全球熱帶農業數據中心的設計與建設

李玉萍 黃貴修 劉燕群 梁偉紅 葉露 鄧春梅 曾小紅

(中國熱帶農業科學院科技信息研究所/海南省熱帶作物信息技術應用研究重點實驗室 海南海口 571101)

近年來，隨著物聯網、云計算、大數據、區塊鏈等技術的快速發展，中國已進入大數據時代。數據作為一種重要的基礎性戰略資源，越來越受到黨中央和國務院、國家各部委及各省區的高度重視，并出臺了相關的政策法規。從國家層面來看，2015年8月國務院辦公廳印發《促進大數據發展行動綱要》，全面推進中國大數據發展和應用［1］；2016年3月《中國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》提出，把大數據作為基礎性戰略資源，全面實施促進大數據發展行動，加快推動數據資源共享開放和開發應用，統籌布局建設國家大數據平臺、數據中心等基礎設施［2］；2018 年4 月國務院辦公廳印發《科學數據管理辦法》［3］；2020 年4 月，中共中央、國務院發布《關于構建更加完善的要素市場化配置體制機制的意見》，將數據作為與土地、勞動力、資本、技術并列的生產要素，要求“加快培育數據要素市場”［4］。近年來國家各部委也非常重視大數據建設，先后出臺相關政策。如中華人民共和國科學技術部（簡稱科技部）出臺了《國家科技基礎性工作專項“十二五”專項規劃》，對科學數據等基礎性工作作了重要部署［5］；國家發改委印發了《關于組織實施促進大數據發展重大工程的通知》；國家工信部出臺了《大數據產業發展規劃（2016—2020年） 》；國家農業農村部近年來就農業農村大數據及單品大數據出臺了《關于推進農業農村大數據發展的實施意見》《農業農村大數據試點方案》等相關政策［6］。從我國各省區層面來看，近年來全國已有30 多個省市專門出臺大數據相關的文件，其中熱區十一省（區）也紛紛出臺相關政策。黨中央、國務院、國家各部委及熱區各省（區）出臺的有關大數據相關政策及文件，為全球熱帶數據中心建設提供了政策指引和方向。

1 全球熱帶農業數據中心建設戰略需求

1.1 落實國家戰略要求的迫切需要

2018 年4 月13 日，習近平總書記在慶祝海南建省辦經濟特區30 周年大會上，作出“做強做優熱帶特色高效農業”“打造國家熱帶農業科學中心”的重要戰略部署［7］；2020 年6 月，《海南自由貿易港建設總體方案》提出“建設全球熱帶農業中心”［8］。聚焦“一帶一路”倡議和國家熱帶農業科學中心、全球熱帶農業中心建設目標，全球熱帶農業數據中心建設恰逢其時。建設全球熱帶農業數據中心是落實習近平總書記重要講話及海南省自貿港建設的重要舉措，是推進中國《數字農業 農 村 發 展 規 劃（2019—2025） 》（農 規 發〔2019〕33 號）要求的具體體現；建設全球熱帶農業數據中心，對于提升中國熱帶農業科技競爭力和全球影響力、踐行“一帶一路”倡議、服務國家農業對外合作以及推動熱帶農業全球發展具有重要的戰略意義。

1.2 服務熱帶農業對外合作交流的需要

熱帶農業是世界農業的重要組成組分。據2018 年FAO 統計數據［9］，全球熱帶農產品種類達501種，占全球農產品種類的89.50%，世界熱區農村人口占世界農村總人口的81.90%，區域農業增加值占世界農業總增加值的66.90%。初步統計，目前全球共有150多個國家和地區處于世界熱帶地區，面積達5 300多萬km2，其中“一帶一路”沿線國家且分布在南北回歸線之間的熱帶國家有80個［10］，熱帶農業在這些國家的國民經濟中占有重要地位。中國熱區主要包括海南、臺灣全省，香港、澳門特別行政區，福建、廣東、廣西、云南、湖南和江西南部地區，四川省涼山州、攀枝花市和貴州干熱河谷地帶，以及西藏墨脫縣、察隅縣和波密縣的低海拔地區等11 個省區，熱區面積52萬km2，熱區農民約50%的收入來源于熱帶經濟作物［11］，熱帶農產品80%依賴進口［12］。中國熱區小，世界熱區大，世界熱區是中國熱帶農業“走出去”的重要目的地。全球熱帶農業數據中心的建設，通過開展世界熱帶地區國家農業基礎數據調查，實現海外熱帶農業全產業鏈數據信息的全覆蓋，科技支撐中國熱帶農業“走出去”，帶動全球熱區產業升級，為熱帶農業對外合作提供信息服務，穩步提升中國熱帶農業全球影響力、資源配置力和市場控制力。

1.3 熱帶農業發展的現實需求

中國熱帶農業研究起步于20 世紀50 年代，經過幾十年的發展，積累了大量的數據，隨著大數據、物聯網、云計算等現代信息技術的引入及其與熱帶農業的深度融合，熱帶農業數據呈現爆炸式增長。但目前“數據孤島”“數據煙囪”現象普遍存在，數據共享程度低、綜合利用率不高，支撐熱帶農業發展能力不足。建立一個全面系統、技術先進的數據中心，強化對熱帶農業數據的管理與共享應用，是熱帶農業發展的現實需要。

