計算機(jī)軟件技術(shù)在植保軟件開發(fā)中的應(yīng)用論文

　　摘 要: 結(jié)合計算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展就如何進(jìn)行植保應(yīng)用軟件的開發(fā)的一些技術(shù)性問題進(jìn)行了探討。提出了植�？萍既藛T應(yīng)以軟件工程理論為指導(dǎo),把握計算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展趨勢, 選擇適合于植保專業(yè)技術(shù)人員使用的應(yīng)用軟件開發(fā)方法和工具, 組織好軟件開發(fā)人員, 開發(fā)高水平、高質(zhì)量的植保應(yīng)用軟件系統(tǒng)。該文還以黃淮海地區(qū)麥蚜預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)(HH2AphidGIS) 的研制開發(fā)為例, 就上述原則中各個方面的具體應(yīng)用進(jìn)行了闡述。

　　關(guān)鍵詞: 軟件技術(shù); 植保應(yīng)用軟件; 軟件開發(fā)

　　當(dāng)前, 隨著我國信息化建設(shè)的飛速發(fā)展, 一些地區(qū)網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)進(jìn)程的加快, 為植保計算機(jī)應(yīng)用水平的提高提供了良好的機(jī)遇, 各地植保部門都已或正在準(zhǔn)備配置較高檔次的計算機(jī)硬件設(shè)備, 而與之相對應(yīng)的植保計算機(jī)應(yīng)用軟件的缺乏則成為提高植保計算機(jī)應(yīng)用水平的制約因素。因而開發(fā)高水平的植保計算機(jī)應(yīng)用軟件已迫在眉睫, 也是提高我國植保計算機(jī)應(yīng)用水平的必由之路。本文結(jié)合計算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)植保信息與軟件技術(shù)實驗室(IPM IST) 10 年來的實踐經(jīng)驗就如何進(jìn)行植保應(yīng)用軟件開發(fā)的一些技術(shù)性問題進(jìn)行了探討。

　　1 植保應(yīng)用軟件的開發(fā)

　　在當(dāng)前形勢下, 植保學(xué)科的科技人員應(yīng)以軟件工程理論為指導(dǎo), 把握計算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展趨勢, 選擇適合于植保專業(yè)技術(shù)人員使用的應(yīng)用軟件開發(fā)方法和軟件開發(fā)工具, 組織好軟件開發(fā)人員, 開發(fā)高水平、高質(zhì)量的植保應(yīng)用軟件系統(tǒng)。

　　1.1 以軟件工程理論為指導(dǎo)

　　依據(jù)軟件工程的一般原理, 一個軟件從計劃設(shè)計到廢棄不用被稱為軟件的生存期( SW L ifeCycle) , 可以分為6 個階段: 軟件計劃---軟件需求分析---軟件設(shè)計---軟件編碼---軟件測試---軟件維護(hù),生存期中的各個時期又可細(xì)分為若干更小的階段,不同的階段劃分方法, 就構(gòu)成了不同的軟件生存期模型(S W L ifecycle Model) , 也稱為軟件開發(fā)模型。在軟件工程的發(fā)展過程中, 形成了許多種類的開發(fā)模型, 如瀑布模型(WaterfallModel)、快速原型模型(Rap id Pro to typ ing Model) 等。各種模型的應(yīng)用要根據(jù)所要開發(fā)的具體的應(yīng)用軟件系統(tǒng)來確定,同時也與所采用的開發(fā)方法及使用的開發(fā)工具有關(guān)。值得指出的是, 不同的軟件開發(fā)方法具有不同的特點, 對軟件生命期工程階段劃分的強(qiáng)調(diào)程度也不一樣, 但軟件生命期的觀點仍然是軟件工程學(xué)的一個基本觀點, 反映了軟件發(fā)生、發(fā)展所應(yīng)遵循的內(nèi)在規(guī)律(謝榮傳, 1995)。

