齊浩 陳凈蓮

摘要：為提升作物蟲害測(cè)報(bào)的工作效率，通過資料查找和市場(chǎng)調(diào)研，應(yīng)用遠(yuǎn)程拍照、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、自動(dòng)圖像處理等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，分析用戶需求，并以FAST模型和形態(tài)矩陣為理論依據(jù)對(duì)蟲情監(jiān)測(cè)設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計(jì)進(jìn)一步分析，設(shè)計(jì)了昆蟲遠(yuǎn)程測(cè)報(bào)裝置，改進(jìn)了傳統(tǒng)測(cè)報(bào)方式，提高設(shè)備的工作效率，實(shí)現(xiàn)作物害蟲監(jiān)測(cè)預(yù)警的信息化。

關(guān)鍵詞：FAST法;蟲情監(jiān)測(cè)設(shè)備;設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TB472文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）02-0053-02

目前，我國(guó)農(nóng)作物蟲情監(jiān)測(cè)信息的采集方式主要有人力調(diào)查統(tǒng)計(jì)以及大田普查、黑光燈誘集、性誘劑誘捕等。其中，人工調(diào)查需要基層農(nóng)技人員實(shí)地進(jìn)行，耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)而且勞動(dòng)強(qiáng)度大，調(diào)查的結(jié)果還需要人工錄入計(jì)算機(jī)，操作繁瑣[1]。黑光燈誘集和性誘劑誘捕兩種方式雖然效果較好，但是由于昆蟲的種類很多且數(shù)量較大，所以定期取樣后還需要人工再進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)工作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且時(shí)效性較差。本文針對(duì)野外昆蟲監(jiān)測(cè)的時(shí)效性和數(shù)據(jù)電子化程度較差等問題，利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、自動(dòng)圖像采集等信息技術(shù)，改良監(jiān)測(cè)防報(bào)的方式，提升蟲情測(cè)報(bào)的準(zhǔn)確性和效率，進(jìn)行蟲情監(jiān)測(cè)設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

1 FAST法概述

FAST法（Function Analysis System Technique）是搭建產(chǎn)品功能樹的常用方法，它是一種自頂向下的功能分析系統(tǒng)技術(shù)法，以邏輯順序來展示產(chǎn)品的功能，通過對(duì)功能進(jìn)行逐級(jí)分解來明確產(chǎn)品各功能之間的關(guān)系和優(yōu)先級(jí)[2]。一直以來，在產(chǎn)品的功能設(shè)計(jì)中FAST法被廣泛運(yùn)用并取得了良好的效果。陳晨等首先進(jìn)行用戶需求分析，然后通過抽象的方式創(chuàng)建黑箱模型，以此將用戶對(duì)產(chǎn)品的需求轉(zhuǎn)化為基本功能，搭建了有機(jī)廢棄物處理機(jī)的FAST功能樹，并研究出優(yōu)良的解決方案[2];吳曉莉在兒童自行車的創(chuàng)新設(shè)計(jì)中通過建立FAST功能樹將功能進(jìn)行創(chuàng)新搭配產(chǎn)出設(shè)計(jì)方案，并通過建模、渲染輸出了設(shè)計(jì)效果圖[3];宋云應(yīng)用FAST法，利用仿生設(shè)計(jì)提取設(shè)計(jì)要素進(jìn)行外觀設(shè)計(jì)，證明FAST法既可以對(duì)產(chǎn)品基本功能進(jìn)行整合設(shè)計(jì)，也可將子功能作為設(shè)計(jì)要素進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)[4]。

在做產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員首先要研究清楚用戶最本質(zhì)的需求、痛點(diǎn)，從用戶需求到產(chǎn)品功能的轉(zhuǎn)化需要按照“輸入一運(yùn)行一輸出”這一模式建立邏輯鏈路，從而確定產(chǎn)品的主要功能和各級(jí)子功能，搭建關(guān)于產(chǎn)品的功能樹模型[5]。

