基于云計(jì)算的肉雞安全養(yǎng)殖信息平臺(tái)構(gòu)建

劉光明，陳長(zhǎng)喜

（天津農(nóng)學(xué)院a.網(wǎng)絡(luò)信息中心，b.計(jì)算機(jī)信息與工程學(xué)院，天津300384）

面對(duì)全球范圍內(nèi)食品安全形勢(shì)日趨嚴(yán)峻的現(xiàn)狀，各個(gè)國(guó)家對(duì)食品安全的重視程度提高到了國(guó)家安全的戰(zhàn)略高度.由于經(jīng)常發(fā)生禽類(lèi)疾病等影響家禽制品安全的案例，很大程度上影響了消費(fèi)者健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)與政治，很多國(guó)家政府提高了食品安全重視程度.本著國(guó)家自身利益，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家已經(jīng)著手制定了相關(guān)的畜禽制品質(zhì)量安全監(jiān)控法律和法規(guī)，加大了對(duì)食品安全的監(jiān)控.我國(guó)雖然已成為WTO的成員國(guó)，但是未能有效解決經(jīng)營(yíng)者與生產(chǎn)者法律和衛(wèi)生意識(shí)淡薄的問(wèn)題，導(dǎo)致留在畜禽制品的藥物和重金屬等有毒害物超出標(biāo)準(zhǔn).若不采取有效且適當(dāng)?shù)拇胧?，我?guó)食品企業(yè)將會(huì)丟失在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力及巨大的市場(chǎng)占有量[1-2].要讓消費(fèi)者吃上安全肉，就必須提高國(guó)內(nèi)肉食品安全質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)家禽養(yǎng)殖的健康、高效和高質(zhì)，追本溯源肉食品安全源頭，實(shí)現(xiàn)快速并及時(shí)處理已迫在眉睫.本研究針對(duì)上述問(wèn)題，構(gòu)建了一套基于云計(jì)算的肉雞安全養(yǎng)殖信息平臺(tái)，以期實(shí)現(xiàn)以下功能：①可展現(xiàn)肉雞從生產(chǎn)、屠宰加工、儲(chǔ)運(yùn)到銷(xiāo)售的所有環(huán)節(jié)信息.②促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)管理信息化，并運(yùn)用信息化手段對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量安全進(jìn)行監(jiān)控，提高生產(chǎn)效率，降低管理成本.③具備存放大量信息的功能，自動(dòng)保存，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，降低服務(wù)停止的機(jī)率.④可以為肉雞安全養(yǎng)殖提供預(yù)警，管理者便于監(jiān)控肉雞制品的生產(chǎn).⑤用戶(hù)得到IT資源是以計(jì)時(shí)或計(jì)次收費(fèi)的服務(wù)方式，這樣用戶(hù)可降低設(shè)備的大量采購(gòu)，具有彈性的、分布式的設(shè)備擴(kuò)容能力，用戶(hù)信息化建設(shè)成本得到大大節(jié)約.

1 平臺(tái)設(shè)計(jì)

1.1 平臺(tái)架構(gòu)

肉雞安全養(yǎng)殖信息平臺(tái)由數(shù)據(jù)層、支撐層和應(yīng)用層3個(gè)部分組成，建立統(tǒng)一的架構(gòu)技術(shù)體系，系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示.系統(tǒng)建立遵循信息服務(wù)平臺(tái)總體架構(gòu)、信息資源目錄和交換體系等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[3].

圖1 肉雞安全養(yǎng)殖信息平臺(tái)的基本結(jié)構(gòu)Fig.1 Structureofbroilersafetybreedinginformationplatform

數(shù)據(jù)層由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和綜合數(shù)據(jù)等組成，各應(yīng)用系統(tǒng)共享這些數(shù)據(jù).基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為養(yǎng)殖的基本信息，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)主要是通過(guò)視頻監(jiān)控和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)采集的養(yǎng)殖相關(guān)的各類(lèi)數(shù)據(jù)，包括監(jiān)控環(huán)境視頻數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)養(yǎng)殖個(gè)體數(shù)據(jù)和產(chǎn)品標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)等，綜合數(shù)據(jù)包括防治養(yǎng)殖疾病數(shù)據(jù)、進(jìn)銷(xiāo)存養(yǎng)殖產(chǎn)品數(shù)據(jù)和管理養(yǎng)殖投入品等[4].

支撐層主要使用無(wú)線(xiàn)傳感、網(wǎng)絡(luò)、3S和RFID等技術(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行采集和傳輸，并完成數(shù)據(jù)挖掘以及相關(guān)分析在數(shù)據(jù)層上的應(yīng)用.支撐層的核心遵循相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和協(xié)議，集成RFID、傳感器網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和視頻監(jiān)控等關(guān)鍵技術(shù)使數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和通信傳輸?shù)葐?wèn)題得到解決.

