江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺的設(shè)計與構(gòu)建

孫興蓮 楊欣 丁思惠 李宗俊

摘要：為加強江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源收集保護，推動種質(zhì)資源共享利用，采用互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)設(shè)計構(gòu)建江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，通過建設(shè)多層次、多維度、多用戶的資源服務(wù)體系，建成集種質(zhì)信息發(fā)布、共享、服務(wù)于一體的一站式線上服務(wù)平臺。平臺實現(xiàn)了種質(zhì)資源共享服務(wù)云平臺和數(shù)據(jù)管理后臺兩大子系統(tǒng)的功能建設(shè)，能夠推動種質(zhì)信息互聯(lián)互通和共享融合，促進資源的有效共享。主要介紹數(shù)據(jù)服務(wù)平臺的系統(tǒng)架構(gòu)、總體功能、業(yè)務(wù)流程及關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：種質(zhì)資源;數(shù)據(jù)共享;線上服務(wù)平臺;數(shù)據(jù)管理;系統(tǒng)設(shè)計與構(gòu)建

中圖分類號：S32;S126 ? 文獻標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）13-0192-06

農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源是保障糧食安全、建設(shè)生態(tài)文明、支撐農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性資源，是農(nóng)業(yè)科技原始創(chuàng)新與現(xiàn)代種業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)[1-2]。江蘇省位于南北氣候過渡帶，種質(zhì)資源種類繁多、類型豐富。為更好地保護特色資源，促進種質(zhì)資源的開發(fā)利用，江蘇省于2004年啟動農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源保護與利用平臺建設(shè)，經(jīng)過多年的努力，已初步建成了覆蓋全省主要農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源保護與利用體系，建有包括農(nóng)作物、林木、水產(chǎn)、家養(yǎng)動物四大類共計30個省級種質(zhì)資源庫（圃），收集并安全保存種質(zhì)資源6.97萬份，積極開展優(yōu)異種質(zhì)資源的鑒定評價和創(chuàng)新研究，通過構(gòu)建種質(zhì)資源信息共享服務(wù)系統(tǒng)對外共享種質(zhì)資源信息，近10年來累計向省內(nèi)外300多家單位提供實物種質(zhì)共享6.6萬份次，在支撐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展與科技創(chuàng)新中發(fā)揮了重要作用[3-4]。

近年來，江蘇省貫徹落實國務(wù)院《關(guān)于加強農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源保護與利用的意見》文件精神，結(jié)合全省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源共享服務(wù)工作需要、種質(zhì)資源保護要求和種質(zhì)創(chuàng)新服務(wù)需求，加強農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺建設(shè)研究。本研究擬通過運用云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)，匯聚集成農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)信息，建立面向社會服務(wù)的農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源目錄，構(gòu)建集種質(zhì)資源整合、共享、展示、對接、咨詢、培訓(xùn)等服務(wù)于一體的新型農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，以推動種質(zhì)信息互聯(lián)互通和共享融合，促進種質(zhì)資源的有效共享。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺包括種質(zhì)資源共享服務(wù)云平臺和數(shù)據(jù)管理后臺兩大子系統(tǒng)。其中，種質(zhì)資源共享服務(wù)云平臺主要實現(xiàn)種質(zhì)資源檢索、種質(zhì)資源申請、服務(wù)咨詢、對接洽談、科普園地、種質(zhì)講壇等功能，通過線上Web服務(wù)形式面向外部用戶提供種質(zhì)資源信息和實物共享服務(wù)。數(shù)據(jù)管理后臺主要包括種質(zhì)資源數(shù)據(jù)管理、種質(zhì)資源申請管理、信息發(fā)布、服務(wù)流程及用戶反饋管理、庫（圃）運行建設(shè)管理和系統(tǒng)管理等模塊，根據(jù)種質(zhì)資源庫（圃）人員和平臺管理人員2種用戶角色設(shè)定權(quán)限，分別實現(xiàn)了種質(zhì)資源分類管理、數(shù)據(jù)填報和審核、標(biāo)簽管理、畫像分析和智能檢索等功能。總體系統(tǒng)邏輯架構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計

