黑龍江墾區(qū)農(nóng)業(yè)數(shù)字科普網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)平臺的設(shè)計

摘要：科普興農(nóng)是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)和農(nóng)民增收的重要舉措，把科普與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、多媒體技術(shù)等展示農(nóng)業(yè)科普知識，是系統(tǒng)平臺設(shè)計的準則，可以更直觀、更迅速、更形象生動地傳遞信息，不受時間和環(huán)境的限制，有望為墾區(qū)發(fā)展優(yōu)質(zhì)、高效的現(xiàn)代化大農(nóng)業(yè)做出巨大的貢獻。

關(guān)鍵詞：數(shù)字科普；網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)平臺；黑龍江墾區(qū)

中圖分類號：S126 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）22-5585-03

黑龍江墾區(qū)在我國農(nóng)業(yè)發(fā)展中占有舉足輕重的地位，是我國規(guī)模最大、農(nóng)業(yè)機械化程度和農(nóng)業(yè)信息化程度最高的國有經(jīng)濟區(qū)域。伴隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，墾區(qū)農(nóng)民希望學(xué)習(xí)更多先進的農(nóng)業(yè)技術(shù)和科技知識，然而通過報紙或書刊、影片或電視演播等形式的科普教育無法實現(xiàn)公眾的主動參與?，F(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)迅速普及，把科普與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，是科普事業(yè)進一步發(fā)展壯大的必由之路。墾區(qū)農(nóng)業(yè)數(shù)字科普服務(wù)信息系統(tǒng)平臺設(shè)計順應(yīng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展和建設(shè)，它以互聯(lián)網(wǎng)為傳播平臺，采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、全景技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、多媒體技術(shù)、3D技術(shù)等展示科普知識，不受時間、場地、環(huán)境的限制，可以更直觀、更迅速、更形象生動地把實時的信息和先進的技術(shù)傳遞給廣大墾區(qū)農(nóng)民。

1 系統(tǒng)平臺建設(shè)目標

在建設(shè)墾區(qū)農(nóng)業(yè)數(shù)字科普服務(wù)信息系統(tǒng)平臺的過程中，要保證平臺各模塊間數(shù)據(jù)資源能夠共享，墾區(qū)農(nóng)業(yè)數(shù)字科普網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)平臺能統(tǒng)一各個系統(tǒng)模塊內(nèi)數(shù)據(jù)的定義，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)定義標準，并提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)定義管理功能。建設(shè)農(nóng)業(yè)數(shù)字科普平臺主要是為了更好地開展科普工作，能夠?qū)崟r、快速、準確地為政府部門、農(nóng)業(yè)科研技術(shù)推廣部門、普通農(nóng)民提供多層次、高質(zhì)量的農(nóng)業(yè)科技信息服務(wù)，所以此平臺要力求操作導(dǎo)航清晰，檢索查詢快捷方便，采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、多媒體技術(shù)、3D技術(shù)等實現(xiàn)農(nóng)技知識的形象模擬展示，建立專家系統(tǒng)為農(nóng)業(yè)問題進行分析推理，并提供專家服務(wù)。建設(shè)墾區(qū)農(nóng)業(yè)數(shù)字科普服務(wù)信息系統(tǒng)平臺可以推動墾區(qū)農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益，積極推動農(nóng)業(yè)信息化工作。

2 系統(tǒng)平臺功能模塊的設(shè)計

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中，原理性和經(jīng)驗性的知識比較多，而系統(tǒng)主要是面向墾區(qū)農(nóng)民，要求系統(tǒng)提供的農(nóng)業(yè)技術(shù)信息要形象，易理解。所以黑龍江墾區(qū)農(nóng)業(yè)數(shù)字科普網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)平臺是從實際需要出發(fā)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員提供各類實用的農(nóng)業(yè)技術(shù)，根據(jù)農(nóng)業(yè)技術(shù)知識設(shè)計了圖、文、聲并茂的網(wǎng)頁，使用戶在瀏覽網(wǎng)頁的同時能夠得到專家的知識指導(dǎo)，遠程用戶通過Internet輸入本地的基本生產(chǎn)數(shù)據(jù)，推理引擎從知識庫中取出符合要求的規(guī)則，對已有事實進行匹配，完成專家的判斷和推理，從而加快了農(nóng)業(yè)新技術(shù)、新成果的應(yīng)用步伐[1]。墾區(qū)農(nóng)業(yè)數(shù)字科普網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)平臺采用“瀏覽器/服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)”三層結(jié)構(gòu)[2]，如圖1所示。其數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)層，完成各種數(shù)據(jù)存儲、提取和更新操作；服務(wù)器為應(yīng)用層，主要提供各種與邏輯相關(guān)的服務(wù)構(gòu)件，完成數(shù)據(jù)的發(fā)布、查詢、分析處理等事務(wù)；瀏覽器為用戶層，主要為用戶提供操作界面。

