福城金葉服務管理平臺的設計與實現(xiàn)

謝平槐

一、概述

（一）研究背景和意義

湖南省郴州市煙葉生產(chǎn)歷史悠久，隨著改革開放的不斷深化，煙葉生產(chǎn)面積逐步增大，質量逐步提高，形成了“香氣濃郁、焦甜感強、透發(fā)性好、醇厚豐滿”的典型濃香型特征，成為了眾多品牌卷煙的主配方。在地方政府和行業(yè)各級的重視與領導下，郴州現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)發(fā)展取得了顯著成效。但與此同時，煙農(nóng)素質參差不齊、抗災害能力較弱、資源配置不夠合理、產(chǎn)業(yè)布局有待優(yōu)化、精益管理有待提升、煙葉供給結構性矛盾突出等問題，制約和影響了煙葉勞動生產(chǎn)率、土地產(chǎn)出率和資源利用率的提升。

2015年以來，國家先后印發(fā)了《關于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見》《促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》等重要文件，給各行各業(yè)進行“互聯(lián)網(wǎng)+”轉型提供了行動指南。國家煙草局領導在2015年6月17日召開的國家局黨組擴大會議上，就“互聯(lián)網(wǎng)+”與行業(yè)工作的結合提出了“要認真研究互聯(lián)網(wǎng)+煙草農(nóng)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)+煙草工業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)+煙草商業(yè)，在大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新中，保持煙草行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展”。

信息時代下數(shù)據(jù)信息已經(jīng)滲透到社會中各個行業(yè)與領域，日益成為最重要的發(fā)展資源，“大數(shù)據(jù)”時代已經(jīng)到來，信息數(shù)據(jù)也實現(xiàn)了從“資源”向“資產(chǎn)”的華麗轉身。系統(tǒng)通過對郴州煙葉生產(chǎn)中的大量數(shù)據(jù)進行整理分類，為后期數(shù)據(jù)挖掘分析奠定堅實基礎；通過煙草農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)分析平臺的科學有效數(shù)據(jù)支撐，規(guī)范煙葉生產(chǎn)、收購的管理工作，有效解決目前煙葉生產(chǎn)中煙農(nóng)隊伍不能穩(wěn)定發(fā)展的問題；并進一步探索生態(tài)布局優(yōu)化、土壤保護改良、品牌特色提升等問題，濃香型特色煙葉生產(chǎn)風險防范的長效機制，不斷推進“福城金葉”濃香品牌建設，提高煙葉質量水平，建立和完善品牌導向的濃香型特色煙葉可持續(xù)發(fā)展模式，有效推動郴州現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的發(fā)展，最終通過信息化的技術手段助推郴州煙葉產(chǎn)業(yè)轉型升級。

（二）主要研究內(nèi)容

系統(tǒng)將圍繞煙葉生產(chǎn)過程中所涉及的數(shù)據(jù)，建立大數(shù)據(jù)處理分析平臺和互聯(lián)網(wǎng)移動應用平臺，并在此基礎上，實現(xiàn)面向煙葉種植生產(chǎn)收購和管理等各個環(huán)節(jié)的大數(shù)據(jù)應用，具體研究內(nèi)容如下。

定義面向煙葉生產(chǎn)經(jīng)營管理的大數(shù)據(jù)資源體系。整合煙葉生產(chǎn)經(jīng)營管理過程中的煙農(nóng)數(shù)據(jù)、煙田數(shù)據(jù)、煙基數(shù)據(jù)、基地單元數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、病蟲害數(shù)據(jù)、煙葉生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)、煙葉質量數(shù)據(jù)、合作社數(shù)據(jù)和日常管理數(shù)據(jù)，針對各個環(huán)節(jié)的業(yè)務需求構建大數(shù)據(jù)的資源體系，建立對應的主題數(shù)據(jù)庫，并提供相應的采集策略和管理規(guī)范。

