徐銘超,李富生,何麗蓮,毛孝強(qiáng),王先宏

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)甘蔗研究所，云南 昆明 650201)

基于“云計(jì)算”的甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)

徐銘超,李富生,何麗蓮,毛孝強(qiáng),王先宏

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)甘蔗研究所，云南 昆明 650201)

基于“云計(jì)算”設(shè)計(jì)了甘蔗種質(zhì)資源的管理系統(tǒng)，以網(wǎng)絡(luò)接口為切入點(diǎn)，將田間管理中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)整合到系統(tǒng)界面，直觀清晰地展示了各項(xiàng)數(shù)據(jù)，為農(nóng)業(yè)科技人員提供新型、快捷、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的信息化管理手段。

甘蔗種質(zhì)資源;云計(jì)算;農(nóng)業(yè)信息化;管理系統(tǒng)

甘蔗種質(zhì)資源是指攜帶有甘蔗屬(Saccharum)及其近緣物種的各種種質(zhì)(基因)植物材料，包括古老的地方品種、新培育的推廣品種、有特點(diǎn)的育種品系和遺傳材料、甘蔗屬內(nèi)及其近緣野生種等[1]。甘蔗屬內(nèi)約10個(gè)種，其中，熱帶種(S.officinarumL.)、中國(guó)種(S.sinenseRoxb)、印度種(S.barberiJeswiet)、割手密(細(xì)莖野生種，S.spontaneumL.)、斑茅(S.anmdinaceumRetz.)、大莖野生種(S.robusrumGrassl)等6個(gè)種與栽培和育種關(guān)系密切，前三者為栽培種，后三者為野生種[2]。與甘蔗屬近緣的植物種群包括蔗茅屬(Erianthus)、硬穗屬(Sclerostachya)、河八王屬(Narenga)、芒屬(Miscanthus)、白茅屬(Imperata)、高粱屬(Sorghum)、油芒屬(Eccoilopus)、大油芒屬(Spodiopogon)，統(tǒng)稱“甘蔗屬?gòu)?fù)合體”[3]。

甘蔗種質(zhì)資源是甘蔗育種的基因庫。云南農(nóng)業(yè)大學(xué)甘蔗研究所在“八五”期間完成了甘蔗野生種質(zhì)資源的考察、采集工作，建立了“屬種”齊全的甘蔗資源圃[4]，至今保育了9屬18種共1000多份核心種質(zhì)；“九五”期間開展了甘蔗種質(zhì)資源的鑒定評(píng)價(jià)研究；“十五”期間開展了“甘蔗與蔗茅屬間遠(yuǎn)緣雜交創(chuàng)造新種質(zhì)”的研究，并獲得了含有蔗茅(E.fulvusNess)野生種血緣的高產(chǎn)、高糖、抗逆(抗旱、耐寒、耐瘠)的甘蔗新種質(zhì)[5]。目前，本課題組自育的第1個(gè)抗旱耐寒甘蔗新品種滇蔗01/58已通過云南省省級(jí)品種審定，并在云南高原蔗區(qū)(海拔1300 m以上)推廣應(yīng)用，還有一些甘蔗新品系已完成或即將完成區(qū)域化試驗(yàn)。

目前，云南農(nóng)業(yè)大學(xué)甘蔗研究所已積累了大量甘蔗資源的研究資料和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。“云計(jì)算”具有將IT上農(nóng)業(yè)信息整合成分布式網(wǎng)絡(luò)資源的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。本研究對(duì)已有的甘蔗種質(zhì)資源信息進(jìn)行采集、整理和加工，并建立“云南農(nóng)業(yè)大學(xué)甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)”，以期為實(shí)現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)中將各種甘蔗育種和栽培的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析、視頻指導(dǎo)和數(shù)據(jù)共享、遠(yuǎn)程答疑等甘蔗產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化[6]服務(wù)功能提供技術(shù)支撐。

1 “云計(jì)算”的先進(jìn)性及其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

“云計(jì)算”是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，一種新的IT模式。通過這種新一代的計(jì)算方式，在自動(dòng)化程度和可靠性都非常高的“云計(jì)算”中心的支持下，已經(jīng)在“云”中共享的軟硬件資源和信息可以按照不同需要提供給計(jì)算機(jī)、PDA、手機(jī)等終端，終端通過網(wǎng)絡(luò)訪問已存儲(chǔ)在“云”中的應(yīng)用和信息，避免了不斷安裝、維護(hù)、升級(jí)等繁瑣的操作。

