摘 要: 结合计算机软件技术的发展就如何进行植保应用软件的开发的一些技术性问题进行了探讨。提出了植保科技人员应以软件工程理论为指导,把握计算机应用的发展趋势, 选择适合于植保专业技术人员使用的应用软件开发方法和工具, 组织好软件开发人员, 开发高水平、高质量的植保应用软件系统。该文还以黄淮海地区麦蚜预测预报系统(HH2AphidGIS) 的研制开发为例, 就上述原则中各个方面的具体应用进行了阐述。
关键词: 软件技术; 植保应用软件; 软件开发
当前, 随着我国信息化建设的飞速发展, 一些地区网络化建设进程的加快, 为植保计算机应用水平的提高提供了良好的机遇, 各地植保部门都已或正在准备配置较高档次的计算机硬件设备, 而与之相对应的植保计算机应用软件的缺乏则成为提高植保计算机应用水平的制约因素。因而开发高水平的植保计算机应用软件已迫在眉睫, 也是提高我国植保计算机应用水平的必由之路。本文结合计算机软件技术的发展和中国农业大学植保信息与软件技术实验室(IPM IST) 10 年来的实践经验就如何进行植保应用软件开发的一些技术性问题进行了探讨。
1 植保应用软件的开发
在当前形势下, 植保学科的科技人员应以软件工程理论为指导, 把握计算机应用的发展趋势, 选择适合于植保专业技术人员使用的应用软件开发方法和软件开发工具, 组织好软件开发人员, 开发高水平、高质量的植保应用软件系统。
1.1 以软件工程理论为指导
依据软件工程的一般原理, 一个软件从计划设计到废弃不用被称为软件的生存期( SW L ifeCycle) , 可以分为6 个阶段: 软件计划---软件需求分析---软件设计---软件编码---软件测试---软件维护,生存期中的各个时期又可细分为若干更小的阶段,不同的阶段划分方法, 就构成了不同的软件生存期模型(S W L ifecycle Model) , 也称为软件开发模型。在软件工程的发展过程中, 形成了许多种类的开发模型, 如瀑布模型(WaterfallModel)、快速原型模型(Rap id Pro to typ ing Model) 等。各种模型的应用要根据所要开发的具体的应用软件系统来确定,同时也与所采用的开发方法及使用的开发工具有关。值得指出的是, 不同的软件开发方法具有不同的特点, 对软件生命期工程阶段划分的强调程度也不一样, 但软件生命期的观点仍然是软件工程学的一个基本观点, 反映了软件发生、发展所应遵循的内在规律(谢荣传, 1995)。
植保应用软件系统的研制同一般性应用软件开发一样, 必须以软件工程学原理和方法为指导, 软件工程学理论与方法是高质量植保软件研制成功的根本保障。原因在于: 能够有效地进行系统计划与设计, 少走弯路, 避免不应有的错误, 从而缩短开发周期, 节约人力物力。能够顺利地进行系统开发, 在质量保证的前提下, 为用户提供正确、可靠的应用软件。能够科学地进行系统维护, 在实际应用中保持软件旺盛的生命力。回顾近几年已开发出较为优秀的植保应用软件, 如绿十字博士系统(全国农业技术推广服务中心研制)、粘虫迁飞专家系统(中国农科院植物保护研究所研制)、梨黑星病预测与管理专家系统ESPSPM (李保华等, 1996)、植检害虫图文信息系统(王之岭, 1996)、植物病毒检疫诊断支持系统PQV 2DSS (李明福, 1996) 以及北方地区蔬菜害虫田间识别系统PESTD IA G (李志红, 1997) 等, 这些软件的研制无一不渗透了软件工程的思想。黄淮海地区麦蚜预测预报系统(HH2AphidGIS) 根据软件工程理论进行了系统的设计, 以快速原型法为系统开发模型(高灵旺, 1998)。
从目前所进行的一些植保软件系统( 如 PQ 2IN FORM IS、PestD iag 等) 的开发来看, 由于系统的规模较小, 开发人员一般只有1～2 人, 因此在系统的生命周期中减少了一些有关文档, 如计划任务书、需求规格任务书和设计说明书等的书写。另外, 由于软件工程理论本身的发展, 即面向对象技术与可视化编程技术的发展, 也使得一些较为复杂的系统的开发设计也变得相对容易, 因而也不必完全按照上述模式来严格地书写有关文档, 但整个系统的开发还是依照软件生命期来完成的, HH2AphidGIS 系统的研制就是这样进行的。
1.2 开发平台的选择
操作系统是最重要的计算机系统软件之一。操作系统是对计算机系统自身的硬件和软件资源进行全面控制和管理(存贮管理、处理器管理、设备管理、信息管理和作业管理) 的程序, 使计算机在其总指挥下能够正常运行, 所有安装在计算机中的其他软件都依靠操作系统的指令来完成工作。操作系统是用户和计算机的接口, 也就是应用软件的开发平台。
