Компьютерная программа для систематизации и обработки данных полевых экспериментов

Технологии и технические средства механизированного производства продукции

уастениеводстваи животноводства________________________________________

5. Иванов В.П., Иванов Ю.В., Марченко С.И., Кузнецов В.В. Использование индексов флуктуирующей асимметрии листа березы повислой для диагностики состояния фитоценозов в условиях техногенного загрязнения //Физиология растений. -2015. -Т. 62.-№ 3. -С. 368.

6. Низкий С.Е., Сергеева А.А. Флуктуирующая асимметрия листьев березы плосколистной (betula platyphylla sukacz.) как критерий качества окружающей среды // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. -2015. - № 7. - С. 14-17.

7. Ракутько С.А., Ракутько Е.Н. Взаимосвязь флуктуирующей асимметрии листьев петрушки (Petroselinum Tuberosum) и ее продуктивности под воздействием оптического излучения различного спектрального состава // В сб. «Физика - наукам о жизни». - СПб.: Физико-технич. институт им. А.Ф. Иоффе, -2016. - С. 64.

8. Ракутько С.А., Маркова А.Е., Мишанов А.П., Ракутько Е.Н. Энергоэкология светокультуры - новое междисциплинарное научное направление // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. - 2016. - № 90. - С. 14-28.

УДК 004.658.2

КОМПЬЮТЕРНАЯ ПРОЕРАММА ДЛЯ СИСТЕМАТИЗАЦИИ И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ПОЛЕВЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

С.Н. МАТЕЙЧИК; Э.А. ПАПУШИН, канд. техн. наук

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства» (ИАЭП), Санкт-Петербург, Россия

В статье рассматривается концептуальная модель, логическая структура и интерфейсы разработанной компьютерной программы для систематизации и обработки данных полевых экспериментов на опытном поле. В рамках разработанной компьютерной программы пользователь-исследователь получает возможность ввода, структурирования и хранения данных, полученных в результате проведения полевых опытов, накопления их в создаваемой базе знаний для дальнейшего анализа и прогнозирования. Кроме того, за счет включения в систему различных процедур статистической обработки, пользователь может провести дисперсионный и регрессионный анализ.

Ключевые слова: компьютерная программа; полевой опыт; опытное поле.

APPLICATION SOFTWARE FOR FIELD EXPERIMENTAL DATA CONSOLIDATION AND PROCESSING

S.N. MATEYCHIK; E.A.PAPUSHIN, Cand. Sc

Federal State Budget Scientific Institution “Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production” (IEEP), Saint Petersburg, Russia

The article presents the conceptual model, logical structure and interfaces of the computer program designed to consolidate and process the field trials data. The user (researcher) can enter, structure and store the information from an experimental field, to accumulate it in the created knowledge base for further

27

ISSN 0131-5226.Теоретический и научно-практический журнал.

ИАЭП. 2017. Вып. 92.

analysis and forecasting. In addition, making use of various statistical processing procedures included in the system, the user can perform dispersion and regression analysis.

Keywords: computer program; field trial; experimental field.

ВВЕДЕНИЕ

Сельскохозяйственному производителю в РФ предоставлена возможность выбора, что производить, на какие средства, в каких объемах, как реализовать готовую продукцию. Он заинтересован в эффективном использовании всех материальных ресурсов и получении максимальной отдачи от затраченных средств.

Сельскохозяйственная деятельность предприятий обусловлена не только наличием материальных ресурсов, но и определенными природно-климатическими условиями. Для принятия оптимального управляющего решения, необходимо владеть большим объемом информации различного характера. Это технологические, метеорологические, агрохимические данные, накопленный агрономический опыт. Существующая информация требует определенной систематизации: между всеми видами данных должны быть установлены связи в соответствии с определенными правилами.

Современное сельское хозяйство для успешного развития требует применения информационных технологий. На первый план выдвигаются новые требования к направлению научных исследований. Правильная организация информации, полученной в результате проведения полевых экспериментов, является важнейшей задачей. От аграрной науки требуется максимально приблизить результаты своих исследований к практической деятельности, используя для этого разработку информационных систем, которые позволят обеспечить сельхозпроизводителей актуальной информацией и помогут в принятии оптимальных решений, учитывая сочетания их целей и ресурсных возможностей [1-3].

