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基于网络的农业机械装备管理信息 系统的研究与实现
发布时间：2023-04-24 11:30
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摘要 I
Abstract Ill
第一章绪论 1
1.1本课题研究的背景及意义 1
1.2国内外农机化信息管理现状及问题 2
1.2.1农业信息化的概念及特征 2
1.2.2国外农机化信息管理概况 3
1.2.3我国农机化信息管理现状 4
1.3本文的主要研究内容 6
参考文献: : 6
第二章农机装备管理信息系统的理论基础 8
2.1MIS技术与农机装备系统 8
2.1.1信息、系统、信息系统和MIS的概念 8
2.1.2MIS的结构和特性 9
2.1.3M1S技术在农机装备系统中的应用 10
2.2DSS技术与农机装备系统 11
2.2.1DSS的概念、组成及原理 11
2.2.2DSS 的功能 ...12
2.2.3DSS技术在农机装备系统中的应用 13
2.3EC技术与农机装备系统 14
2.3.1EC概念和分类 14
2.3.2EC组成和功能 14
2.3.2.1 EC 的组成 14
23.2.2EC 的功能 15
2.3.3EC技术与农机装备系统 16
2.4系统技术集成 -.17
参考文献: 18
第三章农机装备管理信息系统的构建 20
3.1系统的架构原则 20
3.2系统开发环境配置 21
3.2.1操作系统选择 22
3.2.2 WEB服务器选择 23
3.2.3系统实现的关键技术选择 24
3.2.4WEB数据库选择 24
3.3系统设计模式和开发工具 25
3.3.1系统设计模式 25
3.3.2系统开发工具 25
3.4系统数据库模式 26
3.4.1C/S结构模式 26
3.4.2B/S结构模式 26
3.5系统的信息集成和网络结构 28
3.5.1系统的组成信息 28
3.5.2系统的信息集成 29
3.5.3系统的网络结构 31
参考文献: 32
第四章系统的数学方法与建模 ...33
4.1灰色——马尔柯夫联合预测方法及其应用 33
4.1.1建模背景 33
4.1.2建模机理与过程 34
4.1.3应用难点 37
4.2基于模糊聚类的人工神经网络预测方法及其应用 37
4.2.1人工神经网络基本理论 ...37
4.2.2BP神经网络的结构模型 38
4.2.3BP网络神经的算法设计 39
4.2.4基于模糊聚类的BP神经网络模型研究 40
4.2.4.1模糊聚类 40
4.2.4.2模型结果的回归分析和相关性分析 42
4.2.5实例应用 42
4.3粗糙集因子分析方法及应用 46
4.3.1粗糙集理论的基本概念 46
4.3.2约简算法 48
4.3.3实例应用 48
4.4效用决策理论及应用 50
4.4.1效用理论的概念 51
4.4.2效用理论的数学原理 51
4.4.2.1效用函数及其类型 51
4.4.2.2效用曲线的确定 52
4.4.3应用实例 53
参考文献: 54
第五章系统的分析与设计 56
5.1系统概述 56
5.1.1系统总体结构 56
5.1.2系统组织结构 57
5.1.3系统特点 57
5.2农机装备市场信息子系统 58
5.2.1系统管理模块 59
5.2.2企业服务模块 60
5.2.3客户服务模块 64
5.2.4技术支持与服务模块 65
5.3农机装备预测决策子系统 ：..65
5.3.1系统管理模块 66
5.3.2数据管理模块 66
5.3.3分析处理模块 67
5.3.4系统服务模块 68
5.4农机装备综合信息子系统 69
5.4.1子系统流程 69
5.4.2子系统模块 70
5.4.3农机装备论坛设计 71
参考文献: 73
第六章系统的实现与安全性 74
6.1系统的实现 74
6.1.1农机装备市场信息子系统 75
6.1.2农机装备预测决策子系统 77
6.1.3农机装备综合信息子系统 79
6.2系统安全性 80
6.2.1攻击网络安全性的类型 81
622系统安全性基本要求 82
6.2.3系统安全性的解决方案 83
参考文献: 85
第七章结论与展望 86
7.1主要结论 86
7.2展望 87
致谢 88
第一章绪论
1.1本课题研究的背景及意义
中国是世界上最主要的农业国家，用占世界7%的耕地解决了世界22%A 口的温饱问题。经过20多年的改革与发展，我国农业和农村经济已进入一个新 的发展阶段，建设现代农业、发展农村经济和提高农业在国际市场竞争力成为 我国当前和今后相当一段时间内农业和农村发展的根本任务，而我国的国情决 定了必须进行农业髙新技术的研究和应用，才能实现我国农业和农村经济跨越 发展。
面对新科技革命的挑战和全面推进农业和农村经济发展的历史要求，作为 农业现代化重要组成部分的农业信息化已成为我国新阶段农业和农业科技发展 的重大战略选择，也是构建我国现代农业高新技术体系的战略部署。
党的十五大提出“在下世纪中叶，基本实现现代化”的战略目标，农业机 械化是农业现代化的重要组成部分。农业机械化在现代装备和工程技术的支持 下得到实施和进一步发展。农业机械化程度也成为衡量一个国家农业现代化发 展水平的重要标志之
农业部在《农业机械化发展“九五”计划和2010年规划》中提出，把加快 农业机械化信息体系建设作为宏观调控体系建设的重要内容之一，要求在“十 五”计划中重点建设农业机械化信息系统。
2003年，国家科技部首次实施“数字农业技术研究与示范”的重大专项国 家“863”计划[科技部，2003]o数字农业(digital agriculture)总揽信息技术在 农业领域的集成应用，使现代信息技术与农业实现有效的融合，构建我国农业 信息技术发展体系，在农业和农村信息化的全局性和战略性上将起到举旗作用， 是今后我国实现农业信息化跨越发展的突破口，对我国推动现代农业进程具有 重要意义。
随着市场经济体制的建立和完善，农村经济体制改革的不断深入，农机需 求量激增，但由于农户的自身文化素质的限制，再加上农业机械种类繁多，'农 民在选购农业机械时，不可避免存在较大的盲目性，造成资源和资金的巨大浪 费。因此，我们应该抓住机遇，开拓创新，开发一套能够满足现代化农业迫切 需要的农机装备信息管理与决策系统。
1.2国内外农机化信息管理现状及问题
以计算机、网络、多媒体等技术为核心的信息革命，大大加快了全球经济 一体化的进程，并促使多种产业发生深刻的变革，农业也在其中。农业信息化 的全面实现是21世纪农业的重要标志，也是我国21世纪农业的主要出路。
1.2.1农业信息化的概念及特征
农业信息化是指利用现代信息技术和信息系统为农业产供销及相关的管理 和服务提供有效的信息支持，并提高农业的综合生产力和经营管理效率的相关 产业的总称。它通过信息和知识及时、准确、有效的获取、处理、传播和应用， 把农业信息及时准确地传达到农民手中，实现农业生产、管理、农产品营销信 息化，加速传统业改造、升级，大幅度提高农业生产效率、管理和经营决策 水平。农业信息化主要包括以下几个方面的内容：农民生活消费信息化，农业 生产管理信息化，农业科学技术信息化，农业经营管理信息化，农业市场流通 信息化，农业资源环境信息化，农业管理决策信息化等(吕晓敏，2002；刘天军， 2003]o
农业信息不同于一般的信息，它同时具有信息和农业的特点，主要概括为 以下几点：
(1)收集成本高。农业新技术和科技成果正在不断增长，可以说每天都 会推陈出新，这样大量信息的收集不免会带来很大困难，需要极大 人力和物力的支持。
(2)分散性。农业信息资源分布十分广泛，概含了生物、环境、经济、 管理等领域，且相互渗透、相互作用，并且广泛分散于生产、加工、 贮运、销售、消费各个环节。这些决定了农业信息化应该具有综合 性，更需要加强组织协调和综合管理。
(3)连续性。农业生产和农业经济活动是一个连续不断的过程，这要求 农业生产信息能不断积累和经常动态更新。
(4)很强的时效性和政策性。及时、准确的信息是在市场上能否制胜的 关键。在我国农业发展中，政策的指导与约束的作用尤为突出。
1.2.2国外农机化信息管理概况
国外农业信息化大致经历了三个发展阶段：20世纪50〜60年代，主要是 利用计算机进行农业科学计算；70年代工作重心是农业数据处理和农业数据库 开发；80年代，特别是90年代初以来，研究重点转向知识的处理、自动控制 的开发以及网络技术的应用[陈云坪，2003]o目前，欧美国家的农业信息技术 已进入产业化发展阶段。
1996年美国国会通过新的农业法案要求政府部门、涉农产品的运销、农业 生产资料供应公司等都要求互联网无偿地向农民提供信息服务。目前，美国已 形成国家、地区、州三级农业信息网，网络发达、协作有力，其农业部(USDA) 建立了重要的农业信息传播系统，及时发布农业统计、市场报告等涉农数据， 农业统计局(ASB)的预测信息可随时通过计算机信息传递系统(CIDS)供应 用户。资料显示，美国41. 6%的家庭农场、46. 8%的奶牛场和52%的年轻农 场主都配有计算机，并连接各种农业网络。通过计算机网络，农场主不出家门 就可以了解农产品价格、国内市场销售量、进出口量、最新农业科技、气象资 料等信息；同时，还可在网上销售农产品，购买农业生产资料，进行农业技术 咨询[王治忠，2002]o
日本的计算机农业应用始于60年代，依靠计算机为主的信息处理技术和通 讯技术，推进高效农业的发展，增强农村地区的活力，促进了农业信息化发展。 目前，计算机普及率己达93%以上，信息技术应用广泛，己全面进入农场和农 户。计算机不仅在农业的产前、产中、产后各环节广泛应用，而且从事农业研 究和管理人员都广泛使用计算机，基本上实现了信息资源共享。日本各县还建 立了农业科技情报系统，通过与用户联机，提供气象、土地利用、新产品和新 技术开发方面等情况。
以Internet为代表的计算机网络技术被应用于农业领域，使农业生产活动 与整个社会紧密联系，并将农业生产社会化带入一个新阶段[陈国秀，2002； 孟枫平，2003；颜蕴2003]o其具体的应用特点可以概括为以下四个方面：
(1)政府农机部门用计算机进行农机管理，如农机资料信息的搜集、整理、 检索和传递等，制订政策、进行预测等工作。
(2)为农户直接提供决策咨询，通过计算机为农户提供咨询服务，购买农 业生产资料，进行农业技术咨询，提供经营决策服务等。
(3)多方力量参与农业信息化工程，除政府部门外，还包括农业生产资料 供应公司、涉农产品的运销企业等。
(4)农业信息系统的网络化，将信息已更快的速度传递到农户手中。
1.2.3我国农机化信息管理现状
“九五”期间，我国农业机械化水平年平均提高7%以上，农机产业稳定 发展。1996年全国农机总动力比1995年增长7.56%, 1999年全国农机总动力 达4.89亿千瓦，比1998年增长8.7%,农机固定净寧产达2641亿元，比1998 年增长11.4%。据统计，随着农机装备水平的提高，’全国机械化作业水平也进 一步提高，1999年全国机耕面积达6200万公顷，机播面积4000万公顷，机收 面积2500万公顷，机耕、机播、机收水平分别达65%、26%、16%[谢方平， 2002]o
以浙江省为例，据省农机管理部门统计，“九五”期间，全省农机装备保持 了较快的发展速度，到2000年底全省拥有农机总动力1990.09万千瓦，大中型 拖拉机6758台，农用小型拖拉机25.20万台，运输拖拉机17.46万台，联合收 割机数量已达14303台，全省拥有工厂化育秧设备184套，机动水稻插秧机195 台，农用排灌机械41.15万台，抛秧机408台，拥有谷物烘干机353台，2000 年烘干谷物4.23万吨，茶叶加工机械7.63万套，喷灌机械22670套，2000年 喷灌作业面积119.17万亩，拥有化肥深施器91652万台，2000年化肥深施作业 面积1425.4万亩,秸杆还田机械拥有量7837台,2000年秸杆还田作业面积590.5 万亩。2000年全省机收面积达862.35万亩。2000年底塑料连栋大棚全省拥有 191.93万平方米，塑料简易大棚6632.77万平方米，大棚作业机械264台[郑文 钟，2003] o
我国农业机械化事业虽然取得了长足的发展，但从整体上看，中国农业信 息技术一般落后于世界先进水平10年左右[梅方权，2003],农业机械化信息管 理上还存在着一些不可忽视的问题和困难，主要有以下几点：
(1)农业机械化管理体制不完善
农业机械的科研、生产、使用、管理、培训、推广、供应分散在农业、工 业、物资、畜牧等厅局，整个管理体系从上到下，机构五花八门。.由于体制紊 乱，多头领导，归属不一，从而使机构运转不灵，造成内外矛盾多，工作效率 低，使管理服务的功能得不到充分发挥。同时，农机化服务体系不健全，投入 少，设施差，手段落后，整体服务水平不高，已不适应新时期我国农业结构调 整的需要。
(2)农机化管理信息系统落后
在我国，农业信息化进程起步较晚。20世纪80年代以来，开展了系统工程、 数据库与信息管理系统、专家系统、决策支持系统等技术应用于农业资源方面 的研究，也取得一批重要成果，不少已得到应用。
但就农机化管理信息系统来讲，目前还在使用的管理系统可以分为两种： 单机版管理系统和网络版管理系统。
单机版农机管理信息系统结构如图1-1所示，农机管理部门既要担任收集 信息和处理信息收集职责，又要将信息传播给广大农户。旧网络版农机管理信 息系统结构如图1-2所示，.解决了信息传播难题，使农户方便获取农机信息， 但是信息采集面窄，缺乏规范化和标准化，导致信息的分析、发布和传输、缺 乏统一的标准。因此，随着计算机应用和信息技术的日益更新，不论是单机版 管理系统还是网络版管理系统已经无法满足现代农业装备的需求。
图1-1单机版农机管理信息系统示意图
图1-2旧网络版农机管理信息系统示意图
(3)系统维护成本髙，阻碍信息化普及
目前，农机管理部门每年都要花费大量的人力、物力和时间，进行资料收 集、整理，更新农机管理系统数据。但农机信息量大和繁杂，许多地方政府不 愿意投资，使得开发完成的农机管理信息系统束之高阁，严重阻碍了信息化的 普及。
因此，本课题提出新的"基于网络的农业机械装备管理信息系统”的模式 将具有重要的现实意义，解决当前农机化管理系统中存在的缺陷，满足农业生 产、科研、教学、管理和技术推广的需求。
1.3本文的主要研究内容
通过以上分析，明确本课题的主要研究内容：
1、 调查卑内外农机信息化管理的现状和存在的问题，扩大农业机械装备范 围，将更多的农业机械装备纳入农机化管理信息系统，并探讨了 “基于网络的 农业机械装备管理信息系统”研究的目的和意义。
