何學(xué)敏

（內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象信息中心 內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市 010051）

1 引言

隨著觀測自動化、智能化的推進，自動觀測在農(nóng)業(yè)氣象領(lǐng)域逐步興起和深入，越來越多的農(nóng)田小氣候和農(nóng)情實景自動觀測設(shè)備逐步成為新興的觀測手段[1]。通過應(yīng)用“互聯(lián)網(wǎng)+”等信息技術(shù)，不斷提高農(nóng)牧業(yè)氣象服務(wù)能力，建設(shè)智慧農(nóng)業(yè)，構(gòu)建農(nóng)牧服務(wù)體系。創(chuàng)新智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)模式，推進物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)為農(nóng)服務(wù)的應(yīng)用，提高為農(nóng)牧服務(wù)的質(zhì)量和效益，完成農(nóng)牧服務(wù)的轉(zhuǎn)型。農(nóng)田小氣候等農(nóng)牧業(yè)觀測系統(tǒng)能夠提高觀測效率及觀測精度，為農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)提供豐富多樣、連續(xù)、精準的觀測資料，極大彌補人工觀測站點稀疏、觀測精度不高、人力物力消耗大等缺點[2]；還能夠大大提高我區(qū)農(nóng)牧業(yè)及生態(tài)氣象的服務(wù)水平，觀測站點不受距離限制，覆蓋面更廣，有效彌補之前服務(wù)中站點稀疏的問題。

目前，內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)田小氣候等農(nóng)牧業(yè)觀測體系的建設(shè)已經(jīng)初具規(guī)模[3-5]，但距離全面推進、業(yè)務(wù)運行還有一定的距離，仍存在數(shù)據(jù)無法共享、無法為三農(nóng)提供支撐等弊端。因此將農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)接入統(tǒng)一數(shù)據(jù)環(huán)境并上傳，為全區(qū)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，加入國家智慧農(nóng)業(yè)氣象大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)勢在必行。

2 研究內(nèi)容

按照相關(guān)建設(shè)規(guī)范要求，建立農(nóng)田小氣候等農(nóng)牧業(yè)氣象監(jiān)測設(shè)備觀測數(shù)據(jù)的統(tǒng)一傳輸流程，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸監(jiān)控、與統(tǒng)一數(shù)據(jù)環(huán)境的對接，提供基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口的共享服務(wù)。最終整合縣綜平臺和智慧農(nóng)業(yè)服務(wù)平臺，設(shè)計農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)展示，并實現(xiàn)CIMISS數(shù)據(jù)庫與全區(qū)智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)平臺數(shù)據(jù)對接。主要研究內(nèi)容如下：

2.1 CIMISS數(shù)據(jù)庫設(shè)計

按照標準規(guī)范要求，基于氣象綜合信息共享平臺（簡稱CIMISS）業(yè)務(wù)系統(tǒng)，完成農(nóng)田小氣候觀測數(shù)據(jù)在CIMISS 數(shù)據(jù)環(huán)境中表存儲表結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

2.2 農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)流程處理軟件開發(fā)

設(shè)計開發(fā)農(nóng)田小氣候數(shù)數(shù)據(jù)流程處理軟件，實現(xiàn)農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)的實時收集。

2.3 農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控

數(shù)據(jù)流程處理軟件支持農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)上傳監(jiān)控功能，實現(xiàn)對農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)上傳情況的監(jiān)控。

2.4 農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)共享和展示

基于數(shù)據(jù)流程處理軟件，實現(xiàn)農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)接入CIMISS 數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一數(shù)據(jù)環(huán)境管理，完成MUSIC 接口配置后，實現(xiàn)數(shù)據(jù)展示。

2.5 農(nóng)田小氣候產(chǎn)品的存儲和共享

遵循服務(wù)產(chǎn)品標準化建設(shè)要求，通過軟件開發(fā)，實現(xiàn)專項實施縣農(nóng)牧業(yè)氣候區(qū)劃、氣象災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃、種植結(jié)構(gòu)、用戶信息及服務(wù)產(chǎn)品的收集、處理流程等，進行基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)環(huán)境的集中管理和共享服務(wù)。

2.6 平臺間的集約整合及產(chǎn)品的展示

對縣綜業(yè)務(wù)平臺進行專題開發(fā)，集約整合全區(qū)旗縣級氣象綜合應(yīng)用平臺與全區(qū)智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)平臺，實現(xiàn)農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)及農(nóng)牧業(yè)氣候區(qū)劃、氣象災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃、種植結(jié)構(gòu)、用戶信息及服務(wù)產(chǎn)品等在縣綜平臺統(tǒng)一展示。

