值。農機設備信息化調度平臺基于大數據技術，能夠對農機設備調度過程中產生的各種不同形態結構數據進行準確判斷，在計算機硬件系統和軟件系統的配合下，運用科學合理的分析手段以及調度算法設計，對農機設備資源、農機手信息、農機化作業服務組織等信息進行合理利用、高效管理[3]。由此，農機設備信息化調度平臺可以實現對農機設備資源在時空上的協調、作業任務的實時監控;幫助農機化作業服務組織對相關資源進行管理，極大程度上降低了時間、空間資源的管理成本;對農戶來說，以在線平臺的方式拓寬農戶與農機手互動溝通的渠道，通過信息化平臺方式擴展了農機手接受農機作業服務的方式;以“互聯網+”為基礎支撐，利用現代化的信息技術手段，是我國當前促進農業機械化、信息化發展的主要趨勢[4]，信息化調度平臺的運用，一方面可以優化農機設備作業需求和服務供給結構，提升農戶、農機手滿意度，另一方面可以在農機作業服務組織評價及政府形象樹立上產生積極影響，在一定程度上推進我國農業設備作業污染防治進程，農機設備信息化調度平臺的價值體現見圖1。

隨著我國信息技術的不斷發展以及與農業生產的深度融合，農機設備信息化調度的相關研究與日俱增，眾多學者大多針對農機設備信息化調度平臺的技術現狀與應用、 信息化調度平臺的方案設計

進行研究。對于農機設備信息化調度平臺的技術現狀與應用，李洪等使用以PDA為基礎的車載終端，基于GPS、GPRS和GIS技術，設計并實現了一種農機監控調度系統，可遠距離快速收集農機信息[5]。楊立國等基于GNSS等技術，利用車載終端集成開發了農機調度系統，提升了農機管理調度的效率[6]。張俊藝等基于Android系統，綜合運用HTML5、Java開發語言、百度地圖技術和Bomb云技術，建立一個農民、農機主、管理員三端交互的農機調度管理平臺[7]。Nguyen等針對農業生產的數據收集問題，討論了農業信息化平臺建設的技術可行性，并提出了以Spark和Hadoop的為分析手段的農業生產分析平臺[8]。對于信息化調度平臺的方案設計，基于“互聯網+”的新背景，程勝男對農機監理系統的基礎功能、系統設計展開了論述[9]。劉寶玉等通過對農業生產全程數據的管理分析，對農業管理系統中的農機調度數據庫、調度算法與模塊進行設計[10]。曹煥男等討論了體育館智慧物業管理系統的管理優勢，并將其服務模型與功能設計與農機調度平臺的設計進行了對比，提出了一套農機設備調度系統的設計方案[11]。López-Morales等通過互聯網技術對農業作業實現實時感知，建立了開放的交互農業作業信息的服務平臺[12]。

國內大多數學者雖對農機設備信息化調度平臺在技術可行性、方案設計方面展開了較為廣泛的研究，但鮮有文章針對農機設備信息化調度平臺的功能設計與用戶實際需求的一致性進行研究。為彌補上述研究不足，本研究采用服務藍圖技術，針對農戶、農機手、農機化作業服務組織機構及政府相關部門在農機設備調度期間作業行為、供需信息等的交互關系，以ANP方法將農機設備調度價值域與農機設備調度平臺功能域進行匹配，從而進一步得出農機設備調度平臺服務系統的主要功能劃分，為農機設備調度平臺設計及發展提供理論依據和借鑒經驗。

2 基于服務藍圖的農機設備信息化調度平臺需求分析2.1 服務藍圖下的農機設備信息化調度平臺

服務藍圖通過可視化方式對服務系統或服務過程進行準確描繪，是一種流程圖形式的服務系統展示手段[13]。當今社會，日益增長的用戶需求與社會矛盾之間的沖擊方興未艾[14]，單純實物產品競爭已逐漸向基于產品服務的產品競爭演變，競爭的關鍵性問題更偏向于服務[15]。農機設備調度本質上也是一種農戶需求下的服務，而往往調度過程的表面簡單性掩蓋了其存在的真實復雜性，由此在構建農機調度系統的過程中時常忽視其中衍生的服務。

