农机设备信息化调度平台架构设计研究

李雯 白正玉 侯天龙 黄浩然 张涛

摘要：以农机设备信息化调度平台为研究对象，论述其研究意义与价值，运用服务蓝图技术分析刻画农机设备调度工作流程，采用网络层次分析法获取需求权重并排序，删选农机设备信息化调度平台功能需求后建立用户功能需求域与平台功能域映射，获得平台功能划分图，最后提供了一种农机设备信息化调度平台架构的设计方案，为构建现代农业农机设备信息化调度平台提供了设计思路及理论支撑。

关键词：农机设备;信息化调度平台;架构设计;服务蓝图;网络层次分析法

中图分类号：S126  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2021）09-0172-06

在传统农业生产价值创造能力不足，而以包括物联网、云计算、大数据分析等在内的现代化手段辅助生产价值创造能力增强的发展态势下，我国农业生产重新调整发展战略，以“智慧农业”为核心的农业现代化发展战略目标应运而生。农机设备，作为农技、农户、农业作业的重要载体，高效有序科学地管理农机设备是当前我国农业现代化发展的关键一环，更是社会经济结构调整的重要基石。

作为农机管理工作的重要组成部分，农机设备信息化工作是反映农机化水平的重要手段[1]，基于农机设备信息化、智能化的迅速发展及农机规模化运作的现实状况，针对建立农机设备信息化调度平台的现实需求日益上升，在這一背景下，建立起信息集成度高、农机设备管理便捷的农机设备信息化调度平台是我国农机智能化向智慧化转变的必由之路、现代农业转型升级的有效支撑。

1 农机设备信息化调度平台

农机设备信息化调度平台作为我国传统农业信息化建设的重要研究课题，我国对农机设备的信息化、农业信息数据化、农业活动管理高效化等做出了整体总体部署及要求[2]。农机设备信息化调度平台建设涉及到农机化作业服务组织机构、农户、农机手、政府等主要的利益相关者。对于任何一个利益涉及者而言，农机设备信息化调度平台的建设与使用都有着不可忽视的作用和价值。农机设备信息化调度平台基于大数据技术，能够对农机设备调度过程中产生的各种不同形态结构数据进行准确判断，在计算机硬件系统和软件系统的配合下，运用科学合理的分析手段以及调度算法设计，对农机设备资源、农机手信息、农机化作业服务组织等信息进行合理利用、高效管理[3]。由此，农机设备信息化调度平台可以实现对农机设备资源在时空上的协调、作业任务的实时监控;帮助农机化作业服务组织对相关资源进行管理，极大程度上降低了时间、空间资源的管理成本;对农户来说，以在线平台的方式拓宽农户与农机手互动沟通的渠道，通过信息化平台方式扩展了农机手接受农机作业服务的方式;以“互联网+”为基础支撑，利用现代化的信息技术手段，是我国当前促进农业机械化、信息化发展的主要趋势[4]，信息化调度平台的运用，一方面可以优化农机设备作业需求和服务供给结构，提升农户、农机手满意度，另一方面可以在农机作业服务组织评价及政府形象树立上产生积极影响，在一定程度上推进我国农业设备作业污染防治进程，农机设备信息化调度平台的价值体现见图1。

随着我国信息技术的不断发展以及与农业生产的深度融合，农机设备信息化调度的相关研究与日俱增，众多学者大多针对农机设备信息化调度平台的技术现状与应用、 信息化调度平台的方案设计

进行研究。对于农机设备信息化调度平台的技术现状与应用，李洪等使用以PDA为基础的车载终端，基于GPS、GPRS和GIS技术，设计并实现了一种农机监控调度系统，可远距离快速收集农机信息[5]。杨立国等基于GNSS等技术，利用车载终端集成开发了农机调度系统，提升了农机管理调度的效率[6]。张俊艺等基于Android系统，综合运用HTML5、Java开发语言、百度地图技术和Bomb云技术，建立一个农民、农机主、管理员三端交互的农机调度管理平台[7]。Nguyen等针对农业生产的数据收集问题，讨论了农业信息化平台建设的技术可行性，并提出了以Spark和Hadoop的为分析手段的农业生产分析平台[8]。对于信息化调度平台的方案设计，基于“互联网+”的新背景，程胜男对农机监理系统的基础功能、系统设计展开了论述[9]。刘宝玉等通过对农业生产全程数据的管理分析，对农业管理系统中的农机调度数据库、调度算法与模块进行设计[10]。曹焕男等讨论了体育馆智慧物业管理系统的管理优势，并将其服务模型与功能设计与农机调度平台的设计进行了对比，提出了一套农机设备调度系统的设计方案[11]。López-Morales等通过互联网技术对农业作业实现实时感知，建立了开放的交互农业作业信息的服务平台[12]。

