臨沂設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象試驗站運管服一體化平臺建設(shè)及應(yīng)用

□ 田 原 呂學梅 張 蕊

（1.山東省臨沂市氣象局，山東 臨沂 276004；2.山東省蘭陵縣氣象局，山東 蘭陵 276000）

臨沂市設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象試驗站，在設(shè)計的過程中嚴格根據(jù)國家一級農(nóng)業(yè)氣象試驗站的有關(guān)標準，在規(guī)劃的過程中按照滿足農(nóng)業(yè)氣象觀測、推廣農(nóng)業(yè)氣象科研成果、研究農(nóng)業(yè)氣象實驗、開展農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)和培養(yǎng)農(nóng)業(yè)氣象人才五大功能需求為原則［1-2］。通過平臺項目的建設(shè)，匯集園區(qū)完整的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)信息，提供準確詳實的園區(qū)產(chǎn)業(yè)、作物種植模型、科研成果、基地展示、農(nóng)業(yè)氣象環(huán)境等方面信息，為園區(qū)制定農(nóng)業(yè)發(fā)展政策、信息化政策、產(chǎn)業(yè)政策等提供科學依據(jù)［3-5］。

一、一體化平臺開發(fā)技術(shù)路線

本項目在技術(shù)選型上遵循先進、安全、高可擴展性、高適用性原則進行設(shè)計，系統(tǒng)框架、開發(fā)技術(shù)、接口設(shè)計等方面的選型均嚴格響應(yīng)此要求和設(shè)計。為了確保該系統(tǒng)可以在不同操作的系統(tǒng)平臺上運行，實現(xiàn)跨平臺運行，在設(shè)計該平臺的過程中主要選用了云平臺、J2EE開放技術(shù)架構(gòu)，可有效實現(xiàn)平臺與操作系統(tǒng)、硬件平臺等的無關(guān)性水平；再加上設(shè)計的過程中將面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）作為主體，可方便系統(tǒng)進行有效調(diào)用，方便以后對該系統(tǒng)進行擴展，在對部門原有應(yīng)用系統(tǒng)進行保留的情況，在不改變部門原有應(yīng)用系統(tǒng)的情況下，實現(xiàn)不同應(yīng)用系統(tǒng)之間的資源共享；通過采用WebService技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)自身的業(yè)務(wù)流程和處理功能組件化，允許異質(zhì)的客戶端調(diào)用它提供的服務(wù)，具有良好的封裝性、開放性、普遍性和互操作性，松散耦合、高度可集成，廣泛支持各行業(yè)。對于應(yīng)用軟件開發(fā)平臺來說，主要選用了JDK1.6或以上的JAVA環(huán)境，可在典型或主流應(yīng)用服務(wù)平臺中進行應(yīng)用。技術(shù)平臺的選型，在保證平臺先進、適用的同時，還保障了整個平臺的性能，通過多種措施不斷優(yōu)化和調(diào)整平臺性能，在保證平臺數(shù)據(jù)量、業(yè)務(wù)規(guī)模、復(fù)雜度有不同程度的上升后，其性能仍舊可以達到最優(yōu)。

二、一體化平臺的技術(shù)架構(gòu)

在云計算技術(shù)數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上，結(jié)合邏輯中心與物理中心，并對各種類型的分布式數(shù)據(jù)資源進行整合，可向有關(guān)人員提供具有統(tǒng)一化水平的數(shù)據(jù)資源管理、分析及相關(guān)服務(wù)。而與平臺直接進行接入的項目是數(shù)據(jù)資源，可對數(shù)據(jù)資源的云節(jié)點進行快速擴展；將并行技術(shù)與統(tǒng)一化的數(shù)據(jù)服務(wù)總線進行結(jié)合，則能向用戶高效、快速地提供信息服務(wù)。總體架構(gòu)主要包括核心4個層次以及1個管理平臺：數(shù)據(jù)采集層、存儲計算層、數(shù)據(jù)提供層、應(yīng)用層+管理平臺。