2、 在研究了现代管理理论的基础上，把MIS技术、DSS技术与EC技术三 者结合成一个有机的整体，提出新的基于网络的农机装备管理信息系统的模型, 并采用基于Linux操作系统，以Apache为网络服务器，利用Mysql系统数据库 和PHP网络服务器语言搭建“基于网络的农业机械装备管理信息系统”平台。
3、 选用多种数学方法建立了模型库，引用具有代表意义的灰色——马尔柯 夫链联合预测方法、人工神经网络预测方法和效用理论决策方法建模，提出基 于模糊聚类的人工神经网络预测方法和粗糙集因子分析数学模型，并分别对对 农业机械信息化的一些现实问题(如未来农机需求、农机总动力、农机价格等) 进行了探讨和实际应用分析。
4、 在系统的详细分析的基础上，详细描述了系统的总体方案，将系统分为 农业机械装备市场信息、农业机械装备预测决策和农业机械装备综合信息三个 子系统。采取模块化独立设计原则，给出系统各个模块的功能分析和设计细节， 成功地实现了农业机械装备信息的资源共享，数据库的网络动态更新，在线动 态预测及决策等。最后，本文提出该系统的安全性解决方案。
参考文献：
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第二章农机装备管理信息系统的理论基础
2.1 MIS技术与农机装备系统
2/I/I信息、系统、信息系统和MIS的概念
信息是近代科学的一个专门术语，已广泛地应用于社会各个领域，包括广 义信息和狭义信息。一般认为，信息是向人们或机器提供关于现实世界新的事 实的知识，是数据、消息中所包含的意义，它不随载体物理设备形式的改变而 改变。
系统(System)是具有特定功能的、相互有机联系的许多要素所构成的一 个整体。对计算机而言，系统是为实现某些特定的功能，由必要的人、机器、 方法或程序按一定的相关关系联系起来进行工作的集合体，内部要素之间的相 互联系通过信息流实现。系统的特征由构成系统的要素及其相互之间的联系方 式所决定［黎连业，1998］。
信息系统(Information System)是具有数据采集、管理、分析和表达数据 能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。在计算机 时代，信息系统都部分或全部由计算机系统支持，人们常常使用计算机收集数 据并将数据处理成信息，计算机的使用导致了一场信息革命，目前，计算机已 经渗透到各个领域［薛华清，1999］。一个基于计算机的信息系统包括计算机硬 件、软件、数据和用户四大要素，如图2-1所示。
管理信息系统(Management Information System,简称MIS)是60年代在 欧美新兴起来的计算机应用学科，本身还在不断地发展变化，涉及的内容越来 越多。目前虽还没有确切的定义，但以下的定义被广泛地认可［YOFFIE, 1994］。
管理信息系统［雷光复，1996.6；刘鲁，1996.5；黎连，1998.10］是指综合利 用计算机技术、网络通信技术、管理科学等，对企业内外部信息进行收集、加 工、存储、传递和利用，辅助各级管理人员有效地履行生产经营管理功能，实 现企业经营规划目标的人机系统。管理信息系统能实测企业的各种运行情况， 利用过去的数据预测未来，从全局出发辅助企业进行决策，利用信息控制企业 的行为，帮助企业实现其规划目标。
管理信息系统在现代社会已深入到各行各业，由于计算机技术的迅速发展 和普及，MIS事实上已成为计算机MIS。但管理信息系统不同于一般的计算机 应用，它只是实现管理现代化的重要手段。对于任何企业或管理部门来说，管 理信息系统都是客观存在的，计算机只是使管理系统更有效，管理信息系统绝 不只是一个技术系统，而是一个把人包括在内的人机系统，因而它是一个社会 系统，具有社会系统的开放性、随机性、动态性和历史局限性。
管理信息系统引用其他学科如管理科学与工程、经济理论、统计学、运筹 学以及计算机等许多学科的概念和方法，融合成一门新的综合性、边缘性学科。 管理信息系统科学的三要素是：系统的观点，数学的方法和计算机的应用，而 这三点是管理现代化的标志。
2.1.2 MIS的结构和特性
MIS总体结构由信息源、信息处理器、信息用户和信息管理者组成［曼国生, 1998］。信息源是信息的来源或者说是以各种不同的方式存在的信息；信息处理 器负责信息的传输、加工、存贮；信息用户是系统的使用者；信息管理者负责 系统设计、实现、运行和维护，如图2-2所示。
图2-2管理信息系统总体结构
从管理信息系统的定文和结构可以看出管理信息系统具有如下的特点:
(1)面向管理决策
管理信息系统是继管理学的思想方法、管理与决策的行为理论之后的一个 重要发展，它是一个为管理决策服务的信息系统，它必须能够根据管理的需要， 及时提供所需要的信息，帮助决策者作出决策。
(2)综合性
从广义上说，管理信息系统是一个对组织进行全面管理的综合系统。一个 组织在建设管理信息系统时，可根据需要逐步应用单个子系统，然后进行综合， 最终达到应用管理信息系统进行综合管理的目标，管理信息系统综合的意义在 于产生更髙层次的管理信息，为管理决策服务。
(3)人机系统
管理信息系统的目的在于辅助决策，而决策只能由人来做，因而管理信息 系统必然是一个人机结合的系统。在管理信息系统中，各级管理人员既是系统 的使用者，又是系统的组成部分，因而，在管理信息系统开发过程中，要根据 这一特点，正确界定人和计算机在系统中的地位和作用，充分发挥人和计算机 各自的长处，使系统整体性能达到最优。
(4)现代管理方法和手段相结合的系统
人们在管理信息系统应用的实践中发现，只简单地采用计算机技术提高处 理速度，而不采用先进的管理方法，管理信息系统的应用仅仅是用计算机系统 仿真原手工管理系统，充其量只是减轻了管理人员的劳动，其作用的发挥十分 有限。管理信息系统要发挥其在管理中的作用，就必须与先进的管理手段和方 法结合起来，在开发管理信息系统时，融进现代化的管理思想和方法。
(5)多学科交叉的边缘科学
管理信息系统作为一门新的学科，产生较晚，其理论体系尚处于发展和完 善的过程中。早期的研究者从计算机科学与技术、应用数学、管理理论、决策 理论、运筹学等相关学科中抽取相应的理论，构成管理信息系统的理论基础， 从而形成一个有着鲜明特色的边缘科学。
2.1.3 MIS技术在农机装备系统中的应用
MIS技术在农业中已被广泛应用，农业专家们开发了种植业基本建设项目 信息管理系统、农机监理综合报表系统、农业商品基地信息管理系统、农田信 息管理系统等农业信息系统，取得了不错的成绩［姜立新，2003；罗芸，2003； 石熠炯，1999；马本学，2003］。随着社会分工的精细化和研究领域的专一化，
MIS技术将被应用到农机装备信息系统中，其主要包括以下几个方面：
(1)当地农机装备信息管理
收集和管理各个省、市、县的农机装备信息，包括直接信息如农机总动力、 农机总销售额等，间接信息如农民纯收入、耕地面积、播栽总面积等。因为农 机管理部门中的许多数据管理并不像财务管理那样，有严格的制度，常常带有 较大的随意性，数据收集的时间、格式和计算方式等往往是根据经验和公式完 成的，而且又不便于审核和管理，容易引起混乱和错误。计算机系统则能为数 据处理提供明确的尺度，使之标准化、规范化［余有泰，1987］。
(2)农机科技资料管理
收集和整理有关国内外的农机装备科技资料，并提供方便的查询途径，具 体内容包括以下几点：全国农机科研和推广项目立项、审批、实施情况，全国 农机科技的新产品、新成果、新专利情况，国际农机科技信息，科技推广应用， 新产品试验鉴定，农机科研开发情况，农机标准化情况，农机化科技发展需求 和趋势预测、信息，科技规划和计划等。
(3)其他农机相关信息管理
如农业政策、法规、措施等。
2.2 DSS技术与农机装备系统
2.2.1 DSS的概念、组成及原理
决策支持系统，简称DSS (Decision Support System),是基于计算机的以 特定形式辅助决策的一种科学工具。它通过人机对话等方式为决策者提供了一 个将知识性、主动性、创造性和信息处理能力相结合、定性与定量相结合的工 作环境，协助决策者分析问题、探索决策方法，进行评价、预测和选优［黄梯云， 2001；李昭智，2001］o
所谓DSS,就是一个提出问题、分析问题、解决问题的过程。DSS系统(见 图2-3)由人机接口、数据库系统、模型库系统、知识库系统、方法库系统等 五个部分组成［Paul Gray, 1994］。在决策支持系统里，一般的决策过程可用图 24表示，解释如下：
(1)广义讲，人类的决策行动包括确定目标、设计方案、评价方案和实施 方案四个阶级，但通常所说的决策科学的研究对象则主要包括前三个阶段。
（2） 图中的环境既包括客观物质世界，也包括与决策人密切相关的社会系 统（由人及人与人之间的关系组成）。
（3） 人们在决策时，一方面必须认识环境，了解有关的信息（这些信息包 括客观物质世界的真实反映和社会系统的有关政策、价值观及决策机制等）；另 一方面在决策的各个阶段还要受到环境的制约，例如某决策问题的目标确定可 能受到环境中层次较高的目标约束，又如方案的设计必然要受到现实可行性的 限制等等。
图2-3决策支持系统的组成
图2-4决策过程
2.2.2 DSS的功能
为了完成预定的工作任务，DSS具备相应的支持功能，可以根据支持水平 划分功能的类型[朱岩，2002]o
(1)信息服务。它又可分为外部服务和内部服务两大类。外部服务主要是 指为决策者提供所需要的信息，也可以作为其他系统的信息资源；内部服务是 为了其他功能的实现提供基础数据。
<2)科学计算。信息服务要为科学计算提供支持，一般认为具有科学计算 功能的DSS等级要高一些。在DSS中的科学计算并不是优化计算，也不是其 它模型计算的软件包，而是指在辅助决策时进行的必要计算，这种计算模型不 追求复杂性，而注意用户的参与和选择，因此在实现计算功能时，人机对话地 位非常重要。
(3)决策咨询。在科学计算的基础上，增加知识和推理的功能后，就可以 对决策起进一步的支持作用。为了强化决策咨询的功能，有时可为DSS开发一 个准专家系统[徐伟，2003]o
(4)人工智能。具有人工智能的支持功能是最理想的DSS,它追求的目标 主要是人和机器充分的交互，达到共同协作完成决策任务。具有智能的DSS可 以认为达到了较高的支持水平。
正因为DSS技术具有这些功能，因此它的应用范围比较广泛，企业管理、 石油炼厂生产经营、农田数据采集等领域都使用DSS系统。
2.2.3 DSS技术在农机装备系统中的应用
DSS技术广泛应用在各个领域，其中在农业领域中应用也非常广泛[张仰 洪，2003]O它指导着农业生产，并产生了巨大的经济效率和社会效率，其主要 应用在以下几个方面：
(1)农机发展需求预测
.对各个省、市、县的农机装备信息进行辅助决策和农机发展需求预测。具 体实现方法：将系统分折、预测和辅助决策与数据库技术有机地结合起来，实 现了数据库和模型库的互联，在Internet环境下开发农机装备决策支持系统 [鲍一丹，2001] o
(2)农机装备选择
根据实际情况，从动态农机装备信息库中有条件的选择出适合农户的农机 具。
2.3 EC技术与农机装备系统
2.3.1EC概念和分类
电子商务，简称EC (Electronic-Commerce),是指顾客与服务提供者或商 家(包括我们熟悉的商店、商场等)之间的商务关系，如顾客在网络上购买电 子商店的商品，用户在网络上享受服务提供者提供的服务等[施绍裘，2000]o
电子商务可以按参与电子商务交易涉及的对象可以分为以下四类：
(1)企业与消费者之间的电子商务(Business to Customer即BTOC)。这 是消费者利用因特网直接参与经济活动的形式，类同于商业电子化的零售商务。 通过网上商店买卖的商品可以是实体化的，如书籍、鲜花、服装、食品、汽车、 电视等；也可以是数字化的，如新闻、音乐、电影、数据库、软件及各类基于 知识的商品；还有提供的各类服务，有安排旅游、在线医疗诊断和远程教育等。
(2)企业与企业之间的电子商务(Business to Business即BTOB)。BTOB 方式是电子商务应用最重要的、最受企业重视的形式。企业可以使用Internet 或其他网络对每笔交易寻找最佳合作伙伴，完成从定购到结算的全部交易行为。 此种模式的交易额占整个电子商务的90%以上，是电子商务发展的主力方向， 是互联网和信息化对现代经济的重要贡献。
(3)消费者之间的电子商务(Customer to Customer即CTOC)。CTOC主 要指个人与个人之间，通过互联网进行的交易，现在主要的形式是拍卖和竞标。
(4)企业与政府方面的电子商务(Business to Government即BTOG)。这 种商务活动覆盖企业与政府组织之间的各项事务。例如企业与政府之间进行的 各种手续的报批；政府通过因特网发布采购清单、企业以电子化方式响应；政 府在网上以电子交换方式来完成对企业和电子交易的征税等，这成为政府机关 政务公开的手段和方法。
2.3.2EC组成和功能
2.3.2.1 EC的组成
一般的EC系统有电子商务实体、(虚拟)电子市场、物资流、资金流、信 息流、商流、认证中心等基本要素构成[王刊良，2002]o
电子商务的具体流程如图2-5,其中的四个“流”贯穿了电子商务的整个环 节。电子商务流程中速度最慢的环节将决定整个系统能达到的效率。
图2-5电子商务的具体流程
因特网(Internet)是电子商务的基础，是商务、业务信息传送的载体；内 联网是企业内'部商务活动的场所；外联网是企业与企业以及企业与个人进行商 务活动的纽带。
认证中心(Certificate Authority, CA),是受法律承认的权威机构，负责发 放和管理电子证书，使网上交易的各方能互相确认身份。电子证书是一个包含 证书持有人、个人信息、公开密钥、证书序号、有效期、发证单位的电子签名 等内容的数字文件。
物流公司接受商家的送货要求，组织运送无法从网上直接得到的商品，跟 踪商品流向，将商品送到消费者手中。
网上银行指在因持网上实现传统银行的业务，为用户提供24小时实时服 务；与信用卡公司合作，提供网上电子钱包，提供网上支付手段，为电子商务 交易中的用户和商家服务。
2.3.2.2 EC的功能
电子商务是一个以Intemet/Intranet为网络架构，以交易双方为主体，以银 行支付和结算为手段，以客户数据库为依托，以证书认证体制为安全交易机制 的全新商业模式[聂秀英，2003]o目前，利用网络进行商务活动包括三方面的 内容：
(1)网上信息服务
在网上发布电子广告、商情，进行产品宣传、客户问题解答，使用指导等; 通过市场营销和广告的方式吸引新客户；通过客户服务及支持为观有客户提供 服务；现有产品开辟新市场及销售渠道。
（2） 电子购物与贸易
进行询价、报价、订单、签约、电子支付和商品交付。
（3） 电子银行与金融服务
在网上开设银行与保险业务，为企业商务活动和个人理财提供金励保险服 务。
（4） 加快信息交流
