基于.NET的农作物育种助手软件的研发

傅伟等

摘要：针对农作物育种处理数据方式落后的现状，设计并实现了基于.NET的农作物育种助手软件。系统基于.NET平台进行设计，采用MVC模式进行实现，在数据采集端利用手持设备进行采集，数据通过移动网络实时传输到服务器处理，或者通过手持设备暂时保存数据，采集完成后同步到服务器中。系统的运用能显著提高农作物育种效率和育种质量，使数据处理变得方便、快捷。

关键词：农作物；.NET；MVC模式；育种助手软件

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）06-1426-03

Crop Breeding Assistant Software Based on .NET

FU Wei，JIANG Dao-xia，TU Gang，XU Lian-xia，LI Jian

（Computer Technology & Artistic Design Department， Jiangsu Vocational and Technical College of Finance & Economics，

Huaian 223003， Jiangsu，China）

Abstract： In view of the situation of processing crop breeding data， crop breeding assistant software based on .NET System and platform was developed. MVC model was used in the end of data acquisition through using handheld devices. Data were processed through the mobile network real-time transmission to the server or by a handheld device temporarily. Data acquisition was completed， synchronized to the server. The software significantly improved the efficiency and quality of breeding， making data processing more convenient and fast.

Key words： crop； .NET； MVC model； breeding assistant software

农作物育种是一项长期工作，培育出一个优良品种需要经过多代性状的选择。随着代数的增加，种子的性状才能逐渐稳定下来[1-4]。影响农作物产量的性状因素较多，在育种的过程中，有大量的数据需要保存下来，因此利用信息化的手段来保存数据就显得尤其重要。长期以来，我国农作物育种数据处理方式比较落后，大部分都是利用田间记载本记录作物性状，然后进行分析。由于一个优良品种的培育需要较长时间，利用纸质材料保存记录，常有数据丢失的情况发生，影响了育种工作的正常开展；另外对农作物性状数据查询分析起来比较麻烦，需要手工统计汇总数据，不仅费时而且容易出错。

随着计算机技术不断发展，已经有部分农作物育种单位开始采用软件系统辅助育种管理，但是由于农作物种类繁多，不同农作物所需要考察的性状不一样，没有一个通用系统能适应所有的农作物育种管理[5-7]。本研究立足江苏省徐淮地区淮阴农业科学研究所育种实际情况，以水稻（Oryza sutiva L.）、小麦（Triticum aestivum L.）为育种作物开发出一套管理系统，系统采用比较成熟的 .NET技术进行设计，采用MVC模式进行开发，在数据采集端采用手持设备进行获取，通过在农作物上贴上电子标签进行识别，采集的数据可以实时传送到服务器进行处理，显著提高育种的工作效率、质量和信息化水平。

1 相关技术

1.1 NET技术

NET Framework用于创建和运行各种软件，包括基本的Web应用程序、智能客户端应用程序以及XML Web服务[8-11]。用不同语言编写的、在不同平台下运行的软件可以使用Web Service在计算机网络中像在本地进程之间一样交换数据。ASP.NET提供了丰富的缓存服务及性能计数器，开发人员和系统管理员可以监视这些性能计数器，以测试新的应用程序和搜集有关现有的应用程序的度量标准。

1.2 RFID技术

RFID（Radio frequency identification，RFID）[12-15]即射频识别技术，是一种无线通信技术。RFID系统一般由电子标签、阅读器和相应的软件组成，通过阅读器向电子标签发送电磁场，电子标签获取电流之后向阅读器进行应答。在农作物上绑定相应的电子标签，通过手持式设备向电子标签读写数据，无需再利用田间记载本记录相关数据，通过设备读取相关数据，然后在设备上记载相应性状和其他参数，再通过读写器将数据写入到电子标签中，数据记录完成之后可以启动上网功能将数据同步到服务器中，完成数据的采集过程。

