（机械设计及理论专业论文）行走式节水灌溉机具管理信息系统的研究.pdf

摘要 行走式节水灌溉技术是一项适应中国国情的自主创新的节水灌溉技术，行走式节水灌溉机 具是实现行走式节水灌溉的工具与手段。本文针对行走式节水灌溉机具研究、开发和应用中存 在的重复研究、技术资料匮乏、缺少相应的设计标准规范以及机具选择无据可循等问题，运用 v i s u a lb a s i c 和s q ls e r v e r 数据库开发工具，开发了一个“行走式节水灌溉机具管理信息系 统”来协助行走式节水灌溉机具相关信息的管理。 行走式节水灌溉机具管理信息系统采用c s 和b s 相结合的体系结构，后台利用s q ls e r v e r 2 0 0 0 数据库服务器存放全部的数据信息，前台应用程序的编写采用y is u mb a s i c6 0 程序设 计语言。本系统主要由机具基本信息管理、机具标准信息管理、开沟灌水器信息管理、供输水 系统信息管理和排种( 肥) 器信息管理五部分组成。用户可以根据自己的权限浏览、添加、修 改、删除和查询行走式节水灌溉机具的相关信息。 行走式节水灌溉机具管理信息系统实现了系统用户的分级管理，机具相关信息的组合查询 和模糊查询，机具图片在图片框中的滚动，利用程序算法实现了机具相关图片在数据库和图片 框之间的读写。 行走式节水灌溉机具管理信息系统实现了行走式节水灌溉机具相关信息的充分共享和远程 更新，为行走式节水灌溉机具设计人员提供了丰富的机具设计开发信息，为行走式节水灌溉机 具用户提供了丰富的使用信息。本系统的开发有利于加快行走式节水灌溉机具研发的速度，规 范行走式节水灌溉机具的设计，增强行走式节水灌溉机具的通用性，从而促进行走式节水灌溉 机具的推广。 关键词：行走式，节水灌溉机具，管理信息系统，开沟灌水器，供输水系统 i i a b s t r a c t t h ew a l k i n gw a t e r - s a v i n gi r r i g a t i o nt e c h n o l o g yi san e wt y p eo ft e c h n o l o g yi nw a t e r - s a v i n g i r r i g a t i o n ，w h i c hs u i t st h es i t u a t i o no fo u rc o u n t r yd e v e l o p e db yo u r s e l v e s ，w h e r e a st h er e a l i z a t i o no f t h ew a l k i n gw a t e r - s a v i n gi r r i g a t i o nd e p e n d so nt h ew a l k i n gw a t e r - s a v i n gi r r i g a t i o nm a c h i n e a c c o r d i n gt o t h ep r o b l e mt h a ts t u d y i n gr e p e a t e d l y , l a c k i n go ft e c h n i c a ld a t aa n dc o r r e s p o n d i n g s t a n d a r d s ，s h o r t i n go fp r i n c i p l e si nc h o o s i n gs u i t a b l em a c h i n e s ，w h i c he x i s t i nt h es t u d ya n d a p p l i c a t i o no ft h ew a l k i n gw a t e r - s a v i n gi r r i g a t i o nm a c h i n e ，a m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ( m i s ) i sd e v e l o p e dt oa s s i s ti nm a n a g i n gt h ei n f o r m a t i o no ft h ew a l k i n gw a t e r - s a v i n gi r r i g a t i o nm a c h i n e t h em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ( m i s ) o ft h ew a l k i n gw a t e r - s a v i n gi r r i g a t i o nm a c h i n eh a s b e e nd e v e l o p e d t h es y s t e mf r a m e w o r ko ft h em i si sc o m p o s e do fb sa n dc s t h eb a c ks q ls e r v e r 2 0 0 0d a t a b a s ei su s e dt os t o r ea l lo ft h es y s t e md a t a ，t