2 蟲情測(cè)報(bào)現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 研究現(xiàn)狀

2013年，程國(guó)平在水稻害蟲檢測(cè)識(shí)別方面提出了智能太陽(yáng)能LED蟲情測(cè)報(bào)系統(tǒng)，這一全新的系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)產(chǎn)品其識(shí)別率更高[6];2017年，焦桂華等人在河北省灤縣對(duì)高空監(jiān)測(cè)報(bào)告燈監(jiān)測(cè)黏蟲方面進(jìn)行了一系列研究，發(fā)現(xiàn)高空測(cè)報(bào)燈相比于傳統(tǒng)蟲情測(cè)報(bào)燈在監(jiān)測(cè)黏蟲方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，為測(cè)報(bào)方式的革新提供了依據(jù)[7];2019年，李怡潔通過研究不同誘集系統(tǒng)的差異，總結(jié)了不同測(cè)報(bào)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，最后得出昆蟲性誘電子測(cè)報(bào)系統(tǒng)精準(zhǔn)性更高且更節(jié)省人力的結(jié)論[8]。

2.2 存在的問題

2.2.1 核心技術(shù)匱乏

蟲情測(cè)報(bào)最核心的問題是數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和信息電子化，這是蟲情測(cè)報(bào)設(shè)備研發(fā)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，有些產(chǎn)品雖然經(jīng)過多年試驗(yàn)和應(yīng)用，不斷更新?lián)Q代，但數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集成熟度和信息的電子化程度仍然不高，目前還未有很大突破。

2.2.2 智能化程度不高

目前，蟲情監(jiān)測(cè)防控設(shè)備普遍存在智能化不高的問題，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備功能不完善，使用效果與預(yù)期也存在一定差距。

2.2.3 缺乏創(chuàng)新且品牌影響力不足

目前，市面上的現(xiàn)有產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，僅在外觀上有所區(qū)別，低端產(chǎn)品同質(zhì)化、低水平競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象嚴(yán)重，產(chǎn)品“有品無牌”，缺乏創(chuàng)新而導(dǎo)致影響力不足。

3 基于FAST法的蟲情監(jiān)測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)流程

3.1 需求分析

產(chǎn)品設(shè)計(jì)是基于用戶的一種行為，用戶需求是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的起點(diǎn)和緣由，在設(shè)計(jì)研究過程中應(yīng)該充分考慮用戶在物質(zhì)與精神方面的需求以及用戶需求與產(chǎn)品本質(zhì)的相互關(guān)系，研究清楚對(duì)象、功能與環(huán)境是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)點(diǎn)和落腳點(diǎn)[9]。

通過對(duì)目標(biāo)用戶的分析，研究蟲情監(jiān)測(cè)設(shè)備的功能性、易用性和美觀性，把設(shè)計(jì)需求分類匯總，按照重要度和優(yōu)先級(jí)程度排列產(chǎn)品需求（標(biāo)準(zhǔn)為1～10級(jí)，其中10級(jí)最高），如表1所示。

3.2創(chuàng)建FAST功能樹

通過抽象的方式為蟲情監(jiān)測(cè)設(shè)備創(chuàng)建一個(gè)包含物質(zhì)、能量、信息的輸入與輸出類型的黑箱模型，然后通過黑箱模型將用戶的需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本功能。

通過黑箱模型轉(zhuǎn)化的蟲情監(jiān)測(cè)設(shè)備的基本功能為：隨時(shí)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)采集、數(shù)據(jù)傳輸、自動(dòng)清理、硬件防水、太陽(yáng)能供電。將蟲情監(jiān)測(cè)設(shè)備基本功能帶入FAST功能樹模型中進(jìn)行功能分解，確定功能之間的邏輯關(guān)系，將需求轉(zhuǎn)化為可進(jìn)行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要素，如圖1所示。

