四川農畜育種攻關云服務數據中心的設計與實現

曹 艷，胡 亮，劉永波，雷 波*，唐江云,康海岐

(1.四川省農科院農業(yè)信息與農村經濟研究所,四川 成都 610066;2.四川省農業(yè)科學院作物研究所,四川 成都 610066)

1 研究背景

近年來興起的云計算模式為構建農業(yè)信息服務平臺提供了新思路。云計算(Cloud Computing)是在2007年才被提出的一種新的IT資源提供模式，在這種模式中，計算和數據分布在大量的分布式計算機上，應用、數據和IT資源以服務的方式通過手機、電腦等提供給用戶使用，短期產生了巨大的影響力。隨著微電子、計算機和網絡信息技術在各個領域的滲透和普及，以全球互聯網為基礎的“物聯網”的興起，第三次信息技術革命正在發(fā)生[1-2]。云服務是基于互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯網來提供動態(tài)易擴展且經常是虛擬化的資源，是通過網絡以按需、易擴展的方式讓用戶獲得所需服務[3]。十二屆全國人大三次會議上，李克強總理在政府工作報告中首次提出“互聯網+”行動計劃。對于育種攻關來說，“互聯網+”就是應用互聯網的創(chuàng)新成果融合于育種科研和種業(yè)產業(yè)，促進育種科研創(chuàng)新、種業(yè)產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。

隨著四川育種科研服務水平的深入，數據量急劇攀升、數據存儲和查詢需求越來越大，傳統(tǒng)的服務器和數據庫性能遇到了瓶頸，磁盤IO能力、服務器處理能力逐漸滿足不了科研工作的要求[4]。因此，在各領域科研系統(tǒng)統(tǒng)一建設、集中部署的大趨勢下，急需建立信息、資源、計算集中程度更高、數據規(guī)模更加龐大、對服務全生命周期管理更科學的云服務平臺[5-6]。建設四川農畜育種攻關云服務平臺云服務數據中心簡稱四川農畜育種攻關云服務數據中心，通過現代計算機網絡前沿技術的應用，能夠滿足大量的育種科研數據的存儲和數據使用等需求，為當前和以后的育種科研人員留下寶貴的數據財富；同時，網絡便捷的查詢、下載服務模式，大大提高了數據利用時效，有助于提高育種科研效率，推進育種信息化[7-9]。云服務中心也及時將科研過程中形成的新成果、新品種、新方法、新技術，快速存儲和傳播，幫助農業(yè)領域的勞動者獲得更新更好的農業(yè)科學知識和指導。促進四川省農業(yè)、種業(yè)的健康快速發(fā)展。

2 云服務數據中心的總體設計

四川農畜育種攻關云服務數據中心包括對外的公共信息服務及面向育種科研工作者的專家服務系統(tǒng)，總體設計如圖1所示。公共信息服務包括育種基地的空氣溫度、空氣濕度、光照強度、風速、土壤溫度、土壤濕度以及設備信息。育種專家服務系統(tǒng)主要由實時數據、視頻、實時圖片、智能控制、數據分析、報警信息、專家知識庫和個人中心等功能模塊組成。育種專家服務功能主要功能設計如下：