h ef r o n ta p p l i c a t i o np r o g r a mi sp r o g r a m m e di n v i s u a lb a s i c6 0 t h eb a s i ci n f o r m a t i o no ft h em a c h i n e ，t h ei n f o r m a t i o no ft h em a c h i n es t a n d a r d s ，t h e i n f o r m a t i o no ff u r r o w i n g i r r i g a t i o nt o o l ，t h ei n f o r m a t i o no fo u t p u ta n di n p u tw a t e rs y s t e ma n dt h e i n f o r m a t i o no ft h ef e e d ( f e r t i l i z e r ) m no ft h em a c h i n ea r ei n v o l e di nt h ew a l k i n gw a t e r - s a v i n g i r r i g a t i o nm a c h i n em i s t h eu s e rc a na d d ，m o d i f y , d e l e t ea n di n q u i r et h ei n f o r m a t i o no nt h ew a l k i n g w a t e r - s a v i n gi r r i g a t i o nm a c h i n et h r o u g ht h em i s t h eu s e t s a d m i n i s t r a t i o nb yd i f f e r t i e n tl e v e l si sr e a l i z e di nt h em i s t h e c o m p o u n d i n g i n q u i r i n gm e t h o di sa d o p t e di ni n q u i r i n gt h ei n f o r m a t i o no nt h em a c h i n e ap r o g r a m m e da l g o r i t h mi s d e s i g n e dt or e a l i z ea c c e s s i n gi m a g e sb e t w e e nt h ep i c t u r eb o xa n dt h ed a t at a b l e p i c t u r e s r o l l i n gi n t h ep i c t u r e b o xi sr e a l i z e dt h r o u g hc o p i n gt h ep i c t u r e b o xa n da d d i n gs c r o l l b a r so nt h es i d eo ft h e p i c t u r e b o x + t h em a c h i n ei n f o r m a t i o ns h a r i n ga n du p d a t i n gr e m o t e l yi sr e a l i z e di nt h es y s t e m a b u n d a n t m a c h i n ei n f o r m a t i o na n dd e s i g ni n f o r m a t i o ni sp r o v i d e di nt h es y s t e m ，w h i c hc a nq u i c k e nt h e m a c h i n ed e s i g n ，i n c r e a s et h eg e n e r a l i z a t i o na n dn o r m a l i z a t i o no ft h em a c h i n e t h ed e v e l o p o m e n to f t h ew a l k i n gw a t e r - s a v i n gi r r i g a t i o nm a c h i n em i sw i l la c c e l e r a t et h ed e v e l o p m e n to ft h ew a l k i n g w a t e r - s a v i n gi r r i g a t i o nt e c h n o l o g y k e y w o r d s ：w a l k i n g ，w a t e r - s a v i n gi r r i g a t i o nm a c h i n e ，m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ( m i s ) ， f u r r o w i n g - i r r i g a t i o nt o o l ，w a t e rs e r v i c es y s t e m i i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名 李铁军 时间：2 厶o 年月5e l 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上 发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名 李锹晕 时间： 2 0 。