收集煙葉生產(chǎn)大數(shù)據(jù)資源。在現(xiàn)有的煙葉生產(chǎn)大數(shù)據(jù)的基礎上，圍繞業(yè)務需求逐步收集、完善煙葉生產(chǎn)經(jīng)營管理過程中的數(shù)據(jù)內(nèi)容，并形成高效易用的煙葉大數(shù)據(jù)采集、管理和操作工具和機制。

建設大數(shù)據(jù)處理分析平臺。搭建通用的大數(shù)據(jù)處理分析平臺，為大數(shù)據(jù)的分析處理提供通用的分布式計算環(huán)境，為海量異構數(shù)據(jù)提供存儲、整合、操作和管理的資源和工具，從而支撐大數(shù)據(jù)應用的運行。

建設互聯(lián)網(wǎng)移動應用平臺，開發(fā)面向煙葉生產(chǎn)經(jīng)營管理的大數(shù)據(jù)應用。利用大數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)面向煙農(nóng)、煙草公司的大數(shù)據(jù)應用，針對煙葉生產(chǎn)經(jīng)營管理關鍵環(huán)節(jié)上的業(yè)務需求，提供基于大數(shù)據(jù)的協(xié)同作業(yè)、考核管理、煙農(nóng)管理、煙農(nóng)服務、煙葉生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)布局分析、煙葉生產(chǎn)標準化分析、煙葉生產(chǎn)防控措施管理、煙葉生產(chǎn)資料管理等應用服務，用于提升煙農(nóng)煙葉種植水平、煙草公司的服務質量和管理水平，并為煙葉生產(chǎn)和銷售的計劃制定提供量化依據(jù)。

二、系統(tǒng)需求分析

（一）總體需求

通過對郴州煙草生產(chǎn)經(jīng)營管理中的大量數(shù)據(jù)進行采集整理，利用煙草農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)分析平臺進行挖掘分析，生成有效的科學數(shù)據(jù)支撐，從而規(guī)范煙葉生產(chǎn)、收購的管理工作，有效解決目前煙葉生產(chǎn)經(jīng)營過程中存在的合同管理、生態(tài)布局優(yōu)化、煙技員隊伍管理、品牌特色提升等問題，建立濃香型特色煙葉生產(chǎn)風險防范的長效機制，不斷推進“福城金葉”濃香品牌建設，提高煙葉質量水平，建立和完善品牌導向的濃香型特色煙葉可持續(xù)發(fā)展模式，有效推動郴州現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的發(fā)展，最終通過信息化的技術手段助推郴州煙葉產(chǎn)業(yè)轉型升級。

（二）功能性需求

著力解決防災減害問題。郴州作為湖南煙葉主產(chǎn)區(qū)，大部分煙農(nóng)對氣象災害和病蟲災害的預防控制能力主要依賴于個人經(jīng)驗積累。因此，具體的防災減害的問題在于災害預防能力差、災害防控能力不強、災害防治知識不足。

著力解決產(chǎn)業(yè)布局問題。當前，郴州市處于煙葉發(fā)展穩(wěn)和控的節(jié)點，是數(shù)量發(fā)展型向質量發(fā)展型轉變的關鍵時期。其關鍵問題在于“在哪種煙”、“誰來種煙”、“怎么種煙”。具體來說，郴州產(chǎn)業(yè)布局的問題在于生態(tài)資源利用率低、煙農(nóng)隊伍不穩(wěn)定、設施配套不合理。

著力解決煙葉標準化問題。煙葉標準化生產(chǎn)過程中，由于投入大、用工多、強度大、周期長等特點，使煙葉生產(chǎn)管理難以標準化，其中最為突出的問題是績效管理考核難、煙葉產(chǎn)量控制難、合同真實性核查難。

著力解決煙葉品質問題。煙葉質量、煙葉等級結構是工業(yè)企業(yè)對煙葉原料進行可用性評價的重要內(nèi)容之一，受多種因素影響，煙葉品質的問題在于煙葉等級需求難滿足，煙葉種植質量難控，烘烤質量難控。