加快组织内部的信息交流，协调内部的经营活动，通过在线的事务处理简 化复杂的运作管理和通过在线分析处理辅助管理决策。
2.3.3 EC技术与农机装备系统
电子商务最重要的意义在于其快速、高效、节约成本，避免重复劳动等。 现代计算机网络拉近了人与人之间的距离，因此使以前由客户业务员输入或传 达的信息，改变为由有能力的客户直接输入和浏览。如果客户通过网络自行提 交订货单，查看订货情况，则可以减少中间环节，降低差错，提高效率，节省 人力。实际上是将业务信息系统延伸到客户端，使客户也能够加入到业务工作 流的操作中来，降低了传统交易过程中所需要的信息、契约、控制和人员交通 费用等方面的成本，改变了信息成本的结构。
基于Internet的农业机械装备电子商务具有明显的直接性、低成本、广泛 性等特点，系统示意图如图2-6所示[王德成，2002]o
图2-6农机装备系统电子商务示意图
电子商务技术在农机装备系统中应用主要体现在以下几个方面：
(1)市场信息管理
通过Internet,收集农业机械装备的生产企业或者经销商信息和具体的农 机装备信息，为农户提供农机设备购置的网络平台。通过该平台，企业可以将 本企业最新农业机械装备信息及时添加到农业机械装备动态信息系统中，政府 相关部门对信息的审核，这样就完成了该信息的发布。
(2)为农机企业提供市场需求信息
通过农机用户及时反馈的需求信息，可以弥补政府宏观指导的不足，解决 了以往农机企业收集市场信息不完全和不及时的难题，有助于企业做出决策， 调整生产，满足市场需求。
(3)为农户提供最新农机具信息
这是因为信息在网上流通速度快于其在传统市场的流通速度，信息在网上 的流通覆盖面大于其在传统市场的流通覆盖面。通过该平台用户可以及时了解 最新产品，并联系生产企业或者经销商购置所需的农机装备。
(4)降低商品成本
农机装备企业所面对的消费群体主要是农业的经济实体，对外宣传难度。 而信息在网上流通成本低于其在传统市场的流通成本，信息成为首要资源并渗 透到业务的各个环节，从而改变企业业务流程，为企业节约不少成本。
(5)实现电子商务最初级的功能
在网上发布电子广告、商情，进行产品宣传和客户问题解答、使用指导等。 通过市场营销和广告的方式吸引新客户，并为现有客户提供服务，为现有产品 开辟新市场及销售渠道。
2.4系统技术集成
随着科学技术和精细农业的发展，MIS技术、DSS技术与EC技术在农业 工程领域中应用越来越广泛，而且已指导着社会实践和经济的发展[彭璧玉， 2001；郭建强，2001]o下面我们分析MIS、DSS与EC在农机装备系统中的相 互联系和具体应用，其联系结构图如下：
图2-7系统技术集成示意图
总之，MIS技术、DSS技术与EC技术的结合是将政府部门、农机装备用 户与农机制造企业联系起来，解决我国在农机装备管理和信息采集方面主要存 在不能及时形成全面、有效的农机化管理信息的弊端，指导政府部门的宏观决 策，减少农机户盲目投入，协助农机企业收集农机市场需求信息用于决策。
这一切都将有利于我国农机制造企业事业的发展，有利于广大农户的发展 致富，更有利于我国农业的现代化进程。
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第三章农机装备管理信息系统的构建
3.1系统的架构原则
网络系统如何架构是农业机械装备管理信息系统实现的关键，而网络系统 的设计有两方面需要着重考虑的问题。一方面，要根据农业机械装备信息系统 的实际应用情况，在农业机械装备信息系统网络建设的过程中，不是盲目追求 新技术、新产品，而是从农业机械装备信息系统的实际需要出发，建立一套既 能真正适合当前实际应用需要，又能保证今后顺利升级的网络系统；另一方面, 又要跟上计算机行业的发展潮流，但就目前的国情而言，并不是把世界上最先 进的产品堆到一起，就是好网络、好系统，即使是在美国这样的一个先进IT 的大国，七十年代的终端、八十年代的PC仍是物尽其用。科学技术的发展从来 没有象今天的计算机技术这样迅速，计算机技术发展之快，以致于10年以后计 算机、网络技术发展成什么样，谁都无法预测。
因此，在网络系统选择设计中，需要综合考虑系统的可靠性、安全性、先 进性、可扩展性、开放性和经济性等诸方面因素，使它们之间平衡协调，以获 得合理的设计方案。综合考虑我国的实际情况，农业机械装备信息系统依据以 下具体原则构建［朱仲英，2000］：
1.系统的可靠性(reliab订ity)
在任何情况下，确保网络信息系统可靠、稳定地协调运行，确保系统数据 的完整性、正确性和易恢复性(recoverab订ity)。如果系统出现故障，也应确 保能迅速恢复正常工作。因此，必须考虑系统整体的容错能力(fault tolerance),对硬件设备均应考虑适当的冗余，以及数据的多种自动备份 ［Stephen Haag, 1997. 7］。
2.系统的安全性(Security)
网络信息系统必须不间断地面向广大用户，提供交互式的服务。同时，还 要防止黑客和病毒的侵入，致使信息和网络的安全性面临严峻的挑战。设计时, 必须采取强有力的安保措施，确保系统资源的安全。如果发生意外情况，也应 保证及时予以消除［UylessBlack, 1998］。
3.系统的先进性(Recoverab订ity)
当前，计算机技术的发展日新月异，设计时，应在经济条件许可范围内， 尽可能采用当前先进而成熟的技术、设备和软件，以保证系统高效、可靠安全 地运行。同时，也要防止忽略实际应用，盲目追求新产品、新技术，不顾条件 地追求“一步到位”的倾向。
4.系统的可扩展性(Scalabi.lity)
设计网络信息系统时，应贯彻“整体规划，逐步实施”的原则。根据信息 量增加和应用系统的扩充，模块式地逐步扩展系统的软件、硬件设备，要充分 考虑部件级、系统级、应用级的模块化的扩充性，以确保系统升级换代的适应 能力。
5.系统的开放性(Open)
随着网络系统信息量的扩充，所选的机型、操作平台、网络组成也将会相 应扩展和变化，有必要考虑网络系统能否满足系统不断发展的需要，能否具有 较长的生命周期、能否跟别的网络简易地集成、联接等问题。因此，系统必须 设计成支持开放性、标准性的系统，以便支持与其它开放型系统协调工作，并 保证它们应用系统的兼容性。
6.系统的经济性(Economy)
选择优良的系统性能价格比，也是设计网络信息系统的重要指标之一。特 别是目前国家在农业信息化建设上资金投入不足，政策、人力和组织机构也存 在巨大空缺，在设计时，应注重于系统的整体性价比和可持续扩展性，力求避 免由于系统的后期扩展而推翻前期系统的失误。
7.系统的易使用性(Usability)
目前我国农机政府部门特别是从业人员文化素质普遍不高,在开发网络信 息系统是必须考虑到系统的易使用性，其中包括易理解性 (understandab订ity)、易学习性(learnability)和易操作性(operability), 使用户快速掌握使用方法，及时获取所需信息［王春森，2001.8］。
8.其它(Others)
除以上诸因素外，还必须结合实际需求综合设计网络信息系统，充分满足 系统用户的个性需要。另外，系统用户对信息技术的投资得以回报等等，也应 作为设计时遵循的基本原则。
3.2系统开发环境配置
针对前面所提出的系统架构原则，本农业机械装备管理信息系统选择了 Linux操作系统，以Apache为网络服务器，利用Mysql建立系统数据库，采用 PHP网络服务器语言架构系统开发环境(如图3-1)。
图3-1系统开发环境
3.2.1操作系统选择
选择合适的操作系统对任何程序的应用均起着决定性作用。对于各种各样 的应用，如电子销售点系统、多介质用户服务站、多用户医疗系统或手持数据 釆集设备等，都有满足它们需要的操作系统，每一操作系统都有它自己独特的 优点。
系统构建者应操作系统的各种特征进行评价，并且确定它们对于特定的应 用重要性。这些都将有助于提高系统的稳定性和安全性，降低系统成本。针对 前面所提出的系统架构原则，本网络信息系统选择了 Linux操作系统。
Linux除了具备一般操作系统所具有的特点外，还有以下优点［中国教育信 息网］:
1.供了丰富的网络功能
完善的内置网络是Linux的一大特点。Linux在通信和网络功能方面优于 其他操作系统。其他操作系统不包含如此紧密地和内核结合在一起的连接网络 的能力，也没有内置这些联网特性的灵活性。而Linux为用户提供了完善的、 强大的网络功能。Linux免费提供了大量支持Internet的软件，Internet是在 Unix领域中建立并繁荣起来的，在这方面使用Linux是相当方便的，用户能用 Linux与世界上的其他人通过Internet网络进行通信。
2.可靠的系统安全
Linux采取了许多安全技术措施，包括对读、写进行权限控制、带保护的 子系统、审计跟踪、核心授权等，这为网络多用户环境中的用户提供了必要的 安全保障。
3.良好的可移植性
可移植性是指将操作系统从一个平台转移到另一个平台使它仍然能按其自 身的方式运行的能力。可移植性为运行Linux的不同计算机平台与其他任何机 器进行准确而有效的通信提供了手段，不需要另外增加特殊的和昂贵的通信接 口。
4.免费和源代码开放
Linux作为一种新型的、源代码开放的操作系统，任何人都可以从网络上 免费获得Linux的源代码，并可以根据自己的要求对源代码做岀大量的修改， 不断扩充其功能，目前正被广泛应用。
此外，Linux适用于强调性能指标，对用户界面要求不大的的应用上。然 而WindowsNT操作系统以图形界面为代价，使系统的效率降低了许多。
Linux属于UNIX家族的一员，它有许多特性是与UNIX相同的。Linux是自 由软件，免费、公开源代码的，并可运行在多种硬件平台上，而UNIX系统是商 业软件，大多是与硬件配套安装的。
安装Linux对硬件要求很低，可以运行在386以上CPU, 8M以上内存的IBM PC机上。
3.2.2 WEB服务器选择
操作系统的确定，使得更加容易选择Web服务器，在符合前面所提出的系 统架构原则的基础上，本网络信息系统选择了 Apache Web服务器。
根据对Apache的应用研究总结，认为它至少有以下几个方面的优越性［孟 林，2003］：
1.免费和源代码开放
任何人都可以从网络上免费获得Apache的源代码，并可以根据自己的网络 要求对源代码做出大量的修改，不断扩充或者改变Apache的功能。另外,Apache 已经吸引了全世界很多的技术人员，他们为Apache编写了很多功能模块，并在 不断完善Apache<>
2.极好的稳定性
Apache把稳定性放在第一位，能适应于高负荷’大吞吐量的互联网工作。 它发生崩溃的几率小于HS, Apache在本系统中使用已经绰绰有余，是最佳的 选择。
3.优越的性能
Apache服务器源自美国国家超级技术计算应用中心（NCSA）的Web服务器 项目中。目前Apache是最流行的Web服务器端软件之一，已在互联网中占据了
领导地位。经过正确仔细配置的Apache,其静态页面速度能与IIS持平，甚至 高于IISo
3.2.3系统实现的关键技术选择
目前，基于Brows / Server模式建立的WEB信息系统常用的动态信息技术 主要有三种（即ASP、PHP、JSP）,通过三者之间的性能比较（表3-1）［应宏， 2003；渠芳，2002；陈定权，2002］,并最终选择了 PHP。
表3-1 ASP、PHP、JSP的性能比较
语言类 执行效 稳定 网页 扩展 支持 开发 修改 改版
型 率 性 结合 性 XML 时间 时间 速度
ASP 快 中等 好 好 不支持 短 快 快
PHP 快 好 好 不好 支持 短 短 快
JSP 最快 好 好 很好 支持 较长 短 慢
此外，PHP具有以下特点：
1.PHP是完全免费的，可以不受限制的获得源码。
2.PHP是一种能快速学习，跨平台，有良好数据库交互能力的开发语言。
3.具有良好的安全性。代码可以通过Zend的编译器将其代码加密处理， 以隐藏源代码。
4.PHP可以和Apache及MySQL的接口以静态编译方式结合，有效利用 Apache高性能的吞吐能力，响应速度快。
3.2.4 WEB数据库选择
网络数据库选择MySQL,其主要特点如下［李芳，2002］：
1.MySQL是免费的，可从因持网上下载，并且还能得到许多与其相配的 第三方软件或工具。
2.具备完全多线程、多平台、多数据类型和灵活安全的特点。
3.MySQL的主要优势是速度和鲁棒性，是一套在较高要求的运行环境下 可运行多年的应用程序，并不断向更稳定和快速的方向发展。
4.MySQL是基于SQL语言的中小型数据库，完全适用于网络环境，可以 使用多种语言编写访问MySQL数据库的程序。
3.3系统设计模式和开发工具
3.3.1系统设计模式
模型一视图-'控制器（Mode-View-Controller,简称 MVC）是 Xerox PARC 在八 十年代为编程语言Smalltalk-80发明的一种软件设计模式，是一种目前广泛 流行的软件设计模式[Erich Gamma等，2000] o
它强制性地使应用程序的输入、处理和输出分开，使用MVC应用程序被分 成三个核心部件：模型（表示企业数据和业务规则）、视图（用户看到并与之交 互的界面）、控制器（接受用户的输入并调用模型和视图去完成用户的需求）， 它们各自处理自己的任务。使用MVC具有以下特点：
（1） 增加代码的重用率，减少数据表达、数据描述和应用操作的耦合度。
（2） 提高软件的可维护性、可修复性、可扩展性、灵活性以及封装性。
3.3.2系统开发工具
系统开发工具如下： 表3-2系统开发工具
开发工具 特点及用途
Zend Studio 3.0 IDE 该PHP应用程序集成开发环境支持Linux、
Windows 98/2000 以及 NT 4.0,主要用于 PHP
PHPMyAdmin 2.5.4 的类、函数的开发和调试。
一个用PHP编写的，可以通过互联网方便地挫 制和操作MySQL数据库，如建立、复制、删除
Macromedia Dreamweaver 数据等等。
具有“所见即所得”的特点，极其方便地完成
MX 2004 静态网页编辑
Macromedia Flash MX 开发高级的Flash应用内容、应用程序以及视
2004 频应用。
Adobe Photoshop 7.0 最专业的美工设计工具，用于设计、优化及编 辑整合网络应用图形的处理工具。
3.4系统数据库模式
3.4.1 C/S结构模式
传统的数据库模式是釆用C/S （Client/server,客户/服务器）结构模式, 实际上是两层数据库模式（Two-tiered Datase Model）,应用软件主要放置在 客户端，每一个客户都向数据库服务器请求或发送信息，一个数据库服务器同 时响应多个客户（如图3-2所示）［余彤鹰，1999；易金聪，2003］。
多个客户应用程序◄——►数据库服务器
图3-2两层数据库模式
