榆林现代农业精细化服务平台研究与设计

马 锋，韩姗姗，万 慧，贺亚雄，刘 敏

(榆林市气象局，陕西榆林 719000)

榆林耕地资源丰富，北部为风沙草滩区，南部为丘陵沟壑区，旱地多，水地少，土壤瘠薄，生态脆弱，灾害频繁。近年来，随着现代农业示范园区的不断壮大，农业科技支撑能力不断增强，产业化程度不断提高，农业综合生产能力显著增强，粮食生产实现了“十二连丰”，农民人均收入快速提升，榆林农业的地位进一步提高。同时,农业对气象服务需求发生了很大变化，现行的农业气象工作的内容、方法、途径已适应不了新形势的要求[1]。随着现代农业园区的建设和发展，现代化农、林、牧多种类型生产方式和经营模式，都需要将精细化的气象信息与不同种植品种作物的生长发育指标、病虫害发生阈值、气象致灾阈值等有机融合的气象服务。建设智能化、精细化的农业气象服务系统，以实现监测自动化、预报精细化、评估定量化、服务系列化、传输网络化和人员专业化等为核心，推进基于‘互联网+’的智慧农业气象服务，满足现代农业生产对气象服务的需求。

1 设计思路

榆林现代农业精细化服务平台基于现代农业园区展示系统，加入作物生长发育气象服务指标、病虫害研究等成果，接入了各类气象监测数据、格点预报产品，实现农业气象服务产品一体化制作发布。通过预设策略，实现电子邮件、FTP服务等多渠道的“一键式”发布。用户可通过榆林农业气象APP实时获取所需的监测、预报等信息。可实时上传农情、灾情信息，与在线专家实时互动交流，解决农业生产中遇到的技术问题。平台设计市县一体化分级管理，对不同用户设置不同权限，功能模块可灵活设置，不同级别用户可操作不同的模块，同时对部分模块的维护采取开放式设置，方便气象监测站点、农业园区的删除、增加以及气象服务要点、服务指标的修改完善。平台基于地理信息、实时气象数据、网格预报产品、农业气象指标等多源数据开展建设，通过平台建设进一步提升了气象服务现代农业在数据环境、技术手段等方面的科技支撑，为新型农业经营主体提供直通式、精准化气象服务。

2 平台结构

平台基于B/S结构，采用JAVA语言实现，总体分为四层，如图1所示。基础层为整个系统提供运行所需的网络通信、虚拟服务器、操作系统、软件开发平台等基础支撑。数据层主要由CIMISS业务数据库、本地SQLServer数据库、缓存数据库组成，提供各类数据的统一存储、管理、服务和交换[2]。CIMISS提供气象观测数据，本地SQLServer数据库主要用来存储气象观测数据、预报产品数据、农业业务数据以及系统运维数据；缓存数据库主要实现监测数据的统计查询结果缓存，加快查询速度，方便用户端快速显示。通过多源基础业务数据库的搭建，服务层以数据层为基础，通过对各类气象数据、预报数据的加工处理，进行可视化展示，并对不同需求不同级别的用户进行精准化服务。界面层通过WEB网站和手机APP两种方式为用户提供交互式界面。

图1 榆林现代农业精细化服务平台架构图

3 功能模块

平台设置农业园区、格点预报、气象数据、农业服务、特色服务、产品制作发布等模块(图2)。通过将国家站、区域站、农业站、卫星云图、新一代天气雷达等各类监测数据，温度、湿度、降水等格点预报产品以及农业气象服务要点、生育期、农业服务指标等数据进行融合处理，形成监测服务一体化平台，实现精准化、智能化的现代农业气象服务与产品输出。通过WEB系统和榆林农业气象APP为广大用户提供气象监测信息、预报预警信息、专业服务产品。

图2 榆林现代农业精细化服务平台功能模块布局图

3.1 农业园区

以实时在线地图为地理信息系统载体，建立榆林现代农业园区展示系统。根据每个园区的所在位置，在地理信息系统中对榆林市45个省级现代农业园区进行标识绘制，录入每个园区的名称、所在地、管理单位、联系人、联系电话等基本资料。实时显示榆林市已建成的区域站或农业小气候站监测信息，根据园区的所在位置可对附近站点的气温、湿度、风向风速、降水和未来预报信息实时查询，掌握气象要素和天气变化情况。

