計算機軟體技術在植保軟體開發中的應用論文
摘 要: 結合計算機軟體技術的發展就如何進行植保應用軟體的開發的一些技術性問題進行了探討。提出了植保科技人員應以軟體工程理論為指導,把握計算機應用的發展趨勢, 選擇適合於植保專業技術人員使用的應用軟體開發方法和工具, 組織好軟體開發人員, 開發高水平、高質量的植保應用軟體系統。該文還以黃淮海地區麥蚜預測預報系統(HH2AphidGIS) 的研製開發為例, 就上述原則中各個方面的具體應用進行了闡述。
關鍵詞: 軟體技術; 植保應用軟體; 軟體開發
當前, 隨著我國資訊化建設的飛速發展, 一些地區網路化建設程序的加快, 為植保計算機應用水平的提高提供了良好的機遇, 各地植保部門都已或正在準備配置較高檔次的計算機硬體裝置, 而與之相對應的植保計算機應用軟體的缺乏則成為提高植保計算機應用水平的制約因素。因而開發高水平的植保計算機應用軟體已迫在眉睫, 也是提高我國植保計算機應用水平的必由之路。本文結合計算機軟體技術的發展和中國農業大學植保資訊與軟體技術實驗室(IPM IST) 10 年來的實踐經驗就如何進行植保應用軟體開發的一些技術性問題進行了探討。
1 植保應用軟體的開發
在當前形勢下, 植保學科的科技人員應以軟體工程理論為指導, 把握計算機應用的發展趨勢, 選擇適合於植保專業技術人員使用的應用軟體開發方法和軟體開發工具, 組織好軟體開發人員, 開發高水平、高質量的植保應用軟體系統。
1.1 以軟體工程理論為指導
依據軟體工程的一般原理, 一個軟體從計劃設計到廢棄不用被稱為軟體的生存期( SW L ifeCycle) , 可以分為6 個階段: 軟體計劃---軟體需求分析---軟體設計---軟體編碼---軟體測試---軟體維護,生存期中的各個時期又可細分為若干更小的階段,不同的階段劃分方法, 就構成了不同的軟體生存期模型(S W L ifecycle Model) , 也稱為軟體開發模型。在軟體工程的發展過程中, 形成了許多種類的開發模型, 如瀑布模型(WaterfallModel)、快速原型模型(Rap id Pro to typ ing Model) 等。各種模型的應用要根據所要開發的具體的應用軟體系統來確定,同時也與所採用的開發方法及使用的開發工具有關。值得指出的是, 不同的軟體開發方法具有不同的特點, 對軟體生命期工程階段劃分的強調程度也不一樣, 但軟體生命期的觀點仍然是軟體工程學的一個基本觀點, 反映了軟體發生、發展所應遵循的內在規律(謝榮傳, 1995)。
植保應用軟體系統的研製同一般性應用軟體開發一樣, 必須以軟體工程學原理和方法為指導, 軟體工程學理論與方法是高質量植保軟體研製成功的根本保障。原因在於: 能夠有效地進行系統計劃與設計, 少走彎路, 避免不應有的錯誤, 從而縮短開發週期, 節約人力物力。能夠順利地進行系統開發, 在質量保證的前提下, 為使用者提供正確、可靠的應用軟體。能夠科學地進行系統維護, 在實際應用中保持軟體旺盛的生命力。回顧近幾年已開發出較為優秀的植保應用軟體, 如綠十字博士系統(全國農業技術推廣服務中心研製)、粘蟲遷飛專家系統(中國農科院植物保護研究所研製)、梨黑星病預測與管理專家系統ESPSPM (李保華等, 1996)、植檢害蟲圖文資訊系統(王之嶺, 1996)、植物病毒檢疫診斷支援系統PQV 2DSS (李明福, 1996) 以及北方地區蔬菜害蟲田間識別系統PESTD IA G (李志紅, 1997) 等, 這些軟體的研製無一不滲透了軟體工程的思想。黃淮海地區麥蚜預測預報系統(HH2AphidGIS) 根據軟體工程理論進行了系統的設計, 以快速原型法為系統開發模型(高靈旺, 1998)。
從目前所進行的一些植保軟體系統( 如 PQ 2IN FORM IS、PestD iag 等) 的開發來看, 由於系統的規模較小, 開發人員一般只有1～2 人, 因此在系統的生命週期中減少了一些有關文件, 如計劃任務書、需求規格任務書和設計說明書等的書寫。另外, 由於軟體工程理論本身的發展, 即面向物件技術與視覺化程式設計技術的發展, 也使得一些較為複雜的系統的開發設計也變得相對容易, 因而也不必完全按照上述模式來嚴格地書寫有關文件, 但整個系統的開發還是依照軟體生命期來完成的, HH2AphidGIS 系統的研製就是這樣進行的。
1.2 開發平臺的選擇
作業系統是最重要的計算機系統軟體之一。作業系統是對計算機系統自身的硬體和軟體資源進行全面控制和管理(存貯管理、處理器管理、裝置管理、資訊管理和作業管理) 的程式, 使計算機在其總指揮下能夠正常執行, 所有安裝在計算機中的其他軟體都依靠作業系統的指令來完成工作。作業系統是使用者和計算機的介面, 也就是應用軟體的開發平臺。
