广西农业科技园区信息综合服务平台设计与应用

2021-06-16曾志康李敏苏秀刚莫小香谢秋波韦健刘海峰

福建农业科技 2021年3期

曾志康　李敏　苏秀刚　莫小香　谢秋波　韦健　刘海峰

摘要：在分析广西农业科技园区信息化发展现状及存在问题的基础上，采用面向服务架构技术（ServiceOriented Architecture，SOA），提出广西农业科技园区信息综合服务平台总体框架设计思路、体系架构和工作流程。平台采用中间件法实现数据交互统一接口，实现异构数据库、web服务、应用资源等结构化、非结构化数据的统一访问。结合园区实际，开发了园区公共信息平台、园区管理服务平台和园区应用服务平台，集成应用产品质量安全溯源、病虫害自动识别与诊断、专家远程技术服务、养殖场信息化管理等一批系统，在武鸣区、扶绥县、龙州县、合山市、武宣县等农业科技园区进行了推广应用，提升了广西农业科技园区信息化水平和覆盖面。

关键词：农业科技园区;SOA;信息平台;信息服务

中图分类号：F 327 文献标志码：A 文章编号：0253-2301（2021）03-0060-08

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2021.03.012

Agricultural Sciences， Nanning， Guangxi 530007， China; 2. Guangzhou Jiankun Network

Technology Development Co.， Ltd.， Guangzhou， Guangdong 510630， China）

Abstract： Based on the analysis of the informatization development status and existing problems of Guangxi agricultural science and technology park， Service Oriented Architecture （SOA） technology was used in this paper to put forward the overall framework design idea， system architecture and working process of the information integrated service platform of Guangxi agricultural science and technology park. The platform used the middleware method to realize the uniform interface of data interaction and the unified access of structured and unstructured data， such as the heterogeneous databases， web service and application resources. Combined with the actual situation of the park， the park public information platform， the park management service platform and the park application service platform have been developed， and a batch of systems were integrated and applied， such as the product quality and safety traceability， the automatic identification and diagnosis of pests and diseases， the remote technical services by experts， and the informatization management of farms. These systems have been popularized and applied in the agricultural science and technology parks of Wuming District， Fusui County， Longzhou County， Heshan City and Wuxuan County， improving the informatization level and coverage of agricultural science and technology parks in Guangxi.

Key words： Agricultural science and technology park; SOA; Information platform; Information service

廣西农业科技园区（以下简称“园区”）于2014年开始启动建设，是自治区级农业农村科技创新创业的重要载体[1]，截至2020年6月广西已先后批准建设63个园区，入园企业已超600家。随着园区迅速发展，产业规模不断扩大，园区通过创新增强竞争力的需求更加强烈，且从园区产业创新逐步扩散到园区服务创新、园区管理创新、园区信息化创新等范围。园区作为广西农业科技创新体系的重要组成部分，信息技术应用是最直接体现园区辐射带动作用的表现形式之一。利用信息技术提升园区生产和管理水平，加速信息技术与园区各环节有机融合发展[2]，对打破园区传统的管理和服务、培育园区发展新动能、促进园区高质量发展、加快园区创新辐射带动等具有重要意义。

1 园区信息化应用现状

1.1 园区信息化内涵

农业科技园区通过集聚技术、人才、资金、信息等生产要素[3]，在培育农业农村发展新动能和农村创新创业、成果展示示范、成果转化推广、高素质农民培训等方面发挥着重要作用，是自治区农业创新高地[4]。园区信息化实质是“互联网+园区”，即现代信息技术在园区一二三产业、产城产镇产村深入融合的应用示范推广全过程，涵盖生产、经营、管理、服务等4个方面（表1）。当前，园区信息化技术不仅仅局限于计算机技术应用[5]，而是将IOT、AI、遥感、GIS、大数据、5G等高新技术与设施农业科学与工程学、土壤学、作物学、农业病虫害防治学和地理学等基础学科有机结合起来[6]，为园区农业生产、经营、管理、服务全过程提供实时监测、智能操作、预测参考、决策判断等，实现园区农业数字化、智能化、精准化，推动农业节本增效和农民增收的信息系统集成应用技术模式的体现。

1.2 园区信息化发展现状

1.2.1 园区信息化服务初显成效，良圻园区信息化应用最优图1为2018年度园区信息化应用整体表现情况。截至2018年底，已有84.78%的园区开展了信息化技术应用或相关推广，其中园区信息化系统较为丰富，有交互、交易等功能应用且年度更新发布超2000条信息的园区占总园区的58.70%。根据2017年度广西农业科技园区监测评价分析报告[7]，良圻园区信息化应用整体表现最优，该园区集成了电子商务App、生产管理、供应链物资管理、北斗农机精细化管理、农产品追溯等10个应用信息化技术子系统，集育种、生产、采购、销售、库存管理等环节于一体，实现管理过程高效化、智能化。

