王楓

摘要：本文分析了農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)集成服務(wù)現(xiàn)狀，界定了遼寧省農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)資源內(nèi)容，并從技術(shù)角度，研究以智能定位與透明接入技術(shù)為關(guān)鍵技術(shù)的農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)集成服務(wù)和農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用集成服務(wù)，實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)端到應(yīng)用端的無縫對(duì)接，最大程度的實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)共享，支撐農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)氣象；數(shù)據(jù)集成；應(yīng)用服務(wù)

中圖分類號(hào)：S127 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）08-0053-02

1 引言

“科學(xué)研究第四范式”視野下，農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)及其所支撐的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)模型研究日益迫切。農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)是農(nóng)業(yè)模型的基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)模型應(yīng)用是農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的最終歸宿。目前，在農(nóng)業(yè)氣象模型構(gòu)建、農(nóng)業(yè)氣象平臺(tái)系統(tǒng)建設(shè)等方面研究較多，但在農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)資源建設(shè)、農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)集成服務(wù)研究不足，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)模型、共享平臺(tái)等研究成果的應(yīng)用效果[1-2]。因此，本研究以遼寧省為對(duì)象，厘清農(nóng)業(yè)氣象資源，建設(shè)一座農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)與農(nóng)業(yè)模型之間的橋梁，集成分散的農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)，支持農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)模型的在線實(shí)時(shí)運(yùn)行。由于農(nóng)業(yè)具有明顯的地域特色，在不同地域，農(nóng)業(yè)氣象、品種等都存在著不同，因此遼寧省農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)集成服務(wù)研究具有理論價(jià)值和實(shí)際意義，同時(shí)也為其他省份氣象數(shù)據(jù)共享應(yīng)用提供借鑒，為全國農(nóng)業(yè)科研能力提升及農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工作開展奠定良好的基礎(chǔ)。

2 農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)集成服務(wù)現(xiàn)狀

日本國家農(nóng)業(yè)研究中心（NARC）所屬農(nóng)業(yè)信息科學(xué)和技術(shù)部門開展的氣象數(shù)據(jù)集成服務(wù)研究比較典型[3]。該研究始于2000年，基于美國斯坦福大學(xué)Gio Wiederhold提出的數(shù)據(jù)集成模型，按其處理數(shù)據(jù)種類，陸續(xù)研發(fā)了下述4個(gè)數(shù)據(jù)代理：（1）Met Broker主要提供地表氣象數(shù)據(jù)的服務(wù)；（2）DEM Broker主要提供數(shù)字地面高程模型[4]；（3）Chizu Broker主要提供基于Web的地圖服務(wù)；（4）Soil Broker主要提供土壤數(shù)據(jù)的服務(wù)[5]。隨著技術(shù)的更新，上述數(shù)據(jù)代理的開發(fā)和使用也不斷的升級(jí)，應(yīng)用不斷擴(kuò)展，目前已應(yīng)用于作物生育（水稻、小麥）模型、病蟲害模型、雜草發(fā)生預(yù)測(cè)模型等方面。

國家氣象信息中心建設(shè)運(yùn)行的中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)網(wǎng)，是國家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)中心之一，是純公益、權(quán)威的氣象數(shù)據(jù)免費(fèi)服務(wù)平臺(tái)，僅提供本月內(nèi)最新氣象數(shù)據(jù)的在線下載服務(wù)?！罢憬?dāng)?shù)據(jù)開放平臺(tái)”公共數(shù)據(jù)開放目錄中提供的數(shù)據(jù)服務(wù)較為全面，是繼北京、上海、武漢、無錫等部分城市推出的全國首家省級(jí)政府?dāng)?shù)據(jù)開放平臺(tái)，開放的數(shù)據(jù)資源為68個(gè)單位提供的350項(xiàng)數(shù)據(jù)類目，其中包含100項(xiàng)可下載的數(shù)據(jù)資源，137個(gè)數(shù)據(jù)接口和8個(gè)移動(dòng)APP應(yīng)用。用戶可通過該網(wǎng)站打包下載數(shù)據(jù)，或利用接口進(jìn)行二次開發(fā)。但在農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)服務(wù)方面，僅提供“農(nóng)業(yè)氣象”、“天氣災(zāi)害”、“氣象證明”等在線資源訪問鏈接，且與中國天氣網(wǎng)共用數(shù)據(jù)。百度APIStore提供包括中國天氣數(shù)據(jù)集市、全球天氣等15個(gè)氣象數(shù)據(jù)在線API服務(wù)，但遵循各自的API服務(wù)調(diào)用模式，更傾向于天氣氣象數(shù)據(jù)，包含部分生活相關(guān)氣象信息，對(duì)農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)涵蓋不全，在線API調(diào)用也受到訪問次數(shù)、購買套餐使用期限等限制。

