基于用戶交互的精準農(nóng)業(yè)氣象服務方法研究

李玉華 褚希 張紅

(1山東省氣象防災減災重點實驗室山東濟南 250031;2山東省氣象服務中心山東濟南 250031)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受氣象條件的影響較大，農(nóng)作物的生長過程與氣象條件的變化有著緊密的聯(lián)系，氣象條件的好壞決定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能否穩(wěn)定進行，作物的產(chǎn)量、品質也與天氣條件密切相關。隨著中國農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過程離不開氣象服務的保障；農(nóng)作物種植、生長、收獲的每個階段，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者都要依照天氣情況進行相應的農(nóng)事活動，只有開展精準化的氣象服務，才能讓氣象工作在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中更好地發(fā)揮作用［1-3］。隨著智能手機的廣泛普及，面向用戶端的氣象服務APP大量興起，2018年，熊文兵等［4］研發(fā)了智能化的手機氣象服務APP，能夠給出不同氣象條件下的氣象影響評價和生產(chǎn)建議。同年，姜珊等［5］設計了“沈陽農(nóng)氣通”APP，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)氣象產(chǎn)品的移動客戶端發(fā)布。2019年，梁正文等［6］開發(fā)了長順興農(nóng)氣象手機客戶端，開展氣象信息、生產(chǎn)管理等“直通式”氣象為農(nóng)服務。2020年，郭昌松等［7］開發(fā)了設施農(nóng)業(yè)氣象服務APP，為福建省設施農(nóng)業(yè)基地用戶提供氣象服務。但不同氣象服務APP只是服務方式的改變，提供的還是普適性的天氣服務產(chǎn)品，仍欠缺針對用戶種植作物個性化、精準化的氣象服務功能。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，一方面，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者較傳統(tǒng)農(nóng)戶，多為知識性農(nóng)民，擁有一定的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識儲備，熟悉作物生長習性，有一定的作物管理經(jīng)驗，善于觀察和總結；許多農(nóng)業(yè)用戶已收集了一些農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗型數(shù)據(jù)指標，并希望該類實踐經(jīng)驗和數(shù)據(jù)指標能在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮作用。另一方面，氣象部門對用戶需求的了解不夠，用戶農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識和經(jīng)驗不足，因此，迫切需要用戶參與到氣象服務的過程中來。如何讓用戶真正參與到氣象服務中來，是氣象部門迫切需要研究和解決的問題。因此，本研究提出了在移動互聯(lián)網(wǎng)下與用戶進行交互的精準農(nóng)業(yè)氣象服務方法，依托氣象服務手機APP，融合用戶的氣象服務需求，結合用戶的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗，匹配氣象服務產(chǎn)品，從而實現(xiàn)精準農(nóng)業(yè)氣象服務。

1 基于用戶交互的精準農(nóng)業(yè)氣象服務方法

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，移動支付、移動游戲、掌上音樂、掌上購物等開啟了“云端”生活。用戶交互體驗在圖形圖像技術研究、新媒體網(wǎng)站、物聯(lián)網(wǎng)、電力設備檢修、供水、醫(yī)療等領域的應用越來越受重視，用戶交互體驗也成為了用戶服務產(chǎn)品研發(fā)與設計的必備環(huán)節(jié)［8-13］。交互就是交流互動、有問有答，如常見的具有交互功能的網(wǎng)站，能讓用戶與用戶、用戶與平臺之間進行交流互動。交互式服務，是指為用戶提供向社會公眾發(fā)布文字、圖片、音視頻等信息的服務，包括但不限于論壇、社區(qū)、貼吧、文字或者音視頻聊天室、微博、即時通信、分享存儲、第三方支付、移動應用商店等互聯(lián)網(wǎng)信息服務。2020年李倩［14］進行了智能化農(nóng)業(yè)信息管理的交互設計，構建了人機交互模塊的輸出轉換接口，實現(xiàn)了智能化的農(nóng)業(yè)信息管理和應用開發(fā)。同年，陳璨等［15］依托“知音真實故事”平臺，通過問卷調研粉絲群，發(fā)現(xiàn)知識型信息交互行為可以正向影響粉絲滿意度。