應(yīng)用層主要應(yīng)用于雛雞與肉雞生產(chǎn)的子系統(tǒng)、屠宰加工子系統(tǒng)、檢驗(yàn)和檢疫子系統(tǒng)、儲(chǔ)運(yùn)子系統(tǒng)、銷(xiāo)售子系統(tǒng)以及體系管理部門(mén)子系統(tǒng)等，根據(jù)典型用戶(hù)產(chǎn)業(yè)活動(dòng)的具體需求，通過(guò)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、無(wú)線(xiàn)通信傳輸和數(shù)據(jù)分析集成各子系統(tǒng)，建成智能養(yǎng)殖數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，利用分析模型實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖產(chǎn)品質(zhì)量、養(yǎng)殖環(huán)境質(zhì)量和效益的分析、評(píng)價(jià)和預(yù)警，為養(yǎng)殖生產(chǎn)和市場(chǎng)流通提供決策支持[5].

整個(gè)信息平臺(tái)具備易用性和安全性，屬于B/S結(jié)構(gòu)，維護(hù)方便，采用瀏覽器方式訪(fǎng)問(wèn).用戶(hù)可通過(guò)計(jì)算機(jī)完成網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和管理，工作效率得到提高.利用J2EE技術(shù)和中間件技術(shù)將各種開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的子系統(tǒng)集成到平臺(tái)，如 asp、.net、C/C++、COM、JAVA 和 PHP 等多種開(kāi)發(fā)語(yǔ)言.管理數(shù)據(jù)源及調(diào)度代理使用DBMS、文本、消息和WebService等各種數(shù)據(jù)源接口技術(shù)，數(shù)據(jù)的處理、控制和表示改變了先前設(shè)計(jì)者界面在先、代碼在后的方式，避免了數(shù)據(jù)處理、程序數(shù)據(jù)功能和數(shù)據(jù)代碼顯示等較亂的問(wèn)題，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加靈活清晰[6].

1.2 平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)以上的功能分析，肉雞安全養(yǎng)殖信息平臺(tái)主要包括6個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)：①肉雞生產(chǎn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)；②屠宰加工業(yè)務(wù)系統(tǒng)；③檢驗(yàn)、檢疫業(yè)務(wù)系統(tǒng)；④儲(chǔ)運(yùn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)；⑤銷(xiāo)售業(yè)務(wù)系統(tǒng)；⑥體系管理部門(mén)業(yè)務(wù)系統(tǒng).

1.2.1 肉雞生產(chǎn)子業(yè)務(wù)系統(tǒng)

肉雞生產(chǎn)子業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要提供種雞、祖代、父母代和商品代雛雞生產(chǎn)信息.信息記錄員把肉雞飼養(yǎng)各步驟中的各類(lèi)數(shù)據(jù)及時(shí)記錄到肉雞生產(chǎn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，這些數(shù)據(jù)需提供給相關(guān)管理部門(mén)，管理部門(mén)按照各個(gè)生產(chǎn)單位計(jì)算日死亡率對(duì)疫情進(jìn)行預(yù)警.肉雞生產(chǎn)信息的查詢(xún)可通過(guò)網(wǎng)站系統(tǒng)完成，肉雞出欄后進(jìn)入下個(gè)一環(huán)節(jié).雛雞與肉雞生產(chǎn)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基本框架如圖2所示.

圖2 肉雞生產(chǎn)子業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框架Fig.2 Frame of broiler prodution subsystem

1.2.2 屠宰加工子業(yè)務(wù)系統(tǒng)

屠宰加工子業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要記錄屠宰加工流程的一些基本數(shù)據(jù)，其實(shí)現(xiàn)框架如圖3所示.屠宰加工業(yè)務(wù)系統(tǒng)的用戶(hù)分為管理員和信息錄入人員，管理人員可錄入各類(lèi)操作間管理程序的信息，信息錄入員需錄入各類(lèi)操作人員基本信息、進(jìn)出車(chē)間的時(shí)段以及設(shè)備使用的相關(guān)信息.

圖3 屠宰加工子業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框架Fig.3 Frame of slaughter and processing subsystem

1.2.3 檢驗(yàn)檢疫子業(yè)務(wù)系統(tǒng)

操作人員可以在該業(yè)務(wù)系統(tǒng)中生成和印制肉雞生產(chǎn)和屠宰加工的檢測(cè)合格證、肉雞儲(chǔ)運(yùn)檢測(cè)單據(jù)以及肉雞銷(xiāo)售的準(zhǔn)售檢測(cè)單.檢驗(yàn)檢疫子業(yè)務(wù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)框架如圖4所示.