这种模式往往表现为单数据库服务器、多客户的形式，随着系统管理的数 据量增加，以及客户（应用）的增多，数据库服务器的性能、网络的负荷都将 影响到整个系统的效率，一般适用于局域网。
在这种模式中，客户端应用往往需要一个数据库连接软件（如ODBC）以及 针对不同类型的数据库服务器的驱动程序，才能访问数据库服务器。因此，除 了应用软件本身外，还存在数据库连接软件的安装、配置等问题，这往往是一 般用户所难以实现的。而增加新的数据库服务器必然涉及到对客户端应用软件 的修改等一系列问题，从而极大地限制了系统的灵活性和可伸缩性。
3.4.2 B/S结构模式
三层数据库模式（Three-tiered Database Model）把数据库应用分割为几个 逻辑块，对两层数据库模式在很大程度上作了改进，从而进一步提高了系统的 性能和效率［陈军霞，2003；程晓宇，1999］。三层B/S （Brower/Server,浏览 器/服务器）体系结构模式的采用，能实现较理想的实现基于Internet的农业 机械装备管理信息系统，其结构如图3-3。
图3-3三层B/S体系结构模式
三层B/S体系结构模式具有以下优点［马群利，2003］：
1.可扩充性
由于数据访问是通过中间层进行的，因此客户端不再与数据库直接建立数 据连接。也就是说，建立在数据库服务器上的连接数量将大大减少。同时，中 间层与数据库服务器之间的数据连接通过“连接池”进行连接数量的控制，动 态分配与释放数据连接，因此数据连接的数量将远远少于客户端数量。
2.可维护性
因为业务规则、合法性校验存在于中间层，因此当业务规则发生改变时， 只需更改中间层服务器上的某个组件，而客户端应用程序不需做任何处理，有 些时候甚至不必修改中间层组件，只需要修改数据库中的某个存储过程就可以 To
3.可重用性
同样，如果需要开发B/S应用，则不必要重新进行数据访问、业务规则等 的开发，可以直接在WEB服务器端调用现有的中间层，并且中间件可以被木同 平台的客户访问，因此具有很好的可移植性，在很大程度上节省了开发时间和 资金投入。
4.安全性
针对传统的两层C/S结构中的安全性问题，由于三层B/S将用户层和数据 层分离开来，使得用户不是直接面对数据，而相应地只要在中间的事务层提供 相应的加密技术和安全控制就能够很好地克服两层客户/服务器的安全性问题。
3.5系统的信息集成和网络结构
3.5.1系统的组成信息
基于Internet的农业机械装备管理信息系统有效运行的关键之一就是将 信息的有效集成。釆用电子商务、网络MIS和DSS技术，为农业机械装备生产 或者经营的企业与农户、政府有关管理部门构筑一个统一的信息交互平台，将 传统的信息交流朝网络化信息管理转变，实现农业机械装备的全球资源信屈网 络，降低农业机械装备的价格，加速农业新型机械装备的市场化。 ’
农业机械装备，指在农业生产过程中，由非劳力、畜力对所涉及的农业对 象和全过程，进行生产、作业、控制、管理等的一切现代化机械装备。
在本系统中，我们将农业机械装备划分为十一大类，详见下表：
表3-3农业机械装备分类表
序号 名称
1 设施农业机械及设备
2 果蔬加工保鲜机械及设备
3 茶叶加工机械及设备
4 畜禽养殖机械及设备
5 水产养殖机械及设备
6 粮食与饲料加工机械及设备
7 植保与土肥机械及设备
8 园林机械及设备
9 稻麦生产机械及设备
10 农业运输机械及设备
11 其他机械及设备
本网络信息系统主要包括以下信息集成：
1.农业机械装备生产或者经营企业的基本信息，包括企业规模、主营业务、 地址、联系方式等。
2.农业机械装备生产或者经营企业的产品（产品型号、产品性能、使用范 围、价格等）和企业最新动态，形成对外信息发布、产品宣传。
3.农机需求者的详细需求信息。
4.政府有关管理部门对农机化发展需求和趋势预测与决策等。
5.农机科技资料，具体内容包括全国农机科研和推广项目立项、审批、实 施情况，全国农机科技的新产品、新成果、新专利情况，国际农机科技 信息，科技推广应用，新产品试验鉴定，农机科研开发情况，农机标准 化情况，科技规划和计划等。
6.其他农机相关信息，如农业政策、法规、措施等。
以上信息将根据需要，分别设置不同的权限，为不同的系统用户提供不同 的服务。
3.5.2系统的信息集成
就我国实际情况来说，一般的农业机械装备生产或者经营的企业和政府有 关管理部门都可以很方便地连接到Internet网中，并及时交流信息。随着网络 化的普及，越来越多的农户朋友也开始有条件使用网络提供的各种信息服务。
而先进的系统信息处理技术将更有助于实现本系统，具体结构见图3-4o 当客户用浏览器浏览页面时，通过主页页面上的表单（FORM）,进行录入、修改、 删除、查询相关数据，然后传递给WEB应用服务器（PHP、CGI脚本），并形成 标准的SQL语句，转向数据库服务器，对数据库服务器中的相关数据库进行操 作，数据库服务器将处理的结果返回给应用程序服务器，并以HTML格式返回到 客户端浏览器。
数据库
1 k
1
数据库服务器
SQL语句 L y ,结果
WEB服务器
i
Request k
1 r Response
客户端浏览器
图3-4系统信息处理模式
从系统集成的信息上看，农业机械装备管理信息系统可以分为：
(1)农机装备市场信息集成
通过Internet, 一方面可以实现农业机械装备信息的实时交流，使农业机 械装备用户及时了解最新产品，同时让生产企业或者经销商及时发现市场需求, 为农民用户提供低价优质服务；另一方面完成生产企业与在不同地域的农机装 备经销商、合作伙伴的信息沟通，实现农业机械装备的顺畅流通,具体网络信息 集成结构见图3-5。
图3-5农业机械装备市场信息结构
(2)农业机械装备信息集成
管理信息系统的核心是信息数据。现代管理信息系统要求既能提供给用户 快速高效的一般事务处理功能，又能提供给高级用户高质量的辅助决策支持功 能。信息处理系统主要完成数据处理、状态统计、趋势分析等任务。
农业机械装备信息集成模式(图3-6)主要包括两大功能，一方面通过管 理信息系统对整个系统的数据库实现统一管理，如数据添加、删除、修改等。 另一方面通过决策支持系统对整个系统的数据库中重要信息进行辅助决策，为 有关政府部门提供辅助决策。
3.5.3系统的网络结构
本章前面两节介绍了系统的信息组成和集成方式，下面从系统的网络结构 角度出发概述整个系统网络结构（图3-7）0
本系统以农业机械装备管理信息系统为中心，由农业机械装备生产或者经 营的企业、政府管理部门和一般农机用户构成主要应用对象，以方便农机用户 为最终目标。
图3-7农机装备管理信息系统的网络结构
参考文献：
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第四章系统的数学方法与建模
4.1灰色——马尔柯夫联合预测方法及其应用
4.1.1建模背景
所谓预测，就是根据过去和现在的数据资料，去探索人们所关心的事物今 后可能的发展趋势。而很多农机化指标都是时间数据序列，它常常呈现趋势性 和较大的波动性，利用常见的预测方法，例如：灰色预测法，移动平均法和指 数平滑法等进行预测，都有一定的局限。
灰色预测是指以GM(1,1)模型为基础所进行的预测，它主要用于时间短、 数据资料少、波动不大的预测问题，其预测的几何图形是一条较为平滑的曲线, 要么单调递增，要么单调递减，进行长期预测时，预测值常偏高或偏低，因而 对随机波动性较大的数据序列拟合较差，预测精度较低［罗庆成，1993］。
马尔柯夫概率矩阵预测的理论基础是马尔柯夫过程。由过程的某一种状态 AI转移到另一种状态AJ的概率(对AJ来说是初始状态)PI, J是已知的。因 此，可由这初始的转移概率推算出下一个状态的转移概率，同样，可由下一个 状态的转移概率再推算出下一个状态的转移概率，一直到第N个(最后)的转 移概率。它是根据状态之间的转移概率来预测未来系统的发展方向。马尔柯夫 链适合于随机波动性较大的预测问题，在这一点上恰好可以弥补灰色预测的局 限［何勇，1993；刘思峰，2000］ □但是马尔柯夫链预测对象还要求具有平稳过 程等均值的特点，然而实际的预测问题是随时间变化而呈现某种变化趋势的非 平稳随机过程。采用灰色GM (1, 1)模型对实际的时序数据进行拟合，找出其 变化趋势，则可以弥补马尔柯夫链预测的局限。
灰色一马尔柯夫预测法的基本原理是：用灰色GM(1,1)模型揭示预测数列 的发展变化总趋势，用马尔柯夫概率矩阵预测来确定状态的转移规律，两者结 合起来而形成的联合预测方法能充分地利用历史数据给于的信息，进行较准确 的预测。
4.4.2建模机理与过程
(1)建立灰色预测GM (1, 1)模型
灰色动态模型(Grey Dynamic Model,简称GM)是以灰色生成函数概念为 基础，以微分拟合为核心的建模方法。
设原始数据列丹)=(X(°)(1), (2),…,X(°)(”))
其累加生成数列0)= (Xw (1), Z(,)⑵，…,X⑴(”))
其中，刑)(7) = £卅)⑹ i = \,2,-,n
k=\
建立的GM(h, n)模型，是微分方程的时间连续函数模型，括号中的h表示 微分方程的阶数，n表示变量的个数，即
(4-1)
=方西⑴+方2/⑴+••• + ◎_/⑴
常用GM(h, 1)模型，即只有一个变量的GM模型。由于h越大，计算越复杂, 且精度也不一定就高，因此h—般在3阶以下，最常用的h=l,计算简单，适 用面广，记为GM (1, 1),称为单序列一阶线性动态模型。
GM (1, 1)模型相应的微分方程为：
dXm
dt
记系数向量：a =[a,“]T (4-3)
通称a为参数列，B为数据矩阵，Y、为数拯向量，且Q满足下列关系
a = (BTB)',BTYN
其中
解得
伙 +1)=(刘(1) - “ / a)e-M + “ / Q
而 X(a)(k + l) = X(t)(k + l)-X(0> (k )
令 Y(k) = X(0)(k + l)
Y(k)为k时刻按GM (1, 1)模型求得的原始数据的趋势预测值，Y(k)曲线反映 了原始数据变化的总趋势。
(2)马尔柯夫链的概率矩阵
p (k) P 伙) P (*)
厂1,1 ，厂,2
p 仗)p (k) P 伙)
厂2,1 ，厂2,2 ，…，厂2/
p (女)p p 依)
rn,l J rn,2 ，…，G*
其中由这些概率元素P., j所组成的I个行向量中，各行的概率元素总和等 于1。即EP「j=l,而要计算具体数值，就需要引出本预测方法的关键一步, 也就是将GM (1, 1)和马尔柯夫链结合在一起的一步状态的划分。
(3)划分状态
灰色——马尔柯夫预测方法的状态划分是以y(k)曲线为基准的，划分成若 干条行区域，每一条形区域构成一个状态(如图4-1)„
对于一个符合马尔柯夫链特点的非平稳随机序列y(k)[ y(k)= x®(k+l)], 可根据具体情况划分为N个状态，其任一状态®可表达为：
© i=[On， 02i] - ® I (4-10)
◎"=『(£) +4 C4T1)
G)2/ = V ⑹ + B]
(1=1, 2,…，n)
由于y(k)是时间K的函数，因而灰元也随着时间的变化，即状态 叭具有动态性。关于釦的含义、状态划分数目N和灰元(Dm的确定，可 根据研究对象和原始数目来确定。一般来说，历史数据较少的状态划分宜少一 些，历史数据较多的，状态划分宜多一些，但样本点一定要全部落在条形区域 内。如下图：
▲ ©41 ® JI ® 21 ® II
图4-1灰色——马尔柯夫预测的状态划分
(4)计算状态转移的概率
Pu = M/ j IM； (1=1, 2,…，n) (4-13)
式中：为状态釦经过M步转移到状态和的原始数据样本数；M「为处 于状态叭的原始样本数。
计算完状态转移概率，再回到第二步，代入概率矩阵。设预测对象处于叭, 就考察矩阵的第I行，选择这一行中最大的转移概率P「，则认为，下一时刻 的系统最有可能的状态是®j。
(5)确定预测值的灰区间
考察矩阵后，我们确定了系统未来的状态，也就确定了预测值的变动灰区 间为O2,lo最有可能的预测值为该区间的中点，那么最有可能的预测值 y(k),由下列公式计算：
y(k)=l/2 (On+O2I) (4-14)
即
y(k)= y(k)+l/2 (Ai+BJ (4-15)
4.1.3应用难点
灰色一一马尔柯夫预测在农业信息的预测上是可行的,具有实用推广价值， 是现代应用数学和农业预测一个很好的结合。但是，也必须看到，灰色马尔柯 夫预测的预测精度跟状态的划分很有关系。关于状态的划分和状态数目的确定 无统一标准。一般历史数据较少时，状态数亦少一些，使各个状态具有较多的 样本点；历史数据较多时，落入各状态区域的样本点较多，则可把状态数适当 增加一些。在实际应用中，使用者可以很方便的进行比较，到底是划分为几个 状态时精度更高。
4.2基于模糊聚类的人工神经网络预测方法及其应用
4.2.1人工神经网络基本理论
近年来，国际上掀起了一股人工神经网络一ANN(Artificial Neural Network)的研究热潮。人工神经网络技术是以生物神经网络为基础，模拟人脑 行为的一种信息处理方法。它是由大量简单的处理单元(即神经元)广泛的互 相连接而形成的具有学习记忆和归纳功能的复杂网络，是对人脑神经系统的数 学模拟，以实现学习和模仿人脑的信号处理方式的目的［杨建刚，2001；闻新， 2001；何勇，1998］。人工神经网络独特的结构和处理信息的方法，使其在许多 实际应用领域中取得了显著的成效，能够解决一些传统计算机极难求解的问题。
从本质上讲，人工神经网络是一种大规模并行的非线性动力系统。它具有 许多引人注目的特点：大规模的复杂系统，有大量可供调节的参数；高度并行 的处理机制，具有高速运算的能力；高度分散的存储方式，具有全息联想的特 征；网络的全局观念、大规模的并行分布处理及高度的鲁棒性；高度灵活可变 的拓扑结构，具有很强的适应能力：高度冗余的组织方式，具有很好的坚韧性； 髙度的非线性运算，具有自组织、自学习的潜力；高度的集体协同计算，模拟 处理与数字处理并存。
神经网络有很广泛的应用前景。在图像处理、自动控制方面、信号处理、 故障诊断、人工智能、运输与通信等方面都有广泛的应用。但在本系统，作者 最关心的还是神经网络在预测处理方面的应用。神经网络具有全息的联想学习 能力及很强的容错能力，对于农机方面的预测问题将会有特别的意义。
4.2.2 BP神经网络的结构模型
人们提出了许多种神经网络结构模型（如自适应共振（ART）、双向联想存 储器（BAM）、BSB模型、CPN模型、反向传递（BP）模型等），但在预测领 域中用得最多的也是最有效的是反向传递神经网络。标准的BP模型由三个神经 元层次组成，其最下层称为输入层，中间层称为隐含层，最上层称为输岀层（如 下图4-2所示）。
图4-2 BP网络结构图
