江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建

孫興蓮 楊欣 丁思惠 李宗俊

摘要：為加強(qiáng)江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源收集保護(hù)，推動(dòng)種質(zhì)資源共享利用，采用互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)構(gòu)建江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，通過建設(shè)多層次、多維度、多用戶的資源服務(wù)體系，建成集種質(zhì)信息發(fā)布、共享、服務(wù)于一體的一站式線上服務(wù)平臺(tái)。平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了種質(zhì)資源共享服務(wù)云平臺(tái)和數(shù)據(jù)管理后臺(tái)兩大子系統(tǒng)的功能建設(shè)，能夠推動(dòng)種質(zhì)信息互聯(lián)互通和共享融合，促進(jìn)資源的有效共享。主要介紹數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)、總體功能、業(yè)務(wù)流程及關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：種質(zhì)資源;數(shù)據(jù)共享;線上服務(wù)平臺(tái);數(shù)據(jù)管理;系統(tǒng)設(shè)計(jì)與構(gòu)建

中圖分類號：S32;S126 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）13-0192-06

農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源是保障糧食安全、建設(shè)生態(tài)文明、支撐農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性資源，是農(nóng)業(yè)科技原始創(chuàng)新與現(xiàn)代種業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)[1-2]。江蘇省位于南北氣候過渡帶，種質(zhì)資源種類繁多、類型豐富。為更好地保護(hù)特色資源，促進(jìn)種質(zhì)資源的開發(fā)利用，江蘇省于2004年啟動(dòng)農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源保護(hù)與利用平臺(tái)建設(shè)，經(jīng)過多年的努力，已初步建成了覆蓋全省主要農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源保護(hù)與利用體系，建有包括農(nóng)作物、林木、水產(chǎn)、家養(yǎng)動(dòng)物四大類共計(jì)30個(gè)省級種質(zhì)資源庫（圃），收集并安全保存種質(zhì)資源6.97萬份，積極開展優(yōu)異種質(zhì)資源的鑒定評價(jià)和創(chuàng)新研究，通過構(gòu)建種質(zhì)資源信息共享服務(wù)系統(tǒng)對外共享種質(zhì)資源信息，近10年來累計(jì)向省內(nèi)外300多家單位提供實(shí)物種質(zhì)共享6.6萬份次，在支撐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展與科技創(chuàng)新中發(fā)揮了重要作用[3-4]。

近年來，江蘇省貫徹落實(shí)國務(wù)院《關(guān)于加強(qiáng)農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源保護(hù)與利用的意見》文件精神，結(jié)合全省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源共享服務(wù)工作需要、種質(zhì)資源保護(hù)要求和種質(zhì)創(chuàng)新服務(wù)需求，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)建設(shè)研究。本研究擬通過運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)，匯聚集成農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)信息，建立面向社會(huì)服務(wù)的農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源目錄，構(gòu)建集種質(zhì)資源整合、共享、展示、對接、咨詢、培訓(xùn)等服務(wù)于一體的新型農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，以推動(dòng)種質(zhì)信息互聯(lián)互通和共享融合，促進(jìn)種質(zhì)資源的有效共享。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)包括種質(zhì)資源共享服務(wù)云平臺(tái)和數(shù)據(jù)管理后臺(tái)兩大子系統(tǒng)。其中，種質(zhì)資源共享服務(wù)云平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)種質(zhì)資源檢索、種質(zhì)資源申請、服務(wù)咨詢、對接洽談、科普園地、種質(zhì)講壇等功能，通過線上Web服務(wù)形式面向外部用戶提供種質(zhì)資源信息和實(shí)物共享服務(wù)。數(shù)據(jù)管理后臺(tái)主要包括種質(zhì)資源數(shù)據(jù)管理、種質(zhì)資源申請管理、信息發(fā)布、服務(wù)流程及用戶反饋管理、庫（圃）運(yùn)行建設(shè)管理和系統(tǒng)管理等模塊，根據(jù)種質(zhì)資源庫（圃）人員和平臺(tái)管理人員2種用戶角色設(shè)定權(quán)限，分別實(shí)現(xiàn)了種質(zhì)資源分類管理、數(shù)據(jù)填報(bào)和審核、標(biāo)簽管理、畫像分析和智能檢索等功能。總體系統(tǒng)邏輯架構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)主要包括兩大功能模塊：一是面向農(nóng)業(yè)科研人員、企業(yè)等用戶的種質(zhì)資源共享服務(wù)云平臺(tái)，二是面向種質(zhì)資源庫（圃）人員和平臺(tái)管理人員的數(shù)據(jù)管理后臺(tái)，其主要功能設(shè)計(jì)如下。