箨f 月5 日 翮虢弦潦沁间：6 年彦月岁日 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 问题的提出 第一章绪论 水资源缺乏已成为当今人类社会共同关注的问题。世界环境与发展委员会的文件指出：“水 资源正在取代石油成为在全世界引起危机的主要问题”。面对世界性的水资源紧缺，能用于 农业灌溉的用水将来不会增加而且随着人口剧增和工业的发展，将来缺口最大的将会是农业 用水。因此，如何用好有限的水资源，减少农业生产中水的需求量已成为一个国际性的研究目 标。我国人均水资源2 2 0 0 m 3 ，不足世界平均水平的l 4 ，农业用水总量占国民经济用水总量的 7 0 以上，而且农业用水浪费严重，灌溉水利用率只有4 0 6 0 ，水分生产率不到l k g m - 3 ，搞 好节水农业对缓解我国水资源危机的意义更为重要“1 。 我国旱区农业耕地总量约为5 7 8 0 万h m 2 ，占全国耕地面积的一半以上，主要分布在西北、 华北和东北地区。这些地区水资源短缺，降水量一年内时空分布不均，不能与作物需水同步， 近7 0 8 0 的雨量集中在7 、8 、9 三个月份，是造成粮食产量低而不稳的主要原因之一。而干 旱地区的农作物产量对于解决中国的粮食问题是至关重要的，农业增产的潜力也集中在干旱地 区的农村耕地上。北方旱区农业缺水有两种情况”1 ：一是春旱频发，有“十年九旱”之说。干 旱不能播种，只能等雨播种，“靠天吃饭”往往误了农时。二是即使播下种或补种一些低产作物， 还常会有幼苗因干旱无雨而枯死的情况。 长期以来，北方早区农民为了抗旱保春播，创造了施水播种的耕作方法。采用人工“挑水 种”的局部灌溉方式，利用有限的水给种子创造发芽条件，抵抗干旱保障播种并使种子顺利发 芽。 改革开放后，农村行走式节水动力机械诸如拖拉机、农用运输车等发展迅速，保有量连年 大幅度增加。据统计，农用拖拉机保有量达1 8 0 0 万台以上、农用运输车保有量达2 0 0 0 万台”1 。 农田作业机械化水平相应不断提高，施水播种也从人工作业发展到用拖拉机、农用运输车运水， 传统的依靠人工穴施水也改为车载水管条施水。 2 0 世纪8 0 年代中期吉林省农民创造出“一条龙”施水播种玉米的农作方式。 9 0 年代河北、内蒙古等省区相继研制出具有开沟、施水、施肥、播种、覆土甚至具有覆膜 功能的复式作业机具。 1 9 9 5 年8 月按照李岚清副总理提出的行走式节水灌溉机的创意，由中国农业大学研制的行 走式苗期节水灌溉机在北戴河向中央领导做了演示，自此行走式节水灌溉技术作为一种新的节 水灌溉模式迅速发展起来。 行走式节水灌溉技术是一项适应我国国情的自主创新的节水灌溉技术，它以农村保有量很 大的行走式动力机械( 拖拉机或农用运输车) 为动力，配备简单的贮运、施水装置和作业机具， 在一定距离和道路条件下将水运至田间，并按作物的农艺要求分段、定时、定量施水以达到节 水、保苗和增产的目的 6 。 行走式节水灌溉技术主要包含：施水播种技术在种子周围土壤局部施水增墒咀保障 种子发芽出苗。施水播种用于土壤墒情不足时作物的抗旱播种，灌水的同时也完成播种作业。 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 其作业工艺路线为开沟一施水一播种一施肥一覆土一镇压等。完成这些作业的机具为施水播种 机。该技术适用于干旱、半干旱地区的抗旱播种，对于半湿润地区，因季节性干旱而不能正常 播种时，亦可采用这种技术进行播种。苗期灌溉技术在苗根区土壤灌溉增墒保苗。实施 该技术有两种方式：一种是采用在苗侧开沟或开洞方式，直接把水灌入苗根区土壤中供作物吸 收，并可同时进行施追肥、中耕除草等作业，特别适用于干旱缺水地区或其它无水源地区点播 作物的抗旱保苗灌水；另一种是采用喷淋灌溉，也可同时喷洒液态肥或农药。该技术能有效解 决春播后的抗旱保苗问题。作物生长中后期补水灌溉。这项技术是在作物生长中后期进行灌 溉保证作物正常生长。行走式节水灌溉技术尤其适用于水资源匮乏地区及早情发生时期【6j l ”。 行走式节水灌溉技术以节水为前提，采用高效的局部灌溉方式，能达到滴灌、渗灌的节水 效果。更为重要的是它体现了一种新的灌溉理念，灌溉不是“浇地”而是“浇作物”，把水直 接浇到作物根区供作物吸收。 行走式节水灌溉技术现已在全国的1 1 个省、县进行试验示范( 如图卜1 所示) ，取得明显 的节水、增产、增收效果。生产推广行走式节水灌溉机具4 7 5 万台，加上县( 市、区) 和农民 改制的机具，目前己达8 万多台( 套) ，作业面积近6 7 万公顷“1 。 