“云計(jì)算”與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)相比具有以下先進(jìn)性：(1)規(guī)?？烧{(diào)節(jié)。“云計(jì)算”規(guī)?？纱罂尚?，適用于任何企業(yè)。(2)系統(tǒng)穩(wěn)定。“云計(jì)算”中心在軟硬件層面采用了可靠性設(shè)計(jì)以保證服務(wù)的可靠性，不會(huì)因?yàn)榻K端系統(tǒng)故障或其他原因而導(dǎo)致無法操作。(3)涵蓋廣泛。一個(gè)“云”可以支撐多種不同類型的復(fù)雜應(yīng)用同時(shí)運(yùn)行，以確保服務(wù)的運(yùn)行效果和運(yùn)行質(zhì)量。(4)按用戶需求服務(wù)?！霸朴?jì)算”是異常龐大的資源應(yīng)用池，用戶可以根據(jù)需求量的多少購(gòu)買，就像水、電等根據(jù)用戶的使用量進(jìn)行收費(fèi)。(5)完善的運(yùn)行維護(hù)機(jī)制。在“云”的另一端，會(huì)有世界上最先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心來儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，有世界最新的“云”應(yīng)用。

目前，“云計(jì)算”已廣泛應(yīng)用于電子商務(wù)，但大部分“云”產(chǎn)品主要應(yīng)用于具有高附加值的工業(yè)、加工業(yè)、服務(wù)業(yè)等，而農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較少。據(jù)報(bào)道，美國(guó)康奈爾大學(xué)訪問學(xué)者趙金石博士已研發(fā)了國(guó)內(nèi)首款奶牛牧場(chǎng)“云計(jì)算”管理系統(tǒng)[7]。而基于大田實(shí)驗(yàn)和田間數(shù)據(jù)管理的“云”數(shù)據(jù)庫，在國(guó)內(nèi)尚處于起步階段，有待于進(jìn)一步地開發(fā)和應(yīng)用。

2 甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與構(gòu)成

2.1 “云”平臺(tái)實(shí)現(xiàn)模型

甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)可分為3個(gè)層面：物理層、計(jì)算層、應(yīng)用層(圖1)。(1)物理層將所有需要呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)放到服務(wù)器、存儲(chǔ)介質(zhì)和計(jì)算機(jī)等設(shè)備上，方便各種端口的訪問。(2)計(jì)算層設(shè)計(jì)存儲(chǔ)虛擬化、數(shù)據(jù)分布虛擬化、計(jì)算虛擬化、用戶權(quán)限數(shù)據(jù)安全等模塊。存儲(chǔ)虛擬化是指種質(zhì)資源管理系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)在 “云”服務(wù)器上，終端用戶看不到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的具體位置，存儲(chǔ)的具體文件也不在終端用戶的存儲(chǔ)空間內(nèi)。終端用戶對(duì)數(shù)據(jù)的操作是清晰可見的，但數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的過程及位置相對(duì)于用戶是虛擬的[8]。計(jì)算虛擬化是對(duì)進(jìn)程、線程進(jìn)行調(diào)度，并且管理對(duì)應(yīng)的進(jìn)程、線程資源，最后將結(jié)果匯總[9]。(3)應(yīng)用層設(shè)計(jì)可視化軟件界面，以生長(zhǎng)性狀、育成品種、育種材料、遺傳研究等項(xiàng)目為依據(jù)。設(shè)計(jì)基于“云計(jì)算”的信息查詢工具，可以查詢甘蔗種質(zhì)信息的各種資料，以甘蔗的種質(zhì)類型(野生種、栽培種、雜交種等)進(jìn)行信息分類，將各個(gè)種質(zhì)類型的采集地、種植號(hào)、性狀表現(xiàn)、編號(hào)等信息轉(zhuǎn)化成表格，體現(xiàn)出相同種質(zhì)不同類型的差異性；對(duì)每個(gè)品種進(jìn)行詳細(xì)的信息化管理，可以查看種質(zhì)資源管理系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)品種的詳細(xì)信息，如株高、節(jié)間長(zhǎng)度、纖維分、糖分、錘度、品種圖片等；設(shè)計(jì)田間生產(chǎn)過程的“云”管理，實(shí)現(xiàn)“云”決策；設(shè)計(jì)內(nèi)部聊天室，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)人員、實(shí)驗(yàn)人員、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)人員、管理人員的無縫對(duì)接，用最快的時(shí)間、最直接的方式解決大田生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的疑難問題，出現(xiàn)特例性問題時(shí)可以第一時(shí)間邀請(qǐng)最權(quán)威的專家參與討論；設(shè)計(jì)大田和實(shí)驗(yàn)室視頻監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的在線“云”存儲(chǔ)，在裝備高清攝像頭后，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控大田和實(shí)驗(yàn)室的情況(如大田的甘蔗生長(zhǎng)情況、田間實(shí)驗(yàn)的周邊環(huán)境、田間小氣候、實(shí)驗(yàn)室人員到崗情況、實(shí)驗(yàn)進(jìn)展情況等)，也可以定時(shí)錄像，以方便使用時(shí)調(diào)閱；在甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)里登記的每個(gè)甘蔗種質(zhì)可以獨(dú)立打印條形碼以便實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行分辨。

