临沂设施农业气象试验站运管服一体化平台建设及应用

□ 田 原 吕学梅 张 蕊

（1.山东省临沂市气象局，山东 临沂 276004；2.山东省兰陵县气象局，山东 兰陵 276000）

临沂市设施农业气象试验站，在设计的过程中严格根据国家一级农业气象试验站的有关标准，在规划的过程中按照满足农业气象观测、推广农业气象科研成果、研究农业气象实验、开展农业气象服务和培养农业气象人才五大功能需求为原则［1-2］。通过平台项目的建设，汇集园区完整的农业数据信息，提供准确详实的园区产业、作物种植模型、科研成果、基地展示、农业气象环境等方面信息，为园区制定农业发展政策、信息化政策、产业政策等提供科学依据［3-5］。

一、一体化平台开发技术路线

本项目在技术选型上遵循先进、安全、高可扩展性、高适用性原则进行设计，系统框架、开发技术、接口设计等方面的选型均严格响应此要求和设计。为了确保该系统可以在不同操作的系统平台上运行，实现跨平台运行，在设计该平台的过程中主要选用了云平台、J2EE开放技术架构，可有效实现平台与操作系统、硬件平台等的无关性水平；再加上设计的过程中将面向服务架构（SOA）作为主体，可方便系统进行有效调用，方便以后对该系统进行扩展，在对部门原有应用系统进行保留的情况，在不改变部门原有应用系统的情况下，实现不同应用系统之间的资源共享；通过采用WebService技术实现系统自身的业务流程和处理功能组件化，允许异质的客户端调用它提供的服务，具有良好的封装性、开放性、普遍性和互操作性，松散耦合、高度可集成，广泛支持各行业。对于应用软件开发平台来说，主要选用了JDK1.6或以上的JAVA环境，可在典型或主流应用服务平台中进行应用。技术平台的选型，在保证平台先进、适用的同时，还保障了整个平台的性能，通过多种措施不断优化和调整平台性能，在保证平台数据量、业务规模、复杂度有不同程度的上升后，其性能仍旧可以达到最优。

二、一体化平台的技术架构

在云计算技术数据中心的基础上，结合逻辑中心与物理中心，并对各种类型的分布式数据资源进行整合，可向有关人员提供具有统一化水平的数据资源管理、分析及相关服务。而与平台直接进行接入的项目是数据资源，可对数据资源的云节点进行快速扩展；将并行技术与统一化的数据服务总线进行结合，则能向用户高效、快速地提供信息服务。总体架构主要包括核心4个层次以及1个管理平台：数据采集层、存储计算层、数据提供层、应用层+管理平台。

（一）数据采集层

数据采集层的主要作用是采集批量和流式数据信息；批量数据的采集主要是在分布式ETL的基础上，而流式数据的采集则主要是在Flume+Kafka的基础上。通过对数据结构类型进行分析，不难发现，借助于分布式ETL、流式采集技术可有效采集非结构化、半结构化和结构化数据。结合原系统的乐行分类，利用采集器可以采集BSS域CRM、计费、渠道、营销等系统的数据；实现对OSS域资源、网管类数据采集；实现对DPI互联网上网日志、用户社交等数据采集。

（二）存储计算层

对于数据存储和计算层平台来说，主要是利用平台开展统一组织、计算、分析处理和集中管理，主要包括Hadoop生态系列数据存储和数据处理产品组件。组件就是程序模块，可以实现特定功能，比如HDFS组件、MapReduce组件、Hive组件、YARN组件、Hbase组件等。

（三）数据应用服务层

基于平台基础数据分析处理能力，针对不同应用需求形成的数据服务能力组件，可为平台提供数据和平台服务。

在数据服务能力组件基础上，可进行交互信息的协议转换、路由控制、负载均衡和访问设备的合法性验证，完成访问设备、外部系统与平台系统的接口适配。

（四）应用层

应用层是基于数据提供层能力之上，通过标准化服务接口访问，调用平台提供的数据服务，根据具体应用业务逻辑封装为具备特定功能的应用产品。如基于平台提供的实时数据查询服务，构建上层实时战报应用。