图1 1行走式节水灌溉项目示范点分布图 多年来，行走式节水灌溉技术取得了长足的发展，些大专院校、科研院所、农机部门和 水利部门对行走式节水灌溉技术的节水机理、机械技术、机具开发及应用模式进行了大量研究， 探讨以非充分灌溉原理为该项技术的节水理论基础；在土槽与模型中，对局部施水后水在土体 中的入渗规律、含水量的分布及时变规律等进行了研究；还进行了施水开沟灌水器耕作阻力咀 及加速水土混合的研究，分水器分水均匀性的研究等：确定最佳施水量、开沟灌水器型式以指 导行走式节水灌溉机具的开发”。 经过中国农业大学等高校、水利科研人员、全国各地农机科技人员以及广大农民的专心研 究，已经发明创造了几十种行走式节水灌溉机具。除了以小型轮式拖拉机为主的行走式节水灌 溉机具，还有多种为中型拖拉机、农用运输车配套的行走式节水灌溉机具。行走式节水灌溉机 2 中国农业大学硕十学位论文 第一章绪论 具的分类如图卜2 所示。每类机型因选用的行走式动力机械不同，复式作业的内容不同，作业 适用的范围不同又派生出多种形式。 行走式节水灌溉机具是实现行走式节水灌溉的工具与手段。行走式节水灌溉机具的研究与 开发直接影响着行走式节水灌溉技术的发展与推广。近年来，行走式节水灌溉机具研究人员对 蓁 二 人造底墒灌溉机 垄作施水播种机 平作施水播种机 沟播施水播种机 覆膜施水播种机 免耕施水播种机 开沟施水灌溉机 自带水箱式喷淋灌溉机 注射式喷灌机 自带水箱式喷淋灌溉机 卷管式喷灌机 机载式喷灌机 悬臂式喷灌机 围1 - 2 仔走式节水灌溉机具分类 行走式节水灌溉机具从各个角度作了大量的研究工作，发表了很多专业水平很高的文章、论著 但是它们不能直接用来指导生产。怎样才能把已有的节水灌溉科研成果、实践经验尽快的转化 为生产力，解决生产中的实际问题，一直困扰着各界管理人员。 行走式节水灌溉机具为旱区农业的发展做出了巨大贡献，但在行走式节水灌溉机具设计过 程中存在重复研究、技术资料缺乏、缺少相应的设计标准和规范等问题，这在很大程度上制约 了行走式节水灌溉机具的通用性，延长了行走式节水灌溉机具的开发周期：在行走式节水灌溉 机具使用过程中存在用户机具知识匮乏，选型无据可循等问题。目前国内外对行走式节水灌溉 机具设计和使用中存在的上述问题还没有研究。 管理信息系统作为一种人机交互的信息系统己成为解决上述问题的有效手段和重要途径。 我国的水资源情况及行走式节水灌溉机具发展现状迫切需要与之适应的信息管理系统，以加快 行走式节水灌溉机具的信息化建设，向国内外更好地介绍行走式节水灌溉机具的性能、特点及 应用。行走式节水灌溉机具管理信息系统的建立可以充分实现行走式节水灌溉机具信息的共享， 方便行走式节水灌溉机具设计人员检索机具设计的相关信息，方便旱区农民了解、查询行走式 节水灌溉机具的信息，以便广大农民能根据不同地区、不同作物、不同农艺要求与习惯选择合 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 适的行走式节水灌溉机具，充分利用信息技术，使行走式= 霄水灌溉技术在节水、增产和增收上 产生更高的效益。 1 2 研究现状 1 2 1 国外研究现状 随着全球性水资源供需矛盾的日益加剧，世界各国，特别是发达国家都把发展节水高效农 业作为现代农业可持续发展的重要措施。发达国家在农业生产实践中，把提高灌溉水的利用率 作为研究重点和研究目标。伴随着研究的深入，一些节水灌溉管理软件也源源不断的涌现出来。 1 9 7 6 年h o l s a p p l e c w 和w h i n s t o n a b 开发了第一个用于流域管理的决策支持系统“。 1 9 8 2 年美国加利福尼亚州研制开发并建成了一个灌区数据管理信息系统网络( c i m i s ) ，该 网络包括加州五个农业区的大约四十个自动气象站，并与加州大学的中央计算机相联。各气象 站网将气象数据传送到加州大学的中央计算机，中央计算机在对这些气象数据以及各农场作物 生长情况、土壤墒情进行分析计算后，编制灌溉制度表，再传递给种植者、各个灌区以及灌溉 顾问工程师。从而指导农场主灌溉，以提高灌溉效率“。 1 9 8 5 年a s c e 水资源规划与管理专业委员会在美国科罗拉多州d e n m e r 召开“水资源决策支 持系统研讨会”交流决策支持系统在水资源规划与管理应用中的成功经验、面临的挑战及发展 方向。此后，为解决各种具体问题而研制的信息管理系统不断出现。这些信息系统涉及：灌 溉决策：灌溉系统的选择、设计和经济可行性分析：一定条件下( 例如经济、工程、气 候、农学条件) 的作物及作物品种选择；机井和喷头选择、控制系统；灌溉系统的运行 管理；灌溉系统的故障诊断等”“。 1 9 8 6 年日本新泻县龟田乡开发了一个灌溉用水管理系统，通过一个中央管理所，对各主要 泵站、闸、沟、渠水位等进行监测。并通过专用通讯线路将数据定期传送到中央管理所。同时， 为得到降雨预报，在综合管理信息系统中还设有气象信息系统，并直接与日本气象协会联网， 接收并处理有关灌区的气象信息。此外，再加上地理信息系统，通过用水预测模型对灌区用水 进行预测和统一管理，实现了灌区排灌系统的高精度自动化管理“。 1 9 8 6 年t h o m p s o n 和p e a r t 开发了最早用于解决灌溉决策问题的信息系统，此系统采用启发 式知识表示方式将经验知识加以整理，仅以土壤水分数据和气候数据决策灌溉量和灌溉时间。 