圖4 檢驗(yàn)檢疫子業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框架Fig.4 Frame of inspection subsystem

1.2.4 儲(chǔ)運(yùn)子業(yè)務(wù)系統(tǒng)

儲(chǔ)運(yùn)子業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要記錄肉雞進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)后倉(cāng)庫(kù)內(nèi)存儲(chǔ)信息以及肉雞從倉(cāng)庫(kù)出來(lái)后，發(fā)送、運(yùn)輸和接收的信息.

1.2.5 銷(xiāo)售子業(yè)務(wù)系統(tǒng)

銷(xiāo)售子業(yè)務(wù)系統(tǒng)記錄肉雞銷(xiāo)售中各環(huán)節(jié)具體信息，包括銷(xiāo)售人員、售出年月日、售出量和售出位置等.

1.2.6 體系管理部門(mén)子業(yè)務(wù)系統(tǒng)

體系管理部門(mén)是肉雞產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系第3方機(jī)構(gòu).體系管理部門(mén)子業(yè)務(wù)系統(tǒng)的主要功能是企業(yè)注冊(cè)及認(rèn)證、查看并審核肉雞產(chǎn)業(yè)鏈所有環(huán)節(jié)上報(bào)的各種信息.對(duì)肉雞生產(chǎn)監(jiān)控可通過(guò)肉雞生產(chǎn)單位所提供的肉雞死亡數(shù)量設(shè)置固定的肉雞死亡數(shù)量上限值.

1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

根據(jù)平臺(tái)需求，平臺(tái)的中心數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle Database 11g Enterprise Edition，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)采用SQL Server和Mysql.使用WebService技術(shù)建立數(shù)據(jù)集成中心庫(kù)，把各子業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)集成進(jìn)中心庫(kù)中，經(jīng)過(guò)加工處理后提取所需數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)分析的統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化.同時(shí)，保持子業(yè)務(wù)系統(tǒng)原有數(shù)據(jù)庫(kù)的穩(wěn)定運(yùn)行.

中心數(shù)據(jù)庫(kù)包括疫情預(yù)警規(guī)則表、飼料知識(shí)表、營(yíng)養(yǎng)需求知識(shí)表和癥狀預(yù)警表等28個(gè)表，涵蓋疫情預(yù)警指標(biāo)、規(guī)則及方式、精細(xì)喂養(yǎng)知識(shí)、營(yíng)養(yǎng)需求知識(shí)、疾病知識(shí)及疾病預(yù)警規(guī)則等信息，這些信息存放在中心數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備各業(yè)務(wù)系統(tǒng)調(diào)用和日后查詢(xún).

2 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

2.1 短信預(yù)警系統(tǒng)

短信預(yù)警系統(tǒng)通過(guò)GSM MODEM建成，是短消息通信設(shè)備，具備短信發(fā)送和接收功能，可向用戶(hù)發(fā)送接收短信[7].本系統(tǒng)通過(guò)USB接口連接服務(wù)器和計(jì)算機(jī)，與移動(dòng)、聯(lián)通和電信的短信中心通訊，通過(guò)短信息功能模塊實(shí)現(xiàn)短信預(yù)警系統(tǒng)與手機(jī)用戶(hù)對(duì)預(yù)警數(shù)據(jù)的溝通和交流.

2.2 部署環(huán)境

所有應(yīng)用資源部署通過(guò)DELL刀片+VMware管理軟件方式，按照平臺(tái)的實(shí)際應(yīng)用，配以適量的百千兆以太網(wǎng)模塊.服務(wù)器采用4臺(tái)DElL系列刀片服務(wù)器，配置為4個(gè)英特爾R6核E7-4807至強(qiáng)（R）CPU，1.86GHz，18MB高速緩存，5.86GT/s、128GB內(nèi)存（32×4GB），1333 MHz DDR 3內(nèi)存，支持ECC，含64條內(nèi)存插槽，最大可支持1T內(nèi)存，SAS 10000轉(zhuǎn)2.5英寸硬盤(pán)300GB×2，整合Broadcom 8個(gè)1000Mbps網(wǎng)絡(luò)卡模塊.在服務(wù)器上分別設(shè)置VMware管理軟件，依靠服務(wù)器強(qiáng)有力的計(jì)算能力產(chǎn)生多個(gè)虛擬服務(wù)器，在每個(gè)虛擬服務(wù)器上安裝配置Windows/LINUX操作系統(tǒng)和應(yīng)用子系統(tǒng).根據(jù)各服務(wù)對(duì)資源占用的要求，選擇合適的HA、FA容錯(cuò)、快照、雙機(jī)和備份手段，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)高可用和快速恢復(fù)的要求.提升系統(tǒng)資源使用，縮減成本，保證系統(tǒng)運(yùn)行和應(yīng)用的可靠性，增強(qiáng)系統(tǒng)的多樣性和運(yùn)行速度.同時(shí)，為了保證平臺(tái)的高可靠性、高性能和可移植性，采用java+oracle技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)和運(yùn)行[8].