江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺主要包括兩大功能模塊：一是面向農(nóng)業(yè)科研人員、企業(yè)等用戶的種質(zhì)資源共享服務(wù)云平臺，二是面向種質(zhì)資源庫（圃）人員和平臺管理人員的數(shù)據(jù)管理后臺，其主要功能設(shè)計如下。

2.1 種質(zhì)資源共享服務(wù)云平臺

種質(zhì)資源共享服務(wù)云平臺總體功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1.1 種質(zhì)資源檢索 種質(zhì)資源檢索模塊可用多種方式實現(xiàn)用戶對種質(zhì)資源信息的檢索和瀏覽，支持按多級分類列表方式進行種質(zhì)資源信息展示，用戶可按照農(nóng)作物、林木、水產(chǎn)、家養(yǎng)動物等大類進行瀏覽，也可根據(jù)各大類細(xì)分物種（如水稻、小麥、玉米等）進行查看;支持按關(guān)鍵詞模糊查詢和選擇具體過濾條件精準(zhǔn)檢索，用戶可通過種質(zhì)名稱、種質(zhì)外文名等文本字段進行模糊查詢，也可按照種質(zhì)類型、主要特性等選擇字段進行篩選查找，如根據(jù)主要特性字段可查詢高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的種質(zhì)資源等;支持系統(tǒng)主動推薦，根據(jù)用戶種質(zhì)資源的申請歷史、瀏覽歷史，系統(tǒng)自動推薦相關(guān)種質(zhì)資源，提高檢索結(jié)果的豐富度[5]。

2.1.2 種質(zhì)資源申請 用戶檢索到所需種質(zhì)資源即可發(fā)起在線申請，首先查看申請須知和申請流程說明，將所需種質(zhì)資源加入待申請列表并填寫申請信息，填寫完成后下載打印并簽字蓋章，將蓋章材料上傳提交至種質(zhì)庫（圃）審核。用戶提交種質(zhì)申請后可隨時查看申請進度，若庫（圃）人員審核通過，可根據(jù)申請表填寫的種質(zhì)獲取方式進行現(xiàn)場獲取或快遞到付，若為快遞到付，在種質(zhì)寄出后系統(tǒng)支持查看物流單號和第三方物流進度。

2.1.3 服務(wù)咨詢和對接洽談 該模塊針對種質(zhì)資源共享服務(wù)提供電話咨詢和在線咨詢，包括數(shù)據(jù)服務(wù)平臺咨詢內(nèi)容提交、通訊軟件留言等;支持借助互動視頻，實現(xiàn)多人在線咨詢洽談、活動直播、知識教學(xué)等功能，促進資源共享;支持對線下活動做線上對接，主要包括對接優(yōu)異資源展示會、專題服務(wù)和技術(shù)咨詢服務(wù)等，提供活動需求調(diào)研、宣傳發(fā)動、在線報名、組織舉辦以及總結(jié)宣傳等全流程線上對接，并形成活動檔案。

2.1.4 科普園地和種質(zhì)講壇 該模塊實現(xiàn)農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源科普信息的發(fā)布瀏覽，系統(tǒng)支持用戶查看各類種質(zhì)資源科普信息，支持按多種主題類目、分類標(biāo)簽、熱度等方式查找和瀏覽科普文章、優(yōu)異種質(zhì)資源信息和種質(zhì)資源熱點報道等。系統(tǒng)支持以文字、圖片、視頻、直播等方式發(fā)布信息，支持直播活動的訂閱并接收活動提醒。

2.2 數(shù)據(jù)管理后臺

數(shù)據(jù)管理后臺總體功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.2.1 供需信息發(fā)布 供需信息發(fā)布模塊主要實現(xiàn)種質(zhì)資源供需信息的上傳、審核、發(fā)布、查詢等功能，為資源供給方和需求方提供多維度、多形式的資源供需信息發(fā)布和查詢服務(wù)，如需方專題服務(wù)需求發(fā)布、供方特色資源介紹發(fā)布等。