（一）數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層的主要作用是采集批量和流式數(shù)據(jù)信息；批量數(shù)據(jù)的采集主要是在分布式ETL的基礎(chǔ)上，而流式數(shù)據(jù)的采集則主要是在Flume+Kafka的基礎(chǔ)上。通過對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型進行分析，不難發(fā)現(xiàn)，借助于分布式ETL、流式采集技術(shù)可有效采集非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。結(jié)合原系統(tǒng)的樂行分類，利用采集器可以采集BSS域CRM、計費、渠道、營銷等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)；實現(xiàn)對OSS域資源、網(wǎng)管類數(shù)據(jù)采集；實現(xiàn)對DPI互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)日志、用戶社交等數(shù)據(jù)采集。

（二）存儲計算層

對于數(shù)據(jù)存儲和計算層平臺來說，主要是利用平臺開展統(tǒng)一組織、計算、分析處理和集中管理，主要包括Hadoop生態(tài)系列數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理產(chǎn)品組件。組件就是程序模塊，可以實現(xiàn)特定功能，比如HDFS組件、MapReduce組件、Hive組件、YARN組件、Hbase組件等。

（三）數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)層

基于平臺基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析處理能力，針對不同應(yīng)用需求形成的數(shù)據(jù)服務(wù)能力組件，可為平臺提供數(shù)據(jù)和平臺服務(wù)。

在數(shù)據(jù)服務(wù)能力組件基礎(chǔ)上，可進行交互信息的協(xié)議轉(zhuǎn)換、路由控制、負載均衡和訪問設(shè)備的合法性驗證，完成訪問設(shè)備、外部系統(tǒng)與平臺系統(tǒng)的接口適配。

（四）應(yīng)用層

應(yīng)用層是基于數(shù)據(jù)提供層能力之上，通過標準化服務(wù)接口訪問，調(diào)用平臺提供的數(shù)據(jù)服務(wù)，根據(jù)具體應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯封裝為具備特定功能的應(yīng)用產(chǎn)品。如基于平臺提供的實時數(shù)據(jù)查詢服務(wù)，構(gòu)建上層實時戰(zhàn)報應(yīng)用。

（五）管理平臺

管理平臺是對系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理、監(jiān)控的平臺，管理層由系統(tǒng)安全、數(shù)據(jù)質(zhì)量、作業(yè)調(diào)度、運維監(jiān)控等構(gòu)成，通過建立網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)隱私保護、調(diào)度機制、運維監(jiān)控管理等為平臺提供管理保障措施。

三、功能設(shè)計

臨沂設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象試驗站運管服一體化平臺，是針對整個臨沂設(shè)施農(nóng)業(yè)進行的信息化管理和展示，在物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等現(xiàn)代化技術(shù)的基礎(chǔ)上開展的設(shè)施農(nóng)業(yè)種植數(shù)字化管理，并為設(shè)施農(nóng)業(yè)提供知識服務(wù)等功能為一體的綜合性系統(tǒng)平臺。本項目的服務(wù)平臺安全體系結(jié)構(gòu)模型是一個五角形的動態(tài)模型。服務(wù)平臺安全體系的五個分系統(tǒng)分別位于五角形的五個頂點，安全策略于五角形的中心，構(gòu)成基于策略的、完整的、實時的、動態(tài)的平臺安全體系。根據(jù)整體安全策略的控制和指導(dǎo)下，從技術(shù)的角度出發(fā)，從物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、系統(tǒng)平臺安全、應(yīng)用系統(tǒng)安全、系統(tǒng)容災(zāi)措施、安全審計、安全管理制度等方面來進行平臺安全的規(guī)劃和設(shè)計。

四、用戶角色介紹

臨沂設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象試驗站運管服一體化平臺用戶角色主要包括三種：系統(tǒng)管理員、工作人員、普通用戶。其中，對于系統(tǒng)管理員來說，基本享有平臺中所有的權(quán)限，可以進入到系統(tǒng)管理模塊，進而開展增加、刪除、修改、授權(quán)等操作，以確保系統(tǒng)建設(shè)和運行中的穩(wěn)定性水平；工作人員除了享有系統(tǒng)管理模塊的所有權(quán)限外，在登錄之后，可以直接進入到平臺以開展同設(shè)施農(nóng)業(yè)相關(guān)的業(yè)務(wù)操作；對于普通用戶來說，則是能對平臺門戶網(wǎng)站首頁的相關(guān)內(nèi)容進行瀏覽。