　　植保應(yīng)用軟件系統(tǒng)的研制同一般性應(yīng)用軟件開發(fā)一樣, 必須以軟件工程學(xué)原理和方法為指導(dǎo), 軟件工程學(xué)理論與方法是高質(zhì)量植保軟件研制成功的根本保障。原因在于: 能夠有效地進(jìn)行系統(tǒng)計劃與設(shè)計, 少走彎路, 避免不應(yīng)有的錯誤, 從而縮短開發(fā)周期, 節(jié)約人力物力。能夠順利地進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā), 在質(zhì)量保證的前提下, 為用戶提供正確、可靠的應(yīng)用軟件。能夠科學(xué)地進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù), 在實際應(yīng)用中保持軟件旺盛的生命力。回顧近幾年已開發(fā)出較為優(yōu)秀的植保應(yīng)用軟件, 如綠十字博士系統(tǒng)(全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心研制)、粘蟲遷飛專家系統(tǒng)(中國農(nóng)科院植物保護(hù)研究所研制)、梨黑星病預(yù)測與管理專家系統(tǒng)ESPSPM (李保華等, 1996)、植檢害蟲圖文信息系統(tǒng)(王之嶺, 1996)、植物病毒檢疫診斷支持系統(tǒng)PQV 2DSS (李明福, 1996) 以及北方地區(qū)蔬菜害蟲田間識別系統(tǒng)PESTD IA G (李志紅, 1997) 等, 這些軟件的研制無一不滲透了軟件工程的思想。黃淮海地區(qū)麥蚜預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)(HH2AphidGIS) 根據(jù)軟件工程理論進(jìn)行了系統(tǒng)的設(shè)計, 以快速原型法為系統(tǒng)開發(fā)模型(高靈旺, 1998)。

　　從目前所進(jìn)行的一些植保軟件系統(tǒng)( 如 PQ 2IN FORM IS、PestD iag 等) 的開發(fā)來看, 由于系統(tǒng)的規(guī)模較小, 開發(fā)人員一般只有1～2 人, 因此在系統(tǒng)的生命周期中減少了一些有關(guān)文檔, 如計劃任務(wù)書、需求規(guī)格任務(wù)書和設(shè)計說明書等的書寫。另外, 由于軟件工程理論本身的發(fā)展, 即面向?qū)ο蠹夹g(shù)與可視化編程技術(shù)的發(fā)展, 也使得一些較為復(fù)雜的系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計也變得相對容易, 因而也不必完全按照上述模式來嚴(yán)格地書寫有關(guān)文檔, 但整個系統(tǒng)的開發(fā)還是依照軟件生命期來完成的, HH2AphidGIS 系統(tǒng)的研制就是這樣進(jìn)行的。

　　1.2 開發(fā)平臺的選擇

　　操作系統(tǒng)是最重要的計算機(jī)系統(tǒng)軟件之一。操作系統(tǒng)是對計算機(jī)系統(tǒng)自身的硬件和軟件資源進(jìn)行全面控制和管理(存貯管理、處理器管理、設(shè)備管理、信息管理和作業(yè)管理) 的程序, 使計算機(jī)在其總指揮下能夠正常運行, 所有安裝在計算機(jī)中的其他軟件都依靠操作系統(tǒng)的指令來完成工作。操作系統(tǒng)是用戶和計算機(jī)的接口, 也就是應(yīng)用軟件的開發(fā)平臺。

　　選擇開發(fā)平臺時, 應(yīng)充分考慮平臺的實用性、簡易性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性、性能價格比、對網(wǎng)絡(luò)的適用性、所用基本支撐環(huán)境的普及性及計算機(jī)應(yīng)用的未來發(fā)展方向。目前, W indow s 系統(tǒng)由于用戶界面友好、易于操作等特點而倍受用戶的歡迎, 因而, 基于W indows的應(yīng)用軟件也成為當(dāng)今軟件開發(fā)商和用戶的首選方案。以黃淮海地區(qū)麥蚜預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)(HH-AphidGIS)的開發(fā)為例,在開發(fā)原型時選擇了W indows3.1作為系統(tǒng)開發(fā)的平臺。但從發(fā)展方向上看,Microsoft的32位W indows95操作系統(tǒng)已逐步成為微機(jī)應(yīng)用的主要平臺,而W indows95/98 N T 作為未來微機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要應(yīng)用平臺, 其發(fā)展勢頭是不可阻擋的;同時各地區(qū)測報部門的計算機(jī)應(yīng)用也逐步在向Windows95/98 平臺移植,W indow s 95/98 將作為該系統(tǒng)未來應(yīng)用的主要平臺。因而HH2AphidGIS系統(tǒng)最終放棄了Windows3.1,選擇以Windows95為開發(fā)平臺,以保證其技術(shù)的先進(jìn)性,以及與未來計算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展方向保持一致。

