基于地塊管理的農機合作社管理系統設計與實現

劉婞韜，徐嵐俊，李小龍，陳 華，孫夢遙，張傳帥

(北京市農業機械試驗鑒定推廣站，北京 100079)

0 引言

農業生產托管服務作為一種新型農業經營組織形式正在逐步替代傳統經營模式，成為規?；盏囊粋€重要發展方向，并得到推廣應用[1]。《關于加快發展農業生產性服務業的指導意見》(農經發〔2017〕6號)中大力推進農業生產托管[2]。以“把地種好”為突破口，通過建設生產托管作業調度管理系統，與典型主要農作物生產托管標準相配合，推動“土地適度規模化”，逐步提高托管作業調度專業化、機械化與信息化，最終實現節本、增效、提質的目的[3]。

農業農村部印發的《數字農業農村發展規劃(2019—2025年)》指出，要建設農業自然資源大數據，要健全農戶和新型農業經營主體大數據，要提升種植業生產管理信息化水平，建設數字田園，推動農機智能作業與調度監控[4]。同時，以數據為關鍵生產要素，著力建設基礎數據資源體系，加強數字生產能力建設，加快農業農村生產經營、管理服務數字化改造[5]。合作社管理系統能夠收集到地塊權屬、地塊面積、空間分布、種植信息、以及投入品的使用情況；能夠收集到合作社經營主體身份及生產管理相關信息；通過智能裝備能夠實現調度監控與農機作業質量監測。

目前，合作社在農事作業方面，存在著一定的不專業性及不規范性，管理方式粗狂。當前，土地所有者將土地托管，由農機合作社提供專業的生產資料和全程機械化作業服務，降低種地成本，提高糧食產量[6]。為了使合作社更系統化管理作業地塊、作業訂單、衡量作業質量、評價作業效果，開發了針對合作社管理者使用的合作社管理系統。該系統以管理作業訂單、規范作業標準、衡量作業質量、評價作業效果為目標，依據該系統，進行合作社的全面管理，解決合作社管理中地塊管理、調度管理、訂單管理、質量管理及用戶管理等問題。該系統可對合作社的土地、農機、機具、機手、生產資料等進行全面管理。通過物聯網等技術手段，開發配套業務APP，機手可通過APP接收系統下發的訂單信息；同時，通過海量數據的持續積累和人工智能技術應用，使線下生產與合作社作業管理相互融合、相互促進，實現農業生產從標準化到精準化再到數字化的智能發展。

1 系統總體設計

1.1 系統總體架構

系統總體架構如圖1所示。首先，用戶通過瀏覽器向WEB服務器發起請求，WEB服務器接收用戶請求的不同地址路徑，然后根據不同條件通過應用程序訪問數據，查詢相關數據，之后返回給應用程序，最后WEB服務器通過瀏覽器的頁面將相關數據展現給用戶，完成整個請求過程[7]。

圖1 系統總體架構Fig.1 Overall system architecture

1.2 系統應用架構

合作社管理系統由數據資源層、業務支撐層、應用服務層3層組成，除此之外由外部基礎設施構成基礎設施層，攝取系統所需數據、進行數據傳輸，如圖2所示。

圖2 系統應用架構Fig.2 System application architecture

合作社管理系統在架構上分為4層和多個系統保障體系。

(1)應用層。該層設計整個系統的應用框架，整個系統分為PC和移動兩個訪問終端。PC端用于合作社管理者對整個系統的管理。移動端則是在該合作社機手作業時使用。

(2)業務支撐層。該層設計整個系統的業務框架。PC端業務包括人員管理、農機作業管理、種植物管理、農資管理等系統的所有管理功能。移動端包括作業管理、調度管理和我的等用于機手作業時需要的功能。

(3)數據資源層。該層設計整個系統的數據框架。①基礎數據庫。組織機構、部門、角色、賬號等數據信息。②地塊數據庫。通過人工在地圖上規劃的地塊邊際數據，地塊基本信息等數據。③作業數據庫。用于記錄管理者派發的作業調度數據，機手作業時產生的作業數據，包括面積、地點、合格率等數據信息。④機手數據庫。記錄合作社管理者添加的機手基本信息，包括姓名、聯系電話等信息。