墾區(qū)農(nóng)業(yè)數(shù)字科普網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)平臺包括新聞動態(tài)、科普教育、成果展示、農(nóng)作物專家系統(tǒng)、農(nóng)技推廣、景觀展示、休閑娛樂、科普論壇8個功能模塊。各個模塊的主要功能如下。

新聞動態(tài)模塊：主要是把最新的有關(guān)農(nóng)業(yè)的政策方針、市場動態(tài)、農(nóng)業(yè)科技知識提供給廣大農(nóng)民群眾，讓他們能夠?qū)崟r了解最新的農(nóng)業(yè)技術(shù)研究方面的發(fā)展現(xiàn)狀和成果，以及最新的市場走向，以便能夠更好地進行農(nóng)產(chǎn)品種植和銷售。

科普教育模塊：主要是把一些農(nóng)業(yè)常用的知識呈現(xiàn)給廣大群眾。有些詞匯比如現(xiàn)在流行的精準農(nóng)業(yè)，若僅僅使用文字來表述，可能不容易理解，若使用動畫的形式表述，則很容易被接受，并且更容易記憶。現(xiàn)在很多城市的孩子都吃過大米、豬肉，但是沒有見過水稻的成長過程以及真實豬的樣子，墾區(qū)農(nóng)業(yè)數(shù)字科普網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)平臺把墾區(qū)所包含的農(nóng)作物和動物的生長過程用虛擬動畫形式展示出來，以便大家了解和學(xué)習(xí)。

成果展示模塊：主要包括農(nóng)業(yè)科技、農(nóng)業(yè)成果和農(nóng)業(yè)機械，以圖片、虛擬動畫的形式展示墾區(qū)獲得的優(yōu)秀農(nóng)業(yè)成果，使用戶感受到農(nóng)業(yè)科技的進步。對于大的農(nóng)業(yè)機械，不是所有人都能夠到現(xiàn)場去看，所以使用3D技術(shù)對農(nóng)業(yè)機械進行虛擬仿真，讓廣大群眾對實物的認識更直觀，對農(nóng)業(yè)科技的感知更深刻。

農(nóng)技推廣模塊：包括畜牧業(yè)知識和種植業(yè)知識以及農(nóng)機、農(nóng)具的推廣。黑龍江墾區(qū)農(nóng)業(yè)數(shù)字科普網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)平臺服務(wù)的對象是廣大人民群眾，而更多的也是服務(wù)于墾區(qū)的農(nóng)民，他們中間的大多數(shù)文化水平不高，為了更好地把正在應(yīng)用推廣的新品種、實用新技術(shù)成果（比如黃瓜冬春茬生產(chǎn)實用技術(shù)、溫室生產(chǎn)管理中利用精準作業(yè)機械實現(xiàn)變量施肥及變量施藥的過程、八跨自走式灌溉控制機作業(yè)、帶AFS系統(tǒng)可自動生成產(chǎn)量圖的聯(lián)合收割機作業(yè)）傳遞給他們，此系統(tǒng)平臺使用了文字、圖像、視頻、動畫相結(jié)合的方式，形象生動，通俗易懂，有利于他們理解和掌握。

景觀展示模塊：主要是使用全景技術(shù)展示墾區(qū)科普基地的精神面貌，讓更多的人了解墾區(qū)。用全景技術(shù)展示墾區(qū)，使人們能更清晰、更直觀地看到各個基地的場景，并且生成的文件較小，系統(tǒng)又增加了用戶的自主選擇，從而可最大限度地滿足用戶需求。