系统没有涉及到作物信息“。 1 9 8 9 年s t o n 和t o m a n 开发了c o t f l e x 软件用于棉花灌溉管理，该软件与s o y g r o w 模型相 结合，采用复杂的决策策略进行综合决策。m a r t i n 和8 m i t h 于1 9 9 1 年l o 月发表的灌溉规划及 管理工具c r o p w a t 软件包，它采用p e n m a n m o n t i e t h 方程参考作物蒸腾量及作物需水量，拟定 灌溉制度和供水计划，利用全生育期的作物水分生产函数估算有限供水情况下的作物减产损失。 整个程序采用b a s i c 程序编写只能在d o s 环境下运行，人机界面差、操作方式死板”。 1 9 9 0 年s r i n v a n s a n 等人开发的e s i m 灌溉管理专家系统，应用于泰国北部，结果证明这个 专家系统很适合当地农业用水管理“。 1 9 9 1 年k i n g e t a l 等人开发了基于知识的大麦生产管理系统，此系统应用专家提供的灌溉 4 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 参数决定是否进行灌溉。系统需要用户提供的参数主要是土壤类型、播种日期、作物生育期和 气候参数，系统根据这些作物和土壤水分信息决策是否进行灌溉。此系统优于t h o m p s o n 和p e a r t 所开发的系统之处在于能够根据未来的时段的水分消耗来预测下次灌溉的时间。但是该系统没 有提供系统的农田蒸散信息，也没有指出农田水分亏损的实时性“”“。 1 9 9 1 年b e k d a s he t a l 等人开发了一个农业和水管理的决策支持系统，此系统包括模拟模 型、数据库，g i s 和e s 技术，数据库涉及气候、地理、农学、土壤等，g i s 技术与决策支持系 统相结合为决策提供地理信息。c a d s m 是灌区决策支持模型，可以模拟作物产量和作物需水过 程，预测土壤盐分及水分胁迫对产量的影响，向用户提供不同类型的渠系配水计划。j a c a c c i 等研制的决策支持系统h y d r a d s s 引入了信息模型以提高灌溉时间的可预见性，它包含了一套 对不同水平年作物生长模拟模型、优化模型及农业气象、土壤信息系统，采用了地理信息系统、 图形用户界面等先进技术“”。 1 9 9 2 年，p l a n te t a l 开发了c a l e ) ( c o t t o n 智能前端专家灌溉系统，此系统应用多种方法 决策灌溉问题。此系统的优点在于对作物的f 次灌溉决策是基于作物生长发育期、土壤有效水 分和作物水分状况，作物生长状况等多方面的参数”“。 行走式节水灌溉技术的产生和发展是走中国特色节水农业灌溉之路的一个创举，查阅世界 各国特别是农业节水技术发达国家的技术文献，尚没有发现与之相关的研究。 1 2 2 国内研究现状 国内在节水灌溉管理软件的开发方面远远落后于国外，有些地方也因地制宜的开发了一些 灌溉管理软件。 1 9 9 1 年粱季阳做出了节水灌溉实时决策系统，通过对不同供给水源的时空分布，作物品 种与生长期和农田水分状况进行综合分析，寻求利用有限水源，取得最高作物产量或最大效益 的灌溉方案“。 1 9 9 4 年水利部、中国农业科学院农田灌溉研究所采用t u r b op r o l o g 、d b a s e 、i i i 、t u r b o c 等语言编程包含知识库、推理机、动态数据库、人一机接口和知识获取五个子系统模块的华 北地区节水型农业技术体系决策咨询系统n c w s a 。它能够提供给用户从灌溉水源、输水系统、 灌溉系统到作物吸收形成产量各个环节的综合节水措施，此系统是在d o s 环境下开发的，需要 在t u r b op r o l o g u c d o s 软件支持f 运行”“。 1 9 9 8 年丁日升开发了适合于北方地区的非充分灌溉管理信息系统，它是集节水宣传、数 据查询、灌区量水、作物需水量和灌水方法，以及非充分灌溉决策为一体的综合性灌溉管理信 息系统，目的就是宣传节水，让大众知道水资源的短缺程度和面临的水危机，节约用水，科学 指导节水灌溉“。 2 0 0 0 年国家= 宵水灌溉北京工程研究中心开发了灌区用水管理信息系统，用于指定用水计 划用水统计，水费管理，灌溉计划进度，信息查询等，该系统可以完成渠系建筑物的续接搭 建，建立渠系输水结构。并且可对不同用水户的行政属性进行定义，建立用户与渠道的对应关 系。系统的配水模块能根据渠系结构和渠道过流能力以及泵站提水能力，及时完成渠系配水过 程的模拟，并用多种图形显示当前灌溉计划完成的进度，系统能够统计和输出各类报表及水费 5 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 清单。系统可以在w i n d o w s9 5 9 8 及n t 环境下应用。此系统无论在决策项目，决策水平，还 是在开发环境下都优于以往的系统，并与现代信息技术相适应”。 2 0 0 2 年陶海英构建了冬小麦、夏玉米节水灌溉专家系统。