(4)基礎設施層。該層設計的是整個系統的基礎架構，包括最基本的網絡、系統運行環境等信息。網絡要求有線網或4G及以上的無線網絡，系統運行環境要求Intel i3及以上處理、4G內存，現代瀏覽器等[8]。

(5)系統保障體系。包括7個部分[9-10]。①訪問控制。只有登錄成功后才能操作相關功能，否則無法訪問。②網絡與通信。通過http方式訪問整個系統。③存儲與備份系統。用云服務器和RDS數據存儲相關數據，使用定時自動備份相關數據，保證出現問題時最大限度減小數據丟失問題。④信息安全系統。針對重要數據進行加密處理，定時自掃系統漏洞并及時修復。⑤數據處理系統。對用戶輸入的數據進行嚴格的驗證，避免產生臟數據，并及時針對數據表進行碎片整理，保證數據的完整性。⑥權限管理。系統根據不同角色可分配不同操作權限，同時每個用戶可以擁有不同角色，實現對功能的權限管理。⑦日志系統。系統會記錄登錄信息和功能的操作信息，在出現操作失誤的情況下快速找到相關日志并修正。

1.3 業務流程設計

系統業務流程如圖3所示。土地所有者(合作社管理者)根據坐標點生成地塊，錄入地塊信息。

圖3 系統業務流程Fig.3 System business flow chart

選擇需要作業的地塊發布作業調度信息，農機手通過手機端接收作業調度訂單，并按照訂單要求開始作業，作業完成后可隨時查看作業質量，訂單任務完成后土地所有者(合作社管理者)可通過系統查看作業質量。

2 業務功能與實現

2.1 系統功能構成

基于地塊管理的合作社管理系統由合作社管理端和農機手移動端組成，系統功能構成如圖4所示。

圖4 系統功能構成Fig.4 System function composition

2.2 系統功能實現

2.2.1 地塊信息管理

合作社可根據地塊坐標點，生成地塊，錄入地塊信息，包括地塊編號、地籍信息、地塊面積、坐落位置、托管單位、歷史耕作情況、歷史種植情況、種植類型(水田/旱田)和當前托管狀態等。地塊管理頁面如圖5所示。

圖5 地塊管理頁面Fig.5 Plot management page

2.2.2 調度管理

合作社選擇地塊、并選擇作業類型后，任務下發給合作社機手，機手接受任務并按要求進行農機作業。調度管理頁面如圖6所示。

圖6 調度管理頁面Fig.6 Dispatching management page

2.2.3 訂單管理手機APP端

機手通過APP接收合作社下發的訂單信息，包括農機信息(農機位置、車牌號、品牌型號、功率段、配套農具等)、地塊信息(地塊位置、地塊面積等)與作業標準信息(作物品種、作業類型、作業時間等)。

APP支持導航功能，包括導航到農機位置和導航到地塊位置。同時，機手到達作業地點，在APP點擊開始作業，APP實時顯示作業信息，機手可與作業標準比對，確保作業內容達標；結束作業后在APP進行結束作業確定，統計作業信息。訂單管理手機APP端頁面如圖7所示。

