湖南省农业特色产业集群信息系统结构与功能设计

摘要：为满足湖南省农业特色产业集群信息化实际需求，促进产业技术进步，设计开发了湖南省农业特色产业集群信息系统。该系统包括信息采集、汇集、分析、展示等组件，采用WebGIS、物联网、微服务架构等技术，覆盖了“湘九味”中药材、“五彩湘茶”、“洞庭香米”、“早熟油菜”等特色优势产业集群业务的主要环节，具有种质资源管理、种植与加工过程管理、市场营销、技术服务和可视化展现等功能，为湖南省农业特色产业集群实现实时化、可视化、精细化管理以及产业发展决策提供信息化支撑。

关键词：产业集群；微服务；系统结构；应用框架

中图分类号：TP311.5 文献标识码：A 文章编号：1006-060X（2024）08-0073-05

Design of Structure and Function for the Information System of Characteristic Agricultural Industry Clusters in Hunan Province

NING Jiang1，WANG Ya1，QING Qing1，ZHOU Chao2

（1. Hunan Provincial Agricultural and Rural Affairs Information Center， Changsha 410005， PRC; 2. Hunan Institute of Agricultural Information and Engineering， Changsha 410125， PRC）

Abstract： To meet the practical information demands of the characteristic agricultural industry clusters and facilitate the advances of industrial technologies in Hunan Province， this study designed an information system tailored for these clusters. Encompassing the components for information acquisition， aggregation， analysis， and presentation and employing key technologies including WebGIS， Internet of Things， and microservices architecture， this system covers the key production links of characteristic advantageous industry clusters such as nine characteristic Chinese herbal medicines in Hunan， five characteristic tea brands in Hunan， Dongting fragrant rice， and early-maturing oilseed rape. With the functions of germplasm resource management， planting and processing process management， marketing， technical services， and visual representation， this system plays a pivotal role in realizing real-time， visual， and precise management of characteristic agricultural industry clusters and facilitating the decision-making for industry development in Hunan.

Key words： industry clusters; microservices; system structure; application framework

农业产业集群能破解农业效率不高、产业链过短、附加值低等问题，在促进农民就业增收、推动农业高质量发展和乡村振兴等方面发挥着重要作用[1]。2020年，农业农村部、财政部为贯彻落实乡村振兴战略和2020年中央一号文件精神，联合发布了《农业农村部办公厅 财政部办公厅关于开展优势特色产业集群建设的通知》（以下简称《通知》），正式启动国家级优势特色产业集群的创建工作，并明确首批支持建设50个左右优势特色产业集群[2]。湖南省具有粮食、畜禽、蔬菜、茶叶、水果、水产、油茶、油菜、中药材、竹木十大农业优势特色产业，且已有“湘九味”中药材、“五彩湘茶”、“洞庭香米”、“早熟油菜”入选优势特色产业集群建设计划。

湖南省农业特色产业集群信息系统建设是农业优势特色产业集群建设的主要任务之一，旨在实现湖南省农业特色产业集群信息化，通过信息化强化集群内和集群间的协同，优化产业区域布局，促进特色产业以跨产业、跨机构、跨区域的新模式向规模化与密集化发展，推动产业技术升级，避免集群内产生“柠檬市场”[3]效应，提升产业规模效益、创新能力和融合发展水平。因此，为促进产业技术进步，课题组以《通知》精神为原则，以全省农业农村信息化现状和实际应用需求为基础，围绕农业特色产业集群种质资源、种植、加工、技术服务、市场营销等环节的信息化以及综合监管数字化，开展湖南省农业特色产业集群信息系统的设计与开发。

1 系统设计

1.1 总体架构

湖南省农业特色产业集群信息系统采用J2EE开发框架，基于信息化网络通信标准化技术体系和数据标准化安全保障体系进行设计研发。系统总体框架包含基础设施层、数据层、支撑层、业务层、应用层，具体架构见图1。

（1）基础设施层。基础设施层依托政务云现有基础设施资源，统筹配置主机、存储和网络等物理设备和系统，为湖南省农业特色产业集群信息系统的运行提供计算服务、存储服务和网络连接通信服务，同时为系统的前端感知设备、系统接入提供服务。

（2）数据层。数据层依托数据综合管理与服务平台实现数据一体化集中管理，并持续对数据进行更新、维护和管理。其中，数据库包括地理空间数据库、自然资源数据库、五彩湘茶资源库、湘九味资源库、洞庭香米资源库和早熟油菜资源库。