3.3 形態(tài)矩陣建立

根據(jù)蟲情監(jiān)測(cè)設(shè)備FAST功能樹，先圍繞功能整合、易用性、結(jié)構(gòu)、美觀性重新組合，然后對(duì)各級(jí)子功能進(jìn)行功能和技術(shù)方式的組合整理，輸出更多的解決方案，為產(chǎn)出最合理的設(shè)計(jì)方案提供參考。為了更方便地選出蟲情監(jiān)測(cè)設(shè)備的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，可以建立如表2所示的形態(tài)矩陣。

通過形態(tài)矩陣對(duì)蟲情監(jiān)測(cè)設(shè)備各功能進(jìn)行分析研究，同時(shí)考慮生產(chǎn)成本、操作方式、使用環(huán)境和時(shí)效性等要求，合理評(píng)估多個(gè)解決方案，最終確定蟲情監(jiān)測(cè)設(shè)備的設(shè)計(jì)方案為A1、B2、C2、D1、E1、F1和G1的組合。

3.4 設(shè)計(jì)方案

黑箱模型將用戶的需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本功能，F(xiàn)AST法分析得出了蟲情監(jiān)測(cè)設(shè)備的多種功能和方式，再經(jīng)過形態(tài)矩陣將功能和方式具體到方案，通過合理評(píng)估得出最優(yōu)解，通過三維建模和渲染進(jìn)行具體展現(xiàn)，最終得出蟲情監(jiān)測(cè)設(shè)備的概念設(shè)計(jì)方案，如圖2、3所示，并總結(jié)出該產(chǎn)品具有以下功能：

1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。昆蟲會(huì)通過機(jī)箱底部?jī)?chǔ)物盒里芳香氣味吸引落在底部白板上，然后機(jī)箱底部的攝像頭會(huì)對(duì)白板自動(dòng)進(jìn)行圖像采集，通過無線傳輸設(shè)備DTU上傳到服務(wù)器信息中心，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。同時(shí)，箱體底部的攝像頭為伸縮結(jié)構(gòu)，方便運(yùn)輸過程中的收納。

2）太陽(yáng)能供電。整個(gè)設(shè)備由頂部的太陽(yáng)能電池板進(jìn)行供電，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成的電能存儲(chǔ)于機(jī)箱內(nèi)的蓄電池中，保證設(shè)備在晚間也能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3）硬件防水。DTU、樹莓派、蓄電池、太陽(yáng)能控制器等設(shè)備設(shè)置在箱體內(nèi)部，箱體表面的開關(guān)、顯示屏、天線等設(shè)計(jì)了防雨蓋來防雨，同時(shí)整個(gè)設(shè)備的表面均為平面，防止雨水積存。

4）自動(dòng)清理。整個(gè)設(shè)備使用時(shí)底部會(huì)埋進(jìn)土里，底部的上頂面與地面持平。為了方便更換和清潔，設(shè)備底部的白板為傳送帶式結(jié)構(gòu)，同時(shí)一側(cè)配有擋板，傳送帶旋轉(zhuǎn)時(shí)自動(dòng)清理白板表面。

4 結(jié)論

文中通過研究蟲情監(jiān)測(cè)設(shè)備的現(xiàn)狀，分析現(xiàn)有產(chǎn)品的問題，調(diào)研用戶的本質(zhì)需求，通過黑箱模型將用戶的需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的基本功能，運(yùn)用FAST法建立產(chǎn)品的功能樹模型，分析各級(jí)功能之間的關(guān)系，通過形態(tài)矩陣對(duì)各級(jí)功能的解決方案進(jìn)行合理評(píng)估，得出最優(yōu)解，為蟲情監(jiān)測(cè)提供了新的概念方案。通過蟲情監(jiān)測(cè)設(shè)備的概念設(shè)計(jì)，闡述了FAST法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的運(yùn)行流程，驗(yàn)證了FAST法在產(chǎn)品研發(fā)和設(shè)計(jì)過程中的合理性和有效性。

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