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

У всех сельхозпредприятий есть общее - почвенная среда. Разработанная компьютерная программа полевых экспериментов, являющаяся составной частью информационной системы управления биологизированными технологиями, представляет собой пример автоматизации полевого опыта в севообороте органического земледелия и предназначена для накопления и последующей обработки данных, связанных с изучением показателей почвенного состояния.

Прежде всего, была изучена предметная область, то есть та часть окружающей действительности, которая связана с исследуемыми показателями почвенного состояния. Вся информация условно была разделена на отдельные блоки, связанные между собой информационными потоками. Были определены требования к данным. В частности, модель данных полевых экспериментов на опытном поле реализована в виде законченного программного продукта, достоверно отражает представление пользователя о данных и дает оперативный ответ на возникающие вопросы пользователей.

Все сформированные требования к данным представлены в форме визуального моделирования. Модель представлена с помощью набора некоторых графических элементов языкаиМБ, который является унифицированным языком моделирования [4].

Для автоматизированного проектирования было использовано одно из самых известных CASE-средств - программа ROSE от Rationallnc.

28

Технологии и технические средства механизированного производства продукции

растениеводстваи животноводства________________________________________

Для разработки программного продукта использован VisualFoxpro 9.0 - мощный пакет программ, предназначенный для построения профессиональных приложений.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Исследование информационной структуры предметной области позволило выделить основных участников процесса проведения полевых опытов в севообороте органического земледелия и определить роль каждого в данном процессе. Важной задачей является установление взаимосвязей между их действиями. Графически это представлено в виде диаграмм вариантов использования (рис. 1,2).

На рис.1 представлена диаграмма вариантов использования, на которой указаны только пакеты (группы) вариантов использования, сформированные на основании требований к исходным данным, которые были определены в результате анализа информационной структуры предметной области, связанной с проведением полевых опытов в севообороте органического земледелия.

FRl Use Case Diagram: Use Case View/ Main c=> || В

ИАЭП

«1

A

jja

Рис. 1. Диаграмма вариантов использованиявзаимодействия специалистов

На рис. 2 представлена диаграмма вариантов использования для проведения полевого опыта. Фигурки на диаграмме - это действующие лица. Действующее лицо - ученый-исследователь или организация, которые получают информацию, связанную с данными полевыми опытами. Эллипс - это вариант использования. Под ним размещено краткое название или описание действий. Каждый вариант использования - это действия, совершаемые системой при диалоге с действующим лицом.

Диаграмма вариантов использования является концептуальной моделью системы в процессе ее проектирования и разработки.

29

ISSN 0131-5226.Теоретический и научно-пр акт me с кий журнал

ИАЭП. 2017. Вып. 93.

Рис. 2.Диаграмма вариантов использования

Ключевое действующее лицо - автор рассматриваемого полевого опыта.

На основании разработанной диаграммы вариантов использования были определены те варианты использования (действия), выполнение которых необходимо автоматизировать. К ним относятся:

- «Формирование и передача отчета»;

- «Выполнение работы и передача данных для обработки»;

- «Выполнение работы, обработка и передача данных».

Дальнейший анализ выполняемых работ позволил разработать логическую модель программы, послужившую основой для принятия решения о способе реализации программы.

Полевой севооборот органического земледелия состоит из множества ротаций культур. То есть каждый год на определенном поле, входящем в состав севооборота, выращивается новая культура. Таким образом, поле, культура и год являются ключевыми атрибутами программы. В то же время, каждое поле поделено на делянки, что предполагает существование нескольких вариантов проводимого полевого опыта. Эти варианты могут отличаться друг друга временным интервалом, нормой посева и другими управляемыми факторами. Все это учтено в разработанной программе полевых экспериментов.

Для программирования графического интерфейса программы полевых экспериментов на опытном поле использованы экранные формы, как очень удобное и гибкое средство для отображения и ввода данных с применением различных элементов управления, просмотра и редактирования информации.

На рис.З представлен главный пользовательский интерфейс программы.

30

Технологии и технические средства механизированного производства продукции

растениевод стваи животноводства_____________________________________

Выбор мышкой на форме определенного поля, передает управление форме, реализующей все требования к вводу и обработке данных, связанных с проведением выбранного полевого опыта. В данном случае - это полевой опыт, связанный с определением показателей почвенного состояния.На экранной форме (рис.4) представлены три блока для работы с данными.