2.3 平臺(tái)運(yùn)行保護(hù)方案

平臺(tái)安全體系是覆蓋面廣的專(zhuān)業(yè)體系，需要對(duì)信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和原則進(jìn)行動(dòng)態(tài)、科學(xué)地掌握，明確著眼點(diǎn).原理的掌握要從管理層面到系統(tǒng)底層，要達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的安全和專(zhuān)業(yè)必須采用一定的方式，具備內(nèi)容性、理論性、層次性和前瞻性.

平臺(tái)系統(tǒng)具有嚴(yán)密的使用權(quán)限控制、安全線(xiàn)路、病毒防護(hù)、網(wǎng)絡(luò)防火墻、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)和安全掃描、系統(tǒng)安全備份管理等多方面的安全方案，用以設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體層次的安全架構(gòu)，保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全[9].

平臺(tái)用戶(hù)認(rèn)證在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)運(yùn)用md5加解密方式[10]，在編程代碼中定義出信息平臺(tái)最高級(jí)管理員身份認(rèn)證和權(quán)限.平臺(tái)按層次部署各業(yè)務(wù)系統(tǒng)用戶(hù)，具有一個(gè)最高級(jí)用戶(hù)管理全平臺(tái)，負(fù)責(zé)各個(gè)子系統(tǒng)超級(jí)用戶(hù)的創(chuàng)建，子系統(tǒng)中某養(yǎng)殖場(chǎng)的超級(jí)用戶(hù)由各子系統(tǒng)的超級(jí)用戶(hù)創(chuàng)建，本企業(yè)管理員與信息錄入員由養(yǎng)殖場(chǎng)的超級(jí)用戶(hù)創(chuàng)建，這樣的層次化管理有利于落實(shí)責(zé)任.平臺(tái)現(xiàn)處在使用初期階段，待系統(tǒng)功能進(jìn)一步改善后可運(yùn)用“數(shù)字簽名”的方式，這樣可以更好地保證平臺(tái)安全穩(wěn)定運(yùn)行.

2.4 系統(tǒng)存儲(chǔ)

傳統(tǒng)的分散存儲(chǔ)架構(gòu)已不能滿(mǎn)足平臺(tái)存儲(chǔ)系統(tǒng)容量的高速增長(zhǎng)和管理需求.因此，本平臺(tái)系統(tǒng)的存儲(chǔ)設(shè)計(jì)思路為構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)分步式數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)[11].運(yùn)用FCSAN技術(shù)架構(gòu)劃分業(yè)務(wù)系統(tǒng)和存儲(chǔ)系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的處理性能，保障平臺(tái)運(yùn)行的穩(wěn)定.該服務(wù)平臺(tái)的存儲(chǔ)兼容性高，可以兼容全部平臺(tái)和各類(lèi)操作環(huán)境的存儲(chǔ)系統(tǒng)[12].

3 肉雞養(yǎng)殖信息平臺(tái)特征

（1）支持多種訪(fǎng)問(wèn)方式.用戶(hù)可以通過(guò)不同的方式（手機(jī)、短信和瀏覽器等）與平臺(tái)系統(tǒng)交流.

（2）智能的搜索與查詢(xún).用戶(hù)可使用模糊搜索等多種查詢(xún)方法，滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)肉雞養(yǎng)殖實(shí)用技術(shù)信息進(jìn)行快速查詢(xún)[13].

（3）信息資源豐富.

（4）肉雞養(yǎng)殖中的網(wǎng)絡(luò)咨詢(xún)服務(wù)專(zhuān)家系統(tǒng).

（5）信息查詢(xún)與推送網(wǎng)站超文本服務(wù).專(zhuān)家個(gè)性化服務(wù)利用專(zhuān)家遠(yuǎn)程培訓(xùn)實(shí)現(xiàn).

4 結(jié)束語(yǔ)

“云計(jì)算”的應(yīng)用剛剛起步，結(jié)合前沿科學(xué)技術(shù)，建設(shè)肉雞安全養(yǎng)殖特色資源云平臺(tái)系統(tǒng).平臺(tái)系統(tǒng)采用虛擬化服務(wù)器以及數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理等技術(shù)[14]，這些技術(shù)已應(yīng)用于大多數(shù)行業(yè)，所以對(duì)解決肉雞養(yǎng)殖安全問(wèn)題具有一定意義.平臺(tái)系統(tǒng)的部署可以轉(zhuǎn)變?nèi)怆u養(yǎng)殖方式，支撐肉雞養(yǎng)殖信息化建設(shè)，使肉雞養(yǎng)殖管理水平得到提高，降低成本，實(shí)現(xiàn)健康、綠色養(yǎng)殖的目標(biāo).

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