选择开发平台时, 应充分考虑平台的实用性、简易性、可维护性、可扩展性、性能价格比、对网络的适用性、所用基本支撑环境的普及性及计算机应用的未来发展方向。目前, W indow s 系统由于用户界面友好、易于操作等特点而倍受用户的欢迎, 因而, 基于W indows的应用软件也成为当今软件开发商和用户的首选方案。以黄淮海地区麦蚜预测预报系统(HH-AphidGIS)的开发为例,在开发原型时选择了W indows3.1作为系统开发的平台。但从发展方向上看,Microsoft的32位W indows95操作系统已逐步成为微机应用的主要平台,而W indows95/98 N T 作为未来微机和网络系统的主要应用平台, 其发展势头是不可阻挡的;同时各地区测报部门的计算机应用也逐步在向Windows95/98 平台移植,W indow s 95/98 将作为该系统未来应用的主要平台。因而HH2AphidGIS系统最终放弃了Windows3.1,选择以Windows95为开发平台,以保证其技术的先进性,以及与未来计算机应用的发展方向保持一致。
1.3 开发方法的选择
根据软件工程理论对系统进行需求分析和设计后, 选择适合于系统需求的开发方法是十分重要的。总的来说, 用于应用软件系统开发的途径主要可归纳为2 种:
第一由系统开发人员使用Bo rland C+ + 、V isualBA SIC 或Delphi 等语言直接编程, 称为直接编程法。这种方法开发周期长, 费用高, 系统完成后的稳定性、健壮性均需大量的工作来保证, 而且对开发人员的要求较高。但这种方法优点是灵活, 开发者可以充分发挥其想象力, 灵活自如地设计出各种变化的用户界面, 并能够充分实现系统所要求的种种特殊功能。
第二使用市场已有的开发工具, 如A utho rware、M ult ibase 等来实现, 称为工具法。这种方法开发周期短、开发费用较低, 开发人员一般无需编程, 通过编写剧本、书写描述语言或编辑卡片等即可完成应用系统。系统的健壮性和稳定性依赖于所使用的开发平台或开发系统。开发人员很难突破开发平台所提供的各种功能的限制, 因而开发出的应用系统也较为模式化。
对于一个具体的系统而言, 需根据系统设计阶段的需求分析和开发人员的实际情况进行选择, 如V egePest 作为一个多媒体数据库就是选择用工具法作为其系统的开发方法, 而PestD iag 作为一个多媒体专家系统, 需进行严格的推理, 目前的一些工具软件还都不具备这种能力, 因而选择了直接编程法。HH2AphidGIS 系统作为一个集地理信息系统、多媒体、数据库管理、预测预报等功能于一体的实用性系统, 从系统开发的需求分析来看,HH2AphidGIS 系统不但需要多媒体功能的支持, 而且主要进行麦蚜的预测预报, 需进行模型的运算以及模型与GIS 之间的交互作用, 采用工具法无法满足这些要求, 因此, 该系统的开发选择了第一种方法, 即直接编程法。
1.4 开发工具的选择
如果选择了应用直接编程法进行植保应用软件系统的开发, 则选择适宜的开发工具就成为必须认真考虑的一个重要问题。如何选择恰当的工具,这取决于你使用的操作系统平台、开发工具易用性、应用软件的适用范围、要解决的问题、规模、技术发展方向和可扩展性等多方面的因素。工具的选择既要满足应用系统的功能需求, 又须满足其性能需求(如运算速度、打印速度等) , 也可以几种不同的语言平台进行混合编程, 以便取长补短。目前植保应用软件的开发应以可视化开发工具为首选工具。
随着计算机技术的不断发展, 编程工具也得到了迅猛的发展。近年来, 在众多的编程工具中, 可视化编程工具的发展格外引人注目。V isual BA SIC的推出使得"几分钟内就可编写一个W indow s 应用程序"已经不再是神话。而Bo rland Delphi 210 的推出则使可视化编程工具逐渐进入热潮。尤其是从1997年以来可视化编程工具成为一个非常活跃的领域,各软件厂商纷纷推出自己产品的新版本, 在功能、性能等方面均有较大提高, 各产品之间的竞争也更加激烈。
一般的可视化开发工具( 如V isual BA SIC,Power Builder 和Delphi) 都提供了可视化的开发环境, 提供了对OL E 构件(OCX) 的支持, 可以与多种数据库建立连接, 并且它们都有自己的底层编程语言等等(V isual BA SIC 用的是BA SIC, Delphi 用的是Object Pascal)。每种开发工具都有其技术特色和特定的应用领域, 因而每个工具都拥有其特定的用户群。但各产品在不断升级的过程中, 不断取长补短, 不断地融入许多竞争对手的产品的特点, 功能不断丰富,性能不断完善。