2.1 種質(zhì)資源共享服務(wù)云平臺(tái)

種質(zhì)資源共享服務(wù)云平臺(tái)總體功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1.1 種質(zhì)資源檢索 種質(zhì)資源檢索模塊可用多種方式實(shí)現(xiàn)用戶對種質(zhì)資源信息的檢索和瀏覽，支持按多級分類列表方式進(jìn)行種質(zhì)資源信息展示，用戶可按照農(nóng)作物、林木、水產(chǎn)、家養(yǎng)動(dòng)物等大類進(jìn)行瀏覽，也可根據(jù)各大類細(xì)分物種（如水稻、小麥、玉米等）進(jìn)行查看;支持按關(guān)鍵詞模糊查詢和選擇具體過濾條件精準(zhǔn)檢索，用戶可通過種質(zhì)名稱、種質(zhì)外文名等文本字段進(jìn)行模糊查詢，也可按照種質(zhì)類型、主要特性等選擇字段進(jìn)行篩選查找，如根據(jù)主要特性字段可查詢高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的種質(zhì)資源等;支持系統(tǒng)主動(dòng)推薦，根據(jù)用戶種質(zhì)資源的申請歷史、瀏覽歷史，系統(tǒng)自動(dòng)推薦相關(guān)種質(zhì)資源，提高檢索結(jié)果的豐富度[5]。

2.1.2 種質(zhì)資源申請 用戶檢索到所需種質(zhì)資源即可發(fā)起在線申請，首先查看申請須知和申請流程說明，將所需種質(zhì)資源加入待申請列表并填寫申請信息，填寫完成后下載打印并簽字蓋章，將蓋章材料上傳提交至種質(zhì)庫（圃）審核。用戶提交種質(zhì)申請后可隨時(shí)查看申請進(jìn)度，若庫（圃）人員審核通過，可根據(jù)申請表填寫的種質(zhì)獲取方式進(jìn)行現(xiàn)場獲取或快遞到付，若為快遞到付，在種質(zhì)寄出后系統(tǒng)支持查看物流單號和第三方物流進(jìn)度。

2.1.3 服務(wù)咨詢和對接洽談 該模塊針對種質(zhì)資源共享服務(wù)提供電話咨詢和在線咨詢，包括數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)咨詢內(nèi)容提交、通訊軟件留言等;支持借助互動(dòng)視頻，實(shí)現(xiàn)多人在線咨詢洽談、活動(dòng)直播、知識(shí)教學(xué)等功能，促進(jìn)資源共享;支持對線下活動(dòng)做線上對接，主要包括對接優(yōu)異資源展示會(huì)、專題服務(wù)和技術(shù)咨詢服務(wù)等，提供活動(dòng)需求調(diào)研、宣傳發(fā)動(dòng)、在線報(bào)名、組織舉辦以及總結(jié)宣傳等全流程線上對接，并形成活動(dòng)檔案。

2.1.4 科普園地和種質(zhì)講壇 該模塊實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源科普信息的發(fā)布瀏覽，系統(tǒng)支持用戶查看各類種質(zhì)資源科普信息，支持按多種主題類目、分類標(biāo)簽、熱度等方式查找和瀏覽科普文章、優(yōu)異種質(zhì)資源信息和種質(zhì)資源熱點(diǎn)報(bào)道等。系統(tǒng)支持以文字、圖片、視頻、直播等方式發(fā)布信息，支持直播活動(dòng)的訂閱并接收活動(dòng)提醒。

2.2 數(shù)據(jù)管理后臺(tái)

數(shù)據(jù)管理后臺(tái)總體功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.2.1 供需信息發(fā)布 供需信息發(fā)布模塊主要實(shí)現(xiàn)種質(zhì)資源供需信息的上傳、審核、發(fā)布、查詢等功能，為資源供給方和需求方提供多維度、多形式的資源供需信息發(fā)布和查詢服務(wù)，如需方專題服務(wù)需求發(fā)布、供方特色資源介紹發(fā)布等。