3.2 格点预报

利用陕西省秦智系统3 km×3 km气温、湿度、降水、风向、风速等网格预报产品结果为现代农业园区提供精细化服务。系统采用反距离权重插值、克里金插值等生成要素等值面，格点要素图形产品与榆林行政地图叠加分析、裁剪生成气象预报产品等专业格点数据处理技术和图形处理技术，根据不同参数，从陕西省气象局FTP服务器中根据查询条件获取格点预报产品数据，通过自动化调用、处理、加工，生成等值线、等值面、格点值为主的可视化产品，最终实现网格预报产品在地理信息系统中显示与输出。用户可选择1、3、6、12、24 h时间间隔，选取填色、等值线、格点值等方式获取所选要素的预报结果，也可对任意位置的天气状况、温度、湿度、风速、降水量、能见度等未来一周预报信息通过综合图进行直观显示。

3.3 气象数据

定时从陕西省综合气象信息共享平台(China integrated meteorological information service system，简称CIMISS)中调取榆林市各县区国家站、区域站的整点和逐日观测数据，进行本地存储和管理，通过逐日数据计算形成旬数据、月数据等基础数据。采集华云和无锡厂商不同型号的农业小气候站观测数据入库，通过数据整理融合，形成格式统一的数据资料。实时显示不同园区气象监测数据，提供棚内外温度、湿度、光和辐射、CO2、土壤温度、土壤湿度等资料的对比分析。平台提供的数据服务同时接入市县气象局发布的预警信号实时显示，并提供红外、三维卫星云图产品和反射率、组合反射率等多种雷达产品以及各站点历史数据统计查询等。

3.4 农业服务

农业服务包括逐月气象服务、生育期服务、指标库设置、实时农情几个模块。逐月气象服务模块包括各月基本气象条件、不利气象条件、月内服务重点、物候期、易发气象灾害、主要农事活动、灾害防御指南等，用户可查阅当月气候、灾害、农事、服务等内容。对本地大宗作物玉米、马铃薯和特色经济作物红枣等根据生长发育时间设置生育期时段。通过农情资料、气象资料的分析研究，形成包含温湿度、降雨等气象因子的气象服务指标。根据格点预报结果和作物当前生育期，自动对比气象服务指标，实现作物生长发育适宜性判别及服务提示。实时农情模块，可查询境内园区设施农业、大田作物等生长发育情况，为农业气象服务提供第一手资料。

3.5 特色服务

特色服务包括专家在线、病虫害防治、农业新闻、种植技术、农业气象科普几个模块。专家在线模块建立本地大宗作物玉米、马铃薯、小杂粮以及设施农业等种植领域的权威农业专家库，可实现对农业种植户提出的种植技术、管理措施、病虫害防治等相关问题进行解答。手机用户可通过榆林农业气象APP与在线气象、农业专家实时互动交流，解决农业生产中遇到的问题。病虫害防治模块，通过对玉米、马铃薯、红枣等气象服务指标与病虫害相关性研究，形成各类病害、虫害的危害症状、发病规律、发病气象因子及防治办法等病虫害知识库。农业新闻、种植技术模块不定期发布当前最新农业政策、粮食安全动态、作物生长发育等相关农业技术[3]。农业气象科普模块面向广大社会公众宣传气象常识、气象灾害、天气成因、气候与气候变化、气象与生产生活、人工影响天气、雷电防护等气象知识。通过flash、视频、图片、文字内容等形式，针对民众关注的热点天气、气象灾害的成因、影响、危害和科学防御进行科普，让广大农业生产者、经营者从不同角度了解气象科普内容，提升农业防灾抗灾能力。

3.6 产品制作发布

建立包括市县农业管理部门、农业园区、广大种植户为对象的用户服务库。开展农业气象情报、农业灾害预警、农业气象预报、农业气象专报、气候评价等服务产品制作。自动判识作物所处的生长发育期，根据天气情况、影响分析、专家建议等个性化信息，利用录入的各类产品模板，形成相应的服务产品，通过预设策略，实现电子邮件、FTP服务、传真、手机APP等不同渠道的“一键式”发布。同时根据园区特点尝试开展农作物播种、收获期预报，土壤水分预报，灌溉期、灌溉量等田间活动适宜期预报以及病虫害、旱涝趋势等自然灾害预报。