在HH2AphidGIS 系统开发过程中, 根据系统功能的需求选择了以Bo rland Delphi Client Server210 版作为系统开发的主要工具, 并辅以其它工具软件等。这主要是考虑了Delphi 以下几个方面的特点: ①借助Delphi 中控件和模板的使用与功能, 编写程序非常方便, 提高了开发应用程序的效率,②Delphi 预先将应用程序编译成经过优化的本地代码, 其执行速度明显高于同类产品; ③Delphi 的一个超强能力就是可以将原先在桌面型数据库开发的程序很轻易地让远端SQL 服务器接受, 甚至在数据来源改变后都无需对用户界面做任何的修改。同时用户不需要第三方的开发工具, 直接能够在Delphi 的集成环境中进行数据库操作。
1.5 开发人员的组成
计算机应用软件系统开发人员的组成是随着编程语言和开发工具的发展变化而变化的。计算机高级编程语言的产生使广大非计算机专业工作者(一般用户) 能够进入计算机应用领域。尤其值得一提的是, 近年来面向对象理论的发展和可视化开发工具的兴起, 大大降低了应用软件系统开发的难度, 减少了程序代码的书写量, 提高了软件开发的效率, 为广大非计算机专业工作者(包括植保工作者) 开发出本领域内高质量的应用软件系统提供了可靠的工具,使各领域内应用软件系统的开发进一步摆脱了计算机专业人员的限制, 而各领域的专家也逐步成为应用软件系统开发的主导人员。
根据以上分析以及从总结 IPM IST 实验室 10多年来的实践经验来看, 目前植保应用软件系统的开发可以植保专业人员为主。当然, 其中的一部分人应该既对软件工程理论和程序设计知识有一定的了解, 又是植保领域的专家。从应用软件系统的分析、设计, 到系统的最终实现, 系统开发人员都应把注意力集中在如何来反映植保专业的特点, 植保专业知识的收集、整理及其内涵的深入挖掘等方面, 而不是专注于冗长乏味的代码行的编写上。当今软件技术的发展, 尤其是面向对象技术和可视化开发工具的发展为之提供了便利的条件, 因此系统设计人员和应用领域的专家能够有机地融合为一体。
沈佐锐等人曾就植保领域专家系统的开发提出了产、学、研相结合的参与式协作方式。笔者认为这种方式同样适用于植保专业各个方面的应用软件系统的开发, 如多媒体数据库系统、信息管理与决策支持系统等。这种方式既能够保证专业应用软件系统的适用性与专业理论的紧密结合, 又能够有利于后续人才的培养。
黄 淮 海 地 区 麦 蚜 预 测 预 报 系 统 (HH-AphidGIS) 的开发就是采取了产、学、研相结合的参与式协作方式进行的, 由中国农科院植保所麦虫组、中国农业大学植保系 IPM IST 实验室以及山东、河北、河南等省的植保总站合作完成。其中, 中国农科院植保所负责项目的组织协调工作和有关试验的设计、安排, 上述三省植保总站提供历年麦蚜观测的数据资料, 中国农业大学植保系 IPM IST 实验室通过分析所获取的各种数据完成系统的开发研制工作,最后由三省植保总站进行应用及验证。
2 展 望
植保应用软件系统的开发, 经过近10 多年来的积累, 特别是近3 年来的飞速发展, 已成为计算机农业应用中一个较为活跃的领域, 并在农业生产及病虫害综合管理等方面发挥着越来越重要的作用。
我国目前已有一些科技示范区将计算机专家系统用于指导农业生产, 产生了巨大的经济效益和社会效益, 收到了良好的示范效果。随着计算机技术和国民经济的不断发展,在不远的将来农业计算机应用将会更加普及, 应用范围也会不断扩大, 这就相应地对农业计算机应用软件系统在数量和质量上提出更高的要求。因此, 开发出更多、更好、更加实用化的植保应用软件系统也就成为植保工作者责无旁贷的职责所在。对此, 我们应该有着清醒的认识, 抓住机遇, 为我国植保技术的发展提供更广阔的天地。
[ 主要参考文献]
[ 1 ] 高灵旺. 黄淮海地区麦蚜信息管理与预测预报技术研究: [ 博士学位论文]. 北京: 中国农业大学, 1998
[ 2 ] 谢荣传. 计算机软件技术基础. 北京: 北京科学技术出版社, 1995. 308p
[ 3 ] 姚 青, 黎 峰. 制作多媒体软件的两种方法. 微型计算机, 1997, 17(3) : 106～107
[ 4 ] 曹国钧主编. 最新Delphi 210310 入门、应用及实例详解. 成都: 电子科技大学出版社, 1997. 452p
[ 5 ] 张育荣, 曾彦贺编著. Delphi——从入门到精通. 北京:清华大学出版社, 1996, 229p
[ 6 ] 管致和主编. 植物医学导论第十四章. 北京: 北京农业大学出版社, 1996. 369～387
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