2.2.2 種質(zhì)資源數(shù)據(jù)管理 種質(zhì)資源數(shù)據(jù)管理是整個(gè)系統(tǒng)的核心模塊，主要負(fù)責(zé)維護(hù)共享服務(wù)云平臺(tái)的種質(zhì)資源數(shù)據(jù)，是種質(zhì)資源檢索引擎的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源。主要功能包括維護(hù)種質(zhì)資源類目數(shù)，方便用戶進(jìn)行分類導(dǎo)航瀏覽;實(shí)現(xiàn)各類種質(zhì)資源的數(shù)據(jù)模型定義管理，支持針對不同的物種設(shè)置種質(zhì)資源共性和特性描述數(shù)據(jù)字段，可設(shè)定數(shù)據(jù)字段的類型和范圍，以及可顯示字段、篩選條件字段和字段讀取權(quán)限等;實(shí)現(xiàn)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)的增、刪、改、查等功能，可查看和編輯種質(zhì)資源詳細(xì)數(shù)據(jù);支持種質(zhì)資源數(shù)據(jù)的批量導(dǎo)入和導(dǎo)出，方便數(shù)據(jù)的錄入和存檔;實(shí)現(xiàn)資源數(shù)據(jù)信息的查重和校驗(yàn)功能，所有上傳的服務(wù)資源信息均需經(jīng)過管理員審核后才能正式對外發(fā)布和共享;支持庫（圃）人員在種質(zhì)資源共享服務(wù)云平臺(tái)中對種質(zhì)資源進(jìn)行上架和下架操作，可設(shè)置申請數(shù)量，并支持批量上下架[6-7]。

2.2.3 種質(zhì)資源申請管理 該模塊實(shí)現(xiàn)了種質(zhì)資源申請流程的管理，系統(tǒng)可管理申請流程和訂單的狀態(tài)流轉(zhuǎn)，直至用戶收到種質(zhì)資源并進(jìn)行評價(jià)。用戶發(fā)起并提交種質(zhì)資源申請后，庫（圃）人員可在訂單管理頁面中查詢已提交申請并進(jìn)行審核處理，若審核通過，庫（圃）人員可根據(jù)申請要求準(zhǔn)備種質(zhì)等待自取或郵寄，相關(guān)物流信息可錄入系統(tǒng)。在種質(zhì)資源申請過程中，用戶可隨時(shí)查詢申請進(jìn)度，系統(tǒng)記錄各項(xiàng)流程節(jié)點(diǎn)的操作人、操作時(shí)間、描述信息等，并通過和第三方物流平臺(tái)對接，實(shí)現(xiàn)訂單物流狀態(tài)的記錄和跟蹤。

2.2.4 服務(wù)流程及用戶反饋管理 該模塊實(shí)現(xiàn)對服務(wù)流程以及用戶服務(wù)和反饋等過程中的各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行電子存檔，方便后續(xù)優(yōu)化服務(wù)流程和改進(jìn)用戶服務(wù)質(zhì)量。同時(shí)系統(tǒng)將云平臺(tái)的服務(wù)咨詢和對接洽談數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔，并提供數(shù)據(jù)檢索功能。

2.2.5 庫（圃）建設(shè)運(yùn)行管理 庫（圃）單位是農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)的重要服務(wù)機(jī)構(gòu)，為了提高庫（圃）運(yùn)行服務(wù)質(zhì)量，本模塊主要實(shí)現(xiàn)對庫（圃）單位的建設(shè)運(yùn)行管理，包括種質(zhì)庫（圃）征集流程管理、運(yùn)行服務(wù)數(shù)據(jù)審核統(tǒng)計(jì)和可視化展示三大功能。其中種質(zhì)庫（圃）征集流程管理負(fù)責(zé)新增種質(zhì)資源庫（圃）的工作流程管理，實(shí)現(xiàn)新增庫（圃）單位的征集、資料匯總、專家評審、結(jié)果審核等過程的信息化;運(yùn)行服務(wù)數(shù)據(jù)審核統(tǒng)計(jì)是根據(jù)庫（圃）實(shí)際運(yùn)行情況，從多個(gè)維度進(jìn)行庫（圃）運(yùn)行服務(wù)數(shù)據(jù)的收集、填報(bào)和審核，以種質(zhì)資源收集保存、鑒定評價(jià)、共享服務(wù)和服務(wù)成效等運(yùn)行服務(wù)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，平臺(tái)績效考核指標(biāo)為依據(jù)，對種質(zhì)庫（圃）運(yùn)行服務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，能客觀地評價(jià)各種質(zhì)庫（圃）運(yùn)行服務(wù)情況;運(yùn)行服務(wù)數(shù)據(jù)可視化展示是以庫（圃）運(yùn)行服務(wù)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)管理駕駛艙和各類分析圖表可視化，直觀地展示各種質(zhì)庫（圃）的運(yùn)行服務(wù)情況，為平臺(tái)的管理和決策提供可視化數(shù)據(jù)支撐。