選擇開發平臺時, 應充分考慮平臺的實用性、簡易性、可維護性、可擴充套件性、效能價格比、對網路的適用性、所用基本支撐環境的普及性及計算機應用的未來發展方向。目前, W indow s 系統由於使用者介面友好、易於操作等特點而倍受使用者的歡迎, 因而, 基於W indows的應用軟體也成為當今軟體開發商和使用者的首選方案。以黃淮海地區麥蚜預測預報系統(HH-AphidGIS)的開發為例,在開發原型時選擇了W indows3.1作為系統開發的平臺。但從發展方向上看,Microsoft的32位W indows95作業系統已逐步成為微機應用的主要平臺,而W indows95/98 N T 作為未來微機和網路系統的主要應用平臺, 其發展勢頭是不可阻擋的;同時各地區測報部門的計算機應用也逐步在向Windows95/98 平臺移植,W indow s 95/98 將作為該系統未來應用的主要平臺。因而HH2AphidGIS系統最終放棄了Windows3.1,選擇以Windows95為開發平臺,以保證其技術的先進性,以及與未來計算機應用的發展方向保持一致。
1.3 開發方法的選擇
根據軟體工程理論對系統進行需求分析和設計後, 選擇適合於系統需求的開發方法是十分重要的。總的來說, 用於應用軟體系統開發的途徑主要可歸納為2 種:
第一由系統開發人員使用Bo rland C+ + 、V isualBA SIC 或Delphi 等語言直接程式設計, 稱為直接程式設計法。這種方法開發週期長, 費用高, 系統完成後的穩定性、健壯性均需大量的工作來保證, 而且對開發人員的要求較高。但這種方法優點是靈活, 開發者可以充分發揮其想象力, 靈活自如地設計出各種變化的使用者介面, 並能夠充分實現系統所要求的種種特殊功能。
第二使用市場已有的開發工具, 如A utho rware、M ult ibase 等來實現, 稱為工具法。這種方法開發週期短、開發費用較低, 開發人員一般無需程式設計, 透過編寫劇本、書寫描述語言或編輯卡片等即可完成應用系統。系統的健壯性和穩定性依賴於所使用的開發平臺或開發系統。開發人員很難突破開發平臺所提供的各種功能的限制, 因而開發出的應用系統也較為模式化。
對於一個具體的系統而言, 需根據系統設計階段的需求分析和開發人員的實際情況進行選擇, 如V egePest 作為一個多媒體資料庫就是選擇用工具法作為其系統的開發方法, 而PestD iag 作為一個多媒體專家系統, 需進行嚴格的推理, 目前的一些工具軟體還都不具備這種能力, 因而選擇了直接程式設計法。HH2AphidGIS 系統作為一個集地理資訊系統、多媒體、資料庫管理、預測預報等功能於一體的實用性系統, 從系統開發的需求分析來看,HH2AphidGIS 系統不但需要多媒體功能的支援, 而且主要進行麥蚜的預測預報, 需進行模型的運算以及模型與GIS 之間的互動作用, 採用工具法無法滿足這些要求, 因此, 該系統的開發選擇了第一種方法, 即直接程式設計法。
1.4 開發工具的選擇
如果選擇了應用直接程式設計法進行植保應用軟體系統的開發, 則選擇適宜的開發工具就成為必須認真考慮的一個重要問題。如何選擇恰當的工具,這取決於你使用的作業系統平臺、開發工具易用性、應用軟體的適用範圍、要解決的問題、規模、技術發展方向和可擴充套件性等多方面的因素。工具的選擇既要滿足應用系統的功能需求, 又須滿足其效能需求(如運算速度、列印速度等) , 也可以幾種不同的語言平臺進行混合程式設計, 以便取長補短。目前植保應用軟體的開發應以視覺化開發工具為首選工具。
隨著計算機技術的不斷髮展, 程式設計工具也得到了迅猛的發展。近年來, 在眾多的`程式設計工具中, 視覺化程式設計工具的發展格外引人注目。V isual BA SIC的推出使得"幾分鐘內就可編寫一個W indow s 應用程式"已經不再是神話。而Bo rland Delphi 210 的推出則使視覺化程式設計工具逐漸進入熱潮。尤其是從1997年以來視覺化程式設計工具成為一個非常活躍的領域,各軟體廠商紛紛推出自己產品的新版本, 在功能、效能等方面均有較大提高, 各產品之間的競爭也更加激烈。
一般的視覺化開發工具( 如V isual BA SIC,Power Builder 和Delphi) 都提供了視覺化的開發環境, 提供了對OL E 構件(OCX) 的支援, 可以與多種資料庫建立連線, 並且它們都有自己的底層程式語言等等(V isual BA SIC 用的是BA SIC, Delphi 用的是Object Pascal)。每種開發工具都有其技術特色和特定的應用領域, 因而每個工具都擁有其特定的使用者群。但各產品在不斷升級的過程中, 不斷取長補短, 不斷地融入許多競爭對手的產品的特點, 功能不斷豐富,效能不斷完善。