農機設備信息化調度平臺是一種面向農業作業結果的服務系統，在系統中淡化實物產品，著重凸顯農戶、農機手、農機化社會服務組織機構及政府相關部門相互之間所期望達成的服務結果是農機設備調度平臺設計的關鍵。該平臺能夠為農機化社會服務組織機構提供農機設備調度平臺的信息化運作服務，并鑲嵌政府相關部門關于農機設備監管等的相關政策，通過為農戶、農機手提供農機設備調度服務以達到滿足其需求的目的，進而在實現相關農業作業的基礎上，提升各相關方滿意度，并收集農戶、農機手以及農機化社會服務組織機構的運作信息，為政府相關部門農機政策制定、平臺日常運作管理及日后服務質量改進提供決策支撐，因服務藍圖技術注重過程中的服務衍生特點，在農機設備信息化調度平臺架構設計過程中才能更加良好地展現農機設備調度過程中的各項活動，如設備機型要求、作業時間限制等，并能夠通過服務藍圖將農機設備的調度過程性與用戶需求的平臺功能性進行有效結合，以可視化的形式展現平臺架構設計的完整性。

2.2 基于服務藍圖的農機設備信息化調度平臺需求分析

服務藍圖是按照時間維度，將服務系統中涉及到的利益相關者信息、過程元素及服務活動以可視化的流程圖作為展現式樣[16]。通過構建農機設備調度流程的服務藍圖可以了解調度服務過程的本質，評價調度服務質量及做出相關改進。本研究以寧夏賀蘭山東麓葡萄產區內的農機設備為研究對象，建立服務藍圖模型，通過準確描述調度服務過程中調度行為交互、調度服務提供者與農戶需求、農機手服務等物理證據來展示農機調度過程服務體系。通過與寧夏賀蘭山東麓葡萄產區相關責任人訪談以及與農機手進行需求調研，通過大量訪談獲取調度過程服務目標及相關流程介紹，得到農機設備調度服務流程活動見表1，服務藍圖見圖2。

3 基于服務藍圖的農機設備信息化調度平臺需求獲取3.1 農機設備信息化調度平臺功能需求層次分析

網絡層次分析法（Analytic Network Process，簡稱ANP）是一種基于層次分析法，以網絡結構刻畫元素關系，綜合定性與定量特點，適用于復雜結構的決策方法[17]。

農機設備信息化調度平臺的功能需求層次的具體評價分析過程如下[18]：（1）建立農機設備信息化調度平臺功能需求網絡層次結構，典型結構由控制層和網絡層2部分組成（圖3）。控制層結構由典型的層次分析法遞階層次結構構成;網絡層結構需要由確定元素集，并分析元素集中的網絡結構及彼此之間的影響關系，而元素集內部的元素決定元素集之間的關系。（2）基于ANP法確定指標權重，包括計算控制層指標權重和網絡層對于控制層的權重。按照網絡層次分析法，一級指標權重可以按照傳統層次分析法獲得;二級指標權重需要分別以控制層中的3個準則指標（C1，C2，C3）為判斷標準，將元素集中二級指標（c11，c12，…，c33）兩兩比較，根據專家意見構建判斷矩陣，從而得到歸一特征向量，同時需要進行一致性檢驗。（3）構建及計算加權超矩陣和極限超矩陣，將元素之間的相互依存關系表示清楚，運用Super Decisions軟件做超矩陣穩定處理工作，后計算每個超矩陣的極限的相對排序向量，核查是否存在收斂唯一的極限，若存在則說明評價指標權重求解成功。

