遼寧省農業氣象數據集成服務研究

王楓

摘要：本文分析了農業氣象數據集成服務現狀，界定了遼寧省農業氣象數據資源內容，并從技術角度，研究以智能定位與透明接入技術為關鍵技術的農業氣象數據數據集成服務和農業氣象數據應用集成服務，實現從數據端到應用端的無縫對接，最大程度的實現農業氣象數據共享，支撐農業氣象數據應用。

關鍵詞：農業氣象；數據集成；應用服務

中圖分類號：S127 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）08-0053-02

1 引言

“科學研究第四范式”視野下，農業科學數據及其所支撐的農業數據模型研究日益迫切。農業科學數據是農業模型的基礎，農業模型應用是農業數據的最終歸宿。目前，在農業氣象模型構建、農業氣象平臺系統建設等方面研究較多，但在農業氣象數據資源建設、農業氣象數據集成服務研究不足，嚴重影響了農業數據模型、共享平臺等研究成果的應用效果[1-2]。因此，本研究以遼寧省為對象，厘清農業氣象資源，建設一座農業氣象數據與農業模型之間的橋梁，集成分散的農業氣象數據，支持農業數據模型的在線實時運行。由于農業具有明顯的地域特色，在不同地域，農業氣象、品種等都存在著不同，因此遼寧省農業氣象數據集成服務研究具有理論價值和實際意義，同時也為其他省份氣象數據共享應用提供借鑒，為全國農業科研能力提升及農業科技創新工作開展奠定良好的基礎。

2 農業氣象數據集成服務現狀

日本國家農業研究中心（NARC）所屬農業信息科學和技術部門開展的氣象數據集成服務研究比較典型[3]。該研究始于2000年，基于美國斯坦福大學Gio Wiederhold提出的數據集成模型，按其處理數據種類，陸續研發了下述4個數據代理：（1）Met Broker主要提供地表氣象數據的服務；（2）DEM Broker主要提供數字地面高程模型[4]；（3）Chizu Broker主要提供基于Web的地圖服務；（4）Soil Broker主要提供土壤數據的服務[5]。隨著技術的更新，上述數據代理的開發和使用也不斷的升級，應用不斷擴展，目前已應用于作物生育（水稻、小麥）模型、病蟲害模型、雜草發生預測模型等方面。

國家氣象信息中心建設運行的中國氣象科學數據網，是國家科技基礎條件平臺中心之一，是純公益、權威的氣象數據免費服務平臺，僅提供本月內最新氣象數據的在線下載服務。“浙江政府數據開放平臺”公共數據開放目錄中提供的數據服務較為全面，是繼北京、上海、武漢、無錫等部分城市推出的全國首家省級政府數據開放平臺，開放的數據資源為68個單位提供的350項數據類目，其中包含100項可下載的數據資源，137個數據接口和8個移動APP應用。用戶可通過該網站打包下載數據，或利用接口進行二次開發。但在農業氣象數據服務方面，僅提供“農業氣象”、“天氣災害”、“氣象證明”等在線資源訪問鏈接，且與中國天氣網共用數據。百度APIStore提供包括中國天氣數據集市、全球天氣等15個氣象數據在線API服務，但遵循各自的API服務調用模式，更傾向于天氣氣象數據，包含部分生活相關氣象信息，對農業氣象數據涵蓋不全，在線API調用也受到訪問次數、購買套餐使用期限等限制。

3 遼寧省農業氣象數據資源

3.1 農業氣象數據界定

氣象數據常用來代指天氣數據，數據項一般包括：空氣溫度、相對濕度、降水量、氣壓、風速、風向。而農業氣象數據的數據項一般包括：空氣溫度、相對濕度、光照強度、二氧化碳濃度、有效輻射、土壤溫度、土壤濕度、風速、風向、雨量，還可增加總輻射、土壤PH值，電導率等。

3.2 農業氣象數據資源

3.2.1 遼寧省氣象局氣象數據

遼寧省氣象局直屬于國家氣象局，省內氣象數據監測站統一由國家氣象局科學布局，由遼寧省、各地市氣象局分別管理，監測區域不重疊，主要采用氣象監測站方式采集數據，每個站覆蓋一定的面積，站與站之間有重疊，保證氣象采集覆蓋全省。監測站下帶的監測點實時采集數據并自動傳回，數據采集傳感器定期校正。目前，遼寧省氣象局官網提供的氣象信息僅限于網頁瀏覽，氣象數據查詢精確到縣級，提供實時的溫度、風向、風力、濕度信息，以及7天或更長時間的氣象預報信息。針對農業氣象服務推出了“遼寧省農田干旱氣象監測預測”數據服務產品，但產品訂閱和使用不便捷，不能滿足農業科研人員對農業氣象數據的全部需求。