2.1 首頁

主要是展示各個育種基地在地圖上所在地，并能夠看到所以基地以及他們在地圖上面所在地并能查看各個基地下面的設備數據等。

2.2 實時數據

用柱狀圖、折線等方式展示所采集的數據沿時間序列的變化。

2.3 實時視頻

①支持主流視頻設備的一鍵接入。②攝像機設備的智能控制(放大、縮小、旋轉、翻轉)。④實時圖像的抓拍與存儲。④實時視頻的直播。⑤實時視頻的錄像。

2.4 實時圖片

即視頻圖片存儲，文件系統(tǒng)存儲抓拍的攝像機圖片。

2.5 智能控制

對設備當前狀態(tài)進行查看和遠程控制，包括打開、關閉等。

2.6 數據分析

瀏覽采集的環(huán)境歷史數據，實現復合查詢，同質異地數據對比，同地不同時段數據對比；可以形成折線圖、餅圖和導出成Excel文件。

2.7 專家知識庫

為育種專家、植保專家提供上傳和存儲病蟲害及其解決方式方法的功能模塊，為以后開展病蟲害防治指導進行數據積累。

2.8 報警信息

根據個人中心的報警設置，針對溫度、濕度、光照等參數過高或過低提供報警，提醒科研專家進行自然環(huán)境災害的預判預防。

2.9 個人中心

可以查看個人信息，報警設置，版本日志。

3 功能實現

3.1 公共信息服務功能的實現

四川農畜育種攻關云服務數據中心采用iframe框架嵌入總四川農畜育種攻關云服務平臺(www.scyz.org.cn)[10]，面向公眾提供基本的空氣溫度、空氣濕度、大氣壓、降雨量信息，如圖2。

點擊圖2右上角“大數據展示”，進入四川農畜育種攻關云服務數據中心公共信息服務首頁，目前可以查看新都基地和蒲江基地氣象和土壤溫濕度的實時數據，如圖3。

3.2 育種專家服務功能的實現

3.2.1 登入系統(tǒng) 在瀏覽器地址欄輸入網址(https://iot.nywlw.cn/login?code=nky)后會出現如下登錄框，輸入賬號、密碼和驗證碼即可登入系統(tǒng)。

3.2.2 登錄后進入主界面 在地圖上面可以看到左邊的基地設備情況以及紅色跳動的基地地址標記點。點擊基地下面的設備，可以看到該設備當前的狀態(tài)和采集數據情況。點擊實時數據，選擇需要的條件下基地的設備和時間，例如：2020年11月16日，可以查詢該日采集的實時數據，如圖6所示。

鼠標移到曲線上面會顯示當前點的數據信息。鼠標點擊選中某一段曲線然后放開鼠標，曲線會顯示當前選中那段曲線的信息，相當于放大顯示某一段曲線。

3.2.3 實時視頻 點擊實時視頻，如圖7所示，右側云臺操作可以實現鏡頭的遠近調節(jié)。

3.2.4 實時圖片 點擊【實時圖片】菜單，如圖8所示。視頻圖片存儲：文件系統(tǒng)存儲抓拍的攝像機圖片。

3.2.5 智能控制 對設備當前狀態(tài)進行查看和控制。選中相應的設備進行狀態(tài)查看和設置如圖9所示。如定時開關設備、參數控制和循環(huán)控制等。

3.2.6 數據分析 瀏覽采集到的育種環(huán)境歷史數據，提供復合查詢，同質異地數據對比，同地不同時段數據對比。可以形成曲線圖、餅圖和導出成Excel文件等。

3.2.7 報警信息 報警方式支持短信、微信和郵件。

3.2.8 專家知識庫 專家支持模塊分為：首頁、農業(yè)知識庫、病蟲害信息、農業(yè)專家和個人中心部分，如圖12所示。

3.2.9 個人中心 可以查看個人信息，進行報警設置，查看版本日志。其中，報警設置可以按照時間段配置不同的報警策略，通過微信或電子郵件發(fā)送給用戶。

4 結論與討論

四川農畜育種攻關云服務數據中心的應用，主要是通過單用戶多級帳號管理，不同級別的賬號享受到的云服務范圍及內容不同，一是滿足不同用戶的個性化需求；二是減少不相關信息對用戶的干擾。利用云服務平臺的服務器及存儲器集群，為科研專家提供育種環(huán)境數據的存儲管理云服務，讓科研人員能夠以最低成本存放數據，從而實現在有網絡的地方都能方便地獲取所需科研數據，降低科研人員獲取數據的時間成本，降低數據丟失的可能性。四川農畜育種攻關云服務數據中心的構建是一項工作量大，耗時長，挑戰(zhàn)性高的工作，需要循序漸進的推進云服務數據中心的功能優(yōu)化和海量數據的持續(xù)聚集，才能真正有效助力育種信息化[11]，才能夠為育種表型研究提供可靠的環(huán)境數據支持[12]。表型是基因型和環(huán)境共同作用的結果[12]，隨著基因測序成本的持續(xù)降低，基因數據的獲取已經不是難事，環(huán)境數據的低成本、可靠穩(wěn)定的獲得，并進一步促進育種和精準農業(yè)的發(fā)展。