该系统在网络和单机环境下均 可运行，服务器端采用w i n d o w sn t4 0 网络操作系统、s q ls e r v e r 7 0 数据库、i i s 4 0 信息 服务器、m t s 事物处理服务器：客户端采用w i n d o w s9 5 或w i n d o w s9 8 操作系统，i e 4 0 以上 的浏览器软件；系统可在支持协议t c p i p 的任何网络下运行。此系统的通用性好，虽然此系统 的应用模型和模型参数是基于北京地区的，但是只要改变其中的参数就可以适用于其它地区。 另外，此次系统能够在网络环境下运行，信息化程度比以往系统有所提高“”。 八十年代中期以后，国际上节水灌溉管理决策系统得到了一定的发展，但这些系统的开发 大部分都在美国、加拿大和欧洲的一些国家，而在发展中国家这方面的工作做得不多，尤其是 在中国应用信息系统指导灌溉还远远落后于国外。这些灌溉管理软件的开发，促进了灌溉管理 信息化的进程，为节水灌溉的发展做出了巨大贡献。但这些软件的信息化程度还很低，为适应 当前的信息化进程，高层次的信息化灌溉管理软件还有待开发。 1 3 选题的意义 通过调研，吉林省中西部地区有2 5 0 多万公顷耕地对行走式节水灌溉机有需求。黑龙江省 中西部有4 0 0 万公顷耕地对行走式节水灌溉机具有需求。辽宁、内蒙古大面积垄作地区，有7 0 0 8 0 0 万公顷耕地对垄作施水播种机、苗侧开沟灌溉机有需求。行走式节水灌溉技术在三北旱作 农业中预计可推广1 3 0 0 多万公顷，按公顷增产粮食7 5 0 k g ，则年增产粮食1 0 0 亿k g 左右，增 加产值8 0 亿元。在原有灌溉地区推广应用1 0 0 万公顷，每公顷节水1 0 0 0 m 3 ，每年可节水l o 亿 m 3 ，并节约相应用水成本。同时，施水播种、苗侧开沟灌溉机具的需求可达百万台以上，增加 农机产值近1 0 亿元“”1 。行走式节水灌溉的经济效益和社会效益表明发展行走式节水灌溉技 术的必然性和急迫性。 随着行走式节水灌溉技术研究的深入和机具示范推广范围及面积的扩大，行走式节水灌溉 机具设计中存在的重复研究、技术资料匮乏、缺少相应的设计标准和规范等问题，机具使用中 存在的选型无据可循问题逐渐暴露出米，井逐渐成为制约行走式节水灌溉机具发展的“瓶颈”。 随着行走式节水灌溉机具类型的增多，产生了大量数据信息，这些数据信息需要一种先进的办 法来管理，以便为机具进一步推广提供信息参考和支持。因此，有必要建立一种行走式节水灌 溉机具管理信息系统，协助行走式节水灌溉机具相关信息的管理，从而实现行走式节水灌溉机 具的通用化、标准化和系列化，加速行走式节水灌溉机具的发展。 1 4 研究内容 ( 1 ) 通过文献研究和资料收集，分析、整理和归纳行走式节水灌溉机具的信息，创建行走式 节水灌溉机具信息数据库。 调查吉林乾安县、内蒙古喀喇沁旗、辽宁阜新蒙古族自治县、甘肃定西县早区研究和使用 行走式节水灌溉机具的情况和特点，了解行走式节水灌溉机具的功能特点、主要技术参数、设 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 计要点和用途，以及每种机具适应的土壤条件、气候条件、地形、作物种类利耕作方式等，建 立现存行走式节水灌溉机具信息数据库。数据库主要包括机具主要技术参数数据表、机具功能 结构参数数据表和机具工作条件参数数据表等。 ( 2 ) 制定行走式节水灌溉机具设计标准，创建行走式节水灌溉机具标准数据库。 行走式节水灌溉机具标准主要包括机具播种标准、机具施水标准和机具施肥标准。将上述 信息归纳分类，以数据表的形式将各标准信息存储到数据库中。 ( 3 ) 创建行走式节水灌溉机具关键工作部件开沟灌水器信息数据库。 开沟灌水器信息主要包括开沟灌水器技术参数、结构功能参数和工作条件参数等。将上述 信息归纳分类，以数据表的形式将开沟灌水器信息存储到数据库中。 ( 4 ) 创建行走式节水灌溉机具主要组成部件供输水系统数信息数据库。 供输水系统数信息主要包括供输水系统类型信息、水泵参数信息和储水器参数信息。将上 述信息归纳分类，以数据表的形式将供输水系统信息存储到数据库中。 ( 5 ) 创建行走式节水灌溉机具组成部件排种( 肥) 器信息数据序 排种( 肥) 器信息包括排种器信息和排肥器信息。将排种器和排肥器的主要参数信息归纳 分类。以数据表的形式将上述信息存储到数据库中。 ( 6 ) 对行走式节水灌溉机具管理信息系统进行需求分析，对系统开发的必要性和可行性进行 分析。 ( 7 ) 在需求分析的基础上，确定系统的目标和系统的功能要求。根据系统功能要求，建立各 个功能模块，推出系统的逻辑结构和系统工作流程。 ( 8 ) 确定系统的开发平台、数据库服务器、系统开发模式、系统的开发工具和系统的运行环 境。 ( 9 ) 在全面分析行走式节水灌溉机具管理信息系统的结构和功能的基础上，详细设计系统中 的各功能模块，编写系统前端应用程序，将应用程序和数据库进行连接，最后对系统进行优化 和调试。 1 5 本章小结 l _ 阐述了行走式节水灌溉技术的产生和发展，通过调研分析发现行走式节水灌溉机具设计 中存在重复研究、技术资料缺乏、缺少相应的设计标准和规范等问题，机具使用中存在用户机 具知识匮乏，选型无据可循等问题，探讨采用管理信息系统解决上述问题。 