開展用戶交互的基礎是移動互聯(lián)網(wǎng)，在移動互聯(lián)網(wǎng)下開展交互式服務，即基于互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)，通過搭建數(shù)據(jù)共享平臺進行交互信息的收集，利用交互信息更好地開展服務。氣象服務要精準服務農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，需要將用戶的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗融入到氣象服務中，在移動互聯(lián)網(wǎng)下開展交互式精準農(nóng)業(yè)氣象服務，實現(xiàn)氣象服務和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相融合。氣象服務手機APP開啟了針對移動平臺的氣象服務應用新篇章，架起了用戶和氣象服務部門溝通的橋梁，可將氣象服務手機APP作為用戶交互的有效渠道，面向用戶增加互動功能模塊，實現(xiàn)用戶服務需求信息的獲取。用戶的經(jīng)驗型氣象服務指標，能夠精確地總結和反映氣溫、降水、大風等氣象要素對作物生長關鍵期的影響情況，有效地指導氣象部門開展氣象服務，從而利用實況和未來的天氣預報資料，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供農(nóng)事建議和作物生長適宜度分析等。因此，可通過氣象服務手機APP加入用戶交互式服務場景應用，開展用戶參與的農(nóng)業(yè)氣象服務，如針對用戶關心的天氣要素指標信息、重要農(nóng)時節(jié)點氣象條件、主要農(nóng)作物生長情況等，建立用戶與氣象部門的交互專區(qū)，在后端開發(fā)用戶交互信息的數(shù)據(jù)和產(chǎn)品的匹配功能，通過開展用戶交互式氣象服務體驗，實現(xiàn)用戶參與的融入式的農(nóng)業(yè)精準氣象服務。因此，在移動互聯(lián)網(wǎng)下，基于用戶交互的精準農(nóng)業(yè)氣象服務方法的具體步驟如下。

（1）依托一定的為農(nóng)氣象服務APP，搭建用戶和氣象服務端的橋梁；

（2）開發(fā)用戶交互模塊，允許用戶進行信息反饋；

（3）交互模塊收集用戶反饋信息，傳送后端支撐系統(tǒng)，提取有效信息進行數(shù)據(jù)質量控制，建立用戶個人氣象服務指標庫；

（4）后端支撐系統(tǒng)運用精準匹配算法，生成精準化氣象服務產(chǎn)品；

（5）通過APP進行用戶“一對一”的精準靶向推送。

該方法主要涉及五方面的內容：（1）有一定交互式服務的應用場景，依托特定的網(wǎng)站或APP，搭建用戶應用環(huán)境；（2）進行交互式模塊的設計，通過特定的交互模塊，獲取用戶需求、用戶行為、用戶基礎信息、用戶經(jīng)驗和習慣等關鍵信息的反饋；（3）建立用戶個人指標數(shù)據(jù)庫，整理交互模塊的反饋信息，進行“一人一庫”管理；（4）應用精準匹配方法，基于基礎氣象服務產(chǎn)品，結合用戶個人指標數(shù)據(jù)，重新進行自適應算法調整，匹配用戶需求信息，生成精準氣象服務產(chǎn)品；（5）進行用戶服務產(chǎn)品的靶向發(fā)布，將精準農(nóng)業(yè)氣象服務產(chǎn)品及時、靶向發(fā)送到用戶端。基于用戶交互的精準農(nóng)業(yè)氣象服務方法框架，見圖1。

圖1 基于用戶交互的精準農(nóng)業(yè)氣象服務方法框架

2 方法應用實例

為更好地滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對氣象服務的需求，加快移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術在農(nóng)業(yè)氣象服務領域的集成應用，山東省氣象局依托省政府“十三五”《山東現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象服務保障工程》項目，推進為農(nóng)氣象服務供給側改革，定位于農(nóng)業(yè)氣象服務，開發(fā)了移動終端系統(tǒng)——“鋤禾問天”為農(nóng)氣象服務APP［16-17］。以“鋤禾問天”APP為載體（其在移動互聯(lián)網(wǎng)下作為用戶交互的通道），開展基于用戶交互的精準農(nóng)業(yè)氣象服務方法研究，可實現(xiàn)交互式精準農(nóng)業(yè)氣象服務。