3 遼寧省農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)資源

3.1 農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)界定

氣象數(shù)據(jù)常用來代指天氣數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)項(xiàng)一般包括：空氣溫度、相對(duì)濕度、降水量、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向。而農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)項(xiàng)一般包括：空氣溫度、相對(duì)濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、有效輻射、土壤溫度、土壤濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量，還可增加總輻射、土壤PH值，電導(dǎo)率等。

3.2 農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)資源

3.2.1 遼寧省氣象局氣象數(shù)據(jù)

遼寧省氣象局直屬于國家氣象局，省內(nèi)氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)站統(tǒng)一由國家氣象局科學(xué)布局，由遼寧省、各地市氣象局分別管理，監(jiān)測(cè)區(qū)域不重疊，主要采用氣象監(jiān)測(cè)站方式采集數(shù)據(jù)，每個(gè)站覆蓋一定的面積，站與站之間有重疊，保證氣象采集覆蓋全省。監(jiān)測(cè)站下帶的監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)并自動(dòng)傳回，數(shù)據(jù)采集傳感器定期校正。目前，遼寧省氣象局官網(wǎng)提供的氣象信息僅限于網(wǎng)頁瀏覽，氣象數(shù)據(jù)查詢精確到縣級(jí)，提供實(shí)時(shí)的溫度、風(fēng)向、風(fēng)力、濕度信息，以及7天或更長(zhǎng)時(shí)間的氣象預(yù)報(bào)信息。針對(duì)農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)推出了“遼寧省農(nóng)田干旱氣象監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)”數(shù)據(jù)服務(wù)產(chǎn)品，但產(chǎn)品訂閱和使用不便捷，不能滿足農(nóng)業(yè)科研人員對(duì)農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)的全部需求。

3.2.2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控設(shè)備

隨著農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，以及國家對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大力推動(dòng)，遼寧省農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的使用率逐年上升。雖然遼寧省設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)較發(fā)達(dá)，溫室種植面積全國第二，大多數(shù)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控設(shè)備應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但應(yīng)用于大田生產(chǎn)的設(shè)備使用量也逐年上升。隨著設(shè)備價(jià)格的下降、設(shè)備及配套服務(wù)的完善，設(shè)備的覆蓋面積將不斷增加，實(shí)時(shí)采集的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域的流式環(huán)境數(shù)據(jù)將爆炸性增長(zhǎng)。該設(shè)備監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)項(xiàng)較多、覆蓋農(nóng)業(yè)小氣候環(huán)境區(qū)域，更符合精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的氣象需求。遼寧省農(nóng)業(yè)氣象局氣象數(shù)據(jù)獲取困難、不支持在線應(yīng)用，不能完全滿足農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)需求；而基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控設(shè)備實(shí)施區(qū)域不廣泛、支持在線應(yīng)用，因此集成以上兩類氣象數(shù)據(jù)，建設(shè)農(nóng)業(yè)氣象資源，形成數(shù)據(jù)互補(bǔ)，共同提供農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)服務(wù)意義重大。

4 農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)集成服務(wù)