3.2 算例與權重計算

以釀酒葡萄農機設備的調度過程為研究內容，參考農機設備信息化調度平臺功能需求分析，大體將需求分類，構建了農機設備信息化調度平臺功能需求指標體系（表2）。對象集為農機設備信息化調度平臺功能需求;因素集將農機設備信息化調度平臺功能需求分為3個一級指標來進行刻畫：平臺管理優化目標，調度優化管理目標以及用戶服務滿意指標;而子因素集則細化了要求，形成了包括農機作業相關知識、農機設備運行過程等在內的11個二級指標。

通過對相關葡萄產區責任人及釀酒葡萄農機設備專家的訪問以及對農戶的需求調查，采用1～9的標度標準（表3），按照ANP原理，考慮服務需求中描述的指標間相互關系，然后借助Super Decisions軟件構建網絡層次分析（圖4）。

將因素集判斷矩陣輸入到Super Decisions工具中得出農機設備信息化調度平臺功能需求重要度評分，具體結果見表4。

從表4可以看出，指標C2的權重最大，為0.558 4，表示調度管理優化目標是影響農機設備信息化調度平臺功能需求的首要因素;其次是平臺管理優化目標C1，權重為0.319 6;而用戶服務滿意指標C3權重0.122 0。

同理，將二級指標的各項功能需求進行兩兩比較，并將判斷矩陣輸入到Super Decisions工具中得到農機設備信息化調度平臺功能需求二級指標的需求重要度（表5）。

4 農機設備調度信息化平臺功能需求傳遞與平臺架構設計4.1 農機設備信息化調度平臺功能需求映射

產品服務系統設計過程首先需要在分析顧客價值的基礎上收集需求，之后按照需求要素的傳遞與分配進行系統功能的劃分[19]。在經過ANP方法分析之后，理順農機設備信息化調度平臺功能需求層次，并將部分需求最低的2項刪去，得到農機設備信息化調度平臺功能需求域，將能夠滿足需求域的功能集合形成調度平臺的功能域，并且將需求域與功能域產生對應的映射關系，最終獲得農機設備信息化調度平臺的功能模塊，得到的映射關系見圖5。

基于需求功能映射圖得到農機設備信息化調度平臺功能模塊，單一模塊需要劃分出多個子系統來完成相應的需求，即形成農機設備信息化調度平臺的各個系統，具體系統的劃分及相應完成的功能見表6。

4.2 農機設備信息化調度平臺架構設計

農機設備信息化調度平臺設計的完成是基于農機設備調度平臺功能架構上，一體化考量各系統相關利益方，主要面向農機化作業服務組織機構進行的調度平臺設計，因調度環境、調度需求及各地區農機調度作業情況的不同，對農機設備信息化調度平臺的架構設計作出了必要性的功能設計，以在農業園區范圍內的調度情景為研究內容，具體設計農機設備信息化調度平臺架構見圖6。

農機設備信息化調度平臺自上而下分為3層，其中數據訪問層是系統的核心[20]，采用ADO.NET組件技術訪問數據庫操作，該系統所涉及到的數據信息板塊分別用不同的信息表存儲表示，主要包括10個類型數據信息表;數據庫層是用來封裝、存儲數據的關鍵，該系統按照數據采集的模塊和類別，總結并設計了6個數據庫存儲系統運行所涉及的數據。

用戶表示層是用戶與系統交互的人機界面，該交互界面包括了使用該系統的農機化作業服務組織機構管理員、農機手及農戶，用來實現系統的主要功能，是采用程序設計語言來實現的可視化界面。系統主要包括了3大模塊，其中平臺管理模塊是系統運作的基礎性、支持性模塊;農機設備調度功能模塊是系統的核心部分，是農機設備調度平臺接收調度需求并做出決策的模塊，是平臺智能化、信息化的重要體現;農機作業管理模塊主要針對農機作業前中后的狀態監管、作業情況核實及完成業務打印等功能。

