四川農(nóng)畜育種攻關(guān)云服務(wù)數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

曹 艷，胡 亮，劉永波，雷 波*，唐江云,康海岐

(1.四川省農(nóng)科院農(nóng)業(yè)信息與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)研究所,四川 成都 610066;2.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所,四川 成都 610066)

1 研究背景

近年來興起的云計(jì)算模式為構(gòu)建農(nóng)業(yè)信息服務(wù)平臺(tái)提供了新思路。云計(jì)算(Cloud Computing)是在2007年才被提出的一種新的IT資源提供模式，在這種模式中，計(jì)算和數(shù)據(jù)分布在大量的分布式計(jì)算機(jī)上，應(yīng)用、數(shù)據(jù)和IT資源以服務(wù)的方式通過手機(jī)、電腦等提供給用戶使用，短期產(chǎn)生了巨大的影響力。隨著微電子、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的滲透和普及，以全球互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的“物聯(lián)網(wǎng)”的興起，第三次信息技術(shù)革命正在發(fā)生[1-2]。云服務(wù)是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源，是通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式讓用戶獲得所需服務(wù)[3]。十二屆全國(guó)人大三次會(huì)議上，李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中首次提出“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃。對(duì)于育種攻關(guān)來說，“互聯(lián)網(wǎng)+”就是應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新成果融合于育種科研和種業(yè)產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)育種科研創(chuàng)新、種業(yè)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。

隨著四川育種科研服務(wù)水平的深入，數(shù)據(jù)量急劇攀升、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢需求越來越大，傳統(tǒng)的服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)性能遇到了瓶頸，磁盤IO能力、服務(wù)器處理能力逐漸滿足不了科研工作的要求[4]。因此，在各領(lǐng)域科研系統(tǒng)統(tǒng)一建設(shè)、集中部署的大趨勢(shì)下，急需建立信息、資源、計(jì)算集中程度更高、數(shù)據(jù)規(guī)模更加龐大、對(duì)服務(wù)全生命周期管理更科學(xué)的云服務(wù)平臺(tái)[5-6]。建設(shè)四川農(nóng)畜育種攻關(guān)云服務(wù)平臺(tái)云服務(wù)數(shù)據(jù)中心簡(jiǎn)稱四川農(nóng)畜育種攻關(guān)云服務(wù)數(shù)據(jù)中心，通過現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)前沿技術(shù)的應(yīng)用，能夠滿足大量的育種科研數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)使用等需求，為當(dāng)前和以后的育種科研人員留下寶貴的數(shù)據(jù)財(cái)富；同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)便捷的查詢、下載服務(wù)模式，大大提高了數(shù)據(jù)利用時(shí)效，有助于提高育種科研效率，推進(jìn)育種信息化[7-9]。云服務(wù)中心也及時(shí)將科研過程中形成的新成果、新品種、新方法、新技術(shù)，快速存儲(chǔ)和傳播，幫助農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的勞動(dòng)者獲得更新更好的農(nóng)業(yè)科學(xué)知識(shí)和指導(dǎo)。促進(jìn)四川省農(nóng)業(yè)、種業(yè)的健康快速發(fā)展。

2 云服務(wù)數(shù)據(jù)中心的總體設(shè)計(jì)

四川農(nóng)畜育種攻關(guān)云服務(wù)數(shù)據(jù)中心包括對(duì)外的公共信息服務(wù)及面向育種科研工作者的專家服務(wù)系統(tǒng)，總體設(shè)計(jì)如圖1所示。公共信息服務(wù)包括育種基地的空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、風(fēng)速、土壤溫度、土壤濕度以及設(shè)備信息。育種專家服務(wù)系統(tǒng)主要由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、視頻、實(shí)時(shí)圖片、智能控制、數(shù)據(jù)分析、報(bào)警信息、專家知識(shí)庫(kù)和個(gè)人中心等功能模塊組成。育種專家服務(wù)功能主要功能設(shè)計(jì)如下：

2.1 首頁(yè)

主要是展示各個(gè)育種基地在地圖上所在地，并能夠看到所以基地以及他們?cè)诘貓D上面所在地并能查看各個(gè)基地下面的設(shè)備數(shù)據(jù)等。

2.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

用柱狀圖、折線等方式展示所采集的數(shù)據(jù)沿時(shí)間序列的變化。

2.3 實(shí)時(shí)視頻

①支持主流視頻設(shè)備的一鍵接入。②攝像機(jī)設(shè)備的智能控制(放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn))。④實(shí)時(shí)圖像的抓拍與存儲(chǔ)。④實(shí)時(shí)視頻的直播。⑤實(shí)時(shí)視頻的錄像。

2.4 實(shí)時(shí)圖片

即視頻圖片存儲(chǔ)，文件系統(tǒng)存儲(chǔ)抓拍的攝像機(jī)圖片。

2.5 智能控制

對(duì)設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行查看和遠(yuǎn)程控制，包括打開、關(guān)閉等。

2.6 數(shù)據(jù)分析

瀏覽采集的環(huán)境歷史數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)合查詢，同質(zhì)異地?cái)?shù)據(jù)對(duì)比，同地不同時(shí)段數(shù)據(jù)對(duì)比；可以形成折線圖、餅圖和導(dǎo)出成Excel文件。

2.7 專家知識(shí)庫(kù)

為育種專家、植保專家提供上傳和存儲(chǔ)病蟲害及其解決方式方法的功能模塊，為以后開展病蟲害防治指導(dǎo)進(jìn)行數(shù)據(jù)積累。

2.8 報(bào)警信息

根據(jù)個(gè)人中心的報(bào)警設(shè)置，針對(duì)溫度、濕度、光照等參數(shù)過高或過低提供報(bào)警，提醒科研專家進(jìn)行自然環(huán)境災(zāi)害的預(yù)判預(yù)防。