BP网络的学习过程包括：正向传播和反向传播。当正向传播时，输入信息 从输入层经隐单元处理，后传向输出层，每一层神经元的状态只影响下一层的 神经元的状态。如果在输出层得不到希望的输出，则转入反向传播，将误差信 号沿原来的神经元连接通路返回。返回过程中，逐一修改各层神经元连接的权 值。这种过程不断迭代，最后使得信号误差达到允许的误差范围之内。
关于BP网的映射能力，有下面的完全性定理：
假定BP网络中隐单元可以根据需要自由设定，那么一个三层网络，可以实 现以任意精度近似任意连续函数。
BP网络通过多层误差修正梯度下降法离线学习，按离散方式进行。误差逆 传播学习仅仅实现了代价函数曲面上的梯度下降。由于BP网络中的非线性隐含 单元的存在，代价函数存在多个极小点，因此梯度下降不能保证求出全局最小。 可以证明，在隐含层节点可以根据需要自由设置的情况下，那么用三层BP网络 可以实现以任意精度逼近任意连续函数。
4.2.3 BP网络神经的算法设计
由于前向神经网络具有很好的非线性映射能力，一个三层网络可以以任意 精度逼近任何连续函数，因此该模型的学习算法釆用带有冲量项的BP算法 [Lacher R C, 1992； Rodriguez C, 1996] □
网络的训练过程如下：
(1)置各权值和阈值的初始值3ij(0), 9 j(0)为小的非零随机数。
(2)输入学习样本：
oPj = fj.or6} (4-⑹
输入向量 Xp (p=l, 2, P)和目标输出 Tp (p=l,2, ...,P)。
(3)计算网络的实际输出及隐含单元的状态
式中：激发函数f为Sigmoid函数，即f(x)=l/(l+EXP(-x))。
(4)计算训练误差
输出层：
8 pj = Opj(l - Opj)(tpj - Opj) (4-17)
隐含层：
§ pj = Opj(l-Opj)2§ pkCDjk 3-18)
k
式中：切丿是表示各输出节点的期望输出值;k是j节点所在层的上面一层 的节点号。
(5)修改权值和阈值
式中：为学习步长，本模型取0.5; a为势态项，本模型取0.5。
& / + 1) = 8 j(t) + rj6 j + ag j(t) — & ”一 1)) (4-19)
(Op(t + 1)= (Dji(t) + “ §jOp. + a((J).. (t)- g (t-1)) (4-20)
(6)当q经历1〜P后,判断指标是否满足精度要求E,这里& £。 其中：E=EEp, Ep=E (tpj-opj) "2/2, £ 为精度，本文取 e =0. 0001
若满足要求则转到(7),否则转到(3)。
(7)停止,结束。
4.2.4基于模糊聚类的BP神经网络模型研究
作者在BP网络的实际应用中，遇到了许多问题，比较突出的是训练时间长， 收敛速度慢的问题。对于这个问题，以往已有很多研究，但这些研究大多着眼 于对BP算法本身的改进［Alexander GParlos, 1994］ „笔者发现，对实际应用 中经常遇到的样本很多问题，以往人们总是随机选取其中几个作为学习样本， 但这样很可能会使学习样本集本身没有包含全部样本的特性，预测的结果当然 会有很大的误差。样本中的选择多少以及选择哪些作为学习样本成为人们急需 解决的问题。众所周知，样本之间往往存在着一定的相似性，在这里考虑到用 聚类的方法来选择学习样本，达到以较少的学习样本取得较好学习效果的目的， 并对结果进行回归分析和相关性分析。
4.2.4.1模糊聚类
模糊聚类［杨松林，1996］是依据一定的聚类原则和模糊评判标准，将具有 相似性质的对象划分为一组。
设有N个事物的总体以X表示：X = {X„X2,--,Xi，-,Xn}
每个事物抽取S个特征：底={俎,兀,…，兀，…，兀}(7 = 1,2,…，”)
其中，九/表示第i个事物的第j个特征值。所有的特征值的全体构成论域矩 阵X。
对论域X中任意两个事物标定其相似系数，即给其中的元素两两之间都赋以 ［0,1］内的一个数，它的大小表示两个事物彼此接近或相似的程度，将具有相 似性质的若干个事物划分为一组。具体步骤如下：
(1) ［X］的标准化
将［X］中各列元素的标准差进行标准化，对k列元素的表达式如下：
兀=虫吟呂(心1，2,…，”)
式中儿一［X］中第k列元素的平均值， n “
Si一一［X］中第k列元素的标准差， '
其余各列算法相同，最后得到矩阵k'Lo
将［x’L”中各列元素的极值进行标准化，对k列元素表达式如下:
式中兀min——Ln中第k列元素中最小的元素
兀max ［无b■中第k列元素中最大的元素
其余各列算法相同，最后得到矩阵优
(2)标定
标定就是分析,求出两两节点依的相似程度系数从而得到 模糊相似矩阵仪L”。由XL”计算［儿X”的方法很多，这里采用欧氏距离法分 析两两节点的模糊关系.其表达式如下：
(4-23)
式中G一事物i和事物j的欧氏距离
X；, © — 中第i, j行各元素。
(3)聚类
由于聚类的类数取决于阀值的确定，一般不宜太多，在下面的实例中聚成 五类。
4.2.4.2模型结果的回归分析和相关性分析
在本文中，我们要对样本聚类后的BP神经网络的训练质量作出评估。最理 想的情况就是网络输出与训练目标完全一样。在实际运用中，这一精度是很难 达到的。所以，人们通过给出一定的误差范围，当在这个给定误差范围内时， 我们就认为训练质量是合格的。在实践中发现，可以采用一元回归方法对神经 网络的训练质量作出直观地评价［陈小前，2002］。
对于多输入多输出的大量样本问题，假设t,为第i个训练样本目标向量， 为第i个样本的训练结果向量，若以匕值为横坐标，以6值为纵坐标的平面 坐标系上，应该得到一条通过原点且斜率为1的直线，记为尸x,即5等于匕。
用最小二乘法一元线性回归方法［胡关长，1994］对匚和6构成的数据进行 线性回归分析,、将得到一条新的直线，记为y' = kx' + ba在坐标系上，可以非 常直观地得到两条直线，如果两条直线差别不是很大，则认为训练质量较好。
此外，还可以对口和5构成的数据进行相关性分析。通过大量的实验发现， 当相关系数大于0.8时就可以认为训练质量较好，模型结构较好；当相关系数 小于0.8时，训练质量较差，应该考虑模型结构是否合适。
4.2.5实例应用
农用运输车自20世纪70年代末80年代初诞生以来，由于适应了农村生产 生活的需要，适应了广大农村居民的购买力水平和农村的使用条件而迅速起步。 农用运输车产业先后经历了从1979—1986年的起步阶段，1987—1995年的高 速发展阶段和1996年至今的相对稳定发展阶段。
农用运输车提高了农村劳动效率和生活节奏，改变了农民传统意识和观念， 为用户带来了巨大效益。因此，对农用车的发动机(主要是柴油机)的功率和 油耗影响因数的研究具有重要现实意义的。
我们将杭州市萧山区的50台有完整检测记录的S195型柴油机的测试数据， 作为分析样本，定义输入输出符号如下：以功率Yl(Kw)、耗油率Y2(g/Kw・h)
作为输岀，以油泵最大压力XI (MPa)、喷油压力X2(MPa)、供油提前角X3(° )、 气缸压力X4(MPa)、进气迟闭角X5(° )、进气持续角X6(° )、排气提前角X7(° )、 排气持续角X8(° )等八个状态参数作为输入，构成8个输入神经元，6个隐含 神经元，2个输出神经元的神经网络模型。
(1)学习样本选择
我们用DPS统计分析软件对250个样本进行聚类分析，选取其中50个作为 新的学习样本集(部分训练样本见表4-1)。
表4-1训练样本
样本 XI X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 Y1 Y2
1 44. 1 200 13 18 39 232 35 230 7. 35 338.6
2 44. 1 160 17 16 39 229 34 229 7. 94 278.8
3 39.2 ,135 17 19 45 243 46 237 9. 56 327.0
4 44. r 160 11 18 54 262 46 237 9. 04 327.7
5 39.2 180 12 20 33 218 31 219 7.65 300.5
6 44. 1 200 13 18 39 232 35 230 8. 09 338.6
7 39.2 70 20 14 47 247 58 259 & 53 292.4
8 39.2 100 18 15 45 240 26 213 8.31 300.5
9 41.2 140 17 19 35 232 40 237 7. 57 303.2
10 49.0 105 16 15 39 235 39 235 & 24 270.6
11 a r\ rx
伽.0 CL yo 17 20 27 234 43 242 9. 56 300. 5
12 44. 1 90 14 20 40 232 37 232 7. 79 329. 1
13 39.2 125 17 18 50 254 37 229 8.82 323.6
14 49.0 170 20 20 33 224 34 219 8. 75 277.4
15 44. 1 230 18 20 55 270 65 277 7. 94 353.5
16 39.2 160 15 20 39 231 35 225 7.94 268.7
17 49.0 95 19 20 37 228 31 217 8. 68 274.7
18 58.8 135 17 20 27 211 32 220 • 8. 38 356.3
19 44. 1 180 15 20 36 231 35 231 8. 24 301.9
20 44. 1 160 17 28 43 239 40 235 8.82 338.6
(2)神经网络训练
利用试验所得的样本数据对模型进行学习，经过79000多次的学习后，误差 值下降至0. 0001以下(结果见表4-2,表4-3)。
表4-2网络训练结束时隐含单元到输出单元的权值和阈值
、隐含层 3 4 5 6 阈值
输出倉、 1 2
1 -1. 708 0. 850 -1.325 7.041 2.417 -0.264 0. 190
2 0.318 1.389 -0. 461 -0. 089 -2. 197 -0.672 -0. 107
表4-3网络训练结束时输入单元到隐含单元的权值和阈值
层 1 2 3 4 5 6
1 -0. 071 1.098 -1. 509 -0.422 -1.408 -0.719
2 1.620 -0. 384 0. 145 0. 415 -0.655 -0.700
3 -0.680 -0.176 -0. 518 -0. 525 1.452 -0. 900
4 -1.087 -0.711 -0.692 1.827 -1.474 -0. 389
5 -0. 245 -6. 382 -0. 452 8. 241 -1. 390 -0.824
6 -1.600 -0.653 -0.353 8.072 0. 351 -0.609
7 -0.311 -0.531 -0. 408 -0.980 0. 228 0. 504
8 1.000 0. 112 1.062 -0. 427 -0.831 -7. 530
阈值 -0. 307 -1. 198 -8. 755 -0.319 0.369 -0.760
(3)模型的检验
对所建立的模型进行验证，选择10台未学习的发动机8项参数输入，经仿 真，得到相应功率与油耗的输出，与实测数据比较结果见表4-4,并进行回归 分析，所得结果如图4-3所示。同时，对结果作相关性分析，功率相关系数 R=0. 97,油耗相关系数R=0. 99,都大于0.80。这说明模型能够较好的完成对发 动机功率和油耗的预测，具有较好的外延性。
预测油耗
285.5 288.7 334.7 354. 1 349.8 290.3 324.8 295.8 307.2 331.2
g/ (Kw. h)
图4-3实测值与预测值的一元线性回归分析
(4)结论
基于模糊聚类的BP神经网络模型将模糊聚类、神经网络以及回归分析和相 关性分析三者有机结合起来，实例表明该模型具有较好实用性。
①利用模糊聚类作为神经网络应用的样本预处理过程，可以在包含全部样 本特性的前提下减少网络的输入样本个数，同时简化网络结构，大大提高神经 网络模型训练速度。
②采用回归分析和相关性分析对模型训练结果作出评估，保证模型的准确 性。
③在未知领域和复杂系统中，特别在农业工程复杂系统中，当人们处理大 量数据并发掘其中的联系时，该方法的优势尤为明显。
4.3粗糙集因子分析方法及应用
我们对事物进行评价的时候，希望获得充分的信息，往往选择多个指标。 多重指标的选取增加了问题的复杂度，单凭主观分析，无法作出合理的判断。 于是，人们常常选择一个认为是最重要的指标作为单一评价标准，而将其他指 标给予忽略，这样虽然简便却有失科学性。另外一种常用方法就是主成分分析 法，将原来的指标“浓缩”成几个综合性指标，并且这些综合指标能够反映原 指标的信息，彼此之间又互不相关。但是，这样仍然需要采集全部指标的信息。
最完美的解决方案是指标数目少而包含的信息多。因此，我们希望利用粗 糙集因子分析（Rough Principal Factor Analysis,简称PgPFA）來解决这类 问题。
4.3.1粗糙集理论的基本概念
粗糙集（Rough Set,简称RS）理论是波兰数学家乙Pawlak ［Pawlak乙 1991, 1994］提出的一种分析数据的数学工具，该理论从新的视角对知识进行了 定义，把知识看作是关于论域的划分。目前，已被广泛应用于人工智能、模式 识别和知识数据库挖掘等领域。知识约简在粗糙集理论中是一个非常重要的概 念，它能够反映一个决策表的本质信息。众所周知，知识库中的知识（属性） 并不是同等重要的，甚至有些属性是冗余的。我们不需要提供待处理数据以外 的任何先验信息，在保持知识数据库的分类和决策能力不变的条件下，删除其 中不相关或不重要的知识，可大大简化数据分析及快速地科学决策。
（1）信息系统的表达
为了对数据进行智能化处理，需要将知识以符号表达。信息系统的基本成 分是研究对象的集合，而对象的信息可以通过指定对象的基本特征（属性）和 它们的特征值（属性值）来描述。因此，一个信息系统（简称为KRS） S［曾黄 麟，1996］可以表达为：
S=< U,C,D,V,f>
这里U是对象的集合,Cu D =厦是属性集合，不相关的子集C和D分别 称为条件属性和决策属性，v = ua SA人是属性值的集合，Va表示了属性a^A 的范围，f-UxA~^v是一个信息函数，它指定U中每一个对象x的属性值。
信息系统可以方便地用数据表格的形式来表示。在信息系统数据表中，列 表示属性，行表示对象(如状态、过程等)，并且每一行表示该对象的一条信息。 因此，信息系统也称为信息表或决策表。信息表中的一个属性对应一个等价关 系，一个信息表可以看作是定义的一族等价关系。
(2)集合的上下近似
