基于移動互聯(lián)的家禽飼料配方SaaS服務(wù)平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐東升，張 峰，張永恒

（1.西安文理學(xué)院 軟件學(xué)院，陜西 西安 710065；2.榆林學(xué)院 信息工程學(xué)院，陜西 榆林 719000）

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和智能手機(jī)終端的快速發(fā)展，移動電子商務(wù)已經(jīng)成為目前研究的重要熱點(diǎn)領(lǐng)域。移動互聯(lián)網(wǎng)諸如手、IPad移動設(shè)備進(jìn)行業(yè)務(wù)和服務(wù)操作[1]。 飼料配方是指通過不同飼料原料的最優(yōu)組合來滿足給動物的營養(yǎng)需求，飼料配方的實(shí)質(zhì)是一個資源最優(yōu)配置的運(yùn)籌學(xué)問題[2]，它可以用適當(dāng)?shù)木€性或非線性決策模型來定量的描述，對這些模型的求解可實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)配置，即得到配方的最低成本或配方的最大收益。早在上世紀(jì)50年代，飼料配方軟件在國外開始應(yīng)用于乳牛最低成本的飼料配方設(shè)計(jì)中。1987年，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)編制了微電腦飼料配方系統(tǒng)（FFS），北京農(nóng)業(yè)大學(xué)畜牧系熊易強(qiáng)先生等研制了"最大收益"飼料配方優(yōu)化軟件，這兩種軟件也都采用了線性優(yōu)化技術(shù)。1990年，商業(yè)部無錫糧科所孫振魁利用目標(biāo)規(guī)劃原理成功研制出了“配方多目標(biāo)優(yōu)化與原料選用決策”軟件包。1992年，中國農(nóng)科院畜牧研究所與浙江大學(xué)人工智能研究所研制的CMIX優(yōu)化飼料配方系統(tǒng)以及中國農(nóng)科院畜牧研究所的熊本海用DBASEⅢ編制的“三星優(yōu)化配方軟件”則同時采用了線性規(guī)劃和目標(biāo)規(guī)劃兩種方法。1999年，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)黃漢英等利用模糊線性規(guī)劃方法研制了新一代飼料配方軟件。近年來，也有人用遺傳算法進(jìn)行飼料配方軟件的設(shè)計(jì)，但市場上未見到成熟的商業(yè)軟件[3-4]。

近年來，也有機(jī)構(gòu)開發(fā)了基于Internet的遠(yuǎn)程飼料配方系統(tǒng)，它雖然具有單機(jī)版不可比擬的優(yōu)勢，但是由于飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)的使用主體目前仍然是中小規(guī)模養(yǎng)殖戶，Internet服務(wù)及電腦還沒有普及，導(dǎo)致基于Internet的遠(yuǎn)程飼料配方系統(tǒng)的使用頻率及效果都不盡如意[5]。在移動互聯(lián)網(wǎng)時代，由于手機(jī)終端的用戶數(shù)量及其龐大，具有很高的便攜性和私密性，除了睡眠時間，移動設(shè)備一般都以遠(yuǎn)高于PC的使用時間伴隨在其主人身邊，因此使用移動設(shè)備上網(wǎng)，溝通與資訊的獲取遠(yuǎn)比PC設(shè)備方便。加上現(xiàn)在移動網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋全國，除了特別偏遠(yuǎn)的地區(qū)，基本上可以保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)在中國全境都能實(shí)現(xiàn)。但是目前市場上還沒有見到中文版的基于移動互聯(lián)網(wǎng)的飼料配方軟件出現(xiàn)，這就為本項(xiàng)目的研發(fā)提供了極為難得的機(jī)遇。

SaaS是一種通過Internet提供軟件的模式用戶不用再購買軟件而改為向服務(wù)提供商租用基于Web的軟件來管理企業(yè)經(jīng)營活動服務(wù)提供商會全權(quán)管理和維護(hù)軟件。

文中研究分析Android平臺的體系結(jié)構(gòu)及構(gòu)建移動電子商務(wù)應(yīng)用的其他相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用移動互聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算融合方法，解決移動互聯(lián)網(wǎng)客戶端運(yùn)算能力和存儲能力不足的弊端，形成基于移動互聯(lián)網(wǎng)的前端應(yīng)用APP+后臺云計(jì)算的SaaS App服務(wù)平臺的家禽飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)，既能解決飼料配方技術(shù)專家短缺與需求的矛盾，又將為家禽生產(chǎn)者提供飼料配方技術(shù)支持。

1 系統(tǒng)平臺架構(gòu)的設(shè)計(jì)