2.2 甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)的架構(gòu)組成

管理系統(tǒng)是將傳感器、遠(yuǎn)程控制、共享數(shù)據(jù)集成到一個(gè)整體，由服務(wù)主體、服務(wù)客體、信息采集、傳輸媒介4個(gè)部分組成(圖2)。服務(wù)主體包括管理部門、基層推廣部門、科研機(jī)構(gòu)等；服務(wù)客體指需要甘蔗種質(zhì)資源信息的各種類型用戶；信息采集指?jìng)鞲衅鲾?shù)據(jù)傳輸和其他平臺(tái)信息，通過溫度、濕度、紫外線強(qiáng)度等傳感器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)健霸朴?jì)算”平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總工作，為進(jìn)一步分析田間情況提供扎實(shí)依據(jù)。

圖1 甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)的云模型實(shí)現(xiàn)Fig.1 Realization of the cloud model of sugarcane germplasm resources management system

圖2 甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)架構(gòu)組成Fig.2 Framework of sugarcane germplasm resources management system

甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)在“云”平臺(tái)外設(shè)計(jì)了問題解決實(shí)體，將“云計(jì)算”平臺(tái)提供的服務(wù)拓展到一線生產(chǎn)人員。該實(shí)體將科技人員的隱性知識(shí)與存儲(chǔ)在“云計(jì)算”平臺(tái)中的顯性知識(shí)及其他相關(guān)信息集合在一起，通過實(shí)體服務(wù)人員和“云計(jì)算”平臺(tái)組成的人機(jī)系統(tǒng)，生成新的知識(shí)，形成特定問題的解決方案，并將解決方案反饋給一線生產(chǎn)人員。

3 甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)

服務(wù)器或計(jì)算機(jī)上安裝好IIS后，在IE瀏覽器中輸入甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)的服務(wù)器IP或域名即可登陸系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)不對(duì)外使用，所以沒有設(shè)計(jì)注冊(cè)按鈕，只有得到超級(jí)管理員授權(quán)的帳號(hào)才可以登錄。輸入正確的用戶名和密碼后，經(jīng)系統(tǒng)驗(yàn)證，點(diǎn)擊登錄即可進(jìn)入系統(tǒng)(圖3)。

圖3 甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)界面Fig.3 Interface of the sugarcane germplasm resources management system

用戶名和密碼部分代碼實(shí)現(xiàn)如下：

甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)的主要功能是將所有的甘蔗種質(zhì)資源依據(jù)野生資源、栽培原種、栽培品種、雜交利用4種屬性進(jìn)行第1次分類，分類后以屬或種為特性再次分類。最底層的分類可以添加該類別的甘蔗種質(zhì)資源數(shù)據(jù)屬性，如性狀信息、形態(tài)特征和生理學(xué)特征等。所有數(shù)據(jù)均以豎排表格形式列出。以野生資源管理為例，將甘蔗野生資源分為割手密、斑茅、蔗茅、五節(jié)芒、河八王和其他(圖4)。

單擊添加即可添加甘蔗種質(zhì)資源數(shù)據(jù)，種質(zhì)資源的性狀信息、形態(tài)特征和生理學(xué)特征會(huì)以表格形式列出，如編號(hào)、產(chǎn)地、海拔、根、莖、葉等屬性(圖5)。添加成功后，可以對(duì)已經(jīng)添加的甘蔗種質(zhì)資源數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、刪除等操作。