（3）支撑层。支撑层包括特色产业集群业务中台和数据中台。

（4）业务层。业务层包括监督管理功能、产业集群共性功能和个性功能。其中监督管理功能面向政府主管部门，便于政府主管部门对产业集群总体信息进行汇总和监管；产业集群共性功能主要是对集群经营的总体情况、各级市场行情数据进行采集和统计分析，将其提供给主管部门和产业协会，并为集群内的企业、合作社、农户提供公共信息服务；各产业集群的个性功能则主要为不同集群内不同产业链环节的企业、合作社、农户提供专业的信息管理和服务。

（5）应用层。构建统一门户系统，系统用户可以通过大屏、PC端、移动端、微信公众号、自助终端等多种终端访问门户系统，进入产业集群信息系统。

1.2 关键技术

1.2.1 WebGIS技术 WebGIS是Web技术与GIS相结合的产物，基本思想是基于网络提供地理信息服务，让用户通过浏览器从WebGIS服务器上访问地理信息系统的数据和功能[4]。基于WebGIS技术，可以实现空间数据的采集、存储、管理、分析、发布和共享，因此，WebGIS技术广泛应用于农业、环境、林业、水文和城乡建设等领域的空间数据分析和应用开发。在农业领域，WebGIS技术常用于区域生态系统监测[5]、农作物病虫害监测[6]、农产品产地污染监测与环境质量评价[7]、区域性农业空间信息管理与决策支持[8]等。湖南省农业特色产业集群信息系统使用WebGIS技术构建浏览器/服务器（B/S）结构的产业集群可视化分析系统，基于地图展示“湘九味”中药材、“五彩湘茶”、“洞庭香米”、“早熟油菜”的产业分布、结构、发展状态等信息。

1.2.2 物联网技术 物联网是全球性的信息社会基础设施，通过现有的和正在演进的信息通信技术互联事物（有形物和无形物）来提供先进的服务[9]，具有全面感知、可靠传输、智能处理和数据融合等特征。国际商业机器公司（International Business Machines Corporation，IBM）将物联网分为传感器/执行器、传感网络、传感网关、广域网络、应用网关、服务平台、应用、分析与优化8个层次。湖南省农业特色产业集群信息系统运用物联网技术采集、传输、汇集产业集群生产链各环节的可感知数据，基于数据分析调控相应的生产过程、营销策略和产业结构。

1.2.3 微服务架构技术 微服务指围绕系统业务功能构建能够协同工作的小而自治的服务，这些独立服务通过组合共同构成整个应用系统。微服务根据系统业务进行划分，具有高内聚、高扩展和高自治性的特点，使得系统易于扩展和维护[10]。微服务架构强调去中心化的软件组织架构，每个微服务都可独立测试、部署和运行，单个服务的变更不会影响其他服务，使得持续化部署和维护更加便利[11]。湖南省农业特色产业集群信息系统采用微服务架构构建业务中台，通过微服务开发各应用场景的业务功能，从而使系统具有高可靠性、可用性和可维护性特征。

2 业务功能设计

2.1 业务中台

湖南省农业特色产业集群信息系统在设计上将业务功能分为监管功能、共性功能和个性功能。监管功能、共性功能和个性功能都由微服务组装而成，经业务处理过程提炼所得的微服务则由业务中台统一管理。应用系统则是以监管功能、共性功能和个性功能为基础进行构建。应用系统、监管功能、共性功能、个性功能和业务中台间的关系如图2所示。

业务中台为构造监管功能、共性功能和个性功能提供微服务，内置微服务池，具有完整的微服务管理能力。池中微服务来自业务相关处理过程，根据作用可分成产业数据分析域、产业项目监管域、种植管理域 、加工管理域等14个微服务域。业务中台架构如图3所示。

2.2 产业集群监管功能

产业集群监管功能的用户主要为省、市、县三级农业农村主管部门。产业集群监管功能主要实现对参与各产业集群建设的企业、项目、资金等信息的采集、汇总、分析，具体功能如图4所示。

监管功能针对产业项目监管、产业数据监测、产品质量监管3个方面，对产业集群内的重点企业、行业经营情况进行数据采集和统计。产业项目监管是对产业集群项目的建设运行进度、资金使用情况、项目资料等信息进行统一的管理，产业数据监测是对产业集群内的各重点企业经营数据、重点监测数据进行上报、审核、统计分析，产品质量监管则是上报各产业经营的各类农产品质量数据，并进行溯源和统计分析，实现农产品身份认证。

2.3 产业集群共性功能

共性功能面向湖南“湘九味”中药材、“五彩湘茶”、“洞庭香米”、“早熟油菜”等特色优势产业集群，整合产业链相关共性信息资源，开展综合信息分析，并进行可视化展示，由4个模块组成，每个模块包括1组功能，其结构如图5所示。