（五）管理平台

管理平台是对系统进行统一管理、监控的平台，管理层由系统安全、数据质量、作业调度、运维监控等构成，通过建立网络安全、数据隐私保护、调度机制、运维监控管理等为平台提供管理保障措施。

三、功能设计

临沂设施农业气象试验站运管服一体化平台，是针对整个临沂设施农业进行的信息化管理和展示，在物联网和人工智能等现代化技术的基础上开展的设施农业种植数字化管理，并为设施农业提供知识服务等功能为一体的综合性系统平台。本项目的服务平台安全体系结构模型是一个五角形的动态模型。服务平台安全体系的五个分系统分别位于五角形的五个顶点，安全策略于五角形的中心，构成基于策略的、完整的、实时的、动态的平台安全体系。根据整体安全策略的控制和指导下，从技术的角度出发，从物理安全、网络安全、系统平台安全、应用系统安全、系统容灾措施、安全审计、安全管理制度等方面来进行平台安全的规划和设计。

四、用户角色介绍

临沂设施农业气象试验站运管服一体化平台用户角色主要包括三种：系统管理员、工作人员、普通用户。其中，对于系统管理员来说，基本享有平台中所有的权限，可以进入到系统管理模块，进而开展增加、删除、修改、授权等操作，以确保系统建设和运行中的稳定性水平；工作人员除了享有系统管理模块的所有权限外，在登录之后，可以直接进入到平台以开展同设施农业相关的业务操作；对于普通用户来说，则是能对平台门户网站首页的相关内容进行浏览。

五、平台应用

基于“农业生产智能化、管理高效化”的目标，建设“1+1+4”大数据综合服务体系，即：1个大数据中心、1个决策指挥云平台、4个应用平台，门户网站、园区物联网、追溯系统、基地展示一体化平台的开发“设施农业气象试验站标准化运行平台”和智慧农业云手机App，提高了试验基地观测试验和为农服务能力。

（一）平台首页

平台首页包括基地实景、智慧农业、作物模型、大数据显示、大数据管理、标准库、综合门户和OA系统。

（二）系统登录

用户如需访问临沂设施农业气象试验站运管服一体化平台的相关子业务系统，需要点击对应模块的登录，输入用户名和密码登录之后，就能进入系统中，进而对系统对应的各个功能模块进行访问。

（三）智慧农业

（1）气象概况：在基地实景图上展示各个大棚的分布情况；展示各个大棚的传感器数据。

（2）物联监控：将环境数据通过曲线等方式展示；查询各个地块、传感器的环境数据。

（3）农事管理：农事操作记录不同地块各种农事的安排情况；库存管理对各种农资产品入库操作；采收管理记录各个地块的农产品采收情况。

（4）统计分析：对比分析各个传感器的同比环比情况，及各个地块的分析比较；通过报表形式展示各个地块不同传感器不同时间段的数据；展示各个地块各个传感觉器的实时数据；销售管理记录农产品的出售情况。

（5）统计分析：对比分析各个传感器的同比环比情况，及各个地块的分析比较；通过报表形式展示各个地块不同传感器不同时间段的数据；展示各个地块各个传感器的实时数据。

（6）小气候站：展示第三方气象观测数据。

（四）作物模型

（1）选择模型：选择模型确定种植时间及地块。

（2）修改模型：根据需要修改对应的作物模型。

（3）农事安排：通过农事日历查看每天的农事安排。

（4）生长模型：查看作物生长周期，物候期构成；记录各个物候期的作物长势、农事操作；比较各个物候期的生成环境和参考环境。

（5）对比分析：查看作物生长周期，物候期构成；记录各个物候期的作物长势、农事操作；比较各个物候期的生成环境和参考环境。

（6）对比分析：对比分析不同地块相通物候期内的作物长势；对比分析不同地块物候期内的种植成本。

（7）科研成果：分析各个大棚的科研成果；展示历年科研成果推广；展示历年科研成果投入产出率；展示历年设备投入情况；历年科研成果交易的展示.