2 系统需求的分析

本系统主要以淮安市广泛种植的两种主要粮食作物水稻和小麦为例，系统用户主要有江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所科研人员、科研管理人员、系统管理员、田间试验员等，系统主要功能是实现数据有效记载和后期数据分析。育种过程中影响农作物品质的性状比较多，另外农作物生长环境也会影响到农作物性状的变化，因此试验要在同等条件下进行，这样才便于综合考虑农作物性状。水稻育种中系统需要记录的数据主要有：试验田基本情况包括土壤质地、土壤肥力；秧田基本情况包括种子处理、播种期、播种量、育秧方式、施肥；生育特性包括播种期、移栽期、秧龄、始穗期、齐穗期、成熟期、全生育期；主要经济性状包括穗长、每穗总粒数、每穗实粒数、结实率、千粒重。小麦育种中系统需要记录的数据主要有：田间记载包括出苗期、抽穗期、成熟期、全生育期；室内考种包括每穗粒数、饱满度、粒色、粒质、千粒重、黑胚率等。由于两种农作物生长环境有所差别，系统中所需要考察的性状差别比较大，系统中将对两种农作物分别进行设计。根据农作物育种过程，系统管理员将系统初始化，给其他用户分配用户名和密码，并承担数据库的维护工作。田间试验员是育种过程的主要工作人员，负责田间数据的记录，将数据实时上传到服务器或者采集完成后同步到服务器中。科研管理人员和科研人员主要负责数据分析和处理，根据农作物的各种数据对农作物进行评优，最后选定下一代农作物繁殖的种子。系统的运行能方便快捷地保存数据，便于农作物性状数据分析，为农作物育种提供高效的工作方式。系统顶层设计图如图1所示。

3 系统功能的设计

该系统功能主要分为系统维护、用户管理、试验田管理、性状管理、肥力管理、株号管理、图片管理等模块如图2所示。

系统维护模块：系统管理员在系统运行之初，清空数据库中的数据；在系统运行之后系统管理员按照一定的策略定期进行备份，在数据库出现问题之后进行恢复，保证数据库的运行安全。

用户管理：系统中的四类用户需要在数据库中录入基本信息，用户在获取系统管理员分配的用户名和密码之后进入系统中添加自已的基本信息，如姓名、年龄、性别、所属部门等基本信息，若用户信息有变化时可以在系统中进行修改。用户若不参与系统的工作系统管理员可以删除该用户。

试验田管理：农作物育种中，试验田的选择也比较重要，在系统中根据试验的实际情况填写土壤的质地，按我国土壤质地分类标准进行填写；土壤肥力按分肥沃、中上、中、中下、差5个等级填写，只有在相同的土壤情况下才能比较出品种质量。

性状管理：性状管理是育种中需要记录的主要参数，由于不同农作物所具有的性状不相同，系统中需要先选定农作物类型，转换到相应的农作物性状。性状记录由田间试验员根据实际情况记录，性状管理是一个长期的过程，因为农作物的育种需要经过几年的时间，从每一代中选择优良品种进行培育。

肥力管理：农作物在生长发育期间要施各种化肥，根据土壤和农作物发育情况来合理施用化肥，田间试验员需要记录施肥时间、施肥量、化肥类型，肥力相关参数作为最后评价农作物品质的一重要外部参数。

株号管理：农作物育种通常需要几代的培育才能完成，各代之间形成族谱，每一代的母本和父本都需要记录清楚，由于育种过程中株数较多，因此不能利用简单的顺序编号，必须遵循一定的编码规则，科研管理人员可以根据农作物的不同在系统中预先设定好，通过株号可以清楚地了解农作物在整个族谱中的位置，有利于科研人员进一步分析和研究。

图片管理：在系统中还通过图像分析的技术来自动获取农作物的某些性状，田间试验员在野外拍摄图像，在系统中利用图像处理模块，可以对图像进行各种处理，完成系统自动获取性状的功能，例如果穗特征的提取，穗长、穗粗的计算。

4 系统的实现

根据系统的分析与设计，按照三层体系架构实现了农作物育种助手软件，系统前台开发采用VS2010，后台数据库设计采用SQL Server 2008开发。用户登录系统时首先输入用户名称与密码如图3a所示，点击确定后，进入系统主界面。系统根据用户角色赋予相应的权限，用户在系统中完成育种数据处理的相关工作，如图3b所示为田间试验员将田间试验数据录入系统界面，系统将水稻的各种性状都在列举在界面中，方便试验员的录入。

5 小结

农作物育种信息化建设是必然趋势，本研究根据江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所育种的实际工作需要，利用.NET实现育种系统的大部分工作，根据育种情况的最新要求，系统还在不断地完善。通过与江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所的合作探讨以及试运行，育种工作者反映系统整体运行状况良好，满足了育种工作的需要，代替了部分原来手工完成的工作，数据保存和分析变得更加方便和快捷。

参考文献：

[1] 陈立平，李奉令.农博士育种家软件在育种工作中的应用技术[J].中国园艺文摘，2010（7）：171-172.

