黑龍江墾區農業數字科普網絡信息系統平臺的設計

摘要：科普興農是實現農業增產和農民增收的重要舉措，把科普與互聯網結合起來，采用虛擬現實技術、數據庫技術、多媒體技術等展示農業科普知識，是系統平臺設計的準則，可以更直觀、更迅速、更形象生動地傳遞信息，不受時間和環境的限制，有望為墾區發展優質、高效的現代化大農業做出巨大的貢獻。

關鍵詞：數字科普；網絡信息系統平臺；黑龍江墾區

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

黑龍江墾區在我國農業發展中占有舉足輕重的地位，是我國規模最大、農業機械化程度和農業信息化程度最高的國有經濟區域。伴隨著農業經濟的迅猛發展，墾區農民希望學習更多先進的農業技術和科技知識，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公眾的主動參與。現在互聯網迅速普及，把科普與互聯網結合起來，是科普事業進一步發展壯大的必由之路。墾區農業數字科普服務信息系統平臺設計順應農業經濟發展和建設，它以互聯網為傳播平臺，采用虛擬現實技術、全景技術、數據庫技術、多媒體技術、3D技術等展示科普知識，不受時間、場地、環境的限制，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傳遞給廣大墾區農民。

1 系統平臺建設目標

在建設墾區農業數字科普服務信息系統平臺的過程中，要保證平臺各模塊間數據資源能夠共享，墾區農業數字科普網絡信息系統平臺能統一各個系統模塊內數據的定義，建立統一的數據定義標準，并提供相應的數據定義管理功能。建設農業數字科普平臺主要是為了更好地開展科普工作，能夠實時、快速、準確地為政府部門、農業科研技術推廣部門、普通農民提供多層次、高質量的農業科技信息服務，所以此平臺要力求操作導航清晰，檢索查詢快捷方便，采用虛擬現實技術、數據庫技術、多媒體技術、3D技術等實現農技知識的形象模擬展示，建立專家系統為農業問題進行分析推理，并提供專家服務。建設墾區農業數字科普服務信息系統平臺可以推動墾區農業信息技術的應用和發展，提高農業經濟效益，積極推動農業信息化工作。

2 系統平臺功能模塊的設計

在農業領域中，原理性和經驗性的知識比較多，而系統主要是面向墾區農民，要求系統提供的農業技術信息要形象，易理解。所以黑龍江墾區農業數字科普網絡信息系統平臺是從實際需要出發，為農業生產人員提供各類實用的農業技術，根據農業技術知識設計了圖、文、聲并茂的網頁，使用戶在瀏覽網頁的同時能夠得到專家的知識指導，遠程用戶通過Internet輸入本地的基本生產數據，推理引擎從知識庫中取出符合要求的規則，對已有事實進行匹配，完成專家的判斷和推理，從而加快了農業新技術、新成果的應用步伐[1]。墾區農業數字科普網絡信息系統平臺采用“瀏覽器/服務器/數據庫系統”三層結構[2]，如圖1所示。其數據庫為數據層，完成各種數據存儲、提取和更新操作；服務器為應用層，主要提供各種與邏輯相關的服務構件，完成數據的發布、查詢、分析處理等事務；瀏覽器為用戶層，主要為用戶提供操作界面。

墾區農業數字科普網絡信息系統平臺包括新聞動態、科普教育、成果展示、農作物專家系統、農技推廣、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。

新聞動態模塊：主要是把最新的有關農業的政策方針、市場動態、農業科技知識提供給廣大農民群眾，讓他們能夠實時了解最新的農業技術研究方面的發展現狀和成果，以及最新的市場走向，以便能夠更好地進行農產品種植和銷售。

科普教育模塊：主要是把一些農業常用的知識呈現給廣大群眾。有些詞匯比如現在流行的精準農業，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，墾區農業數字科普網絡信息系統平臺把墾區所包含的農作物和動物的生長過程用虛擬動畫形式展示出來，以便大家了解和學習。

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

農技推廣模塊：包括畜牧業知識和種植業知識以及農機、農具的推廣。黑龍江墾區農業數字科普網絡信息系統平臺服務的對象是廣大人民群眾，而更多的也是服務于墾區的農民，他們中間的大多數文化水平不高，為了更好地把正在應用推廣的新品種、實用新技術成果（比如黃瓜冬春茬生產實用技術、溫室生產管理中利用精準作業機械實現變量施肥及變量施藥的過程、八跨自走式灌溉控制機作業、帶AFS系統可自動生成產量圖的聯合收割機作業）傳遞給他們，此系統平臺使用了文字、圖像、視頻、動畫相結合的方式，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展示墾區科普基地的精神面貌，讓更多的人了解墾區。用全景技術展示墾區，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。