3.7 手机智能服务

平台同步建设Android版榆林农业气象客户端。用户可通过手机客户端实时掌握所在区域的气象实况信息、天气预报信息、气象预警信息、气象服务产品。后台系统对灾害发生区域的用户可主动推送预报、预警信息，在手机服务端实时报警显示。手机用户可实时上传基于文字、图像、视频等多种类别的农情、灾情、病虫害信息，与在线气象、农业专家实时互动交流。

4 开发工具及技术

4.1 J2EE开发平台

系统采用B/S架构进行设计，基于J2EE(JAVA 2 Platform，Enterprise Edition)架构体系进行业务和数据资源的整合及集成，构建一套成熟的、灵活的、高效的系统。业务处理部分，采用MVC(Model-View-Controller)三层框架进行研发，方便系统后期功能扩展及升级。

4.2 CIMISS数据服务接口

气象数据统一服务接口(meteorological unified service interface community，简称“MUSIC”)是基于国家级-省级统一的CIMISS数据环境，面向气象业务和科研，提供了统一、标准、丰富、具有多种调用形式的数据访问服务和应用编程接口，为各级应用系统提供直接支撑的数据接入服务[4]。目前，MUSIC提供了多协议、跨平台、多语言的服务方式，系统采用MUSIC的C#客户端和REST服务调用数据，屏蔽了底层业务库变更带来的影响，使功能模块的移植更加方便，标准化程度更高。本系统通过MUSIC接口调取数据，进行本地化存储、管理、加工，为用户提供气象数据服务。

4.3 手机端应用技术

榆林农业气象Android客户端通过Tinker热更新、Glide图片加载库、MPAndroidChart框架等技术实现与WEB系统的同步服务。

4.3.1 Tinker热更新 Tinker是Android软件开发热补丁的一种解决方案，支持动态下发布代码、So 库以及资源，让APP能够在不需要重新安装的情况下实现更新。榆林农业气象APP通过Tinker 平台提供的热更新服务，可以随时下发补丁包，实时高效修复程序BUG，实时更新已发布版本的APP。更新后用户不需要下载新的应用，减少了用户下载安装成本。

热更新实现部分代码：

provided("com.tencent.tinker:tinker-android-anno:1.7.9")

compile("com.tinkerpatch.sdk:tinkerpatch-android-sdk:1.1.6")

apply from: ’tinkerpatch.gradle’

android {

defaultConfig {

buildConfigField "boolean", "TINKER_ENABLE",

"${tinkerpatchSupport.tinkerEnable}"

}

}

4.4.2 Glide图片加载库 Glide是一个快速高效的Android主流图片加载库。Glide提供了易用的API、高性能、可扩展的图片解码管道以及自动的资源池技术，支持拉取、解码和展示视频快照、图片和GIF动画。系统采用Glide图片加载库技术，使图片不会失真，并且减少内存资源占用，支持多种图片格式显示，从而达到平滑的图片列表滚动效果。

4.4.3 MPAndroidChart框架 MPAndroidChart是一个基于Android强大且容易使用的图表库，支持线状图、柱状图、散点图、烛状图、气泡图、饼状图和蜘蛛网状图，支持缩放、拖动(平移)、选择和动画。系统采用MPAndroidChart第三方插件，使气象数据在图表上快速的展示，更加形象、灵活。

5 结语

针对榆林现代农业发展迅猛，农业种植品种多、布局分散、规模化程度相对低等特点，开展研究与建设榆林现代农业气象服务平台。该平台由多个子系统组成，以地理信息系统、监测预报数据综合处理为核心，形成集监测、服务于一体的智能化现代农业气象服务系统。通过对气象数据进行快速传输与管理，实现气象分析与灾害预警[5]，为榆林现代农业生产提供保障服务。平台自2017年投入试运行以来，为当地现代农业生产和新型农业经营主体提供了更为直通式、精准化的气象服务，收效良好，平台的建设对推动榆林智慧农业气象工作具有积极意义。后期，将根据运行情况对平台功能进一步优化完善，全面提高平台的可用性和受众面。