3.2.2 基于物聯網技術的農業環境監控設備

隨著農業物聯網技術的發展，以及國家對農業物聯網技術的大力推動，遼寧省農業物聯網設備的使用率逐年上升。雖然遼寧省設施農業產業較發達，溫室種植面積全國第二，大多數農業環境監控設備應用于設施農業生產，但應用于大田生產的設備使用量也逐年上升。隨著設備價格的下降、設備及配套服務的完善，設備的覆蓋面積將不斷增加，實時采集的農業生產區域的流式環境數據將爆炸性增長。該設備監測的數據項較多、覆蓋農業小氣候環境區域，更符合精準農業的氣象需求。遼寧省農業氣象局氣象數據獲取困難、不支持在線應用，不能完全滿足農業氣象數據需求；而基于物聯網技術的農業環境監控設備實施區域不廣泛、支持在線應用，因此集成以上兩類氣象數據，建設農業氣象資源，形成數據互補，共同提供農業氣象數據服務意義重大。

4 農業氣象數據集成服務

農業氣象數據集成服務包括數據集成服務和應用集成服務。數據集成服務提供集成數據的在線下載服務和集成數據的API服務；應用集成服務基于應用流程快速開發平臺，集成數據應用于網頁、農業模型、GIS系統等。以農業氣象數據為主要資源，以用戶需求為導向，以支持多并發、移動終端應用為技術需求，基于J2EE架構技術、MVC設計模式、Web Service軟件體系，提出農業氣象數據數據集成服務框架如圖1所示。其中Data Broker結合農業氣象數據庫業務進行全局設計，通過元數據和本體實現農業氣象數據的智能定位，通過Web Service 接口實現農業氣象數據的透明接入。由于農業氣象數據來源相對比較固定，因此該模式具有一定的適用性。

4.1 農業氣象數據數據集成服務

4.1.1 技術選擇

通過文獻閱讀和技術比較，依據圖2的技術選擇路線，選擇數據代理（Data Broker）技術進行數據集成，實現資源跨區域整合（行政和生態區域），將分散的數據組織成虛擬的數據庫，實現智能定位與透明接入，并將檢索數據集返回上層使用，也可直接調用所需數據進行在線分析。

4.1.2 農業氣象數據數據集成關鍵技術

（1）智能定位設計。智能定位方案如圖3所示，采用元數據收割方式獲取農業氣象數據庫元數據，基于農業氣象數據元數據及本體進行數據定位。該設計主要技術包括REST、Vert.x、元數據、OWL/RDF。相比較于SOAP，REST更適合構建資源共享型服務，應用于接口簡單、動態變化的網絡環境，實現輕量級、靈活的共享；Vert.x框架基于事件和異步解決方案，具有輕量級、高性能、支持多語言等特性，特別適用于大量移動客戶端的高并發鏈接請求處理以及多媒體應用傳輸等。

（2）透明接入設計。透明接入方案如圖4所示，基于Web Service REST接口進行農業氣象數據庫的統一接入。該設計主要技術包括REST、Vert.x、XML。

4.2 農業氣象數據應用集成服務

農業氣象數據應用集成服務以基于Data Broker技術的數據集成服務為支撐，基于應用流程快速開發平臺，通過可拖拽操作控件的方式，快速制定農業氣象數據業務處理流程。應用流程快速開發平臺支持結構化、非結構化多種形式數據源，以及多種農業氣象數據輸出可視化形式，操作控件可擴展。基于應用流程快速開發平臺開發的業務流程，可直接用于網頁、GIS系統等應用程序，或者作為服務發布。

5 結語

本研究梳理了遼寧省農業氣象數據資源內容，從技術角度，提出了農業氣象數據數據集成服務框架，闡述了農業氣象數據數據集成服務和應用服務的關鍵技術。農業氣象數據作為農業模型必不可少的元素，其集成服務不僅能夠減少大量重復的農業氣象數據處理業務，也能夠適應多變的農業數據應用場景，更能夠支撐農業模型的在線運行。由于農業氣象數據來源相對集中，因此本研究的技術實現具有實際應用意義。最大程度的實現農業氣象數據集成應用，能夠推進農業氣象數據與其他農業數據的協同應用，促進科研協同創新及科研成果產出。

參考文獻

[1]王軍，黃杰飛，程勇.基于大數據處理的農業氣象災害分類模型[J].計算機仿真，2017，（5）：353-356.

[2]黎貞發，錢建平，李明，等.基于ArcIMS的農業氣象信息發布系統[J].業工程學報，2008，（s2）：274-278.

[3]Tanaka K， Patil V C， Ninomiya S. The utility Web applications for MetBroker.[C]//AFITA 2006： The fifth international conference of the Asian Federation for Information Technology in Agriculture， J. N. Tata Auditorium， Indian Institute of Science Campus， Bangalore，India，2006.

[4]Laurenson M， Ninomiya S， Mei F. DEMBroker - consistent access for software applications to digital elevation models.[C]//AFITA 2002： Asian agricultural information technology & management. Proceedings of the Third Asian Conference for Information Technology in Agriculture， Beijing，China，2002.

[5]Otuka A， Laurenson M R，草場，敬. Middleware to Mediate the Data in Soil Databases--SoilBroker[J].Agricultural Information Research，2004，13（2）：155-162.