5 結論

對于農機設備信息化調度平臺的功能設計，本研究創新性運用服務藍圖技術，梳理刻畫了農機設備調度業務流程，使用訪談法獲取了農機設備調度平臺的功能需求，采用ANP分析并計算功能需求權重，從而實現了將調度需求域向平臺功能域的映射;討論了農機設備信息化調度平臺的功能設計與用戶實際需求的一致性，最終構建了農機設備信息化調度平臺架構并加入技術層面的設計思維，為農機設備信息化調度平臺架構設計提供了一定的理論支撐和設計思路。本研究的農機設備信息化調度平臺架構設計對農機化作業服務組織有一定的啟示和幫助，但不同地區、不同作業條件下的農機設備調度工作還存在著不確定性，因此接下來還需要更加深入和有針對性地進行研究。

參考文獻：

[1]姚春生，何麗虹，陳 謙，等. 農業機械化信息化融合研究[J]. 中國農機化學報，2017，38（8）：1-8.

[2]趙春江，李 瑾，馮 獻，等. “互聯網+”現代農業國內外應用現狀與發展趨勢[J]. 中國工程科學，2018，20（2）：50-56.

[3]毛 林，成維莉. 智慧農業大數據平臺構建的研究[J]. 農業網絡信息，2018（6）：6-10.

[4]劉 娜. 農機信息化綜合服務平臺設計——基于智慧城市嵌入式快遞系統[J]. 農機化研究，2020，42（5）：196-200.

[5]李 洪，姚光強，陳立平. 基于GPS、GPRS和GIS的農機監控調度系統[J]. 農業工程學報，2008，24（增刊2）：119-122.

[6]楊立國，李傳友，賈 生，等. 北京市農機管理調度系統設計與實現[J]. 農學學報，2014，4（8）：96-100.

[7]張俊藝，馮澤佳，高 磊，等. 基于Android系統的農機調度管理平臺的設計與開發[J]. 中國農機化學報，2018，39（5）：91-96.

[8]Nguyen V Q，Nguyen S N，Kim K. Design of a platform for collecting and analyzing agricultural big data[J]. Journal of Digital Contents Society，2017，18（1）：149-158.

[9]程勝男.“互聯網+”農機監理新設想[J]. 中國農機監理，2016（1）：10-15.

[10]劉寶玉，楊 奎，汪琳霞. 互聯網農業綜合管理平臺的設計與實現[J]. 計算機時代，2019（7）：92-95，98.

[11]曹煥男，李洪梅，呂晶晶，等. 農機調度管理系統設計——基于體育館智慧物業管理系統[J]. 農機化研究，2020，42（6）：220-223，229.

[12]López-Morales J A，Martínez J A，Skarmeta A F. Digital transformation of agriculture through the use of an interoperable platform[J]. Sensors，2020，20（4）：1153.

[13]王 展. 基于服務藍圖與設計體驗的服務設計研究及實踐[J]. 包裝工程，2015，36（12）：41-44，53.

[14]仝 牧. 服務設計理念在復雜信息系統界面設計中的應用策略[J]. 設計，2018（20）：96-98.

[15]羅建強，張艷萍，彭永濤. 基于服務藍圖的服務型制造系統流程改善研究[J]. 中國機械工程，2018，29（18）：2250-2258.

[16]韋 偉，吳春茂. 用戶體驗地圖、顧客旅程地圖與服務藍圖比較研究[J]. 包裝工程，2019，40（14）：217-223.

[17]賀純純，王應明.網絡層次分析法研究述評[J]. 科技管理研究，2014，34（3）：204-208，213.

[18]王國紅，許 達，黃 昊. 基于網絡層次分析法的新興產業創業合成能力評價模型研究[J]. 科技管理研究，2019，39（23）：75-82.

[19]耿秀麗，褚學寧. 產品服務系統設計方法研究的總結和探討[J]. 現代制造工程，2014（9）：1-8.

[20]陳 翠. 現代農機調度系統設計——基于GIS農業旅游資源開發與規劃[J]. 農機化研究，2020，42（2）：229-233.