1.1 軟件既服務(wù)SaaS技術(shù)

“把軟件當(dāng)作服務(wù)”的特色是根據(jù)需要作為服務(wù)提供的一整套應(yīng)用程序。該軟件的單個實(shí)例運(yùn)行于云上，并為多個最終用戶或客戶機(jī)構(gòu)提供服務(wù)[5]。SaaS服務(wù)提供商為中小企業(yè)搭建信息化所需要的所有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施及軟硬件運(yùn)作平臺，并負(fù)責(zé)所有前期的實(shí)施、后期的維護(hù)等一系列服務(wù)。企業(yè)無須購買軟硬件、無需機(jī)房和系統(tǒng)維護(hù)人員，只需支付相應(yīng)的軟件服務(wù)租賃費(fèi)[6]。

1.2 架構(gòu)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前家禽養(yǎng)殖企業(yè)主要以中小型企業(yè)為主，信息化基礎(chǔ)實(shí)施比較薄弱以及應(yīng)用水平不高，企業(yè)之間信息得不到共享。而SaaS模式應(yīng)用方式簡單以及成本比較低，可以幫助中小型養(yǎng)殖企業(yè)迅速實(shí)現(xiàn)信息化應(yīng)用，建立各自的服務(wù)系統(tǒng)，本文提出了一個基于SaaS模式的家禽飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)體系架構(gòu)，如圖1所示。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時結(jié)合原理與本系統(tǒng)所采用技術(shù)將軟件體系架構(gòu)分為五層，分別是基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、平臺支撐層、SaaS功能層和SaaS用戶訪問層。

圖1 基于SaaS模式的家禽飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)體系架構(gòu)Fig.1 The optimization system architecture of poultry feed formulation based on SaaS model

基礎(chǔ)設(shè)施層包含了SaaS平臺的軟硬件資源，主要包含網(wǎng)絡(luò)資源池（系統(tǒng)平臺內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、加密網(wǎng)絡(luò)，無線物聯(lián)傳感器網(wǎng)絡(luò)）、計(jì)算資源池（內(nèi)部服務(wù)器，企業(yè)分服務(wù)器）、存儲資源池（各類高性能存儲器）、軟件資源池（相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，操作系統(tǒng)）和智能終端（RFID控制器，傳感器）。

數(shù)據(jù)資源層是SaaS平臺核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的集合池，是平臺能夠?qū)ν馓峁┓?wù)的基礎(chǔ)。本文所涉及的SaaS數(shù)據(jù)資源層主要涉及的數(shù)據(jù)庫有養(yǎng)殖行業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、SaaS平臺數(shù)據(jù)庫、飼料成分與營養(yǎng)價值數(shù)據(jù)庫和家禽營養(yǎng)需要數(shù)據(jù)庫。

平臺支撐層包括各類資源池，與業(yè)務(wù)、平臺及資源調(diào)度使用等有關(guān)的管理，比如數(shù)據(jù)同步服務(wù)、SAAS核心業(yè)務(wù)備份，公共構(gòu)件（包括用戶、權(quán)限、機(jī)構(gòu)、任務(wù)和工作流管理等）、海量資源的存儲及海量資源的管理和獲取、各類引擎的邏輯管理，如資源發(fā)布引擎、資源調(diào)度引擎、任務(wù)一資源匹配引擎、搜索引擎等。

SaaS功能層是提供給養(yǎng)殖企業(yè)信息化應(yīng)用和共享的服務(wù)與應(yīng)用平臺。主要包括家禽飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)，使用計(jì)費(fèi)管理、安全審計(jì)、身份認(rèn)證等。

SaaS用戶訪問層主要通過Web、手機(jī)、PDA、平板等方式為用戶提供各種使用平臺的接入方式。

2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本信息管理系統(tǒng)由系統(tǒng)平臺管理、移動App管理、飼料成分與營養(yǎng)價值數(shù)據(jù)管理、家禽營養(yǎng)需要數(shù)據(jù)管理和家禽飼料配方優(yōu)化管理組成。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)基于SaaS模式的家禽飼料配方優(yōu)化信息的管理和分析，應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘和優(yōu)化計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)家禽飼料與營養(yǎng)管理，具體內(nèi)容如圖2所示。

圖2 基于SaaS模式的家禽飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)功能模塊Fig.2 The poultry feed formula optimization of system function module based on SaaS model

2.2 飼料成分與營養(yǎng)價值數(shù)據(jù)庫和家禽營養(yǎng)需要數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建