2.2.2 種質(zhì)資源數(shù)據(jù)管理 種質(zhì)資源數(shù)據(jù)管理是整個系統(tǒng)的核心模塊，主要負(fù)責(zé)維護共享服務(wù)云平臺的種質(zhì)資源數(shù)據(jù)，是種質(zhì)資源檢索引擎的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源。主要功能包括維護種質(zhì)資源類目數(shù)，方便用戶進行分類導(dǎo)航瀏覽;實現(xiàn)各類種質(zhì)資源的數(shù)據(jù)模型定義管理，支持針對不同的物種設(shè)置種質(zhì)資源共性和特性描述數(shù)據(jù)字段，可設(shè)定數(shù)據(jù)字段的類型和范圍，以及可顯示字段、篩選條件字段和字段讀取權(quán)限等;實現(xiàn)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)的增、刪、改、查等功能，可查看和編輯種質(zhì)資源詳細(xì)數(shù)據(jù);支持種質(zhì)資源數(shù)據(jù)的批量導(dǎo)入和導(dǎo)出，方便數(shù)據(jù)的錄入和存檔;實現(xiàn)資源數(shù)據(jù)信息的查重和校驗功能，所有上傳的服務(wù)資源信息均需經(jīng)過管理員審核后才能正式對外發(fā)布和共享;支持庫（圃）人員在種質(zhì)資源共享服務(wù)云平臺中對種質(zhì)資源進行上架和下架操作，可設(shè)置申請數(shù)量，并支持批量上下架[6-7]。

2.2.3 種質(zhì)資源申請管理 該模塊實現(xiàn)了種質(zhì)資源申請流程的管理，系統(tǒng)可管理申請流程和訂單的狀態(tài)流轉(zhuǎn)，直至用戶收到種質(zhì)資源并進行評價。用戶發(fā)起并提交種質(zhì)資源申請后，庫（圃）人員可在訂單管理頁面中查詢已提交申請并進行審核處理，若審核通過，庫（圃）人員可根據(jù)申請要求準(zhǔn)備種質(zhì)等待自取或郵寄，相關(guān)物流信息可錄入系統(tǒng)。在種質(zhì)資源申請過程中，用戶可隨時查詢申請進度，系統(tǒng)記錄各項流程節(jié)點的操作人、操作時間、描述信息等，并通過和第三方物流平臺對接，實現(xiàn)訂單物流狀態(tài)的記錄和跟蹤。

2.2.4 服務(wù)流程及用戶反饋管理 該模塊實現(xiàn)對服務(wù)流程以及用戶服務(wù)和反饋等過程中的各種信息數(shù)據(jù)進行電子存檔，方便后續(xù)優(yōu)化服務(wù)流程和改進用戶服務(wù)質(zhì)量。同時系統(tǒng)將云平臺的服務(wù)咨詢和對接洽談數(shù)據(jù)進行存檔，并提供數(shù)據(jù)檢索功能。

2.2.5 庫（圃）建設(shè)運行管理 庫（圃）單位是農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺的重要服務(wù)機構(gòu)，為了提高庫（圃）運行服務(wù)質(zhì)量，本模塊主要實現(xiàn)對庫（圃）單位的建設(shè)運行管理，包括種質(zhì)庫（圃）征集流程管理、運行服務(wù)數(shù)據(jù)審核統(tǒng)計和可視化展示三大功能。其中種質(zhì)庫（圃）征集流程管理負(fù)責(zé)新增種質(zhì)資源庫（圃）的工作流程管理，實現(xiàn)新增庫（圃）單位的征集、資料匯總、專家評審、結(jié)果審核等過程的信息化;運行服務(wù)數(shù)據(jù)審核統(tǒng)計是根據(jù)庫（圃）實際運行情況，從多個維度進行庫（圃）運行服務(wù)數(shù)據(jù)的收集、填報和審核，以種質(zhì)資源收集保存、鑒定評價、共享服務(wù)和服務(wù)成效等運行服務(wù)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，平臺績效考核指標(biāo)為依據(jù)，對種質(zhì)庫（圃）運行服務(wù)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，能客觀地評價各種質(zhì)庫（圃）運行服務(wù)情況;運行服務(wù)數(shù)據(jù)可視化展示是以庫（圃）運行服務(wù)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)管理駕駛艙和各類分析圖表可視化，直觀地展示各種質(zhì)庫（圃）的運行服務(wù)情況，為平臺的管理和決策提供可視化數(shù)據(jù)支撐。