（8）农业概况：展示临沂的农业总产量、农作物播种面积、农作物总产量；每个县粮食作物种植面积、产量；每个县的特色作物。

（五）大数据管理

（1）临沂大屏：基地维护：上传基地图片和编写文字介绍；大棚维护：上传大棚图片和编写文字介绍等。

（2）科研成果：科研数据管理：成果管理、成果推广、设备管理等；科研成果交易展示成果交易的价格、交易公司等详情。

（3）农业概况：各县各种粮食作物的产量、种植面积；各县的特色作物名称、图片等；设施农业的分布情况。

（4）病虫害情况：记录虫害的图片、只数等信息。

（5）主大屏设置：设置主大屏的滚动图片。

（六）标准库

（1）标准库使用：上传、下载、删除、查看、查询文档；标准库分类导航页。

（2）标准库管理：文档的分类管理；文档的上传、删除等管理。

（3）其他链接：中国气象标准化网、中国标准在线服务网、中国标准化研究院、标准信息网。

（七）OA系统

（1）行政办公：公告通知管理；公告通知审批；日程安排查询；工作日志查询；工作计划；办公用品管理；固定资产管理；图书管理；车辆管理。

（2）人力资源：招聘管理；培训管理；考勤管理。

（3）档案管理：档案库管理；案卷管理；文件管理；案卷借阅；档案统计；档案销毁。

（4）应用中心：CRM系统。

（5）流程中心：工作流设置。

（6）管理中心：管理驾驶舱。

（7）系统管理：组织机构设置；行政办公设置。

（八）综合门户

（1）首页：展示最新资讯浏览、通知公告、气象站风采；可以点击相关图片或详情可以查看到具体详细内容。

（2）资讯浏览：自定义栏目版块显示；气象动态。

（3）通知公告：公告分类展示。

（4）气象站风采：气象站介绍和科研成果、联系方式内容；科研成果展示。

（5）前沿科技：科研种植技术；科研成果。

（6）科研培训：科研种植技术；科研成果；展示临沂当地培训基地信息。

（7）系统设置：系统管理员设置；权限管理；修改密码；操作日志。

（8）临沂管理：资讯栏目设置；基地风采；基地图片；首页轮播图设置；气象动态；联系方式。

（9）通知公告：公告发布；公告栏目；公告审核。

六、结语

本项目解决设施农业试验站管理和服务问题，基于“农业生产智能化、管理高效化”的目标，建设“1+1+4”大数据综合服务体系—1个大数据中心、1个决策指挥云平台、4个应用平台：门户网站、园区物联网、追溯系统、基地展示一体化平台的开发《设施农业气象试验站标准化运行平台》（获软件著作权）和智慧农业云手机App，提高了试验基地观测试验和为农服务能力。该平台建设中取得的经验包括：充分考虑系统实际需要和信息技术发展趋势，通过严密、有机的组合，实现最佳的性能价格比，以便节约项目投资，同时保证系统功能实施的需求，经济实用。同时应考虑已建系统的利旧性，不重复建设；坚持以项目实际运行过程中的需求为导向，合理设计分析软件的结构与功能，充分满足软件平台的性能与功能要求；通过统一管理维护平台设计，确保系统平台维护的集中性和方便性。系统具有专业的管理维护终端，方便系统维护。并且，系统具备自检、故障诊断及故障弱化功能，在出现故障时，能得到及时、快速的进行自维护。目前平台在使用过程中未出现Bug、故障等情况，除作物模型需要继续优化外，其它一切运行正常。