　　1.3 開發(fā)方法的選擇

　　根據(jù)軟件工程理論對系統(tǒng)進(jìn)行需求分析和設(shè)計后, 選擇適合于系統(tǒng)需求的開發(fā)方法是十分重要的�？偟膩碚f, 用于應(yīng)用軟件系統(tǒng)開發(fā)的途徑主要可歸納為2 種:

　　第一由系統(tǒng)開發(fā)人員使用Bo rland C+ + 、V isualBA SIC 或Delphi 等語言直接編程, 稱為直接編程法。這種方法開發(fā)周期長, 費用高, 系統(tǒng)完成后的穩(wěn)定性、健壯性均需大量的工作來保證, 而且對開發(fā)人員的要求較高。但這種方法優(yōu)點是靈活, 開發(fā)者可以充分發(fā)揮其想象力, 靈活自如地設(shè)計出各種變化的用戶界面, 并能夠充分實現(xiàn)系統(tǒng)所要求的種種特殊功能。

　　第二使用市場已有的開發(fā)工具, 如A utho rware、M ult ibase 等來實現(xiàn), 稱為工具法。這種方法開發(fā)周期短、開發(fā)費用較低, 開發(fā)人員一般無需編程, 通過編寫劇本、書寫描述語言或編輯卡片等即可完成應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)的健壯性和穩(wěn)定性依賴于所使用的開發(fā)平臺或開發(fā)系統(tǒng)。開發(fā)人員很難突破開發(fā)平臺所提供的各種功能的限制, 因而開發(fā)出的應(yīng)用系統(tǒng)也較為模式化。

　　對于一個具體的系統(tǒng)而言, 需根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計階段的需求分析和開發(fā)人員的實際情況進(jìn)行選擇, 如V egePest 作為一個多媒體數(shù)據(jù)庫就是選擇用工具法作為其系統(tǒng)的開發(fā)方法, 而PestD iag 作為一個多媒體專家系統(tǒng), 需進(jìn)行嚴(yán)格的推理, 目前的一些工具軟件還都不具備這種能力, 因而選擇了直接編程法。HH2AphidGIS 系統(tǒng)作為一個集地理信息系統(tǒng)、多媒體、數(shù)據(jù)庫管理、預(yù)測預(yù)報等功能于一體的實用性系統(tǒng), 從系統(tǒng)開發(fā)的需求分析來看,HH2AphidGIS 系統(tǒng)不但需要多媒體功能的支持, 而且主要進(jìn)行麥蚜的預(yù)測預(yù)報, 需進(jìn)行模型的運算以及模型與GIS 之間的交互作用, 采用工具法無法滿足這些要求, 因此, 該系統(tǒng)的開發(fā)選擇了第一種方法, 即直接編程法。

　　1.4 開發(fā)工具的選擇

　　如果選擇了應(yīng)用直接編程法進(jìn)行植保應(yīng)用軟件系統(tǒng)的開發(fā), 則選擇適宜的開發(fā)工具就成為必須認(rèn)真考慮的一個重要問題。如何選擇恰當(dāng)?shù)墓ぞ?這取決于你使用的操作系統(tǒng)平臺、開發(fā)工具易用性、應(yīng)用軟件的適用范圍、要解決的問題、規(guī)模、技術(shù)發(fā)展方向和可擴(kuò)展性等多方面的因素。工具的選擇既要滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能需求, 又須滿足其性能需求(如運算速度、打印速度等) , 也可以幾種不同的語言平臺進(jìn)行混合編程, 以便取長補(bǔ)短。目前植保應(yīng)用軟件的開發(fā)應(yīng)以可視化開發(fā)工具為首選工具。