[2] 赵 薇，司龙亭，蒋兰玲.果菜类蔬菜育种信息处理系统的设计与实现[J].河南农业科学，2008（10）：105-109.

[3] 韦 冰，刘润生，宋桂敏.基于.NET的银狐核心群育种管理系统的设计与实现[J].安徽农业科学，2011，39（23）：14159-14161.

[4] 徐东升，屈 雷.基于Web的陕北白绒山羊辅助育种管理系统的设计与实现[J].家畜生态学报，2009，30（4）：57-60.

[5] 张文广，李金泉，张永斌，等.绒山羊计算机辅助育种系统的设计与实现[J].中国畜牧兽医，2008，35（6）：152-156.

[6] 鲁绍雄，夏文财.肉羊信息管理与育种分析系统的研究[J].畜牧兽医杂志，2010，29（2）：16-19.

[7] 蒋兰玲，杨 勇，赵 薇.蔬菜育种信息处理系统设计[J].农业网络信息，2009（1）：19-23.

[8] 张克非.ASP.NET网络程序设计及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[9] 刘志成，许锁坤.ASP.NET应用开发教程[M].北京：高等教育出版社，2011.

[10] 侯春英，任 华，林忠会.C#程序设计项目教程[M].北京：航空工业出版社，2012.

[11] 费紫琦.基于RFID技术的零售业物流模型分析[D].辽宁大连：东北财经大学，2010.

[12] 罗清尧，熊本海，杨 亮，等.基于超高频RFID的生猪屠宰数据采集方案[J].农业工程学报，2011，27（2）：75-79.

[13] 落红卫，程 伟.RFID安全威胁和防护措施[J].电信网技术，2010（3）：95-98.

[14] 范一心，张 辉.企业RFID模块应用研究与实现[J].微型电脑应用，2012，28（8）：102-106.

[15] 刘 潇，刘 幸，吴胜华.基于RFID的智能家居用户识别定位技术分析[J].物联网技术，2011，1（9）：56-58.

3 系统功能的设计

该系统功能主要分为系统维护、用户管理、试验田管理、性状管理、肥力管理、株号管理、图片管理等模块如图2所示。

系统维护模块：系统管理员在系统运行之初，清空数据库中的数据；在系统运行之后系统管理员按照一定的策略定期进行备份，在数据库出现问题之后进行恢复，保证数据库的运行安全。

用户管理：系统中的四类用户需要在数据库中录入基本信息，用户在获取系统管理员分配的用户名和密码之后进入系统中添加自已的基本信息，如姓名、年龄、性别、所属部门等基本信息，若用户信息有变化时可以在系统中进行修改。用户若不参与系统的工作系统管理员可以删除该用户。

试验田管理：农作物育种中，试验田的选择也比较重要，在系统中根据试验的实际情况填写土壤的质地，按我国土壤质地分类标准进行填写；土壤肥力按分肥沃、中上、中、中下、差5个等级填写，只有在相同的土壤情况下才能比较出品种质量。

性状管理：性状管理是育种中需要记录的主要参数，由于不同农作物所具有的性状不相同，系统中需要先选定农作物类型，转换到相应的农作物性状。性状记录由田间试验员根据实际情况记录，性状管理是一个长期的过程，因为农作物的育种需要经过几年的时间，从每一代中选择优良品种进行培育。

肥力管理：农作物在生长发育期间要施各种化肥，根据土壤和农作物发育情况来合理施用化肥，田间试验员需要记录施肥时间、施肥量、化肥类型，肥力相关参数作为最后评价农作物品质的一重要外部参数。

株号管理：农作物育种通常需要几代的培育才能完成，各代之间形成族谱，每一代的母本和父本都需要记录清楚，由于育种过程中株数较多，因此不能利用简单的顺序编号，必须遵循一定的编码规则，科研管理人员可以根据农作物的不同在系统中预先设定好，通过株号可以清楚地了解农作物在整个族谱中的位置，有利于科研人员进一步分析和研究。