五、平臺應(yīng)用

基于“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化、管理高效化”的目標，建設(shè)“1+1+4”大數(shù)據(jù)綜合服務(wù)體系，即：1個大數(shù)據(jù)中心、1個決策指揮云平臺、4個應(yīng)用平臺，門戶網(wǎng)站、園區(qū)物聯(lián)網(wǎng)、追溯系統(tǒng)、基地展示一體化平臺的開發(fā)“設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象試驗站標準化運行平臺”和智慧農(nóng)業(yè)云手機App，提高了試驗基地觀測試驗和為農(nóng)服務(wù)能力。

（一）平臺首頁

平臺首頁包括基地實景、智慧農(nóng)業(yè)、作物模型、大數(shù)據(jù)顯示、大數(shù)據(jù)管理、標準庫、綜合門戶和OA系統(tǒng)。

（二）系統(tǒng)登錄

用戶如需訪問臨沂設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象試驗站運管服一體化平臺的相關(guān)子業(yè)務(wù)系統(tǒng)，需要點擊對應(yīng)模塊的登錄，輸入用戶名和密碼登錄之后，就能進入系統(tǒng)中，進而對系統(tǒng)對應(yīng)的各個功能模塊進行訪問。

（三）智慧農(nóng)業(yè)

（1）氣象概況：在基地實景圖上展示各個大棚的分布情況；展示各個大棚的傳感器數(shù)據(jù)。

（2）物聯(lián)監(jiān)控：將環(huán)境數(shù)據(jù)通過曲線等方式展示；查詢各個地塊、傳感器的環(huán)境數(shù)據(jù)。

（3）農(nóng)事管理：農(nóng)事操作記錄不同地塊各種農(nóng)事的安排情況；庫存管理對各種農(nóng)資產(chǎn)品入庫操作；采收管理記錄各個地塊的農(nóng)產(chǎn)品采收情況。

（4）統(tǒng)計分析：對比分析各個傳感器的同比環(huán)比情況，及各個地塊的分析比較；通過報表形式展示各個地塊不同傳感器不同時間段的數(shù)據(jù)；展示各個地塊各個傳感覺器的實時數(shù)據(jù)；銷售管理記錄農(nóng)產(chǎn)品的出售情況。

（5）統(tǒng)計分析：對比分析各個傳感器的同比環(huán)比情況，及各個地塊的分析比較；通過報表形式展示各個地塊不同傳感器不同時間段的數(shù)據(jù)；展示各個地塊各個傳感器的實時數(shù)據(jù)。

（6）小氣候站：展示第三方氣象觀測數(shù)據(jù)。

（四）作物模型

（1）選擇模型：選擇模型確定種植時間及地塊。

（2）修改模型：根據(jù)需要修改對應(yīng)的作物模型。

（3）農(nóng)事安排：通過農(nóng)事日歷查看每天的農(nóng)事安排。

（4）生長模型：查看作物生長周期，物候期構(gòu)成；記錄各個物候期的作物長勢、農(nóng)事操作；比較各個物候期的生成環(huán)境和參考環(huán)境。

（5）對比分析：查看作物生長周期，物候期構(gòu)成；記錄各個物候期的作物長勢、農(nóng)事操作；比較各個物候期的生成環(huán)境和參考環(huán)境。

（6）對比分析：對比分析不同地塊相通物候期內(nèi)的作物長勢；對比分析不同地塊物候期內(nèi)的種植成本。

（7）科研成果：分析各個大棚的科研成果；展示歷年科研成果推廣；展示歷年科研成果投入產(chǎn)出率；展示歷年設(shè)備投入情況；歷年科研成果交易的展示.

（8）農(nóng)業(yè)概況：展示臨沂的農(nóng)業(yè)總產(chǎn)量、農(nóng)作物播種面積、農(nóng)作物總產(chǎn)量；每個縣糧食作物種植面積、產(chǎn)量；每個縣的特色作物。