2.2.6 系統(tǒng)管理 系統(tǒng)管理模塊主要包括認(rèn)證管理、系統(tǒng)日志、系統(tǒng)幫助和系統(tǒng)配置等4個功能。其中認(rèn)證管理主要實現(xiàn)用戶管理和權(quán)限管理，可創(chuàng)建各種角色的用戶，包括管理員、庫（圃）人員、普通用戶等，支持對不同用戶角色設(shè)置相應(yīng)的權(quán)限等;系統(tǒng)日志記錄關(guān)鍵的用戶操作日志，提供操作日志查詢服務(wù);系統(tǒng)幫助提供各項菜單的操作文檔說明;系統(tǒng)配置可設(shè)置各項系統(tǒng)參數(shù)配置，如數(shù)據(jù)導(dǎo)入模板格式配置等。

2.2.7 信息安全 農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺支持多種方式的信息安全保護。對外網(wǎng)站服務(wù)通過應(yīng)用防護防火墻提供安全保護，并通過第三方滲透測試安全認(rèn)證;數(shù)據(jù)庫安全系統(tǒng)支持敏感數(shù)據(jù)保護和數(shù)據(jù)訪問審計，防止數(shù)據(jù)泄露;系統(tǒng)安全審計平臺記錄用戶的訪問和操作日志，對違規(guī)網(wǎng)絡(luò)行為實時告警。

3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺的主要業(yè)務(wù)流程如圖4所示。平臺管理員通過管理后臺發(fā)布科普園地、種質(zhì)講壇等信息，維護各類科技信息資源，用戶可瀏覽種質(zhì)資源共享服務(wù)云平臺，選擇感興趣的內(nèi)容瀏覽或發(fā)起在線服務(wù)咨詢，平臺在線客服可及時回復(fù)服務(wù)咨詢，響應(yīng)服務(wù)洽談和工作對接，實現(xiàn)線上工作流。種質(zhì)資源庫（圃）人員可以通過管理后臺進行種質(zhì)資源信息的完善和提交、維護庫（圃）信息、配置種質(zhì)資源的圖片展示信息和上下架狀態(tài)，信息通過管理員審核后可對外提供服務(wù)。平臺管理員結(jié)合種質(zhì)資源標(biāo)簽平臺維護和更新相關(guān)標(biāo)簽索引信息后，支持用戶在種質(zhì)資源共享服務(wù)云平臺中進行靈活的信息檢索，對于需要的種質(zhì)資源可在線發(fā)起種質(zhì)資源申請請求，庫（圃）人員審核通過后提供種質(zhì)自取和郵寄服務(wù)并在系統(tǒng)中更新物流信息，用戶能在線查看申請進度及物流信息跟蹤，可在收到種質(zhì)資源后進行服務(wù)評價[8-9]。

4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)的關(guān)鍵實現(xiàn)技術(shù)在于種質(zhì)資源標(biāo)簽管理平臺和基于種質(zhì)資源標(biāo)簽特征的智能推薦技術(shù)，為了更好地滿足用戶種質(zhì)資源檢索需求，并對種質(zhì)資源相關(guān)特征特性做更全面多維的分析，本系統(tǒng)構(gòu)建種質(zhì)資源標(biāo)簽平臺，通過特征標(biāo)簽管理和大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)種質(zhì)資源標(biāo)簽體系的管理，實現(xiàn)架構(gòu)如圖5所示。