共性功能是提供产业集群可视化分析、产业经营情况分析报告服务和公共信息服务，并建立产业集群数智大脑的功能。产业集群可视化分析采用WebGIS技术，对全省各产业集群分布情况、产业集群经营总体数据进行整体展示，并进一步对各产业集群在产业链的种业、种植、加工、营销等分环节的信息进行可视化展示。产业集群分析报告服务是依据通用的产业分析报告模板，汇总各产业的各类统计数据，动态生成产业供需监测数据周报、产业市场价格监测数据月报、产业市场年度分析报告、产业技术服务情况月报等报告，并提交各级业务主管部门、产业协会，为制定产业政策提供参考和依据。产业集群公共信息服务是采集产业集群的运营数据、省内外和国内外市场行情数据，经过汇总分析，并向集群内用户提供相关公共信息服务。产业集群数智大脑功能用于管理、建设并不断优化产业经营情况的智能分析模型，为整个系统提供智慧分析引擎，主要涉及产量估算模型、长势分析模型、病虫害识别模型、环境监测预警模型等。

2.4 产业集群个性化功能

个性化功能用于实现特定产业集群的业务需求。该系统针对每个产业集群都设计了1组种质资源管理、种植栽培管理、加工管理、营销管理、品牌市场信息管理、技术服务、产业运行报告、现场监测的功能集，每个功能集由多个功能组成。在开发时，针对不同的产业集群需要使用其特有的数据集、算法、模型和处理流程来实现具体的功能。以下以“湘九味”中药材产业集群为例展示集群产业个性化功能的实现。

（1）种质资源管理。基于互联网采集、编辑、发布产业集群内的湘莲、玉竹、山银花、博落回、黄精和栀子等“湘九味”优良品种资源信息，并提供安全访问入口。

（2）种植栽培管理。编辑、评审、发布“湘九味”标准化种植标准，根据品种种植特征定义关键农事活动时间节点。采集种植区域和区内植株生长环境、长势和生育期等信息，综合处理后判断是否需要下达农事操作指令。多维度分析种植信息，及时发现种植过程中存在的问题，并提供技术解决方案。

（3）加工管理。采集、存储、分析和发布“湘九味”中药材加工环节的信息，对原材料加工、生产、销售等环节进行质量跟踪与追溯，为提升产品生产能力、优化生产流程、扩展市场提供决策依据。

（4）营销管理。建立“湘九味”产业集群全产业链供需信息站点，为产业参与者提供产品和投入品供需信息，建立供需需求审核、智能撮合、交付过程跟踪与评价等功能，基于供需信息综合分析提供产业供需调整策略。

（5）品牌市场信息管理。收集、筛选、整理、分析和展示“湘九味”中药材相关的产品信息、渠道信息、消费者信息以及竞争对手信息；集成“湘九味”产业集群内各企业在各网络营销平台上的链接，建立多主题宣传频道，采用直播方式将各种展会、论坛等品牌宣传活动实现网络呈现；整合全省“湘九味”产品生产、营销、监管等组织机构信息，并在GIS地图上分多个层次多个维度进行全景展示。

（6）技术服务。组建和管理“湘九味”产业专家团队，通过集成湖南省“三农”综合信息服务系统构造服务渠道，开展实时专家远程服务；建立产业知识库并基于知识库开展智能科技服务。

（7）产业运行报告。汇集、分析产业数据，基于预定义或自定义格式动态生成不同形式（格式化文本、流媒体、超文本等）的产业当前发展状态报告，并按预定策略多渠道分发。

（8）现场监测。通过联机或系统间接口采集中药材种植区域的植株生长环境和表型感知数据，利用专业模型（如作物生长模型、病虫草害监测预警模型）诊断植株长势状态和协迫程度，根据诊断结果触发种植管理事件。在预定的数据安全框架下发布、传输和应用数据，并为企业应用提供基本数据分析、展现功能接口。

3 结论

该文从总体架构、应用框架、业务功能等方面介绍了湖南省农业特色产业集群信息系统，并就如何整合、综合应用农业特色产业集群信息提出了可行的解决方案。该系统在设计上支持基于微服务构造业务功能和基于业务功能构造应用，具有进化成农业特色产业集群信息化专业应用框架的前景。从试运行效果来看，系统具有良好的可用性、可靠性和稳定性，但也存在一些问题：（1）对异构数据的接入、归约和融合计算缺乏底层支持，不利于后期开展信息集成应用；（2）二次开发能力不足，不利于产业企业开发个性化应用。这些问题有望在后期系统的优化过程中得到解决。总体而言，湖南省农业特色产业集群信息系统的建设为全省农业特色产业集群技术升级提供了有力支持，其设计思路对同类系统建设具有一定的参考意义。

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（责任编辑：王婷）