2.2.6 系統(tǒng)管理 系統(tǒng)管理模塊主要包括認(rèn)證管理、系統(tǒng)日志、系統(tǒng)幫助和系統(tǒng)配置等4個(gè)功能。其中認(rèn)證管理主要實(shí)現(xiàn)用戶管理和權(quán)限管理，可創(chuàng)建各種角色的用戶，包括管理員、庫（圃）人員、普通用戶等，支持對不同用戶角色設(shè)置相應(yīng)的權(quán)限等;系統(tǒng)日志記錄關(guān)鍵的用戶操作日志，提供操作日志查詢服務(wù);系統(tǒng)幫助提供各項(xiàng)菜單的操作文檔說明;系統(tǒng)配置可設(shè)置各項(xiàng)系統(tǒng)參數(shù)配置，如數(shù)據(jù)導(dǎo)入模板格式配置等。

2.2.7 信息安全 農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)支持多種方式的信息安全保護(hù)。對外網(wǎng)站服務(wù)通過應(yīng)用防護(hù)防火墻提供安全保護(hù)，并通過第三方滲透測試安全認(rèn)證;數(shù)據(jù)庫安全系統(tǒng)支持敏感數(shù)據(jù)保護(hù)和數(shù)據(jù)訪問審計(jì)，防止數(shù)據(jù)泄露;系統(tǒng)安全審計(jì)平臺(tái)記錄用戶的訪問和操作日志，對違規(guī)網(wǎng)絡(luò)行為實(shí)時(shí)告警。

3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)的主要業(yè)務(wù)流程如圖4所示。平臺(tái)管理員通過管理后臺(tái)發(fā)布科普園地、種質(zhì)講壇等信息，維護(hù)各類科技信息資源，用戶可瀏覽種質(zhì)資源共享服務(wù)云平臺(tái)，選擇感興趣的內(nèi)容瀏覽或發(fā)起在線服務(wù)咨詢，平臺(tái)在線客服可及時(shí)回復(fù)服務(wù)咨詢，響應(yīng)服務(wù)洽談和工作對接，實(shí)現(xiàn)線上工作流。種質(zhì)資源庫（圃）人員可以通過管理后臺(tái)進(jìn)行種質(zhì)資源信息的完善和提交、維護(hù)庫（圃）信息、配置種質(zhì)資源的圖片展示信息和上下架狀態(tài)，信息通過管理員審核后可對外提供服務(wù)。平臺(tái)管理員結(jié)合種質(zhì)資源標(biāo)簽平臺(tái)維護(hù)和更新相關(guān)標(biāo)簽索引信息后，支持用戶在種質(zhì)資源共享服務(wù)云平臺(tái)中進(jìn)行靈活的信息檢索，對于需要的種質(zhì)資源可在線發(fā)起種質(zhì)資源申請請求，庫（圃）人員審核通過后提供種質(zhì)自取和郵寄服務(wù)并在系統(tǒng)中更新物流信息，用戶能在線查看申請進(jìn)度及物流信息跟蹤，可在收到種質(zhì)資源后進(jìn)行服務(wù)評價(jià)[8-9]。

4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)的關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)在于種質(zhì)資源標(biāo)簽管理平臺(tái)和基于種質(zhì)資源標(biāo)簽特征的智能推薦技術(shù)，為了更好地滿足用戶種質(zhì)資源檢索需求，并對種質(zhì)資源相關(guān)特征特性做更全面多維的分析，本系統(tǒng)構(gòu)建種質(zhì)資源標(biāo)簽平臺(tái)，通過特征標(biāo)簽管理和大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)種質(zhì)資源標(biāo)簽體系的管理，實(shí)現(xiàn)架構(gòu)如圖5所示。