農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)集成服務(wù)包括數(shù)據(jù)集成服務(wù)和應(yīng)用集成服務(wù)。數(shù)據(jù)集成服務(wù)提供集成數(shù)據(jù)的在線下載服務(wù)和集成數(shù)據(jù)的API服務(wù)；應(yīng)用集成服務(wù)基于應(yīng)用流程快速開發(fā)平臺(tái)，集成數(shù)據(jù)應(yīng)用于網(wǎng)頁、農(nóng)業(yè)模型、GIS系統(tǒng)等。以農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)為主要資源，以用戶需求為導(dǎo)向，以支持多并發(fā)、移動(dòng)終端應(yīng)用為技術(shù)需求，基于J2EE架構(gòu)技術(shù)、MVC設(shè)計(jì)模式、Web Service軟件體系，提出農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)集成服務(wù)框架如圖1所示。其中Data Broker結(jié)合農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)庫業(yè)務(wù)進(jìn)行全局設(shè)計(jì)，通過元數(shù)據(jù)和本體實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)的智能定位，通過Web Service 接口實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)的透明接入。由于農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)來源相對(duì)比較固定，因此該模式具有一定的適用性。

4.1 農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)集成服務(wù)

4.1.1 技術(shù)選擇

通過文獻(xiàn)閱讀和技術(shù)比較，依據(jù)圖2的技術(shù)選擇路線，選擇數(shù)據(jù)代理（Data Broker）技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，實(shí)現(xiàn)資源跨區(qū)域整合（行政和生態(tài)區(qū)域），將分散的數(shù)據(jù)組織成虛擬的數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)智能定位與透明接入，并將檢索數(shù)據(jù)集返回上層使用，也可直接調(diào)用所需數(shù)據(jù)進(jìn)行在線分析。

4.1.2 農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)集成關(guān)鍵技術(shù)

（1）智能定位設(shè)計(jì)。智能定位方案如圖3所示，采用元數(shù)據(jù)收割方式獲取農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)，基于農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)及本體進(jìn)行數(shù)據(jù)定位。該設(shè)計(jì)主要技術(shù)包括REST、Vert.x、元數(shù)據(jù)、OWL/RDF。相比較于SOAP，REST更適合構(gòu)建資源共享型服務(wù)，應(yīng)用于接口簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)、靈活的共享；Vert.x框架基于事件和異步解決方案，具有輕量級(jí)、高性能、支持多語言等特性，特別適用于大量移動(dòng)客戶端的高并發(fā)鏈接請(qǐng)求處理以及多媒體應(yīng)用傳輸?shù)取?/p>

（2）透明接入設(shè)計(jì)。透明接入方案如圖4所示，基于Web Service REST接口進(jìn)行農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一接入。該設(shè)計(jì)主要技術(shù)包括REST、Vert.x、XML。

4.2 農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用集成服務(wù)

農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)應(yīng)用集成服務(wù)以基于Data Broker技術(shù)的數(shù)據(jù)集成服務(wù)為支撐，基于應(yīng)用流程快速開發(fā)平臺(tái)，通過可拖拽操作控件的方式，快速制定農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理流程。應(yīng)用流程快速開發(fā)平臺(tái)支持結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化多種形式數(shù)據(jù)源，以及多種農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)輸出可視化形式，操作控件可擴(kuò)展。基于應(yīng)用流程快速開發(fā)平臺(tái)開發(fā)的業(yè)務(wù)流程，可直接用于網(wǎng)頁、GIS系統(tǒng)等應(yīng)用程序，或者作為服務(wù)發(fā)布。

5 結(jié)語

本研究梳理了遼寧省農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)資源內(nèi)容，從技術(shù)角度，提出了農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)集成服務(wù)框架，闡述了農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)集成服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)作為農(nóng)業(yè)模型必不可少的元素，其集成服務(wù)不僅能夠減少大量重復(fù)的農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)，也能夠適應(yīng)多變的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景，更能夠支撐農(nóng)業(yè)模型的在線運(yùn)行。由于農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)來源相對(duì)集中，因此本研究的技術(shù)實(shí)現(xiàn)具有實(shí)際應(yīng)用意義。最大程度的實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)集成應(yīng)用，能夠推進(jìn)農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)與其他農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的協(xié)同應(yīng)用，促進(jìn)科研協(xié)同創(chuàng)新及科研成果產(chǎn)出。

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