图片管理：在系统中还通过图像分析的技术来自动获取农作物的某些性状，田间试验员在野外拍摄图像，在系统中利用图像处理模块，可以对图像进行各种处理，完成系统自动获取性状的功能，例如果穗特征的提取，穗长、穗粗的计算。

4 系统的实现

根据系统的分析与设计，按照三层体系架构实现了农作物育种助手软件，系统前台开发采用VS2010，后台数据库设计采用SQL Server 2008开发。用户登录系统时首先输入用户名称与密码如图3a所示，点击确定后，进入系统主界面。系统根据用户角色赋予相应的权限，用户在系统中完成育种数据处理的相关工作，如图3b所示为田间试验员将田间试验数据录入系统界面，系统将水稻的各种性状都在列举在界面中，方便试验员的录入。

5 小结

农作物育种信息化建设是必然趋势，本研究根据江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所育种的实际工作需要，利用.NET实现育种系统的大部分工作，根据育种情况的最新要求，系统还在不断地完善。通过与江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所的合作探讨以及试运行，育种工作者反映系统整体运行状况良好，满足了育种工作的需要，代替了部分原来手工完成的工作，数据保存和分析变得更加方便和快捷。

参考文献：

[1] 陈立平，李奉令.农博士育种家软件在育种工作中的应用技术[J].中国园艺文摘，2010（7）：171-172.

[2] 赵 薇，司龙亭，蒋兰玲.果菜类蔬菜育种信息处理系统的设计与实现[J].河南农业科学，2008（10）：105-109.

[3] 韦 冰，刘润生，宋桂敏.基于.NET的银狐核心群育种管理系统的设计与实现[J].安徽农业科学，2011，39（23）：14159-14161.

[4] 徐东升，屈 雷.基于Web的陕北白绒山羊辅助育种管理系统的设计与实现[J].家畜生态学报，2009，30（4）：57-60.

[5] 张文广，李金泉，张永斌，等.绒山羊计算机辅助育种系统的设计与实现[J].中国畜牧兽医，2008，35（6）：152-156.

[6] 鲁绍雄，夏文财.肉羊信息管理与育种分析系统的研究[J].畜牧兽医杂志，2010，29（2）：16-19.

[7] 蒋兰玲，杨 勇，赵 薇.蔬菜育种信息处理系统设计[J].农业网络信息，2009（1）：19-23.

[8] 张克非.ASP.NET网络程序设计及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[9] 刘志成，许锁坤.ASP.NET应用开发教程[M].北京：高等教育出版社，2011.

[10] 侯春英，任 华，林忠会.C#程序设计项目教程[M].北京：航空工业出版社，2012.

[11] 费紫琦.基于RFID技术的零售业物流模型分析[D].辽宁大连：东北财经大学，2010.

[12] 罗清尧，熊本海，杨 亮，等.基于超高频RFID的生猪屠宰数据采集方案[J].农业工程学报，2011，27（2）：75-79.

[13] 落红卫，程 伟.RFID安全威胁和防护措施[J].电信网技术，2010（3）：95-98.

[14] 范一心，张 辉.企业RFID模块应用研究与实现[J].微型电脑应用，2012，28（8）：102-106.

[15] 刘 潇，刘 幸，吴胜华.基于RFID的智能家居用户识别定位技术分析[J].物联网技术，2011，1（9）：56-58.

3 系统功能的设计

该系统功能主要分为系统维护、用户管理、试验田管理、性状管理、肥力管理、株号管理、图片管理等模块如图2所示。

系统维护模块：系统管理员在系统运行之初，清空数据库中的数据；在系统运行之后系统管理员按照一定的策略定期进行备份，在数据库出现问题之后进行恢复，保证数据库的运行安全。

用户管理：系统中的四类用户需要在数据库中录入基本信息，用户在获取系统管理员分配的用户名和密码之后进入系统中添加自已的基本信息，如姓名、年龄、性别、所属部门等基本信息，若用户信息有变化时可以在系统中进行修改。用户若不参与系统的工作系统管理员可以删除该用户。

试验田管理：农作物育种中，试验田的选择也比较重要，在系统中根据试验的实际情况填写土壤的质地，按我国土壤质地分类标准进行填写；土壤肥力按分肥沃、中上、中、中下、差5个等级填写，只有在相同的土壤情况下才能比较出品种质量。