飼料成分與營養(yǎng)價值數(shù)據(jù)庫和家禽營養(yǎng)需要數(shù)據(jù)庫所涉及的實(shí)體模型主要有飼料標(biāo)準(zhǔn)庫實(shí)體、原料參數(shù)表實(shí)體。下面將詳細(xì)介紹這些實(shí)體模型含義。

1）飼料標(biāo)準(zhǔn)庫實(shí)體：代表了一個飼料標(biāo)準(zhǔn)庫實(shí)體，主要屬性包括：原料、飼料描述、價格、干物質(zhì)、飼養(yǎng)階段、粗蛋白、鈣 、磷、消化能、代謝能、硫、鈷、鐵、銅、硒、鋅、錳、碘、維生素A、鹽、維生素D、維生素E等。

2）原料參數(shù)表實(shí)體：代表了一個原料信息表實(shí)體，主要屬性包括價格、飼養(yǎng)階段、采食量、粗蛋白、鈣、代謝能、消化能、硫、鈷、鐵、銅、硒、鋅、碘、維生素A、維生素D和維生素E等。

3 系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)功能模塊的實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)除了具有通用的管理平臺外，還有營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)管理，該模塊主要實(shí)現(xiàn)用戶可以在該頁面下選擇需要參與運(yùn)算的指標(biāo)，再選擇營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，然后點(diǎn)擊“查詢標(biāo)準(zhǔn)”。系統(tǒng)中內(nèi)置有行標(biāo)庫，用戶可以通過選擇“選擇營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)；標(biāo)準(zhǔn)庫管理，該模塊主要實(shí)現(xiàn)完成對標(biāo)準(zhǔn)庫的信息的管理。在選擇營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的同時，用戶可以新增標(biāo)準(zhǔn)：查看原料參數(shù)，該模塊主要實(shí)現(xiàn)對原料參數(shù)的查看；選擇飼料模塊，該模塊主要實(shí)現(xiàn)對選擇飼料處理；優(yōu)化計(jì)算管理，該模塊主要實(shí)現(xiàn)的功能有：

1）該系統(tǒng)用于協(xié)助用戶進(jìn)行飼料配方的生成、管理，以達(dá)到 復(fù)雜配方簡單化、復(fù)雜計(jì)算簡易化的目的；

2）原料指標(biāo)的管理：提供數(shù)百種原料的營養(yǎng)成分參數(shù)，用戶可以更改、添加、刪 除原料成分?jǐn)?shù)據(jù)，以適應(yīng)不同地域中原料的參數(shù)特點(diǎn)；

3）營養(yǎng)指標(biāo)的管理：提供4～50 kg不同階段的飼養(yǎng)階段參數(shù)，用戶可以更改、添 加、刪除營養(yǎng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，以滿足不同飼養(yǎng)階段的營養(yǎng)需求；

4）提供目標(biāo)規(guī)劃算法：輕松計(jì)算特定的營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)下最優(yōu)化飼料配比。算法精確，可靠性高，根據(jù)飼養(yǎng)階段的采食量、消化能等特點(diǎn)以及可提供的飼料參數(shù)指導(dǎo)個體的飼料配比。

優(yōu)化計(jì)算具體功能包括：目標(biāo)規(guī)劃計(jì)算；影子價格分析計(jì)算；手工規(guī)劃折算。

本系統(tǒng)同時提供通過Web和手機(jī)等移動設(shè)備訪問界面，圖3就是一個典型的通過Web查看原料參數(shù)界面，圖4是一個通過移手機(jī)端訪問系統(tǒng)的界面。

圖3 通過Web查看原料參數(shù)界面Fig.3 Via the Web interface to view the material parameters

4 結(jié) 論

文中在移動互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算[6]平臺的基礎(chǔ)上，利用移動互聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算融合方法，率先在國內(nèi)開發(fā)出能指導(dǎo)飼養(yǎng)戶生產(chǎn)實(shí)踐、提高飼料利用效率和降低飼料生產(chǎn)成本的基于移動互聯(lián)網(wǎng)的“家禽飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)”，構(gòu)建了“飼料成分與營養(yǎng)價值數(shù)據(jù)庫”和“家禽營養(yǎng)需要數(shù)據(jù)庫”云端數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)信息采集的標(biāo)準(zhǔn)化和共享化。采用移動互聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算融合方法，形成基于移動互聯(lián)網(wǎng)的家禽遠(yuǎn)程飼料配方系統(tǒng)前端App+后臺云計(jì)算的SaaS App服務(wù)平臺。

圖4 通過手機(jī)訪問系統(tǒng)界面Fig.4 Via mobile phone to access the system interface

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