2.9 個(gè)人中心

可以查看個(gè)人信息，報(bào)警設(shè)置，版本日志。

3 功能實(shí)現(xiàn)

3.1 公共信息服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)

四川農(nóng)畜育種攻關(guān)云服務(wù)數(shù)據(jù)中心采用iframe框架嵌入總四川農(nóng)畜育種攻關(guān)云服務(wù)平臺(tái)(www.scyz.org.cn)[10]，面向公眾提供基本的空氣溫度、空氣濕度、大氣壓、降雨量信息，如圖2。

點(diǎn)擊圖2右上角“大數(shù)據(jù)展示”，進(jìn)入四川農(nóng)畜育種攻關(guān)云服務(wù)數(shù)據(jù)中心公共信息服務(wù)首頁(yè)，目前可以查看新都基地和蒲江基地氣象和土壤溫濕度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如圖3。

3.2 育種專家服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)

3.2.1 登入系統(tǒng) 在瀏覽器地址欄輸入網(wǎng)址(https://iot.nywlw.cn/login?code=nky)后會(huì)出現(xiàn)如下登錄框，輸入賬號(hào)、密碼和驗(yàn)證碼即可登入系統(tǒng)。

3.2.2 登錄后進(jìn)入主界面 在地圖上面可以看到左邊的基地設(shè)備情況以及紅色跳動(dòng)的基地地址標(biāo)記點(diǎn)。點(diǎn)擊基地下面的設(shè)備，可以看到該設(shè)備當(dāng)前的狀態(tài)和采集數(shù)據(jù)情況。點(diǎn)擊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，選擇需要的條件下基地的設(shè)備和時(shí)間，例如：2020年11月16日，可以查詢?cè)撊詹杉膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如圖6所示。

鼠標(biāo)移到曲線上面會(huì)顯示當(dāng)前點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息。鼠標(biāo)點(diǎn)擊選中某一段曲線然后放開鼠標(biāo)，曲線會(huì)顯示當(dāng)前選中那段曲線的信息，相當(dāng)于放大顯示某一段曲線。

3.2.3 實(shí)時(shí)視頻 點(diǎn)擊實(shí)時(shí)視頻，如圖7所示，右側(cè)云臺(tái)操作可以實(shí)現(xiàn)鏡頭的遠(yuǎn)近調(diào)節(jié)。

3.2.4 實(shí)時(shí)圖片 點(diǎn)擊【實(shí)時(shí)圖片】菜單，如圖8所示。視頻圖片存儲(chǔ)：文件系統(tǒng)存儲(chǔ)抓拍的攝像機(jī)圖片。

3.2.5 智能控制 對(duì)設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行查看和控制。選中相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)查看和設(shè)置如圖9所示。如定時(shí)開關(guān)設(shè)備、參數(shù)控制和循環(huán)控制等。

3.2.6 數(shù)據(jù)分析 瀏覽采集到的育種環(huán)境歷史數(shù)據(jù)，提供復(fù)合查詢，同質(zhì)異地?cái)?shù)據(jù)對(duì)比，同地不同時(shí)段數(shù)據(jù)對(duì)比?？梢孕纬汕€圖、餅圖和導(dǎo)出成Excel文件等。

3.2.7 報(bào)警信息 報(bào)警方式支持短信、微信和郵件。

3.2.8 專家知識(shí)庫(kù) 專家支持模塊分為：首頁(yè)、農(nóng)業(yè)知識(shí)庫(kù)、病蟲害信息、農(nóng)業(yè)專家和個(gè)人中心部分，如圖12所示。

3.2.9 個(gè)人中心 可以查看個(gè)人信息，進(jìn)行報(bào)警設(shè)置，查看版本日志。其中，報(bào)警設(shè)置可以按照時(shí)間段配置不同的報(bào)警策略，通過微信或電子郵件發(fā)送給用戶。

4 結(jié)論與討論

四川農(nóng)畜育種攻關(guān)云服務(wù)數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，主要是通過單用戶多級(jí)帳號(hào)管理，不同級(jí)別的賬號(hào)享受到的云服務(wù)范圍及內(nèi)容不同，一是滿足不同用戶的個(gè)性化需求；二是減少不相關(guān)信息對(duì)用戶的干擾。利用云服務(wù)平臺(tái)的服務(wù)器及存儲(chǔ)器集群，為科研專家提供育種環(huán)境數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理云服務(wù)，讓科研人員能夠以最低成本存放數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)在有網(wǎng)絡(luò)的地方都能方便地獲取所需科研數(shù)據(jù)，降低科研人員獲取數(shù)據(jù)的時(shí)間成本，降低數(shù)據(jù)丟失的可能性。四川農(nóng)畜育種攻關(guān)云服務(wù)數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建是一項(xiàng)工作量大，耗時(shí)長(zhǎng)，挑戰(zhàn)性高的工作，需要循序漸進(jìn)的推進(jìn)云服務(wù)數(shù)據(jù)中心的功能優(yōu)化和海量數(shù)據(jù)的持續(xù)聚集，才能真正有效助力育種信息化[11]，才能夠?yàn)橛N表型研究提供可靠的環(huán)境數(shù)據(jù)支持[12]。表型是基因型和環(huán)境共同作用的結(jié)果[12]，隨著基因測(cè)序成本的持續(xù)降低，基因數(shù)據(jù)的獲取已經(jīng)不是難事，環(huán)境數(shù)據(jù)的低成本、可靠穩(wěn)定的獲得，并進(jìn)一步促進(jìn)育種和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。