　　隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展, 編程工具也得到了迅猛的發(fā)展。近年來, 在眾多的編程工具中, 可視化編程工具的發(fā)展格外引人注目。V isual BA SIC的推出使得"幾分鐘內(nèi)就可編寫一個W indow s 應(yīng)用程序"已經(jīng)不再是神話。而Bo rland Delphi 210 的推出則使可視化編程工具逐漸進(jìn)入熱潮。尤其是從1997年以來可視化編程工具成為一個非常活躍的領(lǐng)域,各軟件廠商紛紛推出自己產(chǎn)品的新版本, 在功能、性能等方面均有較大提高, 各產(chǎn)品之間的競爭也更加激烈。

　　一般的可視化開發(fā)工具( 如V isual BA SIC,Power Builder 和Delphi) 都提供了可視化的開發(fā)環(huán)境, 提供了對OL E 構(gòu)件(OCX) 的支持, 可以與多種數(shù)據(jù)庫建立連接, 并且它們都有自己的底層編程語言等等(V isual BA SIC 用的是BA SIC, Delphi 用的是Object Pascal)。每種開發(fā)工具都有其技術(shù)特色和特定的應(yīng)用領(lǐng)域, 因而每個工具都擁有其特定的用戶群。但各產(chǎn)品在不斷升級的過程中, 不斷取長補(bǔ)短, 不斷地融入許多競爭對手的產(chǎn)品的特點, 功能不斷豐富,性能不斷完善。

　　在HH2AphidGIS 系統(tǒng)開發(fā)過程中, 根據(jù)系統(tǒng)功能的需求選擇了以Bo rland Delphi Client Server210 版作為系統(tǒng)開發(fā)的主要工具, 并輔以其它工具軟件等。這主要是考慮了Delphi 以下幾個方面的特點: ①借助Delphi 中控件和模板的使用與功能, 編寫程序非常方便, 提高了開發(fā)應(yīng)用程序的效率,②Delphi 預(yù)先將應(yīng)用程序編譯成經(jīng)過優(yōu)化的本地代碼, 其執(zhí)行速度明顯高于同類產(chǎn)品; ③Delphi 的一個超強(qiáng)能力就是可以將原先在桌面型數(shù)據(jù)庫開發(fā)的程序很輕易地讓遠(yuǎn)端SQL 服務(wù)器接受, 甚至在數(shù)據(jù)來源改變后都無需對用戶界面做任何的修改。同時用戶不需要第三方的開發(fā)工具, 直接能夠在Delphi 的集成環(huán)境中進(jìn)行數(shù)據(jù)庫操作。

　　1.5 開發(fā)人員的組成

　　計算機(jī)應(yīng)用軟件系統(tǒng)開發(fā)人員的組成是隨著編程語言和開發(fā)工具的發(fā)展變化而變化的。計算機(jī)高級編程語言的產(chǎn)生使廣大非計算機(jī)專業(yè)工作者(一般用戶) 能夠進(jìn)入計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。尤其值得一提的是, 近年來面向?qū)ο罄碚摰陌l(fā)展和可視化開發(fā)工具的興起, 大大降低了應(yīng)用軟件系統(tǒng)開發(fā)的難度, 減少了程序代碼的書寫量, 提高了軟件開發(fā)的效率, 為廣大非計算機(jī)專業(yè)工作者(包括植保工作者) 開發(fā)出本領(lǐng)域內(nèi)高質(zhì)量的應(yīng)用軟件系統(tǒng)提供了可靠的工具,使各領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用軟件系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)一步擺脫了計算機(jī)專業(yè)人員的限制, 而各領(lǐng)域的專家也逐步成為應(yīng)用軟件系統(tǒng)開發(fā)的主導(dǎo)人員。