2.1 用戶交互模塊設計

首先設計用戶的種植信息，通過“種植區(qū)域”模塊，設定用戶種植作物的區(qū)域和地址，為匹配氣象服務信息提供基礎。其次，按照系統(tǒng)內作物生育期的設置，提供作物當前所處的生育期，推送當前生育期氣象條件下的農(nóng)事活動建議等；同時允許用戶根據(jù)實際情況調整作物生育期，即通過“生育期調整”模塊進行重新設置，根據(jù)當前作物生長情況確定生育期。再次，設計“指標配置”模塊，允許用戶根據(jù)作物生長適宜度、農(nóng)事活動、氣象災害等信息進行個人指標的調整和設定。針對作物生長適宜度，用戶可對溫度、風速、最高溫度、最低溫度、最大風速、降水、空氣相對濕度、日照等氣象指標進行精確設置；針對農(nóng)事活動、氣象災害、病蟲害等，允許添加個人指標信息。系統(tǒng)在原有指標的基礎上，結合個人指標，重新修訂相關指標，從而匹配作物所需的氣象服務信息。相關的用戶交互模塊設計見圖2。

2.2 氣象服務指標庫

氣象服務指標庫，包括生育期、生長適宜度、病蟲害發(fā)生發(fā)展氣象條件等級、關鍵農(nóng)時農(nóng)事活動適宜度、農(nóng)事建議五大方面。氣象服務指標庫分系統(tǒng)指標庫和個人指標庫。系統(tǒng)指標庫為系統(tǒng)設定的基礎指標信息，是按照氣象條件對作物的不同影響，利用基礎氣象觀測數(shù)據(jù)、氣象預報服務產(chǎn)品以及農(nóng)業(yè)氣象服務數(shù)據(jù)和產(chǎn)品等構建，如圖3。個人指標庫是用戶針對個人種植的作物類型、當?shù)靥鞖饧皻夂蛱攸c，結合種植經(jīng)驗形成的作物氣象指標；用戶可在“鋤禾問天”APP端，通過交互模塊，通過參與指標訂正、氣象要素因子選擇、氣象要素閾值選擇等開展作物指標自我管理，添加精細化的個人作物指標等；系統(tǒng)在后端管理平臺進行數(shù)據(jù)質量控制后，按照“一人一庫”的模式，形成用戶個人指標庫。氣象服務指標庫為每一種作物、每一個用戶建立了專屬檔案，是開展作物全生育期精細化服務的重要基礎。

圖2 用戶交互模塊設計

圖3 氣象服務系統(tǒng)指標庫

2.3 精準氣象服務產(chǎn)品生成和推送

根據(jù)作物指標庫信息，針對用戶關注的作物種類，逐一細化分析每一種農(nóng)作物生產(chǎn)過程中對氣象服務的需求，系統(tǒng)將按照作物配置信息并結合系統(tǒng)指標進行氣象信息服務；進行了個人指標庫定義的，系統(tǒng)將按照個人指標庫并結合氣象資料進行重新分析，匹配對應的氣象服務產(chǎn)品，結合作物屬性、當前氣象條件和氣候狀況，分析確定作物所處的生育期，開展作物全生育期精細化服務。

2.3.1 計算和劃分作物生長適宜度

在作物不同生育期通過分析氣象要素指標，結合當天天氣要素信息，按照用戶設定的閾值指標，判斷作物在當前階段是否處于指標區(qū)間內，從而確定當前氣象條件是否適宜作物生長，作物生長適宜度信息自動推送給用戶，提醒用戶及時采取防范措施。