農(nóng)作物專家系統(tǒng)模塊：主要是總結(jié)和匯集農(nóng)業(yè)專家先進的知識以及長期積累的寶貴經(jīng)驗，建造有關(guān)農(nóng)業(yè)的計算機智能軟件系統(tǒng)，能結(jié)合用戶提供的信息，模擬農(nóng)業(yè)專家對農(nóng)業(yè)問題進行分析推理并給予解答[3，4]。結(jié)合黑龍江墾區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的實際情況，開發(fā)水稻、大豆、玉米等實用性強的系列化農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者、科技人員和管理工作者提供專家咨詢服務(wù)。專家系統(tǒng)開發(fā)流程如圖2所示。

休閑娛樂模塊：在此模塊中設(shè)計一些與農(nóng)業(yè)相關(guān)的Flash小游戲，通過游戲，用戶不但能掌握相關(guān)的農(nóng)業(yè)知識，也能從中得到樂趣。

科普論壇模塊：通過該模塊用戶可以提出在農(nóng)業(yè)中遇到的各種問題，農(nóng)業(yè)專家登陸系統(tǒng)后，針對用戶提出的問題給予相應(yīng)的在線解答。并且在此模塊中，用戶可以上傳自己制作的有關(guān)農(nóng)業(yè)知識的多媒體作品，經(jīng)評價效果好的可以發(fā)布到農(nóng)技推廣、科普教育、成果展示、景觀展示相應(yīng)的模塊中。

整個平臺提供細粒度的用戶權(quán)限管理，能夠?qū)?shù)據(jù)訪問實現(xiàn)權(quán)限分級控制，在關(guān)鍵的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)訪問上提供可靠的授權(quán)設(shè)計，并具有數(shù)據(jù)備份、還原的功能。

3 墾區(qū)農(nóng)業(yè)數(shù)字科普網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)平臺的優(yōu)勢

3.1 不受時間、空間的限制

黑龍江墾區(qū)農(nóng)業(yè)數(shù)字科普服務(wù)信息系統(tǒng)平臺突破了時間和空間的限制，無論用戶身處在地廣人稀的北大荒，還是發(fā)達的一線城市，無論是白天還是黑夜，只要連接到Internet，就可以隨時隨地訪問科普平臺，及時找到所感興趣的知識技術(shù)。

3.2 傳遞信息的及時性

農(nóng)業(yè)是一門不斷發(fā)展的學(xué)科，在農(nóng)業(yè)的前端領(lǐng)域不斷有新的科研成果產(chǎn)生，這些成果不應(yīng)只保存在科研單位的檔案庫里，而應(yīng)該及時地讓更多的普通民眾所了解?，F(xiàn)在是信息時代，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字技術(shù)可以把農(nóng)業(yè)最新的科技前沿動態(tài)和取得的輝煌成就展現(xiàn)給普通民眾，為不同人群了解農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀提供豐富的知識保障。

3.3 形式多樣，內(nèi)容豐富

此平臺展現(xiàn)信息的形式豐富多樣，使用圖片和文字展現(xiàn)一些活動資訊、科普資料，利用Flash動畫形式展現(xiàn)玉米螟綠色防控技術(shù)、溫室施肥打藥一體機、果園節(jié)水灌溉技術(shù)等最新技術(shù)，使用3D技術(shù)展現(xiàn)農(nóng)機展品本身的形狀、特點以及操作技術(shù)，使用全景技術(shù)展示墾區(qū)農(nóng)場景觀。多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等的引入，為農(nóng)民群眾提供了更全面、更豐富的內(nèi)容和形式，使得科普形式更加生動活潑，可以更有效地吸引廣大人民群眾。

3.4 傳遞科普知識的同時增強了交互性

通過數(shù)字科普網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)平臺可以控制某個項目的展示路線，在專家系統(tǒng)中根據(jù)農(nóng)業(yè)實際生產(chǎn)過程選擇不同的情況給出不同的結(jié)論，并且廣大群眾可以對某項技術(shù)與專家進行探討，或者對某項技術(shù)的多媒體展示進行評論，這樣有助于科普創(chuàng)作作品的進一步提高，增強科普工作的效果。

4 關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)

