（2022 年江苏省通信学会“华苏杯”论文征集评优三等奖）基于中台的智慧农业建设模式浅析

李 凡 张殿锐

中通服网盈科技有限公司

0 引言

随着智慧农业质量追溯、无人农场、农业自动控制、虫害识别等技术的实效性、成熟度不断提升，农业生产经营主体建设智慧农业系统的意愿不断增强，然而，由于不同供应商之间的技术壁垒和用户信息化管理水平相对落后，智慧农业系统建设过程中不断产生数据孤岛，表现在重复建设网络存储和计算资源、感知网络和数据库、决策分析模块，直接导致用户建设和运维成本增加。以典型的农业产业园运营公司为例，如表1 所示，信息化业务系统普遍存在软硬件基础设施、数据资源、业务模块方面的重复建设内容。其次，不同系统中存在数据二义性，使得用户使用和信息系统数据集成变得更加困难，比如在作物生长物联网系统中，温度字段表示三个含义，在气象站采集器中表示空气温度，在土壤传感器中表示土壤温度，而在作物表型传感器里就表示作物表层温度。对于上述数据孤岛、重复建设、数据二义性、运维复杂等信息系统弊端，用户始终没有有效的解决方法。

表1 智慧农业信息化系统重复建设资源表

打破孤岛、集约建设、数据治理需要统筹信息系统集成架构规划和演进战略，本文结合智慧农业业务特点，引入中台框架，提出一种基于中台的智慧农业建设架构和模式，以期有效解决传统智慧农业建设模式中的数据孤岛、重复建设、数据二义性和运维复杂等弊端。中台是基于“前台+后台”架构演变而来，指的是将前台与后台间的共性模块打通，将数据、服务、技术设施等资源整合成标准功能单元，一般包括数据中台、业务中台和技术中台。从实际效果看，中台能够整合资源，提高数据质量，实现技术平台高效复用、快速适配业务需求。

1 智慧农业中台内涵

智慧农业中台既有智慧农业数据和业务领域特性，也有中台技术本身的维度和特点，从实际建设角度讲，要结合建设、管理和运维需求，考虑统分结合、权限合理、管理高效、集约建设的原则，建议智慧农业中台划分为三个主要方面：

（1）安全标准的技术中台

智慧农业技术中台为用户提供智慧农业基础设施、统一门户、集成中间件等能力，建设统一的信息技术标准和网络安全管理体系。技术中台应形成“五统一”：一是统一的基础设施，包括混合云、虚拟化、田间导航和通信支持系统等，提供集约的基础设施资源。二是统一的身份认证和单点登录，提供统一的可信用户和授权认证体系；三是统一的智慧农业门户，PC 端和移动端实现统一入口，实现应用、待办、功能、信息聚合；四是统一的网络信息安全设施，实现流量、数据、日志审计、灾备多方面的安全，符合信息安全保护要求。通过“四统一”技术中台建设，形成对业务资源、访问、授权、安全和建设标准的统筹管理和支持能力，构成智慧农业业务系统的门户，如图1 所示。

图1 智慧农业技术中台示意图

（2）高效治理的数据中台

数据中台为用户提供数据出入库接口、清洗规则、数据共享交换、挖掘分析、数据审计能力，并为上层应用提供主数据，包括组织机构数据、地理信息数据、客商/供应商数据、收支数据等。在具体建设层面，数据中台应包含针对异构数据的采集、清洗、加载、回刷模块，形成数据共享交换模块；数据仓库和经营分析、事件预警等数据服务标准组件，以及针对数据共享交换的ESB 总线等，形成数据服务模块；贯穿架构垂直到底的数据管控和制度体系，如元数据、数据标准、数据审核、数据质量、数据安全技术规范，以及智慧农业数据管理制度，明确数据管理范围、数据管理组织和权责、数据管理流程、数据管理量化指标（数据质量要求：完整性、及时性、准确性、一致性、唯一性、有效性的六个纬度计算标准）；数据挖掘分析组件、仓库开发组件、数据模型组件等开发套件，形成数据中台开发套件。如图2 所示。

图2 数据中台框架图

（3）面向服务的业务中台

业务中台与数据中台交互数据，并向上层业务应用提供标准化、模块级的业务处理能力，应包括环境信息服务、设备控制服务、农情分析服务、行政审批服务、销售支持服务、质量控制和追溯服务等模块。环境信息服务提供基于权限的环境信息采集功能；设备控制服务为用户提供系统级的生产任务上传下达功能，对灌溉设施、通风设施等的控制能力；农情分析服务支持基于片区、时间、天空地各个维度的农情数据、图像查询检索和展示比对分析功能；行政审批服务提供智慧农业活动所需人、财、物、信的审批；销售支持服务提供在线下单、支付返利、客户评价、投诉反馈、物流跟踪等模块；质量控制与追溯服务提供快速记录质量控制点，生成追溯码，扫码查询农产品产地、生产环节等服务。