（三）非功能性需求

系統(tǒng)應用功能需要在設計時考慮并發(fā)的問題，做到高并發(fā)、高可用、高安全。

加強信息安全保障措施，保護企業(yè)機密與合作社、煙農(nóng)等個人隱私。

系統(tǒng)需要基于郴州煙草戰(zhàn)略發(fā)展的視角出發(fā)，整體規(guī)劃設計，分步實施。

三、系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

（一）總體目標

福城金葉服務管理平臺以“一庫二臺三服務四著力”為總體設計思路，通過兩大應用平臺建立煙葉大數(shù)據(jù)資源庫，以煙草工業(yè)、煙草農(nóng)業(yè)、煙草商業(yè)為服務主體，著力解決郴州煙草目前四大迫切需要攻克的難題“防災減害的問題”“產(chǎn)業(yè)布局的問題”“煙葉標準化的問題”“煙葉品質的問題”，彰顯“福城金葉”煙葉品牌特色。

（二）總體架構

系統(tǒng)基于云計算平臺提供的服務器資源和存儲資源搭建，包括面向煙農(nóng)煙葉管理的大數(shù)據(jù)資源庫、大數(shù)據(jù)處理分析平臺、互聯(lián)網(wǎng)移動應用以及平臺的管理與開發(fā)工具。平臺的總體架構如圖1所示。

系統(tǒng)將建立大數(shù)據(jù)資源庫，提供包括煙農(nóng)數(shù)據(jù)庫、日常工作數(shù)據(jù)庫、煙葉生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)庫、煙田數(shù)據(jù)庫、氣象數(shù)據(jù)庫、病蟲害數(shù)據(jù)庫、煙基數(shù)據(jù)庫、煙葉質量數(shù)據(jù)庫、合作社數(shù)據(jù)庫、基地單元數(shù)據(jù)庫等十大主題數(shù)據(jù)庫的建設。

系統(tǒng)將建立大數(shù)據(jù)處理分析平臺，利用大數(shù)據(jù)資源庫中的煙農(nóng)、煙葉相關的數(shù)據(jù)主題庫，開發(fā)可支撐業(yè)務應用的數(shù)據(jù)分析及人工智能模型。

系統(tǒng)將基于大數(shù)據(jù)處理分析平臺提供互聯(lián)網(wǎng)移動應用，覆蓋煙葉資源服務管理、決策服務管理、煙葉災害服務管理、基地單元服務管理以及生產(chǎn)經(jīng)營服務管理等業(yè)務范圍，系統(tǒng)將提供區(qū)域煙農(nóng)特征對比分析、職業(yè)煙農(nóng)智能發(fā)現(xiàn)、職業(yè)煙農(nóng)等級區(qū)域分布分析以及煙技員隊伍分析4種大數(shù)據(jù)分析模型，用于支撐上述應用。

（三）業(yè)務架構

業(yè)務架構圖如圖2所示。

（四）技術架構

福城金葉服務管理平臺總體架構包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)應用四個階段，在技術架構上分為數(shù)據(jù)采集與存儲平臺、人工智能數(shù)據(jù)分析平臺和智能分析應用三個部分。本平臺構建的數(shù)據(jù)采集與存儲平臺涵蓋數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲兩階段功能；人工智能數(shù)據(jù)分析平臺對應數(shù)據(jù)分析階段功能；智能分析應用對應數(shù)據(jù)應用階段功能。

（五）網(wǎng)絡架構

平臺的主要使用對象為處在互聯(lián)網(wǎng)端的煙農(nóng)、工業(yè)公司、科研院所、政府管理部門以及郴州煙草的客戶經(jīng)理、煙技員和管理人員，所以平臺的所有應用層面的虛擬服務器將部署在云計算平臺的DMZ區(qū)。外部用戶和終端通過統(tǒng)一接入層訪問平臺，接入層須根據(jù)請求的不同將請求轉發(fā)至不同服務器，并提供負載均衡功能。