4.1 數(shù)據(jù)緩存的實現(xiàn)

為了使用戶在訪問平臺時Web服務(wù)器能夠及時響應(yīng)，及時把頁面和查詢結(jié)果返回給用戶，系統(tǒng)平臺采用了緩存技術(shù)，引入了SqlCacheDependency特性，對Channels、SoftChannels、SoilDetection數(shù)據(jù)表對應(yīng)的緩存實施了SQL Cache Invalidation技術(shù)。為了保證整個架構(gòu)的可擴展性，也允許設(shè)計者建立自定義的CacheDependency類，用以擴展緩存。

在墾區(qū)農(nóng)業(yè)數(shù)字科普網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)平臺中，利用了配置文件和反射技術(shù)來實現(xiàn)工廠模式。命名空間CacheDependencyFactory中，類DependencyAccess即為創(chuàng)建對象的工廠類。

4.2 知識庫的設(shè)計

知識庫是專家系統(tǒng)的核心，它相當于專家的大腦，有關(guān)農(nóng)業(yè)的專業(yè)知識都被抽象化地存儲在知識庫中。本平臺采用產(chǎn)生式規(guī)則來表示知識。為了有效地存儲有關(guān)農(nóng)作物知識庫中的各種規(guī)則知識以及診斷方法，采用XML文檔來存儲規(guī)則知識，將產(chǎn)生式規(guī)則的模型轉(zhuǎn)換為XML的數(shù)據(jù)模型，設(shè)計XML文檔結(jié)構(gòu)，然后把定義好的XML文檔作為最基本的存儲單元進行管理，通過應(yīng)用程序接口對數(shù)據(jù)進行一系列的操作[5，6]。

4.3 推理機的設(shè)計

推理機是專家系統(tǒng)的控制中心，是模擬專家的思維，根據(jù)已有的事實，推理出相應(yīng)的結(jié)論。推理機的實現(xiàn)首先是根據(jù)決策建立相應(yīng)的推理模塊，輸入條件、知識定義、前提條件的可信度、規(guī)則強度以及事實數(shù)據(jù)，計算機進行動態(tài)編碼[7，8]。當用戶使用時，輸入自己的事實數(shù)據(jù)，就會產(chǎn)生相應(yīng)的推理結(jié)果，當原有知識不能滿足要求時，推理機可以隨時修改事實數(shù)據(jù)。系統(tǒng)平臺推理部分的結(jié)構(gòu)如圖3所示[9]。

5 結(jié)語

科普興農(nóng)是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)和農(nóng)民增收的重要舉措，把科普和數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來，能更好地促進農(nóng)業(yè)知識的普及，加快農(nóng)業(yè)的發(fā)展。黑龍江墾區(qū)農(nóng)業(yè)數(shù)字科普網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)平臺可以讓廣大群眾更好地了解墾區(qū)，減少農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識傳播和應(yīng)用的成本，為墾區(qū)現(xiàn)代化大農(nóng)業(yè)的高效、可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻。

參考文獻：

[1] 何離慶.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的智能化農(nóng)業(yè)信息平臺研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2002.

[2] 楊悅欣.基于XML技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)信息平臺的研究[D].西安：陜西科技大學(xué)，2006.

[3] 孫妮娜，秦向陽，楊寶祝，等.農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)平臺的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2006，22（6）：436-440.

[4] 石 琳，陳帝伊，馬孝義.專家系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用概況及前景[J].農(nóng)機化研究，2011，33（1）：215-218.

[5] 彭志良，趙澤英，李莉婕，等.貴州天麻種植專家系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（8）：190-192.

[6] 趙文忠.基于MVC機構(gòu)的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，43（8）：78-80.

[7] 劉明輝，沈佐銳，高靈旺，等.基于WebGIS的農(nóng)業(yè)病蟲害預(yù)測預(yù)報專家系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2009，40（7）：180-186.

[8] 蘇恒強，朱春嬈，陳桂芬，等.玉米栽培技術(shù)專家系統(tǒng)的研究[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，49（10）：2545-2547.

[9] 姜中強.基于Web的江西水稻病蟲害防治專家系統(tǒng)[D].南昌：江西農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

（責任編輯 昌炎新）