2.3.2 預估并提示相應的農(nóng)業(yè)氣象災害

針對作物不同生育期內的災害，比如對小麥的干旱、干熱風、連陰天等災害性天氣進行監(jiān)測分析，生成農(nóng)業(yè)氣象災害服務信息和產(chǎn)品，并依據(jù)氣象條件對農(nóng)業(yè)病蟲害的影響，劃分農(nóng)業(yè)病蟲害發(fā)生發(fā)展氣象條件等級，相關氣象信息及服務產(chǎn)品通過“鋤禾問天”APP自動推送給受影響用戶，給出關鍵農(nóng)時農(nóng)事活動建議。結合作物生育期和用戶個人指標庫，融合未來的天氣預報信息，將噴藥、灌溉、施肥、晾曬、播種、收獲等農(nóng)事適宜活動，通過APP發(fā)送至用戶，提示用戶及時進行有益的農(nóng)事活動，如圖4。

圖4 作物生長適宜度預報及農(nóng)事活動適宜度模塊

3 方法應用分析

移動互聯(lián)網(wǎng)下基于用戶交互的精準農(nóng)業(yè)氣象服務方法，能夠提高氣象為農(nóng)服務的精準度。通過在用戶手機APP端進行交互模塊的合理設計，允許用戶進行更加精準的數(shù)據(jù)選擇、信息編輯，將用戶的上傳信息作為農(nóng)業(yè)氣象服務需求的有效反饋，建立精準氣象服務指標庫，針對農(nóng)業(yè)災害性天氣、重要農(nóng)時節(jié)點、農(nóng)作物發(fā)育情況等氣象產(chǎn)品將更加精準。該方法還可提高氣象防災減災的時效性和針對性?；谟脩艚换シ答佇畔?，提供基于用戶位置的用戶種植信息、作物生育期差異等精準氣象服務，可增加氣象為農(nóng)服務信息的準確度和預報預警服務的及時性，有效降低氣象災害對農(nóng)業(yè)的影響，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)防災減災中更好的發(fā)揮眾籌的優(yōu)勢。此外，該方法可有效推進融入式、交互性為農(nóng)氣象服務場景的應用；通過“鋤禾問天”手機客戶端，提供便捷的用戶交互，可對用戶需求、用戶行為、用戶習慣等信息進行提取，增加用戶粘性，也更加有效地促進氣象服務與用戶需求的深度融合。

移動互聯(lián)網(wǎng)下基于用戶交互的精準農(nóng)業(yè)氣象服務方法，滿足了農(nóng)業(yè)氣象精細化服務需求，提升了氣象部門為農(nóng)服務的專業(yè)化、信息化、精細化水平，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象服務的轉型發(fā)展提供了有力支撐。目前，依托“鋤禾問天”APP，該方法已在山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植大戶、家庭農(nóng)場、農(nóng)業(yè)專業(yè)合作社等新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體1.1萬多名用戶中開展應用，取得了較好的社會效益。

4 結論

在移動互聯(lián)網(wǎng)下開展基于用戶交互的精準農(nóng)業(yè)氣象服務方法研究，依托“鋤禾問天”為農(nóng)氣象服務APP，搭建用戶和氣象服務端的橋梁，開發(fā)了豐富的用戶交互模塊，有效收集用戶農(nóng)業(yè)反饋信息，建立用戶個人氣象服務指標庫；通過運用精準匹配算法，生成精準化氣象服務產(chǎn)品“一對一”，并精準靶向推送給用戶。該方法有效推進了融入式、交互性為農(nóng)氣象服務場景的應用，滿足了山東省農(nóng)業(yè)氣象精細化服務需求，有效提升了農(nóng)業(yè)氣象服務的精細化水平；隨著該方法在“鋤禾問天”APP用戶端的不斷深入應用，更多的用戶參與信息的交互反饋。通過對農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)指標的采集，進行用戶反饋數(shù)據(jù)的分析和加工，將用戶在實際應用中的個人指標形成龐大的數(shù)據(jù)資源庫，從而建立農(nóng)業(yè)氣象服務用戶大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，為進一步做好農(nóng)業(yè)氣象災害預報服務、農(nóng)事活動服務、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關鍵環(huán)節(jié)應對服務等提供了有力支撐，未來的為農(nóng)氣象服務將會更加精準。