農作物專家系統模塊：主要是總結和匯集農業專家先進的知識以及長期積累的寶貴經驗，建造有關農業的計算機智能軟件系統，能結合用戶提供的信息，模擬農業專家對農業問題進行分析推理并給予解答[3，4]。結合黑龍江墾區農業生產中的實際情況，開發水稻、大豆、玉米等實用性強的系列化農業專家系統，為農業生產者、科技人員和管理工作者提供專家咨詢服務。專家系統開發流程如圖2所示。

休閑娛樂模塊：在此模塊中設計一些與農業相關的Flash小游戲，通過游戲，用戶不但能掌握相關的農業知識，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業中遇到的各種問題，農業專家登陸系統后，針對用戶提出的問題給予相應的在線解答。并且在此模塊中，用戶可以上傳自己制作的有關農業知識的多媒體作品，經評價效果好的可以發布到農技推廣、科普教育、成果展示、景觀展示相應的模塊中。

整個平臺提供細粒度的用戶權限管理，能夠對數據訪問實現權限分級控制，在關鍵的業務數據訪問上提供可靠的授權設計，并具有數據備份、還原的功能。

3 墾區農業數字科普網絡信息系統平臺的優勢

3.1 不受時間、空間的限制

黑龍江墾區農業數字科普服務信息系統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。

3.2 傳遞信息的及時性

農業是一門不斷發展的學科，在農業的前端領域不斷有新的科研成果產生，這些成果不應只保存在科研單位的檔案庫里，而應該及時地讓更多的普通民眾所了解。現在是信息時代，通過網絡技術和數字技術可以把農業最新的科技前沿動態和取得的輝煌成就展現給普通民眾，為不同人群了解農業發展現狀提供豐富的知識保障。

3.3 形式多樣，內容豐富

此平臺展現信息的形式豐富多樣，使用圖片和文字展現一些活動資訊、科普資料，利用Flash動畫形式展現玉米螟綠色防控技術、溫室施肥打藥一體機、果園節水灌溉技術等最新技術，使用3D技術展現農機展品本身的形狀、特點以及操作技術，使用全景技術展示墾區農場景觀。多媒體技術、虛擬現實技術等的引入，為農民群眾提供了更全面、更豐富的內容和形式，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

通過數字科普網絡信息系統平臺可以控制某個項目的展示路線，在專家系統中根據農業實際生產過程選擇不同的情況給出不同的結論，并且廣大群眾可以對某項技術與專家進行探討，或者對某項技術的多媒體展示進行評論，這樣有助于科普創作作品的進一步提高，增強科普工作的效果。

4 關鍵技術的實現

4.1 數據緩存的實現

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

在墾區農業數字科普網絡信息系統平臺中，利用了配置文件和反射技術來實現工廠模式。命名空間CacheDependencyFactory中，類DependencyAccess即為創建對象的工廠類。

4.2 知識庫的設計

知識庫是專家系統的核心，它相當于專家的大腦，有關農業的專業知識都被抽象化地存儲在知識庫中。本平臺采用產生式規則來表示知識。為了有效地存儲有關農作物知識庫中的各種規則知識以及診斷方法，采用XML文檔來存儲規則知識，將產生式規則的模型轉換為XML的數據模型，設計XML文檔結構，然后把定義好的XML文檔作為最基本的存儲單元進行管理，通過應用程序接口對數據進行一系列的操作[5，6]。

4.3 推理機的設計

推理機是專家系統的控制中心，是模擬專家的思維，根據已有的事實，推理出相應的結論。推理機的實現首先是根據決策建立相應的推理模塊，輸入條件、知識定義、前提條件的可信度、規則強度以及事實數據，計算機進行動態編碼[7，8]。當用戶使用時，輸入自己的事實數據，就會產生相應的推理結果，當原有知識不能滿足要求時，推理機可以隨時修改事實數據。系統平臺推理部分的結構如圖3所示[9]。

5 結語

科普興農是實現農業增產和農民增收的重要舉措，把科普和數字技術、網絡技術結合起來，能更好地促進農業知識的普及，加快農業的發展。黑龍江墾區農業數字科普網絡信息系統平臺可以讓廣大群眾更好地了解墾區，減少農業領域知識傳播和應用的成本，為墾區現代化大農業的高效、可持續發展做出更大的貢獻。

參考文獻：

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[8] 蘇恒強，朱春嬈，陳桂芬，等.玉米栽培技術專家系統的研究[J].湖北農業科學，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[D].南昌：江西農業大學，2011.

（責任編輯 昌炎新）