3 軟件設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 相關(guān)技術(shù)概述

3.1.1 ORACLE 數(shù)據(jù)庫技術(shù)

ORACLE 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是目前世界一直處于領(lǐng)先地位的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用方便、功能強、效率高、可靠性好，同時可移植性好、能夠適應(yīng)高吞吐量，適用于各類微機環(huán)境。

CIMISS 業(yè)務(wù)系統(tǒng)采用ORACLE 分布式數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)，方便數(shù)據(jù)存儲、查詢和調(diào)用，故生態(tài)數(shù)據(jù)庫也在此基礎(chǔ)上按照CIMISS 數(shù)據(jù)庫表規(guī)范要求建立。同時，ORACLE 客戶端可實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫間的數(shù)據(jù)同步，因此應(yīng)用此技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)的上傳。

3.1.2 Java 技術(shù)

Java 是一門簡單、面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，不僅吸收率C++的各種有點，同時韓庚家簡單易用，能夠編寫桌面、Web 應(yīng)用、分布式、嵌入式等應(yīng)用程序。

Java 是由Sun Microsystems 公司推出的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言（以下簡稱 Java 語言）和Java 平臺的總稱。1996年1月，該公司發(fā)布了Java 的第一個開發(fā)工具包，僅用半年的時間，Java 技術(shù)就在8 萬個網(wǎng)頁上應(yīng)用，其中用Java 實現(xiàn)的HotJava 瀏覽器最能夠顯示Java 的魅力，瀏覽器中包含了跨平臺、動態(tài)的Web、Internet 計算。從此，Java 被廣泛接受并推動了Web 的迅速發(fā)展。目前Java 技術(shù)分為三個體系，分別為J2SE(java 平臺標準版)，J2EE(java 平臺企業(yè)版)和J2ME(java 平臺微型版)。

3.1.3 B/S 架構(gòu)技術(shù)

B/S 結(jié)構(gòu)是在web 之后的一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。它是對C/S 結(jié)構(gòu)的一種適應(yīng)或改良的結(jié)構(gòu)，能夠主要通過Web瀏覽器來實現(xiàn)用戶工作界面，而事務(wù)邏輯主要通過服務(wù)器來實現(xiàn)。因此，采用這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑾到y(tǒng)功能的核心功能集中到服務(wù)器上，使用便捷，同時也減少了系統(tǒng)開發(fā)和維護造成的不必要的損耗。只需在服務(wù)器上安裝對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，并下載安裝一個瀏覽器，就可以通過瀏覽器和數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互和處理，既能夠減輕系統(tǒng)升級的時間成本和金錢成本，降低系統(tǒng)用戶的整體成本，也能夠簡化客戶端的復(fù)雜程度。

3.2 農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)流程功能設(shè)計和實現(xiàn)

3.2.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

按照CIMISS 數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理規(guī)定，使用CIMISS 預(yù)留的四級編碼和字段名，定義數(shù)據(jù)庫四級編碼、表名、字段名等，并建立存儲表。

3.2.2 數(shù)據(jù)入庫

農(nóng)田小氣候標準數(shù)據(jù)格式CSV 報文經(jīng)由CIMISS 系統(tǒng)的CTS數(shù)據(jù)收集分發(fā)模塊接收并推送至農(nóng)田小氣候資料解碼入庫處理服務(wù)器，入庫調(diào)度程序定時采集待處理目錄下的報文對其進行數(shù)據(jù)解碼并納入CIMISS 數(shù)據(jù)環(huán)境存儲管理，將處理后的資料進行歸檔。在處理過程中，解碼入庫程序會將解碼入庫的處理過程詳細記錄到日志文件，便于日后的故障處理和分析。

3.2.3 數(shù)據(jù)共享

遵循MUSIC 數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口相關(guān)標準，對農(nóng)田小氣候資料進行標準化定義；并于后臺配置數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口。接口提供了客戶端調(diào)用、REST 和webservice 多種不同的服務(wù)方式；利用REDIS緩存服務(wù)器將常用信息進行緩存，提高查詢的效率，為用戶提供按時間、時間段、行政區(qū)域、站號、經(jīng)緯度范圍等多樣的訪問接口。有利于用戶實時查詢、調(diào)取農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)。

3.2.4 數(shù)據(jù)監(jiān)控

為便于業(yè)務(wù)人員查看CIMISS 數(shù)據(jù)庫農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)的入庫存儲情況，可開發(fā)資料入庫完整性監(jiān)視平臺，業(yè)務(wù)人員可在此平臺上，查看農(nóng)田小氣候資料逐日入庫情況，監(jiān)控資料實時入庫情況，并及時對入庫異常情況進行處理，為用戶提供好用、完整、準確的數(shù)據(jù)服務(wù)。