　　根據(jù)以上分析以及從總結(jié) IPM IST 實驗室 10多年來的實踐經(jīng)驗來看, 目前植保應(yīng)用軟件系統(tǒng)的開發(fā)可以植保專業(yè)人員為主。當(dāng)然, 其中的一部分人應(yīng)該既對軟件工程理論和程序設(shè)計知識有一定的了解, 又是植保領(lǐng)域的專家。從應(yīng)用軟件系統(tǒng)的分析、設(shè)計, 到系統(tǒng)的最終實現(xiàn), 系統(tǒng)開發(fā)人員都應(yīng)把注意力集中在如何來反映植保專業(yè)的特點, 植保專業(yè)知識的收集、整理及其內(nèi)涵的深入挖掘等方面, 而不是專注于冗長乏味的代碼行的編寫上。當(dāng)今軟件技術(shù)的發(fā)展, 尤其是面向?qū)ο蠹夹g(shù)和可視化開發(fā)工具的發(fā)展為之提供了便利的條件, 因此系統(tǒng)設(shè)計人員和應(yīng)用領(lǐng)域的專家能夠有機(jī)地融合為一體。

　　沈佐銳等人曾就植保領(lǐng)域?qū)＜蚁到y(tǒng)的開發(fā)提出了產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的參與式協(xié)作方式。筆者認(rèn)為這種方式同樣適用于植保專業(yè)各個方面的應(yīng)用軟件系統(tǒng)的開發(fā), 如多媒體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、信息管理與決策支持系統(tǒng)等。這種方式既能夠保證專業(yè)應(yīng)用軟件系統(tǒng)的適用性與專業(yè)理論的緊密結(jié)合, 又能夠有利于后續(xù)人才的培養(yǎng)。

　　黃 淮 海 地 區(qū) 麥 蚜 預(yù) 測 預(yù) 報 系 統(tǒng) (HH-AphidGIS) 的開發(fā)就是采取了產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的參與式協(xié)作方式進(jìn)行的, 由中國農(nóng)科院植保所麥蟲組、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)植保系 IPM IST 實驗室以及山東、河北、河南等省的植�？傉竞献魍瓿�。其中, 中國農(nóng)科院植保所負(fù)責(zé)項目的組織協(xié)調(diào)工作和有關(guān)試驗的設(shè)計、安排, 上述三省植�？傉咎峁�歷年麥蚜觀測的數(shù)據(jù)資料, 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)植保系 IPM IST 實驗室通過分析所獲取的各種數(shù)據(jù)完成系統(tǒng)的開發(fā)研制工作,最后由三省植�？傉具M(jìn)行應(yīng)用及驗證。

　　2 展 望

　　植保應(yīng)用軟件系統(tǒng)的開發(fā), 經(jīng)過近10 多年來的積累, 特別是近3 年來的飛速發(fā)展, 已成為計算機(jī)農(nóng)業(yè)應(yīng)用中一個較為活躍的領(lǐng)域, 并在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及病蟲害綜合管理等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。

　　我國目前已有一些科技示范區(qū)將計算機(jī)專家系統(tǒng)用于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn), 產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益, 收到了良好的示范效果。隨著計算機(jī)技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,在不遠(yuǎn)的將來農(nóng)業(yè)計算機(jī)應(yīng)用將會更加普及, 應(yīng)用范圍也會不斷擴(kuò)大, 這就相應(yīng)地對農(nóng)業(yè)計算機(jī)應(yīng)用軟件系統(tǒng)在數(shù)量和質(zhì)量上提出更高的要求。因此, 開發(fā)出更多、更好、更加實用化的植保應(yīng)用軟件系統(tǒng)也就成為植保工作者責(zé)無旁貸的職責(zé)所在。對此, 我們應(yīng)該有著清醒的認(rèn)識, 抓住機(jī)遇, 為我國植保技術(shù)的發(fā)展提供更廣闊的天地。

　　[ 主要參考文獻(xiàn)]

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　　相關(guān)信息

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