四、系統(tǒng)功能設計

（一）大數(shù)據(jù)主題資源庫

針對郴州市煙草公司的特點，對煙葉生產(chǎn)經(jīng)營的需求調研，設計基于人工智能的大數(shù)據(jù)量化分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與存儲平臺；數(shù)據(jù)資源是大數(shù)據(jù)分析過程所需的以特定格式、類型、維度、粒度提供的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)資源的獲取過程包含了業(yè)務數(shù)據(jù)、第三方公開數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)、辦公數(shù)據(jù)等不同的數(shù)據(jù)源對數(shù)據(jù)進行采集。系統(tǒng)采集、收集所建立的數(shù)據(jù)庫包括：煙農(nóng)數(shù)據(jù)庫、煙田數(shù)據(jù)庫、煙基數(shù)據(jù)庫、基地單元數(shù)據(jù)庫、氣象數(shù)據(jù)庫、病蟲害數(shù)據(jù)庫、煙葉生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫、煙葉質量數(shù)據(jù)庫和日常管理數(shù)據(jù)庫，針對以上數(shù)據(jù)庫建立成煙葉生產(chǎn)大數(shù)據(jù)資源體系。

（二）大數(shù)據(jù)處理分析平臺

大數(shù)據(jù)處理分析平臺提供面向機器學習學習任務執(zhí)行的軟件環(huán)境及相關的管理功能。大數(shù)據(jù)處理分析分析平臺基于底層物理服務器的計算資源構建，利用底層的CPU、內(nèi)存和GPU等計算資源，構建深度學習計算任務的運行環(huán)境；運行環(huán)境基于Docker構建，通過CUDA驅動調用GPU資源，整合桌面虛擬化系統(tǒng)中用戶的數(shù)據(jù)存儲服務，共同支撐用戶的深度學習運行環(huán)境；用戶的深度學習運行環(huán)境由實例化的容器組件的集群提供，其中包含用戶指定的機器學習計算框架和數(shù)據(jù)計算引擎，用戶可通過機器學習API調用機器學習計算框架和數(shù)據(jù)計算引擎，執(zhí)行數(shù)據(jù)分析和深度學習任務。同時，系統(tǒng)提供面向計算容器、用戶和系統(tǒng)管理員的管理功能，分別實現(xiàn)用于構建深度學習環(huán)境的鏡像管理、深度學習任務的監(jiān)控與管理以及集群資源及用戶的管理。為實現(xiàn)上述功能，大數(shù)據(jù)處理分析平臺提供大數(shù)據(jù)處理分析任務運行環(huán)境、機器學習計算框架、數(shù)據(jù)計算引擎、機器學習資源鏡像庫、機器學習任務監(jiān)控與管理、機器學習資源管理以及機器學習API等7個模塊，以支撐系統(tǒng)的運行管理及服務供應。

（三）大數(shù)據(jù)移動應用平臺

大數(shù)據(jù)移動應用平臺提供界面規(guī)范，開發(fā)實施應用統(tǒng)一入口界面，實現(xiàn)系統(tǒng)應用的統(tǒng)一身份認證，為用戶提供友好、易用的信息查找手段，可提供基于自然語言的關鍵字查詢、菜單導航等多種多樣的查詢模式。大數(shù)據(jù)應用平臺打破上下級、部門、業(yè)務鏈、外部伙伴的邊界，用移動、社交、大數(shù)據(jù)等技術和思維重構企業(yè)協(xié)作關系，將員工、上下游伙伴迅速的凝聚在一起，將傳統(tǒng)單一的流程驅動溝通模式，轉變?yōu)閿?shù)據(jù)驅動精益管理的多維度協(xié)作模式。

大數(shù)據(jù)移動應用平臺根據(jù)煙葉生產(chǎn)經(jīng)營管理中所涉及的決策服務管理需求、煙葉資源服務管理需求、基地單元服務管理需求、煙葉災害服務管理需求、生產(chǎn)經(jīng)營服務管理需求等五個方面進行平臺業(yè)務架構設計。

1.決策服務管理系統(tǒng)

本系統(tǒng)通過對采集到的數(shù)據(jù)進行分類整合，形成查詢統(tǒng)計報表，再對數(shù)據(jù)報表進行進一步的分析與提煉，進而生成數(shù)據(jù)整合圖、數(shù)據(jù)對比圖、趨勢預測圖等，有助于領導掌握情況、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、預測趨勢，為領導科學決策、強化過程管控、提高工作效率、促進工作落實等提供有效服務。