1.2.2 園区电子商务应用率最高，远程服务应用率最低根据广西农业科技园区监测评价指标体系[8]，园区信息化应用主要分为园区门户网站、远程培训系统、远程诊断系统、农产品质量安全溯源、物联网监测监控或其他智能监控系统等5个方面应用。由图2可知，截至2018年底，园区电子商务应用率最高，建有或引进电子商务系统应用的园区占总园区的63.04%，其次是农产品质量安全追溯，其应用率达54.35%。建有农业科技远程培训系统的园区较少，仅占总园区的15.22%。

2 广西农业科技园区信息化存在问题

2.1 缺乏便捷式统一的对接信息管理办公渠道

当前，园区认定、验收、管理、监测评价等工作仍处于传统工作模式，自治区园区协调管理办公室对园区业务管理的信息化方式，尚且停留在通过邮件、QQ、微信与各园区管委会的联系和工作任务对接交流的方式，工作量较为烦琐、工作效率偏低。对于入园企业较多的园区，需要统计和管理的内容较多，加上基层人员的工作负担重，园区监测信息存在少填、漏填、虚填的现象。

2.2 多数园区宣传载体、成果供需平台不强

对比广西现代农业核心示范区，农业科技园区宣传力度仍不足。一方面是缺乏有效、多元化的宣传信息载体，多数园区信息宣传载体主要基于在某个入园龙头企业的信息平台，对人才、成果、平台等多元信息的共建共享不足。另一方面，对于入驻企业的技术需求与产品滞销等未能得到有效引导和帮助，园区调控不及时。此外多数园区信息载体出现发布慢、内容少、回复不及时等情况。

2.3 园区信息化系统应用水平整体偏弱

根据2018年度广西农业科技园区的监测数据显示，一方面，有开展农业物联网、遥感、地理信息系统等信息化应用的园区占总园区不足30%，其整体应有率较低。另一方面有开展生产信息化技术推广的园区，大都设备技术不完善，推广力度弱，存在“装了设备，没有用”的现象。此外，多数园区信息化技术以引进示范为主，自主吸收再创新信息技术较少，信息化技术应用研发相对滞后、缺乏核心技术。

3 平台设计

随着互联网、物联网、大数据、云计算、人工智能等新技术的飞速发展，农业数据感知、环境监测、智能控制等研究日新月异，GIS[9]、云计算[10]、J2EE[11]、C#[12]等信息技术和现代农业融合产生的信息平台应运而生，为园区信息综合服务平台的构建提供了整体思路。平台基于SOA技术，构建园区“一张图”展示平台，并集成园区监测评价信息管理、产品质量安全溯源、农产品电商、病虫害自动识别与诊断、农业专家远程技术服务、农业物联网应用等系统，实现园区简政管理、提升入驻企业服务质量和园区竞争力。

3.1 平台框架设计

3.1.1 设计思路采用SOA面向服务架构与中间件技术相结合，多个子系统协同工作的模式，完成平台总体框架搭建，硬件与软件系统间的指令与数据传输通过中间件完成。在系统与系统间，采用RPC远程过程调用、TPM事务处理监控器与多种数据库中间件搭配使用，实现不同平台数据库的统一访问。在园区的事务管理中，使用动态表单技术实现园区中各类管理与监测评价工作的高度定制化，最终形成一种自动化、智能化的农业综合信息服务模式。

3.1.2 平台体系结构平台体系结构总共分为5层：展现层、综合服务层、应用服务层、数据服务层、感知层。

展现层：是园区平台的内容表现与功能体现，包括综合信息门户与园区管理应用平台。普通用户可对园区的综合信息与园区内的各项统计分析数据进行查询浏览;园区管理类与应用类（农业企业、农户、合作社等）用户，则可通过登录平台，使用相关系统的服务应用和信息浏览。平台支持Web浏览器、移动终端（手机、平板电脑、智能终端等）等多通道的访问，各类用户均可根据实际需要获得信息发布服务、订阅服务、个性化服务、多媒体服务等功能。

综合服务层：通过SOA面向服务架构以服务或接口实现的方式，将应用服务层不同的业务服务与功能系统进行集中实现。通过定义统一接口将应用服务层的服务部署到企业服务总线，可以对平台的农业应用信息服务进行统一管理。利用数据库中间件实现不同服务器、不同系统的数据集中化访问。即在综合服务层，将多个独立工作的应用服务组合成为能够满足农业产业链各个环节需求的综合型服务平台。