3.3 數(shù)據(jù)和產(chǎn)品的展示和服務(wù)

3.3.1 農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)的展示

為了便于農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)的服務(wù)，將數(shù)據(jù)納入現(xiàn)行縣綜業(yè)務(wù)平臺中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢統(tǒng)計和展示。通過使用java 語言，架構(gòu)使用springmvc 模式，前后臺分離模式，前臺使用js、Ajax 技術(shù)，后臺采用 HandlerAdapter 經(jīng)過適配調(diào)用具體的處理器，再由Controller執(zhí)行完成返回ModelAndView。前臺頁面實現(xiàn)可配置功能，后臺通過Oracle 數(shù)據(jù)庫能夠進行對前臺頁面配置，數(shù)據(jù)從MUSIC 接口獲取。這樣功能實現(xiàn)更加簡潔、方便、提高效率。數(shù)據(jù)展示頁面如圖1、2 所示。

圖1：農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)展示頁面圖

圖2：農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)展示頁面圖

3.3.2 產(chǎn)品的展示

通過縣綜平臺定制開發(fā)產(chǎn)品展示功能模塊，展示的產(chǎn)品包括兩大類，氣象災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃和精細化農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃。

氣象災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃產(chǎn)品中的災(zāi)害類型主要包括寒潮、干旱、霜凍、高溫、雷電、低溫、暴雨洪澇、雪災(zāi)、沙塵暴、大風(fēng)等10 種災(zāi)害，每種災(zāi)害類型區(qū)劃圖主要包括全區(qū)、盟市、旗縣3 種類型。

精細化農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃產(chǎn)品中的作物種類包括大豆、馬鈴薯、玉米3 類內(nèi)蒙古主要種植作物，每種作物精細化氣候區(qū)劃圖同樣包括全區(qū)、盟市、旗縣3 種類型。

氣象災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃和精細化農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃功能模塊增加在平臺的綜合服務(wù)子系統(tǒng)，所有用戶信息納入縣綜平臺統(tǒng)一管理，用戶登錄平臺后能夠查看所在旗縣、所在盟市及全區(qū)的氣象災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃產(chǎn)品和精細化農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃產(chǎn)品。

3.3.3 縣綜業(yè)務(wù)平臺與智慧農(nóng)業(yè)服務(wù)平臺的整合

縣綜業(yè)務(wù)平臺是我區(qū)現(xiàn)行的幾乎可以支撐旗縣全部業(yè)務(wù)的綜合應(yīng)用平臺，本著減少臺站工作量，集約整合的原則，可采用虛擬化發(fā)布的形式，將智慧農(nóng)業(yè)服務(wù)平臺與旗縣級綜合業(yè)務(wù)平臺進行整合（圖3）。

圖3：整合后智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)平臺

4 結(jié)語

農(nóng)田小氣候觀測數(shù)據(jù)傳輸、解碼、入庫、存儲、共享、服務(wù)的業(yè)務(wù)流程建設(shè)，通過ftp 傳輸方式，收集全區(qū)農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)，對農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)進行標準化規(guī)范化處理，后將農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)納入CIMISS 數(shù)據(jù)環(huán)境，既能夠?qū)崿F(xiàn)全區(qū)標準格式的農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)的集中統(tǒng)一管理，又能夠方便為全區(qū)用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)，大大發(fā)揮了農(nóng)田小氣候設(shè)備觀測數(shù)據(jù)的價值。

同時，通過將智慧農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)平臺與旗縣級綜合業(yè)務(wù)平臺進行集約整合，并將農(nóng)牧業(yè)氣候區(qū)劃、氣象災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃、種植結(jié)構(gòu)、用戶信息等服務(wù)產(chǎn)品納入全區(qū)統(tǒng)一的縣綜業(yè)務(wù)平臺展示和服務(wù)，既減少了平臺冗余，方便了旗縣業(yè)務(wù)應(yīng)用，也提高了我區(qū)農(nóng)牧業(yè)及生態(tài)氣象的服務(wù)水平，為內(nèi)蒙古自治區(qū)三農(nóng)建設(shè)提供數(shù)據(jù)服務(wù)支撐，不斷滿足為農(nóng)牧服務(wù)體系貢獻力量的鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略要求，增強氣象為農(nóng)牧業(yè)服務(wù)的質(zhì)量與效率，全面提升農(nóng)牧業(yè)服務(wù)的效益。