设U是感兴趣的对象组成的非空有限集合，称U为论域(Universe), R是 U上的等价关系(Equivalence Relation),则K= (U, R)称为一个知识库。若 pqR,且ph。，则RP(P中全部等价关系的交集)，并且称为p上的一个 不可区分关系，记为IND(P)：
=n[x]r (4-24)
因此，U/IND(P)表示等价关系IND(P)的所有等价类族，即等价关系IND(P) 在U上导出的划分。假设给定知识库K= (U, R),对于任何子集XwU和一 个等价关系ReiND(K),可以根据R的基本集合描述来划分集合X：
X 的 R—上近似(Upper approximation)集为：
R-(X) = (4-25)
X 的 R—下近似(Lowerapproximation)集为：
RJX)^{YeU/R-.Y^X] (4-26)
表示在现有知识r下，U中可能归入X的元素集合；R~W表示 U中一定能归入X的元素集合。
(3)知识的依赖度
设P^C , £为由决策属性D所决定的U的划分忆’5…，«},则对划 分£的卩一逼近精度为：
rP (£) = V card(P_ Yt)/card©)
m (4-27)
其中为X的下逼近。
设P、RcCt且RcPt当0(£)=i时，我们称Q是P的全可导；当 Q<rp(£)<\时，称Q是P的粗可导；当。(£丿=0时，称Q是P的全不可导。 这样，系数。(°)可以看作Q和P之间的依赖度。
若「』£) = □(£),且不存在R'uRuP,使得g(£) = rp(£),则称r为 P的一个属性约简，记为RED(P，£)。由此定义可以看出，约简后保持划分£的 精度不变。所有肚2"75, £丿的交为核(core)。在实际计算中，可以通过确定 关键属性来得到核，而无需求得所有的属性约简。
4.3.2约简算法
设信息系统中条件属性集合C有m个属性：Ci，C2，・「Cm,其值域为有限离 散集合。决策属性D有k个属性，其等价类构成U的划分£为：忆’呂人}。 根据知识的依赖度和分类的近似，可作出定义：
定义属性ci的重要性为Sc^rc(£)-rCc(£) <
我们得到如下的约简算法步骤［叶东毅，2000］-
①计算下逼近P_Yit / = k,由此可得rc(£)；分别对每个条件的属
性 q, ) = 1,2,…，加，计算「,(£)；令P =匕：Sc严 0, 1 = 1,2,…,D = C\P □
②如果P满足rP(£) = rc(£),则停止，P为一个RED{P, £)；否则，转步骤 ③。
③计算(£) = max(rc：(£): c, eD),如果％(£丿是唯一的最大值，则置 P=P U {cg} , D^D\{cg},转回步骤②继续执行；否则，记Q={Ci G D:rc(£) = rCg(£)},计算 rPUfcJ(£) = max(rPU!cJ(£) : eQ) ($0 果有多个最大 值，则取属性取值个数最少的那个属性)，置P=PU{cq}, D=D\{Cg},转回步骤 ②继续执行。
4.3.3实例应用
无论是发达国家还是发展中国家都把农业视为国民经济的基础，而农业的 中心问题——粮食问题将促使人们给予更多关注［张淑娟，2001］。在农业生产 中，影响粮食生产的因素包括可控因素与不可控因素。可控因素是指对粮食生 产有影响，且控制主体可以主动把握和控制的因素，如肥料，农药，种子，劳 动力，水利，耕作，土壤和农作物播种面积等。不可控因素是指对粮食生产有 影响，且控制主体不能完全把握和控制的因素，如国家政策，市场状况，自然 灾害等。由此可见，影响粮食产量的因素很多，也很复杂。利用粗糙集因子分 析方法对影响粮食产量的因素进行约简，从而找到主要的影响因素，以便进行 粮食生产的科学管理。
在1990-1999年期间，浙江省粮食总产量年际变化平均约为69万t,最高 达151万t,产量年际间较大的变化影响了全省经济的持续发展。近几年全省 粮食缺口约达250万t,浙江省成了调入粮食的大省。无疑，分析和弄清浙江 省粮食产量影响因素，对把浙江粮食生产搞上去是有现实意义的。
考虑到文章篇幅，现取浙江省6个指标（乡村劳动力xl万人，农业机械总 动力x2万kw,农业化肥施用量（折纯量）x3万t,农药使用量x4万t,农村用 电量x5亿kwh）及粮食总产量的数据［浙江省统计局，1990-1999］（表4-5）, 先加以分析。很显然，粮食作物播种面积和自然灾害使粮食作物受灾面积对浙 江省的粮食总产量的影响是很直接的，这里不作分析。
表4-5浙江省粮食总产量及5个影响的指标
年份 乡村劳动 力/万人 农业机械 总动力/万 kw 农业化肥 施用量（折 纯量）/万t 农药使用 量/万t 农村用电 量/亿kwh 粮食总产 量/万t
1990 2034.80 1215. 73 94. 75 5.53 69. 44 1586.10
1991 2072.12 1265. 46 97. 28 5. 87 83.97 1640. 00
1992 2099. 38 1352.03 96. 25 5. 75 98. 01 1553. 50
1993 2105.64 1417.88 84.89 4.81 115.40 1436. 18
1994 2101.31 1497. 34 87. 34 5. 42 147. 02 1404.00
1995 2097. 02 1639. 80 97. 52 5. 89 169. 17 1430. 90
1996 2096. 03 1707.59 9& 30 6. 34 181.20 1516.77
1997 2099.61 1733.33 98. 98 6. 52 190.12 1493. 53
1998 2096. 50 1798. 84 90. 78 6. 59 200. 91 1435. 20
1999 2090.10 1912.53 92. 78 6. 70 219. 76 1393.00
为了对这些数据进行分析，得到隐含信息，首先必须对原始数据进行处理, 计算每个指标的两年相对增量比，通过离散编码的方式得到布尔表（表4-6）。
表4-6指标布尔表
年份 乡村劳动 力 农业机械 总动力 农业化肥 施用量(折 纯量) 农药使用 量 农村用电 量 粮食总产
量
1991 1 1 1 1 1 1
1992 1 1 0 0 1 0
1993 1 1 0 0 1 0
1994 0 1 1 1 1 0
1995 0 1 1 1 1 1
1996 0 1 1 1 1 1
1997 1 1 1 1 1 0
1998 0 1 0 1 1 0
1999 0 1 1 1 1 0
应用本文提到的算法，经过第①步和第②步计算可以得到：rc(£)=3/9, Sc, =0 (z=l,2,3,4,5)□因此，必须通过第③步逐个计算rCi(£)=0, rj£)=\, rCj(£)=3/9, rc/£)=2/9, rc/£)=i,经计算，最小属性约简 P={x2,x„ x5} =
很显然，从以上数据可以得出，浙江省的粮食总产量主要受农业机械总动 力、农业化肥施用量(折纯量)和农村用电量的影响较大，而乡村劳动力和农药 使用量影响都较小。
这里只是粗糙集理论在粮食产量影响因素分析中的应用，它还可以应用到 农业生产的其他方面或其他领域，具有广泛的应用前景。当然与其它计算方法 (如人工神经网络、模糊集、遗传算法等)相结合，进行各种方法的探讨，将 可以找到更佳的分析方法。
4.4效用决策理论及应用
决策是在调查研究的基础上，充分利用现有的信息、资料、数据，根据实际 与可能，确定行动目标，拟定出多个可行的被选方案，运用决策者所采纳的决 策准则，选择出决策者认为最佳方案的过程。简而言之，决策即根据预定的目 标做某种行动方案选择的过程。目前，人们常用的决策方法有决策树决策、效用 理论(EU)决策等等。这里主要介绍效用理论的数学机理。
4.4.1效用理论的概念
效用的概念首先是由贝努利(D. Berneulli)提出的。他认为人们对其钱财 的真实价值的考虑与他的钱财拥有量之间有对数关系。经济管理学家将效用作 为指标，用它来衡量人们对某些事物的主观价值、态度、偏爱、倾向等［高洪深, 1990］o
“效用”是指决策者根据自己的性格特点，决策时的处境，对未来的展望， 以及依据决策对象的性质等因素，对某项活动的损失和利益所持有的其独特的 感觉和反应。效用代表了决策者对风险的态度和对某事物的偏好，是决策者的 价值观念在评价方案时的反应。用效用这个概念，去衡量人们对同一货币值在 主观上的价值，就叫效用值。效用值仅是相对值，其大小只表示决策者主观因 素的强弱，故最大的效用值用1来表示，最小的效用值用0来表示。但效用无 量纲指标。通过效用这指标可将某些难于量化、有质的差别的事物(事件)给 予量化。用效用值的大小来表示人们对风险的态度，对某事物的偏好等主观因 素是比较合理的评价指标。用效用这指标来量化决策者对待风险的态度，可以 给每个决策者测定他的对待风险的态度的效用曲线(即效用函数)。
4.4.2效用理论的数学原理
4.4.2.1效用函数及其类型
一般来讲，复杂系统的影响因素非常多，因此就同一问题进行决策，不同 的决策者也会给予不同的答案，这就能得到不同形状的效用曲线，也即表示了 不同的决策者对待风险的态度不同。我们将其分为：“回避风险型”、"风险中性 型”和“倾向风险型”三种［张根明，1993］。于是，属性与效用的关系就构成 了效用函数(UTILITY FUNCTION),其对应的直角坐标曲线如图4-4表示：
其中，横坐标代表了事件的属性
纵坐标代表了效用值
图4-4属性和效用值关系图
甲代表“回避风险型”。这一条曲线代表稳妥型决策者的效用观点，这种决 策者经常对收益反映迟钝，对损失反映敏感，怕担风险，不求大利，谨慎小心, 而不愿意冒一定风险选择可获得更大的收益的方案。
乙代表“风险中性型”。这条线代表中间型的决策者的效用观点。这类决策 者认为效用值大小与期望值的大小成正比。这一类的决策者愿冒一定的风险去 争取最好效益。
丙代表“倾向风险型”。这条曲线代表逬取型的决策者，这类决策者对损失 反映迟钝，对获利非常敏感，追求大利，不怕风险，大胆决策。他们的效用观 点是：宁愿选择有一定风险的，但可获得较大的收益的方案。
4.4.2.2效用曲线的确定
效用曲线是他人运用心理测定法向决策者提问，了解决策者的心理倾向， 根据决策者的反应，测出不同益损值对应的效用值，而绘制出来的［李晓平， 1997］。确定效用函数的基本方法有两种：一种是直接提问法，另一种是对比提 问法。
直接提问法是向决策者提岀一系列问题，要求决策者进行主观衡量并作出 回答。这样不断提问与回答，可绘制出这决策者对某一问题的效用曲线。显然 这种提问与回答是十分含糊的，很难确切，所以应用较少。
对比提问法是通过与决策者的对话，了解他对确定性等价量的估计，再确 定效用函数。如对〈因，0.5, X）系统，决策者认为确定性等价量为Xo.5，在 以X和U （X）为坐标的图上得到A点。同理，再对〈Xo.5, 0.5, X）系统评 估，决策者认为确定性等价量为Xo.25,于是得到点B,再对〈冈，0.5, Xo.5） 系统评估，决策者认为确定性等价量Xo.75,于是得到C点。用上述方法再求一 些点，将它们连接起来，就得到一条反映决策者偏好的效用函数曲线（如图 4-5）o
图4-5效用函数曲线
4.4.3应用实例
某农机厂有一笔开发资金，正在考虑开发新产品A和B,有关数据见表4-7, 表中益损值的单位为万元。
表4-7新产品益损值表
产品铛幽；IS率 产品销路一般
P=0. 5 产品销路差
P=0. 2
益损值為汀 产品销路好
P=0. 3
方案A 20 10 -4
方案B 14 8 4
已知该厂决策者的效用观念的资料如下:
1.肯定得到14万元等效于：以0. 9的概率得到20万元和以0. 1的概 率损失4万元。
2.肯定得到10万元等效于：以0. 8的概率得到20万元和以0. 2的概 率损失4万。
3.肯定得到8万元等效于：以0.6的概率得到20万元和以0.4的概率损失4 万元。
试用最大期望效用值准则进疔决策。
令U（20万元）=100, U（-4万元）=0
则：
U（14万元）=U（20万元）X0.9+UC4万元）X0. 1=90
U（10万元）=U（20万元）X0. 8+U（-4万元）X0. 2=80
U（4万元）=U（20万元）X0. 6+U（-4万元）X0. 4=60
因此，方案A的期望效用值为：100X0.3+80X0.5+0X0.2 = 70
方案B的期望效用值为：90X0. 3+80X0. 5+60X0. 2 = 69
由上述分析可知，按最大期望效用值准则决策的结果是：选择改革方案A 最好。
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第五章系统的分析与设计
5.1系统概述
5.1.1系统总体结构
基于网络的农业机械装备管理信息系统是一个比较复杂的系统工程，在 1. 2. 3节中我们详细分析了我国农机化信息管理现状及当前使用的各类系统存 在的缺陷。本章提出了新的“基于网络的农业机械装备管理信息系统”的模式 （如图5-1）,解决目前农机化管理系统中存在的缺陷，满足农业生产、科研、
教学、管理和技术推广的需求。
本系统主要有农机装备市场信息、农机装备预测决策和农机装备综合信息 等三个子系统构成（图5-2）［郑人杰，1997； Pressman R S, 2000］。
基于网络的农业机械装备管理信息系统］
农机装备1 农机装备 1 农机装备
市场信息子系统］ 预测决策子系统］ 综合信息子系统
图5-2基于网络的农业机械装备管理信息系统
5.1.2系统组织结构
组织是人类社会细胞和特殊标志，人们为了改造自然，治理社会，管理自 身，必须有意识地结合起来，以便凭借群体的力量来完成共同认可的、单个无 法实现的目标。这种结合便是组织。组织是指在一定环境中，人们为达成共同 目标，按一定结构形式，活动规律所结合起来的具有特定功能的开放性群体。 因此，组织是一个群体系统，具有整体性、目的性、适应性、体系性和开放性 的特点［周之英，1999；万齐鸣，1992］。
基于网络的农业机械装备管理信息系统组织是组织的一种。完善而有效的 组织不仅为资源和要素的运行提供最合适的空间，而且可以部分地弥补或缓解 资源要素方面的缺陷。另外，系统结构越合理，系统各部分之间的活动与作用 就越协调。本系统的人员组织结构见表5-1。
表5-1系统人员组织结构
序号 使用者
1 农机装备企业信息管理人员
2 农机装备市场信息子系统管理员
3 农机装备预测决策子系统管理员
4 农机装备综合信息子系统管理员
5 农业部农业机械化管理司
6 省级农业机械化管理局
7 市级农业机械化管理局
8 农机装备用户
5.1.3系统特点
传统的农机化管理信息系统通常存在信息滞后、缺乏完整性和信息量小等 缺点。针对这些不足，本文将MIS技术、DSS技术与EC技术三者有机结合，并 运用于农业机械装备管理信息系统中，主要特点如下：