圖7 訂單管理手機APP端頁面Fig.7 Order management mobile APP page

2.2.4 質量監控

作業完成后，合作社可對機手作業質量進行實時監控及作業后評價，分析作業面積、作業完成度、合格面積等。質量監控頁面如圖8所示。

圖8 質量監控頁面Fig.8 Quality monitoring page

2.2.5 人員管理

合作社可對本社機手信息、管理員信息進行信息錄入，包括姓名、手機號碼、身份證號等信息，以便作業調度后機手通過手機可及時接收作業任務信息。人員管理頁面如圖9所示。

圖9 人員管理頁面Fig.9 Personnel management page

2.2.6 農資管理

合作社可對本社物資進行錄入與登記，包括出庫、入庫管理、報廢、借出管理和機具管理等，方便管理者查看本社農資物品的當前狀態。農資管理頁面如圖10所示。

圖10 農資管理頁面Fig.10 Agricultural resources management page

3 系統推廣應用情況

該系統目前已在北京兩家大型農機專業合作社進行應用。

一是北京河南寨農機服務專業合作社。該合作社是北京5家部級示范社之一，合作社的業務主要包括提供農機服務、跨區作業、流轉土地。合作社在農場信息化管理方面一直處于北京市領先水平，近幾年，該合作社通過信息化技術不斷提升合作社及農機作業的管理水平。在管理方面，注重于基于信息化手段輔助管理人員進行人員、農機、機具的管理。

二是北京京南綠海農機服務專業合作社。該合作社在農機管理方面非常重視信息化管理，是北京市具有代表性的新型社會化服務經營組織。合作社依托大興新機場建設，流轉12個村土地近1 333 hm2(2萬畝)，合作社的業務主要包括農業生產經營、景觀農業建設。目前該合作社已通過系統標定所屬地塊1 200 hm2(1.8萬余畝)，地塊管理及農機調度均實現了信息化管理。合作社管理者在管理方面尤為重視信息化作業管理和機手的績效管理，以監管平臺的數據作為依據考核機手作業效果。合作社積極推進農機信息化和農機裝備產業升級，真正將“互聯網+農機作業”應用到實際生產經營中。

4 系統應用前景

4.1 經濟效益

通過對信息化技術的利用，加快現代農業信息化技術的廣泛應用，從根本上改變合作社管理模式及服務模式，提高農業的整體管理水平，促進農村經濟發展[11]。通過構建的綜合信息服務平臺，一方面可以為農業生產提供及時、準確的數據分析，使農民通過數據感知現狀，避免農業生產的盲目性，有效增加農民收入；另一方面提高農業和農村宏觀決策水平，加快優勢農產品的區域優化布局，促進農業農村產業結構的合理調整，更大程度地挖掘農業內部的增收潛力。本項目的實施將實現信息惠民、信息富農、信息興村，所產生的經濟效益是不言而喻的[12]。

4.2 社會效益

本文建設集成了農業作業全程機械化監測技術，能提升傳統生產模式效率，將有利于提升農民的信息能力，提高農民科技文化素質，改變農民的傳統生產觀念、生產方式，有利于農民做出生產經營決策，并且激發農民學習科學技術知識的積極性，培養造就懂科學、會管理、善經營的社會主義新型農民。提高農作物產量，降低生產成本，增強農業在市場上的競爭力。通過平臺建設，使農業生產管理走向自動化，進一步提高社會勞動生產效率，對于構建農村和諧社會具有非常重要的意義[13]。

4.3 生態效益

綜合運用遙感技術、地理信息系統、全球衛星定位系統、物聯網、嵌入式系統、傳感器檢測技術、智能信息處理技術等，構建快速采集、智能處理、及時服務和便捷響應服務管理平臺，可實現對農業生產過程的精細管理和農村生態環境有效監控，實現節藥、節水、節肥、減排，提高農業資源的利用效率，減少農業和農村生態環境的污染，實現農業可持續發展，對保護環境和維護生態環境平衡具有重要作用。

5 結論

(1)促進農業社會化服務。隨著農戶呈現出明顯的老齡化兼業化特征，發展農業生產托管，讓農戶借由服務組織的專業化服務將先進適用的品種、技術、裝備等要素導入農業生產，切實解決土地棄耕、經營方式粗放落后、生產效率低下等問題。

(2)作業質量有跡可循。通過信息化系統，實現了耕、種、管、收各個環節的標準化、信息化與科學化管理，解決了合作社和機手作業后的質量評估無依據的問題，為與托管方和機手結算費用、后續合作提供數據支持。

(3)促進農業節本增效。開展規?；慕y一托管服務，服務組織可以集中采購農業生產資料，采用先進耕作技術、充分發揮農業機械裝備作業能力；推廣農業機械標準化生產，提高農產品產量和品質，實現農業節本、增產、增效、增收的多重效益。