Нормативно-справочная информация

о Справочник работающих Справочник организаций

Справочник попей

Справочник приборов и оборудования

Справочник технических средств

Справочник производителей технических средств

Выход

Рис. 4. Интерфейс, реализующий возможности ввода иобработки данных полевого опыта

Выбор опыта

о Определение агрегатного состава почвы! Определение плотности почвы Определение влажности почвы Определение твердости почвы Определение температуры почвы

Оценка точности намерений

а Агрегатный состав почвы Плотность почвы С Влажность почвы Твердость почвы Температура почвы

Блок «Нормативно-справочная информация» предназначен для ввода и работы с постоянными и условно - постоянными данными. К ним относятся такие, как: перечень

сотрудников, занятых проведением исследований; перечень полей, на которых проводятся работы; перечень технических средств, приборов и оборудования, необходимых для проведения исследований.

Блок «Выбор опыта» предназначен для ввода значений основных параметров почвенного состояния (плотности, влажности, твердости, температуры и агрегатного состава почвы), полученных в результате проведения полевых опытов в рамках исследований. Например, выбор пункта «Определение твердости почвы», открывает новую форму, предназначенную для ввода полученных значений твердости почвы, учитывая повторность измерений (рис. 5).

31

ISSN 0131-5226.Теоретический и научно-практический журнал.

ИАЭП. 2017. Вып. 93.

Рис. 5. Ввод данных о значениях твердости почвы

Блок «Оценка точности измерений» предназначен для проведения расчетов, связанных со статистической оценкой результатов экспериментальных исследований по каждому из указанных показателей почвенного состояния (рис.6).

Поле: Органическое поле Л* делянки 2

Повторность Значения твердости почвы в i-тоы слое, МПа

10 см 20 см 30 см 40 см 50 см 60 см

1 5.00 6.00 7.00 S.00 $.00 9.60

2 5.00 5.S0 6.30 7.90 $.10 9.60

3 4.00 5.50 6.20 7.$0 $.20 9.60

Сум mi 14.00 17J0 19.50 23.70 24.30 2S.S0

Среднее значение 4.67 5.77 6.50 7.90 $.10 9.60

Дисперсия 0.33 0.06 0.19 0.01 0.01 0.00

Среднеквад- ратичная погрешность измерений 0.5S 0.25 0.44 0.10 0.10 0.00

Абсолюция случайная погрешность 2.4$ 1.0$ 1.$$ 0.43 0.43 0.00

Относительная погрешность 53.22 1 $.77 2S.S5 5.45 5J1 0.00

Коэффициент корреляции - 0.9S966

Эмпирическоеуравнениерегрессии- у“3.78222 + 0.09443 *х

Рис. 6. Статистическая оценка результатов экспериментальных исследований

ВЫВОДЫ

В рамках разработанной компьютерной программы полевых экспериментов на опытном поле пользователь-исследователь получает возможность ввода, структурирования и хранения данных, полученных в результате проведения полевых опытов, накопления их в создаваемой базе знаний для дальнейшего анализа и прогнозирования. Кроме того, за счет включения в систему различных процедур статистической обработки, пользователь может провести дисперсионный и регрессионный анализ.

32

Технологии и технические средства механизированного производства продукции

рас те н неводе тва и животноводства_________________________________

ЛИТЕРАТУРА

1. В.П. Якушев, В.В. Якушев Информационное обеспечение точного земледелия.С.-Петербург, 2007

2. Шеин Е.В. Агрофизика/ Е.В. Шеин, В.М. Еончаров. - М.: Изд-во Феникс, 2006. - 195 с. - ISBN 5-02041-00456-7

3. Валге А.М., Папушин Э.А., Серзин И.Ф. Мониторинг машинно-тракторных агрегатов с использованием спутниковых навигационных систем /А.М. Валге, Э.А. Папушин, И.Ф. Серзин// Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства: сб. науч. тр. /ЕНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии,-Вып.84. - СПб., 2013. С.28-36. - ISSN 0131-5226

4. Леоненков В.А. Самоучитель UML - Санкт-Петербург: BHY, 2001.

33