數(shù)據(jù)采集層實現(xiàn)對種質(zhì)資源共性特征、特性特征、用戶瀏覽記錄、用戶申請種質(zhì)記錄等數(shù)據(jù)源進行數(shù)據(jù)采集和實時同步。種質(zhì)資源標(biāo)簽平臺利用上述數(shù)據(jù)源通過數(shù)據(jù)平臺技術(shù)進行整合加工，標(biāo)簽平臺的作用是在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)表之上構(gòu)建跨計算存儲的邏輯模型，直接在視圖層上對數(shù)據(jù)進行管理、加工、查詢，屏蔽下層的多個大數(shù)據(jù)計算存儲資源，簡化數(shù)據(jù)的使用。通過標(biāo)簽平臺實現(xiàn)了種質(zhì)資源數(shù)據(jù)靈活動態(tài)的特征工程，支持在標(biāo)簽平臺中隨時添加、組合新的標(biāo)簽定義。例如可將大豆的銹病抗性、灰斑病抗性、霜霉病抗性、紫斑病抗性、細(xì)菌性斑點病抗性等各種特性組合起來形成一個綜合性的抗病性等級標(biāo)簽。

基于種質(zhì)資源標(biāo)簽數(shù)據(jù)，可以對系統(tǒng)中的種質(zhì)資源數(shù)據(jù)做一些相關(guān)數(shù)據(jù)分析，包括通過指定不同的標(biāo)簽篩選來定義種質(zhì)資源群組，并進行群組的相關(guān)畫像分析，支持對群組進行交集、差集、并集等集合運算。支持對標(biāo)簽數(shù)值進行數(shù)據(jù)分布統(tǒng)計和可視化分析，如可通過箱線圖等直觀方式體現(xiàn)種質(zhì)資源特征的分布。系統(tǒng)支持將篩選條件保存起來形成常用查詢分組，用戶可利用種質(zhì)資源標(biāo)簽信息進行全方位的信息檢索，方便查找到最符合要求的種質(zhì)資源信息。

結(jié)合用戶瀏覽記錄和用戶已申請的種質(zhì)資源記錄數(shù)據(jù)，系統(tǒng)還支持基于種質(zhì)資源特征的智能推薦，根據(jù)用戶瀏覽數(shù)據(jù)中反映出的用戶感興趣的種質(zhì)資源信息，與種質(zhì)資源標(biāo)簽平臺中保存的特征數(shù)據(jù)進行匹配，計算出符合用戶興趣的種質(zhì)資源特征，再聯(lián)想查找出相似特征的其他種質(zhì)資源，提高檢索結(jié)果的滿意度[10]。

5 系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)通過Web方式對外提供服務(wù)，通過前后端分離架構(gòu)開發(fā)實現(xiàn)，通過Java微服務(wù)實現(xiàn)后臺相關(guān)應(yīng)用程序接口（API）服務(wù)，使用Vue實現(xiàn)前端相關(guān)頁面，借助于大數(shù)據(jù)平臺以及Spark技術(shù)實現(xiàn)種質(zhì)資源標(biāo)簽和畫像計算任務(wù)，計算結(jié)果存入ElasticSearch并對外提供種質(zhì)資源檢索服務(wù)，系統(tǒng)部分界面如圖6和圖7所示。系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性、擴展性和易用性，支持面向公眾和各外部機構(gòu)提供農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源相關(guān)的共享服務(wù)，提高了資源共享服務(wù)效率。

6 總結(jié)

江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺運用云計算、大數(shù)據(jù)等相關(guān)信息技術(shù)，進一步整合江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)了種質(zhì)資源標(biāo)簽計算、智能檢索、服務(wù)咨詢、科普服務(wù)、庫（圃）建設(shè)運行管理等功能，提高了種質(zhì)資源開放共享效率，優(yōu)化了用戶體驗。后續(xù)可進一步結(jié)合人工智能算法技術(shù)，分析和整合數(shù)據(jù)，為用戶提供更加準(zhǔn)確、便捷的服務(wù)。

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