2 阐述了国内外节水灌溉管理软件的开发状况，通过灌溉管理软件之间的比较，分析了灌 溉管理软件各自的优缺点。 3 阐述了开发行走式节水灌溉机具管理信息系统的意义。 4 阐述了行走式节水灌溉机具管理信息系统开发要完成的主要工作。本课题的主要内容包 括行走式节水灌溉机具基本信息、标准信息、开沟灌水器信息、供输水系统信息和排种( 肥) 器信息数据库的创建，系统前端用户界面设计、程序设计，系统数据库的访问，系统的优化和 调试等。 7 中国农业大学硕士学位论文第二章行走式节水灌溉机具管理信息系统的分析 第二章行走式节水灌溉机具管理信息系统的分析 系统分析是管理信息系统开发中的重要一环，其主要工作是明确用户的需求，对系统的结构 和功能，系统开发的必要性、可行性进行分析，进而确定系统的逻辑模型和系统流程。管理信息 系统的设计与实现是在前期的系统分析基础上进行的，系统分析的正确与否直接影响系统的开发 进度和系统的整体功能，因此系统分析必须做到全面、深入和细致。 2 1 管理信息系统概述 管理信息系统( m i s ) 是一个以人为主导，利用计算机硬件、软件、网络通信设备以及其他 办公设备，进行信息的收集、传输、加工、储存、更新和维护，以企业战略竞优、提高效益和效 率为目的，支持企业高层决策、中层控制、基层运作的集成化的人机系统”。它能提供信息，支 持企业或组织的运行、管理和决策功能。管理信息系统能够使企业运行的数据更准确、及时、全 面、详实同时对各种信息进一步加工，使企业领导对生产、经营的决策依据更充分，更具有合 理性和科学性，并创造出更多的发展机会；另外也进一步加强企业的科学化、合理化、制度化、 规范化管理，为企业的管理水平跨上新台阶，为企业持续、稳定的发展打下基础。管理信息系统 ( m i s ) 跨越了若干个领域，如管理科学、系统科学，运筹学、统计学以及计算机科学。在这些 学科的基础上，形成信息收集和加工的方法，从而形成一个纵横交织的系统。 2 1 1 管理信息系统的结构和功能 从概念上，管理信息系统由四个部件构成：信息源、信息处理器、信息用户和信息管理者。 它们的联系如图2 - 1 所示。信息源是信息的产生地；信息处理器负担信息的传输、加工、保存 等任务：信息用户是信息的使用者，利用信息进行决策：信息管理者负责信息系统的设计、实现 和维护。 图2 1 管理信息系统总体结构图 管理信息系统的结构类似金字塔的结构，分为从底层的业务处理到运行控制、管理控制、最 高层的战略计划。最基层由任务巨大处理繁杂的事务信息和状态信息构成a 层次越往上，事务处 8 中国农业大学硕士学位论文 第二章行走式节水灌溉机具管理信息系统的分析 理的范围越小，针对的也是比较特殊和非结构化的问题。一个组织的管理信息系统可分解为四个 基本部分。“： ( 1 ) 电子数据处理部分( e d p s ) ，主要完成数据的收集、输入，数据库的管理、查询、基本运 算、日常报表的输出等。 ( 2 ) 分析部分，主要在e d p s 基础之上，对数据进行深加工，如运用各种管理模型、定量化分 析手段、程序化方法、运筹学方法等对组织的生产经营情况进行分析。 ( 3 ) 决策部分，管理信息系统的决策模型多限于咀解决结构化的管理决策问题为主其决策 结果要为高层管理者提供一个最佳的决策方案。 ( 4 ) 数据库部分，主要完成数据文件的存贮、组织、备份等功能，数据库是管理信息系统的 核心部分。 管理信息系统主要有以下儿项功能”“： ( 1 ) 数据处理功能管理信息系统能对各种形式的原始数据进行收集、整理和保存，以便向 管理者及时、全面、准确地提供所需要的各类信息。 ( 2 ) 预测功能根据一定的数学方法和预测模型，可以利用历史的数据对未来进行预测。 ( 3 ) 计划功能对各种具体工作能合理地计划和安排，对不同的管理层次提出不同的要求， 提供不同的信息，以提高管理工作效率。 ( 4 ) 控制功能对整个生产经营系统的各个部门及各个环节的运行情况进行监测，可以及时 地发现问题，进行纠正。 ( 5 ) 决策优化功能在系统中利用运筹学的方法和技术，可以为最佳决策提供科学依据，以 便合理地利用企业的各项资源，提高企业的经济效益。 2 1 2 管理信息系统的开发方法 管理信息系统的开发是一个复杂的系统工程，它涉及到计算机处理技术、系统理论、组织结 构、管理功能、管理知识等各方面的问题，每一种开发方法都要遵循相应的开发策略。任何一种 开发策略都要明确以下问题”“： ( 1 ) 系统要解决的问题：如采取何种方式解决组织管理和信息处理方面的问题，对企业提出 的新的管理需求该如何满足等。 ( 2 ) 系统可行性研究：确定系统所要实现的目标。通过对企业状况的初步调研得出现状分析 的结果，然后提出可行性方案并进行论证。系统可行性的研究包括目标和方案可行性、技术的可 行性、经济方面的可行性和社会影响方面的考虑。 ( 3 ) 系统开发的原则：在系统开发过程中，要遵循优化创新、实用高效、处理规范化的原则。 ( 4 ) 系统开发前的准备工作：做好开发人员的组织准备和企业基础准备工作。 ( 5 ) 系统开发方法的选择和开发计划的制定：针对己经确定的开发策略选定相应的开发方法， 是选择结构化系统分析和设计方法，还是选择原型法或面向对象的方法。开发计划的制定是要明 确系统开发的工作计划、投资计划、工程进度计划和资源利用计划。 