(1)信息完整性
农机管理部门为了解当前市场上的农机产品型号及主要技术参数，以便于 科技宣传和产品推广，每年都要花费大量的人力、物力和精力，进行资料收集、 整理，是一项使基层农机管理部门颇感头痛的烦琐工作。而本系统提出由农机
生产企业或者农机经营商自己来发布信息，保证产品信息的完整性。
此外，农机装备预测决策子系统中的数据采用县、市、省，由地方到中央， 层层报表统计的方式，有效保证了信息的正确性和完整性。
(2)信息及时性
近些年，国家对农机化科研和推广的经费严重不足，致使许多新技术成果 没有机会产业化。当前粮田适度规模经营实体和种粮大户迫切要求购买新机具 时，农机部门却无法及时提供适用可靠的机具，严重阻碍了我国农业信息化步 伐。
旧农机管理系统由本系统人员从报刊，杂志等渠道获取农机产品和技术信 息，并添加到农机管理信息系统中，而这些信息往往是严重滞后的，信息的有 用价值不高。
通过为农机生产企业或者农机经营商提供平台，由他们来发布信息，改变 以往信息滞后的不足，有效保证信息及时性。
(3)信息规模性
以往的农机信息管理系统不论是独立单机系统还是网络化系统，从本质上 看，这些系统的信息来源还是依赖于农机管理部门的少许几个信息采集人员。 然而，本系统采用农机装备生产企业或者经营者和农机管理部门共同来充实系 统信息，使系统的信息量成倍提高。
I
5.2农机装备市场信息子系统
农机装备市场信息子系统分为四大模块，即系统管理模块、企业服务模块、 客户服务模块和技术支持与服务模块。其中系统管理下设用户管理、系统日志 管理两个子模块；企业服务模块下设企业信息维护、产品信息管理、订单管理 和市场需求信息管理四个子模块；客户服务模块下设客户信息维护、产品査询 和订单发布三个子模块；技术支持模块下设邮件服务系统、技术咨询服务、系 统在线帮助三个子模块，具体如图5-3所示。
图5-3农机装备市场信息子系统模块
5.2.1系统管理模块
(1)用户管理
用户管理这里主要介绍农机企业方面，由用户注册、用户基本信息查询和 用户基本信息维护等模块组成。用户注册包括用户基本信息提交、系统审核、 用户权限分配、身份验证等；用户信息维护：包括用户权限管理、用户注销等[马 国玉，2002]-
农机企业通过填写注册登记单，提交用户基本信息(包括能证明身份的文 件，如个人身份证复印件和企业执照等)，系统在接收到提交的表单后，管理中 心的内部管理人员对表单的内容和用户身份证明文件进行合法性验证，经确认 无误后存入系统数据库中，然后系统把注册信息反馈给用户，表示注册是成功 还是失败，同时系统把注册相关信息写入系统日志中，以备查询和信息跟踪。 管理中心根据用户请求和基本信息，分配相应的用户权限和级别给用户。用户 注册流程图整个过程详见下图5-40
用户信息生效
审核不能通过
图5-4用户注册流程图
(2)系统日志管理
主要记录当前用户操作信息和对用户进行跟踪，把用户操作信息及用户信 息记入系统日志中，并能够进行查询、修改和删除。
5.2.2企业服务模块
(1)企业信息维护
用户在进入农机装备市场信息子系统时，必须先进行登录，进行身份验证, 验证通过后系统根据用户登录信息，获取用户的权限和级别，判断用户能进行 哪些功能的操作，这样用户可以登录到企业自己的管理中心[陈彩虹，2002]o
当然用户的基本信息实际上也是经常在变化的，用户可以对其基本信息进 行维护，如删除、修改等。企业信息维护流程如图5-5所示，农机企业信息表 结构见表5-2。
图5-5企业信息维护流程图
表5-2农机企业信息表结构
字段名 类型 长度/bit 含义
comp_id int 11 ID
logname varchar 20 登录名
logpsw varchar 20 密码
truename varchar 20 联系人姓名
comp_name varchar 100 公司名称
introduce text 300 公司简介
address varchar 100 公司地址
zipcode varchar 16 邮政编码
email varchar 30 电子邮件
emailbak varchar 30 备用电子邮件
website varchar 80 公司网址
regioncode char 3 所在国家代码
provincecode char 3 所在省份代码
city varchar 20 所在城市
tel varchar 30 联系电话
fax varchar 30 传真
logtime datetime 8 注册时间
tradecode char 3 企业所属行业代码
vip char 3 会员类别
credit char 3 企业信誉等级
commend char 2 系统审核标志
notes varchar 100 备注
与农机企业信息表结构相关的还有国家代码表（表5-3）,省份代码表（表
5-4）,企业所属行业代码表（表5-5）0
表5-3国家代码表结构
字段名 类型 长度/bit 含义
region_id int 11 ID
regioncode varchar 5 国家代码
regionname varchar 20 国家名称
表&4省份代码表结构
字段名 类型 长度/bit 含义
province_id int 11 ID
provincecode varchar 5 省份代码
provincename varchar 20 省份名称
表5-5 企业所属行业代码表结构
字段名 类型 长度/bit 含义
trade_id int 11 ID
tradecode varchar 5 类别代码
tradename varchar 30 类别名称
(2)产品信息管理
用户登录农机装备市场信息子系统后，填写产品入库表单，进入系统审核, 验证通过后写入产品数据库；如果审核不能通过，返回给用户，请再次确认产 品信息。此外，当用户发现产品信息填写有误或者需要更新时，可以对该信息 进行修改，但修改后必须从新通过系统审核。农机企业产品数据结构见表5-6, 产品信息表关联图如图5-6,产品信息管理流程如图5-7所示。
表5-6农机企业产品信息表结构
字段名 类型 长度/bit 含义
id int 11 ID
comp_id int 11 企业代码
prodname varchar 200 产品名称
trade char 3 所属类别
piepath varchar 50 产品图片位置
price float 默认 参考价格
range text 默认 适用范围
prodfunction text 默认 功能特点
technology text 默认 技术指标
time date 8 入库时间
hits int 11 点击率
flag char 2 系统审核
图5-6产品信息表关联图
图5-7产品信息管理流程
(3)订单管理和市场需求信息管理
订单管理模块包括客户订单目录、订单详情、订单完成状态浏览等。
市场需求信息管理模块主要作好产品的信息跟踪，对客户意见进行管理， 同时要作好各类信息的分类归档工作，便于系统管理。需求信息包括客户对产 品质量、服务质量方面的投诉，对产品性能、功能、外观等方面的新要求等。 系统可通过建立网上留言簿的形式实现，使企业可以随时和客户沟通联系。
5.2.3客户服务模块
(1)客户信息维护
客户信息维护子模块同前面介绍的企业服务模块中企业信息维护子模块基 本(详见5.2.2)相同，这里不再重复介绍。
(2)信息査询
信息查询可以分为农机企业信息查询和农机装备产品信息查询。注册并通 过系统审核的企业和提交并通过系统审核的产品信息才可以发布，并被用户搜 索查找，这个过程实现比较简单。
信息查询子模块实现共分六步：①进入数据查询模块；②选择要查询的数 据源；③选择查询模式；④定义查询条件；⑤将查询条件提交给数据库；⑥得 到查询结果集，并在页面上以一定的风格显示。信息查询流程如图5-8所示。
图5-8信息査询流程图
(3)用户订单管理 *
用户订单管理可以实现询价、报价，订单签定功能，订单修改和撤消等功 能。整个功能实现过程如图5-9所示[段建华，2002]o
图5-9用户订单管理流程图
5.2.4技术支持与服务模块
技术支持模块下设邮件服务系统、技术咨询服务、系统在线帮助三个子模 块。
技术咨询服务模块主要对各种技术信息的管理，实现技术问题的专家式咨 询，以讨论组方式实现。通过管理中心的电子邮件服务器，邮件服务系统实现 用户邮件服务申请和注册、邮件的发送、接收及管理。系统在线帮助供给使用 系统的各种帮助信息。
5.3农机装备预测决策子系统
农机装备预测决策子系统分为四大模块，即系统管理模块、数据管理模块、 分析处理模块和系统服务模块。系统管理模块下设部门维护、用户维护、数据 备份和系统日志四个子模块；数据管理模块下设数据采集和报表统计两个子模 块；分析处理模块下设数据预测、网上调查和数据决策三个子模块；系统服务 模块下设更改资料、系统帮助和退出系统三个子模块，具体如图5-10所示、。
图5-10农机装备市场信息子系统模块
5.3.1系统管理模块
系统管理模块由部门维护、用户维护、数据备份和系统日志四个子模块构 成。系统管理由政府农机管理部门组成，如农业部农业机械化管理司、省级农 业机械化管理局和市级农业机械化管理局等，具体设计方面参考5. 2. 1节介绍， 这里不再展开讨论。
数据备份'就是制作数据库结构，对象和数据的拷贝，以便在数据库遭到破 坏的时候能够修复数据库。数据库备份是一项重要的系统管理工作，是系统管 理员的日常工作。备份的内容应包括用户的数据库内容和系统数据库的内容。 执行备份的时候，允许其他用户继续对数据库进行操作。
5.3.2数据管理模块
数据管理模块下设数据釆集和报表统计两个子模块［梁斌，2002］ o
数据采集子模块实现主要由以下几步组成［杨俊生，2002］。①全面调查分 析，明确需要采集的哪些数据，并设计数据库结构；②根据数据表结构，设计 上报表单，在检验用户合法性和数据完整性的前提下实现数据釆集功能；③按 用户权限不同，实现相应的数据査找、修改和删除功能。
对于设计复杂综合性的报表，其关键是报表中的数据。如果能引用参数化 设计的原理，利用结构化设计语言的功能，将数据库中需要的数据挖掘出来， 并生成新的数据报表。本系统釆用柔性报表系统(FRS)设计思想，它是指为软 件系统的直接用户提供报表生成平台，用户利用这个平台提供的直观的、透明 的、交互的和可视化的方法，结合本单位、本部门的实际自行设计报表的格式、 报表的数据来源、计算和处理的方法，然后系统根据用户的定义自动生成用户 想要的报表。这就实现了用户报表界面的柔性化［申利民，2002］。这里需要考 虑到两个因素：第一，考虑登录用户的用户权限，有选择的开放数据库的数据 给用户；第二，考虑其他报表参数，以满足每个用户本身特定的需要，如制表 单位、制表日期、制表人员等信息。报表统计流程如图5-11所示。
图5-11报表统计流程
5.3.3分析处理模块
分析处理模块下设数据预测、网上调查和数据决策三个子模块。
(1)预测决策分析
预测决策分析是农机化管理系统中的一个重要部分。利用数据仓库中存储 的统计信息，通过基于模糊聚类的人工神经网络预测方法和灰色 马尔柯夫 联合预测方法对农机化各种数据信息进行合理的组织和预测计算，供决策者参 考。用粗糙集因子分析方法分析农机化影响因素，由效用理论提供决策方法。
首先确定数据源，从数据库中选择需要预测的数据，接着选择预测模型， 然后由系统根据测模型和以前的历史数据来预测未来信息[彭晓东，2003；袁 林，2001]»根据文中第四章介绍的预测数学方法，完成农机化信息预测系统的 整体结构设计(见图5-12)。
图5-12农机化信息预测系统的整体结构设计
(2)网上调査
市场调查是对商品及服务市场相关问题的全部信息进行系统的收集、记录、 分析的过程…市场调查为农机管理决策者提供尽可能充分、可靠的信息，帮助 他们发现并解决营销问题，减少决策的不准确性和错误，是管理部门了解农民 需求的真正有效手段。
本网上调查系统主要分为管理模块和用户调査模块[叶青，1998；赵鹏， 2002] o管理模块具有浏览某个调查项目、调查细项的反馈结果，并拥有删除、 修改、添加某个调査项目或删除、修改、添加该项目下的某些调查细项等动能。 用户调查模块提供给调查用户一个友好的使用界面，并将调査表展现给用户， 同时根据用户设定调查结果查看权限。
5.3.4系统服务模块
系统服务模块下设更改资料、系统帮助和退出系统三个子模块。
通过更改资料子模块，用户可以随时修个人资料、联系方式等；系统帮助 提供本子系统的各种使用说明，辅助用户使用更加方便；基于系统安全性的要 求，退出子模块实现用户信息安全保护。
5.4农机装备综合信息子系统
农机装备综合信息子系统主要包括农机科技信息模块、农业政策法规模块、 农机装备期刊和农机装备论坛（见图5-13）»
农机装备综合信息子系统
农机科技信息模块I 农业政策法规模I 农机装备期刊| 农机装备论坛
图5-13农机装备综合信息子系统模块图
5.4.1子系统流程
农机装备综合信息子系统包含各方面的信息，种类繁多，这些信息在整个 子系统运行过程中是在不断的变化着的，因而对这些信息的管理（包括增加、 修改和删除）是必不可少的。各种信息在进行增加、修改、删除操作时须进行 信息审核，信息审核主要检查用户的权限是否有此权利对数据库进行操作，有 此权限才给予通过，否则不能赋予信息的增加、删除和修改的权利，在审核通 过之后才把数据写入数据库中或从数据库中删除。同时系统把用户的操作过程 信息写入系统日志中。整个信息维护流程如图5-14所示。
图5-14信息维护流程图
5.4.2子系统模块
(1)农机科技信息模块
主要包括全国农机科研和推广项目立项、审批、实施情况，全国农机科技 的新产品、新成果、新专利情况，国际农机科技信息，科技推广应用，新产品 试验鉴定，农机科研开发情况，农机标准化情况，农机化科技发展需求和趋势 预测、信息，科技规划和计划等[丁永官，2003；陈良正，2001] o
(2)农业政策法规模块
市场经济体制下，法律对社会活动的影响愈来愈明显，对经济活动和利益 关系的规范和调整作用也愈来愈重要，从某种意义上说，市场经济就是法制经 济，市场农业就是法制农业。加入WT0以后，如何加强农业法制建设，依法支 持和保护农业，促进农业发展、农民增收和农村稳定，是涉农部门的一个重要 课题[黎明成，2000] o
农业政策法规模块重点推出有关农业科技投资及其管理、知识产权保护、 人才培养和引进及使用、农业科技企业及其产品的减免税、农业资源管理和保 护、农业科技的国际合作等政策法规的收集、存储和发布。
(3)农机装备期刊
①农机装备产品及零配件质量、农机更新和农机装备修理等信息收集、存 储、发布；②农机事故、安全检验、驾驶培训和考核等情况收集、存储、分析、 发布；③农机服务体系发展、农业机械化生产、农业工程开发等信息收集、存 储、分析、发布；④农机有关政策、措施执行情况、农机化重大政务活动及技 术经济活动等。