应用服务层：是平台整体架构设计的核心，是整体应用系统建设的基础保障，遵循高内聚和低耦合的设计原则，根据平台建设的总体需求，应用SOA设计，并采用企业服务总线实现各类型应用中间件资源的整合管理，各子系统借助组件实现功能模块快速搭建。

数据服务层：实现结构化数据、非结构化数据以及实时数据流等数据源的存储、预处理、结构化处理、交换等功能，是平台统一化数据的来源与保障。由于平台集成子系统数量较多，存在不同的数据存储介质与数据源，且各数据源存在异构性，容易导致服务响应缓慢等问题。平台通过多种数据库中间件执行分库分表算法，将数据与操作指令分发到相应数据库节点以及指令接收点，由对应的数据库与中间件负责数据的解析和获取，其结果最终返回至客户端中。在经过数据服务层的数据处理后，上层服务与系统只需要关注数据的传输、处理、应用以及功能服务的实现，应用数据库中间件使得不同服务器上异构的数据源可以统一访问，从而实现各园区数据共建共享的统一化管理。

感知层：对农业物联网传感器、控制器、智能网关等设备集中管理。在硬件设备间，集成Lora、ZigBee、WiFi、Bluetooth等传输技术，形成标准化的硬件通信体系。在感知层与数据服务层间，通过路由中间件完成系统对硬件设备的指令进行下达和传感器数据的采集分发。感知层实现数据传输的时效性、有效性与准确性，能够直观的反应环境的真实情况，是电商平台、远程服务、智能识别、农产品溯源、设备智能化控制等服务应用的数据依据。平台的体系结构如图3所示。

3.2 平台工作流程

平台工作流程主要分四大部分：用户群、应用服务支撑、单一业务池、综合业务池，如图4所示。

用户群：主要包括普通农户、园区用户、企业用户、系统管理用户、游客用户。用户群用户通过门户访问平台发起服务请求，应用服务支撑调度相应的服务接受请求并完成相应的业务处理，并最终将结果反馈给用户。

应用服务支撑：是平台业务实现的桥梁，为用户群和应用服务之间的交互提供服务接口、智能路由、管理控制、策略计划等服务。

单一业务池：单一业务池是平台中所有服务的统一规范，通过服务池进行统一管理提高业务的可重用性，是所有不同系统的应用服务的公共、基础运行环境。

综合业务池：综合业务池是将平台单一应用服务，根据业务需求，有效组合形成的复合应用服务的集合，同样通过服务池的形式进行业务管理，提高单一应用服务与平台功能的可重用性，便于应用的维护和扩展。

4 平台功能设计

平台涵盖园区公共信息平台、园区管理服务平台和园区应用服务平台等三大子平台。

4.1 园区公共信息平台

公共信息平台作为园区资讯类信息的聚合平台，功能包括园区新闻动态、通知通告、政策法规、农时农事、种养技术、新优品种、成果推广、市场价格、市场预测、供需对接、招商引资等模块，主要面向园区各类用户推送普及性的信息。

4.2 园区管理信息平台

重点开发农业科技园区监测评价信息管理系统，实现园区年度监测评价数据的线上填报与管理[13]，设计了园区“一张图”综合展示系统，基于计算机辅助设计（CADComputer Aided Design）、计算机视觉（Computer Vision）、计算机图形学（Computer Graphics）等技术将各园区监测评价数据、空间信息、图像数据、实时监控数据等形成“一张图”显示，主要包括动态图表、园区农业地图、热力图等各种可视化展示及交互，用户可清晰直观的获取园区的相关信息。

4.3 园区应用服务平台

平台集成产品质量安全溯源系统、农产品电商平台、病虫害自动识别与诊断系统、专家远程技术服务系统、农业物联网等系统，为农业生产管理、技术推广、信息化服务等提供个性化、专业化服务。

（1）基于云服务的园区产品质量安全溯源系统：集成基于云服务的、以二维码为载体的园区产品质量安全溯源系统，系统功能模块包括企业基础信息管理、园区一张图可视化、投入品管理、生产管理、加工管理、销售管理、溯源管理等。支持網站、手机、智能终端等方式查询产品从种植到销售环节的信息。

（2）园区产品电商平台：借助于互联网开展在线销售活动，园区企业通过互联网为消费者提供农产品购物环境，消费者可以通过网络购买园区产品和网上支付。

（3）病虫害自动识别与诊断系统：基于计算机视觉技术[14]，并采用卷积神经网络算法对作物病虫害进行模型训练，开发园区作物病虫害自动识别与诊断系统。实现作物病虫害诊断的快速化、智能化。