国内大多数学者虽对农机设备信息化调度平台在技术可行性、方案设计方面展开了较为广泛的研究，但鲜有文章针对农机设备信息化调度平台的功能设计与用户实际需求的一致性进行研究。为弥补上述研究不足，本研究采用服务蓝图技术，针对农户、农机手、农机化作业服务组织机构及政府相关部门在农机设备调度期间作业行为、供需信息等的交互关系，以ANP方法将农机设备调度价值域与农机设备调度平台功能域进行匹配，从而进一步得出农机设备调度平台服务系统的主要功能划分，为农机设备调度平台设计及发展提供理论依据和借鉴经验。

2 基于服务蓝图的农机设备信息化调度平台需求分析2.1 服务蓝图下的农机设备信息化调度平台

服务蓝图通过可视化方式对服务系统或服务过程进行准确描绘，是一种流程图形式的服务系统展示手段[13]。当今社会，日益增长的用户需求与社会矛盾之间的冲击方兴未艾[14]，单纯实物产品竞争已逐渐向基于产品服务的产品竞争演变，竞争的关键性问题更偏向于服务[15]。农机设备调度本质上也是一种农户需求下的服务，而往往调度过程的表面简单性掩盖了其存在的真实复杂性，由此在构建农机调度系统的过程中时常忽视其中衍生的服务。

农机设备信息化调度平台是一种面向农业作业结果的服务系统，在系统中淡化实物产品，着重凸显农户、农机手、农机化社会服务组织机构及政府相关部门相互之间所期望达成的服务结果是农机设备调度平台设计的关键。该平台能够为农机化社会服务组织机构提供农机设备调度平台的信息化运作服务，并镶嵌政府相关部门关于农机设备监管等的相关政策，通过为农户、农机手提供农机设备调度服务以达到满足其需求的目的，进而在实现相关农业作业的基础上，提升各相关方满意度，并收集农户、农机手以及农机化社会服务组织机构的运作信息，为政府相关部门农机政策制定、平台日常运作管理及日后服务质量改进提供决策支撑，因服务蓝图技术注重过程中的服务衍生特点，在农机设备信息化调度平台架构设计过程中才能更加良好地展现农机设备调度过程中的各项活动，如设备机型要求、作业时间限制等，并能够通过服务蓝图将农机设备的调度过程性与用户需求的平台功能性进行有效结合，以可视化的形式展现平台架构设计的完整性。

2.2 基于服务蓝图的农机设备信息化调度平台需求分析

服务蓝图是按照时间维度，将服务系统中涉及到的利益相关者信息、过程元素及服务活动以可视化的流程图作为展现式样[16]。通过构建农机设备调度流程的服务蓝图可以了解调度服务过程的本质，评价调度服务质量及做出相关改进。本研究以宁夏贺兰山东麓葡萄产区内的农机设备为研究对象，建立服务蓝图模型，通过准确描述调度服务过程中调度行为交互、调度服务提供者与农户需求、农机手服务等物理证据来展示农机调度过程服务体系。通过与宁夏贺兰山东麓葡萄产区相关责任人访谈以及与农机手进行需求调研，通过大量访谈获取调度过程服务目标及相关流程介绍，得到农机设备调度服务流程活动见表1，服务蓝图见图2。

3 基于服务蓝图的农机设备信息化调度平台需求获取3.1 农机设备信息化调度平台功能需求层次分析

网络层次分析法（Analytic Network Process，简称ANP）是一种基于层次分析法，以网络结构刻画元素关系，综合定性与定量特点，适用于复杂结构的决策方法[17]。

农机设备信息化调度平台的功能需求层次的具体评价分析过程如下[18]：（1）建立农机设备信息化调度平台功能需求网络层次结构，典型结构由控制层和网络层2部分组成（图3）。控制层结构由典型的层次分析法递阶层次结构构成;网络层结构需要由确定元素集，并分析元素集中的网络结构及彼此之间的影响关系，而元素集内部的元素决定元素集之间的关系。（2）基于ANP法确定指标权重，包括计算控制层指标权重和网络层对于控制层的权重。按照网络层次分析法，一级指标权重可以按照传统层次分析法获得;二级指标权重需要分别以控制层中的3个准则指标（C1，C2，C3）为判断标准，将元素集中二级指标（c11，c12，…，c33）两两比较，根据专家意见构建判断矩阵，从而得到归一特征向量，同时需要进行一致性检验。（3）构建及计算加权超矩阵和极限超矩阵，将元素之间的相互依存关系表示清楚，运用Super Decisions软件做超矩阵稳定处理工作，后计算每个超矩阵的极限的相对排序向量，核查是否存在收敛唯一的极限，若存在则说明评价指标权重求解成功。