(4)农机装备论坛
BBS (Bulletin Board System,中译为电子公告牌或电子公告栏)，是用计 算机及软件建立的一种电子数据库，可以让人们登录，并在上面留下各种各样 的信息，以便相互交流和讨论。
农机装备论坛的设立有利于农机装备产品信息的传播，有利于农机装备用 户的经验交流，有利于我国农业事业的发展。
5.4.3农机装备论坛设计
(1)网上论坛的结构设计
整个论坛有用户管理、论坛管理和留言管理等三个模块组成［王春蕊， 2001］。用户管理主要实现用户的登录、注册、注销、修改个人资料和在线用户 的列表。论坛管理实现添加新论坛和子论坛，删除现有论坛和子论坛，发表新 文章，回复别人的文章，检索文章并且设置当有人回复文章时的邮件通知。留 言管理主要用于显示和查询留言并且可以给已注册的合法用户留言。在留言模 块中，则系统会随时提示用户新的留言回复。网上论坛系统结构如图5-15所示。
图5-15网上论坛系统结构图
(2)网上论坛数据库设计
网上论坛中共建立了用户表(User)、在线用户表(UserOnline)、论坛信 息表(BoardRoot)、子论坛信息表(Board)、文章信息表(Announce)和留言 信息表(Message)等六个数据表。
用户表记录了在本论坛注册的所有用户的相关信息；在线用户表记录了当 前论坛上所有在线用户的信息；论坛信息表和子论坛信息表存储了论坛和子论 坛的相应信息，通过代码建立论坛、子论坛以及相关主体的关联；文章信息表 记录了所有发表过的文章信息；留言新息表记录了本论坛的所有留言的信息。
(3)网上论坛流程设计与实现
网上论坛流程主要通过用户注册与登录、帖子标题的显示、帖子内容的显 示、提交新帖子和回复他人提交的帖子等五个重要模块展开，具体流程见图 5-16[张圣，2001] o
图5-16网上论坛流程图
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第六章系统的实现与安全性
6.1系统的实现
基于网络的农业机械装备管理信息系统运行界面（如图6-1）按功能划分 为农机装备市场信息、农机装备预测决策和农机装备综合信息等三个子系统。
用户在进入主页后，根据自己的身份和菜单进行操作。
在主页界面上，由行业快讯、商业机会和企业名录等组成农机装备市场信 息子系统（见图6-1中“①”）；农机装备预测决策子系统（见图6-1中“②”） 由统计管理做为入口；由农机科技、政策法规、农机论坛和农机期刊等组成农
图6-1系统运行主页界面
6.1.1农机装备市场信息子系统
“农机装备市场信息子系统”主要是以客户使用方便和安全为第一目标。 下面就“信息查询”和“需求信息”操作进行说明。
用户点击“供应信息”的具体条目（由图6-2中①步实现），弹岀的新页面 显示该农业机械装备产品的详细信息，如公司名称、产品名称、所属类别、参 考价格、适用范围、功能特点、技术指标、发布时间和点击率等，此外最重要 的是提供该产品的图片。如果用户对该产品感兴趣，就可以通过点击'公司名 称'（由图6-2中③步实现）进一步了解该公司的所有信息和相关产品。
当然，农机制造企业或者服务商也可以查看“采购信息”的具体条目（由 图6-2中②步实现），由弹出的新页面显示用户的详细需求信息。“采购信息” 由主题、产品名称、数量、参考价格、详细信息、发布时间、点击率和联系信 息（包括姓名、电子邮件、电话、传真、公司名称、地址、邮政编码）组成。 如果农机制造企业或者服务商有该产品，那么他们就可以同农户直接联系。
图6-2 “信息査询”和“需求信息”部分界面
“企业服务模块”下设身份认证、公司信息维护、产品维护、新闻维护、
客户订单、需求信息和客户服务等，用户点击相应的菜单项可执行相应的操作。
当企业用户进入该系统主页时，用户首先要首先要进行登录（由图6-3中 ①步实现），进行身份认证，方可对相应的功能项进行操作；对于没有注册为成 员的企业想加入到该系统中来，必须通过申请（或注册）来完成。
企业用户可以点击'产品维护'实现新产品添加（由图6-3中②步实现）、 删除、修改（由图6-3中③步实现）等功能。为保证产品信息的有效性，系统 采用'确认'形式实现，即公司新产品的发布不是马上被公布出来，而需要有 系统维护人员的认可才可以发布。当然，当公司对进行产品信息进行修改后， 同样也需要重新'确认
此外，为减少客户误操作，在进行重要操作的时候，都有二次提示，如进
行产品删除操作。
图6-3 “企业服务模块"部分界面
“系统管理模块”下设身份认证、客户信息维护、产品维护、新闻维护和
系统日志管理等，用户点击相应的菜单项可执行相应的操作。
当管理员进入该系统维护主页时，用户首先要首先要进行登录（由图6-4 中①步实现），进行身份认证，方可对相应的功能项进行操作。通过“搜索功能” （由图6-4中②步实现）准确定位到具体公司，方便管理员查找。同时，对“企 业服务模块”的'确认'功能在这里也得到实现（由图6-4中③步实现）。
此外，为减少管理员的误操作，在进行重要操作的时候，都有二次提示， 如进行'审核确认'操作。
图6-4 “系统管理模块”部分界面
6.1.2农机装备预测决策子系统
农机装备预测决策子系统使用人员从主系统界面上（见图6-5中①）登录, 进行身份认证，方可对相应的功能项进行操作。该子系统在整体界面上（见图 6-5中②）分为数据管理、分析处理、系统管理和系统服务四个主栏目。
图6-5农机装备预测决策子系统登录界面
下面介绍其中几个主要模块：农机化数据分析处理的'数据预测'模块和 '网上调査'模块。
从子系统的主菜单中点击进入'数据预测'界面（见图6-6中①），其中预 测模型和预测指标分别从系统模型库和统计数据库中动态读取。使用人员可以 选择相应的模型和数据进行预测，最后得到预测结果图（见图6-6中②，该图 是浙江省农业机械总动力预测图）。
图6-6农机化数据预测部分界面
而'网上调査'模块界面（见图6-7中①），显示具体调查项目名称，并可 以对该项目下的具体指标进行添加和修改（见图6-7中②），同时也可以查看其
调查统计结果图（见图6-7中③）。
图6-7网上调查模块部分界面
6.1.3农机装备综合信息子系统
“农机装备综合信息子系统”由功能上完全独立的四个模块组成：农机科 技、政策法规、农机期刊和农机论坛，其主要的服务对象为农户、农机制造企 业或者服务商。
'农机科技'模块主要有科技教育、技术推广、质量鉴定等信息构成，包 括松土机械、耕作机械、播种机械、除草机械、施肥机械、喷灌机械、运输机 械、储藏设备、加工设备等方面的现状及未来发展方向的材料（部分界面见图 6-8中①）。
'政策法规'分为国外和国内两类介绍。目前，用户可以通过本网络查询 到与农业有关的政策、法规、条例100多个，还可以查询到农业产前、产中、 产后科技政策材料（部分界面见图6-8中②）。
'农机期刊’从政府职能角度岀发，定期刊登重要会议精神、科技奖励、 科技条件与保障等政策性文件（部分界面见图6-8中③）。
'农机论坛'为农业机械装备信息提供者和需求者创造一个自由的交流平 台（部分界面见图6-9）o
图6-9农机论坛部分界面
6.2系统安全性
网络安全是指网络系统的硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不受偶 然的或者恶意的原因而遭到破坏、更改、泄露，系统连续可靠正常地运行，网 络服务不中断［王健，2003］o网络安全指涉及到网络上信息的保密性、完整性、 可用性、真实性和可控性等相关技术和理论，包括以下四个方面的安全：①运 行系统的安全；②网络上系统信息的安全；③网络上信息传播安全；④网络上 信息内容的安全［公安部计算机管理监察司，1998］。
6.2.1攻击网络安全性的类型
对互联网络的攻击包括对静态数据的攻击和对动态数据的攻击[乐光学， 2002；刘斌，1999],
（1） 对静态数据的攻击主要有：
猜测：通过穷举方式搜索口令空间，逐一测试，得到口令，进而非法入侵 系统。
IP地址欺骗:攻击者伪装成源自一台内部主机的一个外部地点传送信息包, 这些信息包中包含有内部系统的源IP地址，冒名他人，窃取信息。
指定路由：发送方指定一信息包到达目的站点的路由，而这条路由是经过 精心设计的、绕过没有安全控制的路由。
（2） 对动态数据的攻击主要有：
被动攻击主要是指攻击者监听网络上传递的信息流，从而获取信息的内容 （interception）,或仅仅希望得到信息流的长度、传输频率等数据，称为流量分 析（traffic analysis）。
主动攻击是指攻击者通过有选择的修改、删除、延迟、乱序、复制、插入 数据流或数据流的一部分以达到其非法目的。主动攻击可以归纳为中断、篡改、 伪造三种（图6-10）«
图6-10三种主动攻击和特性
中断是指阻断由发送方到接收方的信息流，使接收方无法得到该信息，这 是针对信息可用性的攻击（见图6-ll）o
篡改是指攻击者修改、破坏由发送方到接收方的信息流，使接收方得到错 误的信息，从而破坏信息的完整性（见團6-11）。
伪造是针对信息的冀实性的攻击，攻击者或者是首先记录一段发送方与接 收方之间的信息流，然后在适当时间向接收方或发送方重放（playback）这段 信息，或者是完全伪造一段信息流，冒充接收方可信任的第三方，向接收方发
送(见图6-11)。
用户1 用户2
1 用户1 用户2 用户1 用户2
3-4-*O O~q r-O O-f p-KD
J非法者 C j非法者
中断示意图 篡改示意图 伪造示意图
图6-11中断、篡改和伪造示意图
6.2.2系统安全性基本要求
(1)抵抗外来攻击
网络系统应该保证未经授权的用户无法进入系统，如果能保证所有进入网 络系统的用户都是合法用户则不存在侵入系统的危害。黑客侵入会给系统带来 一定的安全隐患，但管理人员应该考虑到黑客的侵入会给系统带来多大的危害 性，给特定用户或用户组，设置口令或者密码，限制访问，以避免黑客的侵入[陈 树平，2002],
(2).数据保密性
数据的保密性(Privacy)是指数据在双方传输的过程中，确保一些私有的、 重要的信息不会被泄漏，即任何未经授权的第三方都不能获取数据[黄伟峰， 2003]o
例如，在信息传递过程中，保证诸如订单数量、供货价格等商业机密保证 不会被第三方获取。
(3)数据完整性
数据完整性(Integrity)主要是指存储器中的数据必须和它被输入时或最后 一次被修改时一模一样，用于建立信息的计算机外围设备或配件必须正确地工 作，数据不能被其他人非法利用[谢永红，2002]o
数据信息早期主要应用于商业领域，这些数据是有价值的，这不但表现在 它被共享的时候，也表现在对它的保护，使其他人不能使用上。拥有数据信息 的机构将数据作为机密进行保存，因为这些数据信息使这些机构在竞争中处于 有利的地位。
(4)用户合法性
身份的验证是指对通信双方身份的确认,不让冒名顶替者获取双方的数据。 而身份的验证又包括了对用户身份的授权、身份的管理以及身份的审查，即需 要知道用户是谁，这些用户在系统中的权限等等[黄伟峰，2003],用户权限控 制和级别管理防数据的非法操作，保证没有此操作权限的用户随意修改数据。
例如，当生产厂商收到某一个“客户”一笔订单，厂商一定要能验证该订 单一定来自那个客户，而不是一伪造的订单，不然就会蒙受巨大的损失。检测， 防止非法用户进入系统。
6.2.3系统安全性的解决方案
基于Web的管理信息系统的安全管理包括三层：网络操作系统的安全性、 数据库的安全性和应用程序的安全性[田星，2001] o图6-12为网络管理系统的 安全示意图。网络操作系统的安全管理决定谁能登录到服务器上，谁能取得网 络上的哪些资源，这是第一层安全性。基于数据库的安全管理决定谁能登录到 数据库服务器上，每个用户可以执行的管理任务，每个用户可以访问的数据库、 数据库对象和数据。
图6-12网络管理系统的安全示意图
根据系统安全性要求，系统采用以下安全性方案：
(1)用户身份验证
身份识别是指用户向系统出示自己的身份证明过程，身份认证是系统查核 用户身份证明的过程，这两项工作统称为身份验证(或身份鉴别)，它是判明和 确认通信双方真实身份的两个重要环节[肖连华，2001]0用户身份验证可以确 保访问资源主体的合法性。
(2)数据加密技术
加密是用来将数据信息进行编码变成不易被侵入者阅读或理解的形式保护 数据和信息。当文件中包含敏感或关系重大的数据时应该采用加密技术，特别 是口令文件需要用加密进行进一步的保护。如果服务器上的口令文件处于未加 密的状况，可能会有人用口令探针和其他形式的偷听、窃听设备读取被传输的 数据，偷盗被传输的口令。高度敏感信息的电子邮件可以用口令进行保护并限 制接收者的阅读。即使网络入侵者接入你的系统，偷窃了数据也无法读取。系 统加密采用DES/RSA算法加密［练慧萍，1999；翟明玉，1998］。
(3)电子签名
在系统的权限设置中，我们已经为每一个操作员设定了自己的用户名和口 令，在电子签名过程中我们即利用这对用户的唯一标识来实现。在数据录入完 成和修改后，计划员或值班员通过输入自己的口令与登录用户名所属口令进行 比较，如果一致即将操作员用户名自动写入表相应栏目，确认该操作员所录数 据；如果口令不一致，提示出错，并且确认［施卫峰，2003］o
(4)监视跟踪
日志系统具有综合性数据记录功能和自动分类检索能力。完整的日志不仅 要包括用户的各项操作，而且还要包括网络中数据接收的正确性、有效性及合 法性的检查结果，为日后网络安全分析提供可靠的依据。许多应用程序的日志 记录只用于事后监督，其实对日志的分析还可用于预防入侵，提高网络安全。 在数据库应用系统中，日志将记录自用户登录开始起，直到退出系统为止，在 这段时间中所执行的所有操作，包括登录失败操作、对数据库的操作及系统功 能的使用等。因此、必须建立完善的日忘记录功能。另外，还可利用现有的网 络监视软件进行日忘记录和信息跟踪。例如，用日志监视跟踪可进行潜在“黑 客“攻击检查、单账号多用户检査和非工作时间操作检查等［罗明宇，2000］o
(5)审计
审计主要是确保可査性。审计作为一项安全技术，对信息系统的安全有着 很重要的作用。通过设置完善的审计机制，能及时提供与系统运行过程中的各 种可疑现象有关的信息，供有关人员分析、判断用户的身份和使用服务的一■些 情况，以便工作人员能及时发现隐患。审计功能可以记录主体访问客体的轨迹。 记录的内容包括：站点使用情况、服务器工作情况、链接状态、页面使用情况、 用户情况、访问时间、用户、操作类型及是否成功等。为提高审计功能，必要 时还需设置审计安全事件发生积累机制。当超过一定阈值时，能立刻发出报警， 以提示应采取措施［王惠琴，2002］-
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