在HH2AphidGIS 系統開發過程中, 根據系統功能的需求選擇了以Bo rland Delphi Client Server210 版作為系統開發的主要工具, 並輔以其它工具軟體等。這主要是考慮了Delphi 以下幾個方面的特點: ①藉助Delphi 中控制元件和模板的使用與功能, 編寫程式非常方便, 提高了開發應用程式的效率,②Delphi 預先將應用程式編譯成經過最佳化的原生代碼, 其執行速度明顯高於同類產品; ③Delphi 的一個超強能力就是可以將原先在桌面型資料庫開發的程式很輕易地讓遠端SQL 伺服器接受, 甚至在資料來源改變後都無需對使用者介面做任何的修改。同時使用者不需要第三方的開發工具, 直接能夠在Delphi 的整合環境中進行資料庫操作。
1.5 開發人員的組成
計算機應用軟體系統開發人員的組成是隨著程式語言和開發工具的發展變化而變化的。計算機高階程式語言的產生使廣大非計算機專業工作者(一般使用者) 能夠進入計算機應用領域。尤其值得一提的是, 近年來面向物件理論的發展和視覺化開發工具的興起, 大大降低了應用軟體系統開發的難度, 減少了程式程式碼的書寫量, 提高了軟體開發的效率, 為廣大非計算機專業工作者(包括植保工作者) 開發出本領域內高質量的應用軟體系統提供了可靠的工具,使各領域內應用軟體系統的開發進一步擺脫了計算機專業人員的限制, 而各領域的專家也逐步成為應用軟體系統開發的主導人員。
根據以上分析以及從總結 IPM IST 實驗室 10多年來的實踐經驗來看, 目前植保應用軟體系統的開發可以植保專業人員為主。當然, 其中的一部分人應該既對軟體工程理論和程式設計知識有一定的瞭解, 又是植保領域的專家。從應用軟體系統的分析、設計, 到系統的最終實現, 系統開發人員都應把注意力集中在如何來反映植保專業的特點, 植保專業知識的收集、整理及其內涵的深入挖掘等方面, 而不是專注於冗長乏味的程式碼行的編寫上。當今軟體技術的發展, 尤其是面向物件技術和視覺化開發工具的發展為之提供了便利的條件, 因此係統設計人員和應用領域的專家能夠有機地融合為一體。
沈佐銳等人曾就植保領域專家系統的開發提出了產、學、研相結合的參與式協作方式。筆者認為這種方式同樣適用於植保專業各個方面的應用軟體系統的開發, 如多媒體資料庫系統、資訊管理與決策支援系統等。這種方式既能夠保證專業應用軟體系統的適用性與專業理論的緊密結合, 又能夠有利於後續人才的培養。
黃 淮 海 地 區 麥 蚜 預 測 預 報 系 統 (HH-AphidGIS) 的開發就是採取了產、學、研相結合的參與式協作方式進行的, 由中國農科院植保所麥蟲組、中國農業大學植保系 IPM IST 實驗室以及山東、河北、河南等省的植保總站合作完成。其中, 中國農科院植保所負責專案的組織協調工作和有關試驗的設計、安排, 上述三省植保總站提供歷年麥蚜觀測的資料資料, 中國農業大學植保系 IPM IST 實驗室透過分析所獲取的各種資料完成系統的開發研製工作,最後由三省植保總站進行應用及驗證。
2 展 望
植保應用軟體系統的開發, 經過近10 多年來的積累, 特別是近3 年來的飛速發展, 已成為計算機農業應用中一個較為活躍的領域, 並在農業生產及病蟲害綜合管理等方面發揮著越來越重要的作用。
我國目前已有一些科技示範區將計算機專家系統用於指導農業生產, 產生了巨大的經濟效益和社會效益, 收到了良好的示範效果。隨著計算機技術和國民經濟的不斷髮展,在不遠的將來農業計算機應用將會更加普及, 應用範圍也會不斷擴大, 這就相應地對農業計算機應用軟體系統在數量和質量上提出更高的要求。因此, 開發出更多、更好、更加實用化的植保應用軟體系統也就成為植保工作者責無旁貸的職責所在。對此, 我們應該有著清醒的認識, 抓住機遇, 為我國植保技術的發展提供更廣闊的天地。
[ 主要參考文獻]
[ 1 ] 高靈旺. 黃淮海地區麥蚜資訊管理與預測預報技術研究: [ 博士學位論文
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北京: 中國農業大學, 1998
[ 2 ] 謝榮傳. 計算機軟體技術基礎. 北京: 北京科學技術出版社, 1995. 308p
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[ 6 ] 管致和主編. 植物醫學導論第十四章. 北京: 北京農業大學出版社, 1996. 369～387