查詢統(tǒng)計類：查詢統(tǒng)計功能業(yè)務需求是能進行各種報表查詢，主要包括煙農(nóng)查詢、煙基查詢、煙田查詢、站點查詢、合作社查詢、病蟲害查詢、氣象災害查詢、煙葉生產(chǎn)查詢、煙葉收購查詢、煙葉營銷查詢、綜合管理查詢、基地單元查詢等12大類。

功能設計要求為點擊進入某類查詢后，呈現(xiàn)一張總覽圖表，方便查詢者了解該類別的總體情況，減少查詢步驟，如煙農(nóng)信息查詢，可以按照煙農(nóng)地域分布、年齡結構、文化程度、種植規(guī)模、種煙年限、種植品種、煙葉等級等進行分類匯總查詢，也可查詢到單個煙農(nóng)的具體信息，讓領導全面掌握煙農(nóng)隊伍結構現(xiàn)狀。

決策分析類：根據(jù)“福城金葉”濃香品牌發(fā)展需求，以問題為導向開發(fā)智能分析系統(tǒng)。本部分開發(fā)面向郴州市煙葉生產(chǎn)經(jīng)營管理的智能分析應用，利用煙葉產(chǎn)業(yè)相關的數(shù)據(jù)資源，在人工智能分析模型的基礎上，對煙農(nóng)、合同、災害、煙葉產(chǎn)量、質量、煙基等方面進行分析，形成分析圖表，為領導決策提供直觀量化依據(jù)。

2.煙葉資源服務管理系統(tǒng)

煙葉資源服務管理系統(tǒng)以煙葉生產(chǎn)經(jīng)營中資源為主線，下分煙農(nóng)模塊、煙田模塊、煙基模塊、合作社模塊和站點模塊。每個模塊根據(jù)自身業(yè)務體系，采集對應體系業(yè)務數(shù)據(jù)，規(guī)劃服務功能為煙葉生產(chǎn)提供便利。

3.煙葉災害服務管理系統(tǒng)

本部分采集氣象局數(shù)據(jù)和歷年病蟲災害數(shù)據(jù)進行建庫，運用大數(shù)據(jù)分析工具，為煙農(nóng)提供預測預警服務，并結合實際情況，為煙農(nóng)及時推送應急預案和防治措施，實現(xiàn)智能預測預報和精準防災減災，盡可能降低氣象災害和病蟲災害對煙葉生產(chǎn)造成的影響和損失，同時也為應急預案和災后處置方案提供數(shù)據(jù)支持。

4.生產(chǎn)經(jīng)營服務管理系統(tǒng)

采集生產(chǎn)經(jīng)營信息，建立煙葉生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)庫，為煙葉標準化生產(chǎn)提供服務。通過數(shù)據(jù)挖掘分析，對煙葉生產(chǎn)進行精益化管理，同時提供質量互動反饋功能，為領導層全面掌握煙葉收購情況服務；建立考核管理模塊，分析工作完成情況、質量情況，實現(xiàn)提高工作效率，提升工作質量，激發(fā)工作動力的目標。

5.系統(tǒng)管理

系統(tǒng)需要具有平臺管理功能，能夠實現(xiàn)用戶管理、組織結構、角色的統(tǒng)一動態(tài)管理。能夠對平臺用戶的活動進行日志記錄和文件進行全面的權限管理機制，確保信息發(fā)布與傳播可控。移動端、PC端、WEB端界面能夠進行個性化定制；支持“分組織架構”權限管理，由指定組織的權限管理員分配所負責組織的權限管理。

五、結束語

本文系統(tǒng)地探討了福城金葉服務管理平臺的設計和實現(xiàn)，有效地解決目前煙葉生產(chǎn)經(jīng)營管理過程中存在的一系列問題，推進“福城金葉”濃香品牌建設，提高煙葉質量水平，有效推動郴州現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的發(fā)展，通過信息化的技術手段助推郴州煙葉產(chǎn)業(yè)轉型升級。

作者單位：湖南省煙草公司郴州市公司