2 智慧农业中台层次架构

架构设计综合可用性、便于扩展、安全性、健壮性等非功能性需求，考虑中台架构的分层特点，采用高内聚、低耦合的软件设计思想，统筹管理和技术维度，从而支持实现战略目标，对技术建设活动形成约束和指南。架构具体内容释义，一是管理维度：战略目标，引领智慧农业建设的总指南，数字化活动需围绕战略进行；综合应用，围绕战略目标，依托中台支撑，进行超越业务中台层面的决策、管理、营销活动；约束层，指制度、标准、架构，对数字化建设活动形成具体约束，确保平滑、可持续；保障层，提供建设运行的安全、组织和运维资源保障。二是技术维度：技术中台层，指计算存储数据库基础设施、单点登录和门户、田间导航定位、通信传输、安全保障等基础软硬件能力；数据中台层，为业务中台活动提供数据共享交换、数据治理、数据审计、数据分析支持；业务中台层，围绕综合应用所需的标准化共性业务模块，提供中间件标准接口。

智慧农业中台层次架构图如图3 所示。

图3 智慧农业中台层次架构图

3 以中台为底座的关键场景描述

与传统的烟囱式建设模式不同，以中台为底座的智慧农业系统，将技术资源、数据资源、业务标准模块视作整体的中台资源体，形成面向业务服务的场景式集约化应用模式，某个场景映射于某个业务系统，而是形成集成应用资源池，所有业务应用以微服务形式呈现。从逻辑层面，可以划分为如下维度，面向生产者：以大田种植活动为例，形成一体化的生产计划和活动上传下达、自动化生产作业、视频会议在线研判的业务场景。面向管理者：提供一体化的行政审批、质量管控、农业用水和环境安全监管等业务场景。面向服务购买者：以种植大户、经销商为主要对象，形成一站式农技、农资、农机、金融等业务场景。面向消费者：形成一站式电商销售模式和可视化溯源业务场景。面向决策者：以数据可视化为特征，提供农产品生产质量控制点风险预警、产量预测、农事活动决策、客户画像、经营分析等业务场景。以中台为底座的智慧农业关键业务场景逻辑逻辑表现如图4 所示。

图4 以中台为底座的智慧农业关键场景逻辑示意图

4 建设智慧农业中台的步骤

智慧农业中台建设既有传统软件分析的活动规律，也有中台自身的建设特点，用系统工程和集成思维进行统筹，具体建设步骤方面，建议如下：一、建立目标，根据主体需求，识别智慧农业关键业务场景，建立切实可行的中台建设目标，目标需符合SMART（Specific 具体、Measurable 可衡量的、Attainable 可实现的、Relevant 相关的、Time-Based 有时间表的）模型原则，并以此目标作为统筹智慧农业中台建设活动的锚点；二、调研，摸底现有智慧农业系统功能、架构、数据现状，获取数据字典和数据开放性描述文档；三、需求分析，面向用户，采用结构化、非结构化形式研究中台建设的目标，梳理指标体系集、需要共享交换的黄金数据、重点关注的事件集；四、设计，研究制定标准、模型、技术架构；五、环境部署，部署中台所需要的采集平台、计算平台、中台工具、服务平台套件；六、开发，开发智慧农业中台工具，加载现有数据，开发数据模型；七、集成测试和调优，集成现有业务信息系统，对中台的功能、性能进行测试评估，对系统进行调优。

5 保障措施

（1）规划保障。树立长期可持续思维，做好架构规划，建立必要的里程碑，以应用场景驱动中台建设，先急后缓、先易后难、持续推进。

（2）制度保障。围绕智慧农业中台目标，建立数据管理制度，标准、授权、管理职能和一致性责任矩阵；建立流程管理制度，实现流程审计、变更、授权的一致性责任矩阵；建立信息安全管理制度，实现设施安全、数据安全、信息安全的一致性责任矩阵。

（3）组织保障。智慧农业中台建设活动中，用户角色不仅是传统的项目管理和应用维护，而且要承担是业务、数据、架构工作，因此，须建立安全、数据、管理、软硬件开发和运维一体化中台建设运营团队。

6 结束语

智慧农业建设已经进入加速建设期，按照传统信息化建设的模式，已然带来重复建设、系统孤岛、数据冲突的信息化困境。本文提出基于中台的智慧农业建设模式，阐述了技术中台、数据中台、业务中台的内涵，分析了智慧农业中台层次架构，展望了以中台为底座的面向服务的模块级综合场景，提出了建设步骤和保障措施，提供建设智慧农业的新思路、新路径，以期对智慧农业建设主体开展相关建设和运维活动提供有益参考。