（4）专家远程技术服务系统：通过云服务器构建专家云服务平台，集成直播、网络学院、技术课堂等功能，构建专家保障团队，提供园区农作物种植管理等从技术咨询到实施、从管理到流通的全周期数字化远程服务。

（5）园区作物生长环境数据采集系统：选择大田生产区部署无线传感器网络数据采集终端，监测大田生产环境（空气、土壤等）变化。数据传回云平台，进行分析和处理，为农业科技人员提供科学研究结果和决策依据。

（6）土壤墒情在线监测系统：构建园区土地水分监测网，实现不同类型作物、不同类型土壤选点监测，为园区水肥一体化控制系统提供有效的监测数据。

（7）水肥一体化远程控制系统：针对园区已经安装喷灌系统或水肥一体化滴灌系统，在保留手控设施基础上，增设自动化控制节点，可根据相应的环境数据采集终端采集分析的结果，进行远程灌溉或滴灌控制。

（8）全数字高清视频监控系统：建设或接入高清网络视频监控系统，实现园区的治安视频监控、作物生长状态监控、病虫害监控。通过高清显示器组成电视墙，分别实时显示各个监控点图像、倒查监控录像和所有环境监控信息。

（9）智能化温室控制系统：通过采集分析温室内作物、环境、土壤等基础信息，实现对大棚温室内部环境的自动化调节和控制，营造作物生产最适宜环境，提高作物生长质量和产量。

（10）养殖场信息化管理系统：基于云模式，结合RFID技术，实现牛场养殖全过程的信息化管理，功能包括养殖场概况、牛舍管理、档案管理、饲料管理、防疫管理等。以广西武宣农业科技园区核心区牛场养殖基地为对象，开展了系统应用[15]。

5 平台应用

平台开发测试后，为扶绥、龙州、合山、武宣、江南区等县区农业科技园区建立了园区分平台，累计发布信息超过5000条;园区监测评价信息管理系统面向全区50多家农业科技园区应用，支撑了2017-2019年度园区监测评价数据采集;在南宁市武鸣区农业科技园区测试应用了柑橘病虫害自动识别与诊断系统，验证了系统的实用性;在广西扶绥和龙州农业科技园区，搭建了基于农业物联网的园区生产管理云平台和监控中心，部署了大田生长环境数据采集系统、水肥一体化远程控制系统、土壤墒情在线监测系统、产品质量安全追溯系统和专家远程技术服务系统，实现园区田间生产环境数据实时采集、水肥一体化自动控制、监测异常时自动提醒和报警;通过开展园区农产品网上销售、质量溯源和在线咨询诊断服务，提高了园区科技信息服务能力。在广西武宣农业科技园区建立了智慧农业示范基地，部署了肉牛养殖环境监测系统和牛场管理信息系统，搭建涵盖肉牛出生、入栏、出栏等养殖环节全过程的智慧管理云平台，利用信息技术手段建立了远程疫病诊断、智能免疫提醒、专家远程培训体系，大幅提高企业养殖水平和防疫能力，降低园区养殖运行成本，推动园区产业转型升级。

6 结语

物联网、大数据、人工智能等信息技术[16]是农业科技园区高质量发展的重要力量。本文基于SOA构建广西农业科技园区信息综合服务平台，并集成园区产品质量安全溯源系统、病虫害自动识别与诊断系统、专家远程技术服务系统、养殖场信息化管理系统等，为园区企业和农户提供园区监测评价、农产品质量溯源、专家远程服务等服务。平台的应用，创新了广西农业科技园区的监管与信息服务模式，为建立农业科技园区长效运行管理机制提供有力支撑，对助力乡村振兴具有重要意义。但平台离全面推广应用还有一定的距离，今后将继续完善平台各大功能，如设计开发农业科技园区项目系统[17]，提升园区项目管理水平;充实和完善平台信息资源[18]，加强园区数据与科研院所共享和融合，通过科研指导园区农业生产。

参考文献：

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[7]廣西科技厅农村科技处.2017年度广西农业科技园区监测评价分析报告[EB/OL].（2018-08-20）[2020-08-20]http：//kjt.gxzf.gov.cn/xxgk/sjkf/sjfb/t3122962.shtml.

[8]广西壮族自治区科学技术厅.广西农业科技园区监测评价办法[EB/OL]. （2017-12-27）[2020-08-20]http：//kjt.gxzf.gov.cn/xxgk/zcyd/zcfg/t3095195.shtml.

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