管理信息系统开发方法主要有：结构化生命周期开发方法、原型法、面向对象的开发方法等。 1 结构化生命周期开发方法 q 中国农业大学硕士学位论文第二章行走式节水灌溉机具管理信息系统的分析 目前较为流行的m i s 开发方法是结构化生命周期开发方法，其基本思想是：用系统的思想和 系统工程的方法，按用户至上的原则，结构化、模块化地自上而下对生命周期进行分析与设计。 用结构化生命周期开发方法开发一个系统，将整个开发过程划分为五个依次连接的阶段”： ( 1 ) 系统规划阶段：主要任务是明确系统开发的请求，并进行初步的调查，通过可行性研究 确定下一阶段的实施。系统规划方法有战略目标集转化法、关键成功因素法和企业规划法。 ( 2 ) 系统分析阶段：主要任务是对组织结构与功能进行分析，理清企业业务流程和数据流程 的处理，并且将企业业务流程与数据流程抽象化，通过对功能数据的分析，提出新系统的逻辑方 案。 ( 3 ) 系统设计阶段：主要任务是确定系统的总体设计方案、划分子系统功能、确定共享数据 的组织，然后进行详细设计，如处理模块的设计、数据库系统的设计、输入输出界面的设计和编 码的设计等。 ( 4 ) 系统实施阶段：主要任务是讨论确定设计方案、对系统模块进行调试、进行系统运行所 需数据的准备、对相关人员进行培训等。 ( 5 ) 系统运行阶段：主要任务是进行系统的日常运行管理，评价系统的运行效率，对运行费 用和效果进行监理审计，如出现问题则对系统进行修改、调整。 上述五个阶段共同构成了系统开发的生命周期。结构化生命周期开发方法严格区分了开发阶 段，非常重视文档工作，对于开发过程中出现的问题可以得到及时的纠正，避免了出现混乱状态。 2 原型法 原型法的基本思想是系统开发人员凭借自己对用户需求的理解，通过强有力的软件环境支 持，构造出一个实在的系统原型，然后与用户协商，反复修改原型直至用户满意。原型法的应用 使人们对需求有了渐进的认识，从而使系统开发更有针对性。另外，原型法的应用充分利用了晟 新的软件工具，使系统开发效率大为提高。原型法在系统开发过程中也得到不少应用。 3 面向对象系统开发方法 面向对象的系统开发方法的基本思想是将客观世界抽象地看成是若干相互联系的对象，然后 根据对象和方法的特性研制出一套软件工具，使之能够映射为计算机软件系统结构模型和进程， 从而实现信息系统的开发。 综上所述，基于结构化生命周期开发方法的上述优点，行走式节水灌溉机具管理信息系统的 开发采用结构化生命周期开发方法。虽然结构化生命周期开发方法有上述优点，但是在开发过程 中用户需求一旦发生变化系统很难进行调整，所以在开发过程中要充分考虑系统的可扩展性。 2 1 3 管理信息系统的开发过程 管理信息系统的开发过程一般包括系统开发准备、系统调查、系统分析、系统设汁、系统实 现、系统转换、系统运行与维护以及系统评价等步骤。“。根据开发系统的大小、复杂、投入、方 式、方法等因素的不同，各步的要求和内容也不同，用户可以根据实际情况进行取舍和计划。 1 系统开发准备 系统开发准备工作主要包括提出系统开发要求、成立系统开发小组、制订系统开发计划等工 作。 1 0 中国农业大学硕士学位论文第二章行走式节水灌溉机具管理信息系统的分析 2 系统调查 新系统的分析与设计工作都要建立在对现行系统调查的基础上，即必须调查现行系统的运行 情况、问题等，明确用户的需求。系统开发者要了解的主要内容有：现行系统的概况、系统的业 务流程、现行系统中存在的问题、新系统的功能和目标以及新系统的约束条件等。 3 系统分析 系统分析( 又称逻辑设计) 是管理信息系统开发的关键环节，要求在系统调查的基础上，对 新系统的功能进行细致的分析，并建立一个新系统的逻辑模型。新系统的逻辑模型由系统数据流 程图、数据字典、逻辑表达式及有关说明组成。在系统设计阶段要做认真、细致的分析、研究工 作，避免新系统在功能上存在先天性不足或缺陷。 4 系统设计 系统设计又称系统物理设计。系统设计要根据系统分析报告中的系统逻辑模型综合考虑各种 约束，利用一切可用的技术手段和方法进行各种具体设计，确定新系统的实旆方案，解决“系统 怎么做”的问题。这一阶段的重点是设计好系统的总体结构，选择经济合理的技术手段。 5 系统实施与转换 系统实施阶段的主要工作包括：系统硬件的购置与安装、程序的编写与调试、系统操作人员 的培训、系统有关数据的准备和录入、系统调试和转换。 6 系统维护和评价 管理信息系统是一个复杂的人机系统。系统外部环境与内部因素的变化，不断影响系统的运 行。这时就需要不断地完善系统，以提高系统运行的效率与服务水平，这就需要从始至终地进行 系统的维护工作。 系统评价主要是指系统建成后，经一段时间的运行后，要对系统目标与功能的实现情况进行 检查，并与系统开发中设立的系统预期目标进行对比，及时写出系统评价报告。 2 2 行走式节水灌溉机具管理信息系统概述 行走式节水灌溉技术是一种新型的节水灌溉技术。实践表明，行走式节水灌溉比传统的大水 漫灌可以节水9 0 以上，行走式节水灌溉技术无疑是我国节水灌溉技术发展史上的一个里程碑”。 行走式节水灌溉技术带来的经济效益和社会效益是有目共睹的，然而，行走式节水灌溉机具是实 现行走式节水灌溉的工具和手段，机具的开发是行走式节水灌溉技术的关键。近几年全国许多高 校和科研机构对行走式节水灌溉机具进行了