3.2 算例与权重计算

以酿酒葡萄农机设备的调度过程为研究内容，参考农机设备信息化调度平台功能需求分析，大体将需求分類，构建了农机设备信息化调度平台功能需求指标体系（表2）。对象集为农机设备信息化调度平台功能需求;因素集将农机设备信息化调度平台功能需求分为3个一级指标来进行刻画：平台管理优化目标，调度优化管理目标以及用户服务满意指标;而子因素集则细化了要求，形成了包括农机作业相关知识、农机设备运行过程等在内的11个二级指标。

通过对相关葡萄产区责任人及酿酒葡萄农机设备专家的访问以及对农户的需求调查，采用1～9的标度标准（表3），按照ANP原理，考虑服务需求中描述的指标间相互关系，然后借助Super Decisions软件构建网络层次分析（图4）。

将因素集判断矩阵输入到Super Decisions工具中得出农机设备信息化调度平台功能需求重要度评分，具体结果见表4。

从表4可以看出，指标C2的权重最大，为0.558 4，表示调度管理优化目标是影响农机设备信息化调度平台功能需求的首要因素;其次是平台管理优化目标C1，权重为0.319 6;而用户服务满意指标C3权重0.122 0。

同理，将二级指标的各项功能需求进行两两比较，并将判断矩阵输入到Super Decisions工具中得到农机设备信息化调度平台功能需求二级指标的需求重要度（表5）。

4 农机设备调度信息化平台功能需求传递与平台架构设计4.1 农机设备信息化调度平台功能需求映射

产品服务系统设计过程首先需要在分析顾客价值的基础上收集需求，之后按照需求要素的传递与分配进行系统功能的划分[19]。在经过ANP方法分析之后，理顺农机设备信息化调度平台功能需求层次，并将部分需求最低的2项删去，得到农机设备信息化调度平台功能需求域，将能够满足需求域的功能集合形成调度平台的功能域，并且将需求域与功能域产生对应的映射关系，最终获得农机设备信息化调度平台的功能模块，得到的映射关系见图5。

基于需求功能映射图得到农机设备信息化调度平台功能模块，单一模块需要划分出多个子系统来完成相应的需求，即形成农机设备信息化调度平台的各个系统，具体系统的划分及相应完成的功能见表6。

4.2 农机设备信息化调度平台架构设计

农机设备信息化调度平台设计的完成是基于农机设备调度平台功能架构上，一体化考量各系统相关利益方，主要面向农机化作业服务组织机构进行的调度平台设计，因调度环境、调度需求及各地区农机调度作业情况的不同，对农机设备信息化调度平台的架构设计作出了必要性的功能设计，以在农业园区范围内的调度情景为研究内容，具体设计农机设备信息化调度平台架构见图6。

农机设备信息化调度平台自上而下分为3层，其中数据访问层是系统的核心[20]，采用ADO.NET组件技术访问数据库操作，该系统所涉及到的数据信息板块分别用不同的信息表存储表示，主要包括10个类型数据信息表;数据库层是用来封装、存储数据的关键，该系统按照数据采集的模块和类别，总结并设计了6个数据库存储系统运行所涉及的数据。

用户表示层是用户与系统交互的人机界面，该交互界面包括了使用该系统的农机化作业服务组织机构管理员、农机手及农户，用来实现系统的主要功能，是采用程序设计语言来实现的可视化界面。系统主要包括了3大模块，其中平台管理模块是系统运作的基础性、支持性模块;农机设备调度功能模块是系统的核心部分，是农机设备调度平台接收调度需求并做出决策的模块，是平台智能化、信息化的重要体现;农机作业管理模块主要针对农机作业前中后的状态监管、作业情况核实及完成业务打印等功能。

5 结论

对于农机设备信息化调度平台的功能设计，本研究创新性运用服务蓝图技术，梳理刻画了农机设备调度业务流程，使用访谈法获取了农机设备调度平台的功能需求，采用ANP分析并计算功能需求权重，从而实现了将调度需求域向平台功能域的映射;讨论了农机设备信息化调度平台的功能设计与用户实际需求的一致性，最终构建了农机设备信息化调度平台架构并加入技术层面的设计思维，为农机设备信息化调度平台架构设计提供了一定的理论支撑和设计思路。本研究的农机设备信息化调度平台架构设计对农机化作业服务组织有一定的启示和帮助，但不同地区、不同作业条件下的农机设备调度工作还存在着不确定性，因此接下来还需要更加深入和有针对性地进行研究。

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