（五）大數(shù)據(jù)管理

（1）臨沂大屏：基地維護：上傳基地圖片和編寫文字介紹；大棚維護：上傳大棚圖片和編寫文字介紹等。

（2）科研成果：科研數(shù)據(jù)管理：成果管理、成果推廣、設(shè)備管理等；科研成果交易展示成果交易的價格、交易公司等詳情。

（3）農(nóng)業(yè)概況：各縣各種糧食作物的產(chǎn)量、種植面積；各縣的特色作物名稱、圖片等；設(shè)施農(nóng)業(yè)的分布情況。

（4）病蟲害情況：記錄蟲害的圖片、只數(shù)等信息。

（5）主大屏設(shè)置：設(shè)置主大屏的滾動圖片。

（六）標準庫

（1）標準庫使用：上傳、下載、刪除、查看、查詢文檔；標準庫分類導(dǎo)航頁。

（2）標準庫管理：文檔的分類管理；文檔的上傳、刪除等管理。

（3）其他鏈接：中國氣象標準化網(wǎng)、中國標準在線服務(wù)網(wǎng)、中國標準化研究院、標準信息網(wǎng)。

（七）OA系統(tǒng)

（1）行政辦公：公告通知管理；公告通知審批；日程安排查詢；工作日志查詢；工作計劃；辦公用品管理；固定資產(chǎn)管理；圖書管理；車輛管理。

（2）人力資源：招聘管理；培訓管理；考勤管理。

（3）檔案管理：檔案庫管理；案卷管理；文件管理；案卷借閱；檔案統(tǒng)計；檔案銷毀。

（4）應(yīng)用中心：CRM系統(tǒng)。

（5）流程中心：工作流設(shè)置。

（6）管理中心：管理駕駛艙。

（7）系統(tǒng)管理：組織機構(gòu)設(shè)置；行政辦公設(shè)置。

（八）綜合門戶

（1）首頁：展示最新資訊瀏覽、通知公告、氣象站風采；可以點擊相關(guān)圖片或詳情可以查看到具體詳細內(nèi)容。

（2）資訊瀏覽：自定義欄目版塊顯示；氣象動態(tài)。

（3）通知公告：公告分類展示。

（4）氣象站風采：氣象站介紹和科研成果、聯(lián)系方式內(nèi)容；科研成果展示。

（5）前沿科技：科研種植技術(shù)；科研成果。

（6）科研培訓：科研種植技術(shù)；科研成果；展示臨沂當?shù)嘏嘤柣匦畔ⅰ?/p>

（7）系統(tǒng)設(shè)置：系統(tǒng)管理員設(shè)置；權(quán)限管理；修改密碼；操作日志。

（8）臨沂管理：資訊欄目設(shè)置；基地風采；基地圖片；首頁輪播圖設(shè)置；氣象動態(tài)；聯(lián)系方式。

（9）通知公告：公告發(fā)布；公告欄目；公告審核。

六、結(jié)語

本項目解決設(shè)施農(nóng)業(yè)試驗站管理和服務(wù)問題，基于“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化、管理高效化”的目標，建設(shè)“1+1+4”大數(shù)據(jù)綜合服務(wù)體系—1個大數(shù)據(jù)中心、1個決策指揮云平臺、4個應(yīng)用平臺：門戶網(wǎng)站、園區(qū)物聯(lián)網(wǎng)、追溯系統(tǒng)、基地展示一體化平臺的開發(fā)《設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象試驗站標準化運行平臺》（獲軟件著作權(quán)）和智慧農(nóng)業(yè)云手機App，提高了試驗基地觀測試驗和為農(nóng)服務(wù)能力。該平臺建設(shè)中取得的經(jīng)驗包括：充分考慮系統(tǒng)實際需要和信息技術(shù)發(fā)展趨勢，通過嚴密、有機的組合，實現(xiàn)最佳的性能價格比，以便節(jié)約項目投資，同時保證系統(tǒng)功能實施的需求，經(jīng)濟實用。同時應(yīng)考慮已建系統(tǒng)的利舊性，不重復(fù)建設(shè)；堅持以項目實際運行過程中的需求為導(dǎo)向，合理設(shè)計分析軟件的結(jié)構(gòu)與功能，充分滿足軟件平臺的性能與功能要求；通過統(tǒng)一管理維護平臺設(shè)計，確保系統(tǒng)平臺維護的集中性和方便性。系統(tǒng)具有專業(yè)的管理維護終端，方便系統(tǒng)維護。并且，系統(tǒng)具備自檢、故障診斷及故障弱化功能，在出現(xiàn)故障時，能得到及時、快速的進行自維護。目前平臺在使用過程中未出現(xiàn)Bug、故障等情況，除作物模型需要繼續(xù)優(yōu)化外，其它一切運行正常。