性状管理：性状管理是育种中需要记录的主要参数，由于不同农作物所具有的性状不相同，系统中需要先选定农作物类型，转换到相应的农作物性状。性状记录由田间试验员根据实际情况记录，性状管理是一个长期的过程，因为农作物的育种需要经过几年的时间，从每一代中选择优良品种进行培育。

肥力管理：农作物在生长发育期间要施各种化肥，根据土壤和农作物发育情况来合理施用化肥，田间试验员需要记录施肥时间、施肥量、化肥类型，肥力相关参数作为最后评价农作物品质的一重要外部参数。

株号管理：农作物育种通常需要几代的培育才能完成，各代之间形成族谱，每一代的母本和父本都需要记录清楚，由于育种过程中株数较多，因此不能利用简单的顺序编号，必须遵循一定的编码规则，科研管理人员可以根据农作物的不同在系统中预先设定好，通过株号可以清楚地了解农作物在整个族谱中的位置，有利于科研人员进一步分析和研究。

图片管理：在系统中还通过图像分析的技术来自动获取农作物的某些性状，田间试验员在野外拍摄图像，在系统中利用图像处理模块，可以对图像进行各种处理，完成系统自动获取性状的功能，例如果穗特征的提取，穗长、穗粗的计算。

4 系统的实现

根据系统的分析与设计，按照三层体系架构实现了农作物育种助手软件，系统前台开发采用VS2010，后台数据库设计采用SQL Server 2008开发。用户登录系统时首先输入用户名称与密码如图3a所示，点击确定后，进入系统主界面。系统根据用户角色赋予相应的权限，用户在系统中完成育种数据处理的相关工作，如图3b所示为田间试验员将田间试验数据录入系统界面，系统将水稻的各种性状都在列举在界面中，方便试验员的录入。

5 小结

农作物育种信息化建设是必然趋势，本研究根据江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所育种的实际工作需要，利用.NET实现育种系统的大部分工作，根据育种情况的最新要求，系统还在不断地完善。通过与江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所的合作探讨以及试运行，育种工作者反映系统整体运行状况良好，满足了育种工作的需要，代替了部分原来手工完成的工作，数据保存和分析变得更加方便和快捷。

参考文献：

[1] 陈立平，李奉令.农博士育种家软件在育种工作中的应用技术[J].中国园艺文摘，2010（7）：171-172.

[2] 赵 薇，司龙亭，蒋兰玲.果菜类蔬菜育种信息处理系统的设计与实现[J].河南农业科学，2008（10）：105-109.

[3] 韦 冰，刘润生，宋桂敏.基于.NET的银狐核心群育种管理系统的设计与实现[J].安徽农业科学，2011，39（23）：14159-14161.

[4] 徐东升，屈 雷.基于Web的陕北白绒山羊辅助育种管理系统的设计与实现[J].家畜生态学报，2009，30（4）：57-60.

[5] 张文广，李金泉，张永斌，等.绒山羊计算机辅助育种系统的设计与实现[J].中国畜牧兽医，2008，35（6）：152-156.

[6] 鲁绍雄，夏文财.肉羊信息管理与育种分析系统的研究[J].畜牧兽医杂志，2010，29（2）：16-19.

[7] 蒋兰玲，杨 勇，赵 薇.蔬菜育种信息处理系统设计[J].农业网络信息，2009（1）：19-23.

[8] 张克非.ASP.NET网络程序设计及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[9] 刘志成，许锁坤.ASP.NET应用开发教程[M].北京：高等教育出版社，2011.

[10] 侯春英，任 华，林忠会.C#程序设计项目教程[M].北京：航空工业出版社，2012.

[11] 费紫琦.基于RFID技术的零售业物流模型分析[D].辽宁大连：东北财经大学，2010.

[12] 罗清尧，熊本海，杨 亮，等.基于超高频RFID的生猪屠宰数据采集方案[J].农业工程学报，2011，27（2）：75-79.

[13] 落红卫，程 伟.RFID安全威胁和防护措施[J].电信网技术，2010（3）：95-98.

[14] 范一心，张 辉.企业RFID模块应用研究与实现[J].微型电脑应用，2012，28（8）：102-106.

[15] 刘 潇，刘 幸，吴胜华.基于RFID的智能家居用户识别定位技术分析[J].物联网技术，2011，1（9）：56-58.