實(shí)現(xiàn)功能部分代碼如下：

編號(hào)：

ErrorMessage="*該項(xiàng)不可以為空?">

圖5 甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)信息添加Fig.5 Information to be added into the sugarcane germplasm resources management system

4 小結(jié)

本系統(tǒng)解決了甘蔗種質(zhì)資源管理上的諸多問題，綜合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)計(jì)出一套操作簡(jiǎn)易、功能完善的甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)。解除各田間管理系統(tǒng)的“信息孤島”[10]狀態(tài)。一臺(tái)終端無需安裝幾套軟件，提高了管理效率，充分考慮到農(nóng)業(yè)科研人員在服務(wù)內(nèi)容、服務(wù)形式、便捷性等方面需求，具有較高使用價(jià)值。

本系統(tǒng)針對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)信息化進(jìn)程田間管理規(guī)范化、智能化等方面的問題，以甘蔗種質(zhì)資源管理為例，采用“云計(jì)算”設(shè)計(jì)，構(gòu)建一個(gè)面向從事田間管理的農(nóng)業(yè)科技人員的綜合管理系統(tǒng)，并依托我國(guó)現(xiàn)階段互聯(lián)網(wǎng)和手機(jī)基站建設(shè)，將分散的終端整合，用戶可以使用各種簡(jiǎn)單的終端(手機(jī)、PDA等)，綜合使用有線和無線網(wǎng)絡(luò)在“云”端獲得所需的信息。在甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)下，機(jī)構(gòu)之間可以使用共同的信息存儲(chǔ)空間，分享由“云”服務(wù)商提供的基礎(chǔ)設(shè)施，而不需要購(gòu)置存儲(chǔ)設(shè)備，農(nóng)業(yè)信息資源都將存儲(chǔ)在“云”服務(wù)器上，因此，相同的信息環(huán)境為農(nóng)業(yè)信息資源的共建、共享提供基礎(chǔ)，也為數(shù)據(jù)安全提供了保障。

[1]劉思衡.作物育種與良種繁育詞典[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2001:137.

[2]四川農(nóng)業(yè)大學(xué),貴州農(nóng)學(xué)院,云南農(nóng)業(yè)大學(xué).作物栽培學(xué)(各論)[M].貴陽:貴州科技出版社,1992:621-664.

[3]彭紹光.甘蔗育種學(xué)[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社,1990:98-151.

[4]何順長(zhǎng),楊清輝,肖風(fēng)迥,等.全國(guó)甘蔗野生種質(zhì)資源的采集和考察[J].甘蔗,1994,1(1):11-17.

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[9]錢坤.淺議云計(jì)算在農(nóng)業(yè)管理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2010，51(1):160-162.

[10]徐超.云計(jì)算技術(shù)在中國(guó)農(nóng)村信息化建設(shè)中的應(yīng)用[D].濟(jì)南:山東大學(xué),2010.

(責(zé)任編輯:張?jiān)蒲?

Asugarcanegermplasmresourcesmanagementsystembasedon“cloudcomputing”

XU Ming-chao,LI Fu-sheng,HE Li-lian,MAO Xiao-qiang,WANG Xian-hong

(Sugarcane Research Institute of Yunnan Agricultural University,Kunming,Yunnan 650201,China)

A sugarcane germplasm resources management system was designed based on “cloud computing”.By the network entrance,the data of field management were integrated into the system interface so that the various data appeared to be intuitive and clear to offer agricultural science and technology personnel with new-typed,rapid economic and feasible means of information management.

sugarcane germplasm resources;cloud computing;agriculture informatization;management system

2013-10-25

云南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)甘蔗產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(2009-2014)；云南省重點(diǎn)新產(chǎn)品開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2012BB014)；云南省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(云科人發(fā)[2012]18號(hào))。

徐銘超(1988-)，男，碩士研究生。研究方向：甘蔗種質(zhì)資源研究與利用。Email:44636238@qq.com。通訊作者李富生(1968-)，男，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向：甘蔗種質(zhì)資源研究與利用。Email:Lfs810@sina.com。

TU984

A

1673-0925(2014)01-0064-05