數(shù)據(jù)采集層實(shí)現(xiàn)對種質(zhì)資源共性特征、特性特征、用戶瀏覽記錄、用戶申請種質(zhì)記錄等數(shù)據(jù)源進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)同步。種質(zhì)資源標(biāo)簽平臺(tái)利用上述數(shù)據(jù)源通過數(shù)據(jù)平臺(tái)技術(shù)進(jìn)行整合加工，標(biāo)簽平臺(tái)的作用是在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)表之上構(gòu)建跨計(jì)算存儲(chǔ)的邏輯模型，直接在視圖層上對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、加工、查詢，屏蔽下層的多個(gè)大數(shù)據(jù)計(jì)算存儲(chǔ)資源，簡化數(shù)據(jù)的使用。通過標(biāo)簽平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了種質(zhì)資源數(shù)據(jù)靈活動(dòng)態(tài)的特征工程，支持在標(biāo)簽平臺(tái)中隨時(shí)添加、組合新的標(biāo)簽定義。例如可將大豆的銹病抗性、灰斑病抗性、霜霉病抗性、紫斑病抗性、細(xì)菌性斑點(diǎn)病抗性等各種特性組合起來形成一個(gè)綜合性的抗病性等級標(biāo)簽。

基于種質(zhì)資源標(biāo)簽數(shù)據(jù)，可以對系統(tǒng)中的種質(zhì)資源數(shù)據(jù)做一些相關(guān)數(shù)據(jù)分析，包括通過指定不同的標(biāo)簽篩選來定義種質(zhì)資源群組，并進(jìn)行群組的相關(guān)畫像分析，支持對群組進(jìn)行交集、差集、并集等集合運(yùn)算。支持對標(biāo)簽數(shù)值進(jìn)行數(shù)據(jù)分布統(tǒng)計(jì)和可視化分析，如可通過箱線圖等直觀方式體現(xiàn)種質(zhì)資源特征的分布。系統(tǒng)支持將篩選條件保存起來形成常用查詢分組，用戶可利用種質(zhì)資源標(biāo)簽信息進(jìn)行全方位的信息檢索，方便查找到最符合要求的種質(zhì)資源信息。

結(jié)合用戶瀏覽記錄和用戶已申請的種質(zhì)資源記錄數(shù)據(jù)，系統(tǒng)還支持基于種質(zhì)資源特征的智能推薦，根據(jù)用戶瀏覽數(shù)據(jù)中反映出的用戶感興趣的種質(zhì)資源信息，與種質(zhì)資源標(biāo)簽平臺(tái)中保存的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，計(jì)算出符合用戶興趣的種質(zhì)資源特征，再聯(lián)想查找出相似特征的其他種質(zhì)資源，提高檢索結(jié)果的滿意度[10]。

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)通過Web方式對外提供服務(wù)，通過前后端分離架構(gòu)開發(fā)實(shí)現(xiàn)，通過Java微服務(wù)實(shí)現(xiàn)后臺(tái)相關(guān)應(yīng)用程序接口（API）服務(wù)，使用Vue實(shí)現(xiàn)前端相關(guān)頁面，借助于大數(shù)據(jù)平臺(tái)以及Spark技術(shù)實(shí)現(xiàn)種質(zhì)資源標(biāo)簽和畫像計(jì)算任務(wù)，計(jì)算結(jié)果存入ElasticSearch并對外提供種質(zhì)資源檢索服務(wù)，系統(tǒng)部分界面如圖6和圖7所示。系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性、擴(kuò)展性和易用性，支持面向公眾和各外部機(jī)構(gòu)提供農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源相關(guān)的共享服務(wù)，提高了資源共享服務(wù)效率。

6 總結(jié)

江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等相關(guān)信息技術(shù)，進(jìn)一步整合江蘇省農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)了種質(zhì)資源標(biāo)簽計(jì)算、智能檢索、服務(wù)咨詢、科普服務(wù)、庫（圃）建設(shè)運(yùn)行管理等功能，提高了種質(zhì)資源開放共享效率，優(yōu)化了用戶體驗(yàn)。后續(xù)可進(jìn)一步結(jié)合人工智能算法技術(shù)，分析和整合數(shù)據(jù)，為用戶提供更加準(zhǔn)確、便捷的服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

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