1.4 推進實施中國熱帶農業科學院（簡稱熱科院）“十百千科技工程”的根本要求

2020 年，熱科院印發的《推進實施院“十百千科技工程”—2020 年院戰略管理（十一）》文件中提出了“熱帶農業信息化科技工程”為十大工程之一，建設“全球熱帶農業大數據中心”是推進該項工程實施的重要途徑之一。因此，組建全球熱帶農業大數據中心將有利于整合院內外熱帶農業科學數據資源，推動院“十百千科技工程”的順利實施，為服務“一帶一路”戰略、“鄉村振興”戰略提供更有力的數據支撐。

2 全球熱帶農業數據中心建設基本思路及定位目標

2.1 基本思路

全球熱帶農業數據中心圍繞“共商共建、建用結合、創新利用、開放共享”的建設思路，遵循“規范性、可擴展性、開放性、安全性和先進性原則”，聯合中國熱科院各所站、海南省相關廳級部門、熱區九省區、國家相關部委、國際組織以及相關協議企業等實現共商共建；以國家各部委、熱區農業科研院所、管理部門、熱農企業等數據需求為導向，注重建設與應用雙向促進，以深化數據開發利用，促進跨行業、跨領域、跨地域大數據應用，形成良性互助的產業發展格局為目標，實現建用結合；以創新作為發展和應用的驅動力，突破一批數據關鍵技術、形成一批數據產品，實現數據創新利用；以開放是常態、不開放是例外為目標，采取有償和無償的方式，實現數據的開放共享。同時，通過進行全方位、多角度、多渠道的對外交流與合作，提升全球熱帶農業數據中心的影響力。

2.2 中心定位

堅持“立足海南、協作熱區、走向世界”，以熱帶農業數據為研究對象，以解決熱帶農業數據領域的關鍵科學技術問題為宗旨，從國家、市場、產業的需求出發，致力打造“國內領先、國際先進”集資源匯聚、創新利用、成果發布、數據安全流動、支撐服務、人才培養等功能于一體的全球熱帶農業數據中心，以數據服務“一帶一路”倡議、國家扶貧攻堅和鄉村振興，助力國家熱帶農業科學中心、全球熱帶農業中心建設，推動熱帶農業全球發展。

2.3 總體部署

2.3.1 技術邏輯框架

全球熱帶農業數據中心整體技術架構自下而上（縱向）包括基礎設施層、數據層、服務層、應用層、用戶層、支撐保障層，以及標準規范體系和安全運維保障體系（圖1）。其中基礎設施層是數據中心運行的基礎，主要包括網絡設備、服務器、存儲設備、網絡通信環境、各種硬件和系統軟件等；數據層是數據中心的核心，匯聚和管理國內外熱帶農業數據資源，實現熱帶農業數據的統一組織、無縫銜接、高效應用；服務層是應用的基礎，能夠提供數據管理、查詢統計、接口服務、空間分析、身份認證、數據開發、運維管理、監測預警和信息發布等服務；應用層為數據中心定制開發的應用系統，包括管理平臺、分析平臺、決策系統、門戶等；用戶層為數據中心最終服務的用戶，包括政府部門、科研院所、熱帶農業產業鏈企業、運維管理人員等；支撐保障層由標準規范體系、安全運維保障體系組成，支撐保障層從標準、技術、管理和運行等方面多維度保障數據應用和數據安全。

2.3.2 數據資源框架

針對熱帶農業數據資源的類型及分布特點，以及結合數據應用需求，全球熱帶農業數據中心在數據資源的建設上，采取“1 個總中心＋2 個分中心＋12個數據平臺＋50個主體數據庫＋N個數據集”的方式開展建設（圖2）。其中1個總中心為全球熱帶農業數據中心；2 個分中心分別為中國熱帶農業數據分中心（以下簡稱“中國熱農數據分中心”）和國際熱帶農業數據分中心（以下簡稱“國際熱農數據分中心”）。

“中國熱農數據分中心”在數據資源分類上圍繞熱帶農業和熱帶農業科學兩個核心，突出“熱區＋熱作”“熱區＋國際”“熱區＋熱科”的資源特色，聚焦國際貿易大宗熱帶農產品，以“作物＋學科＋領域”的數據分類方式，構建由熱帶工業原料作物、熱帶棕櫚經濟作物、熱帶香辛飲料&糧食木本作物、熱帶園藝作物、熱帶藥用植物數據、熱帶經濟作物、熱帶牧草與島嶼農業、熱帶大農業等8大類數據資源平臺組成的熱帶農業科學數據資源體系。

“國際熱農數據分中心”在數據資源分類上圍繞區域合作（重點關注世界熱帶地區的7 大區域：瀾湄、東盟、非洲、中南美洲、南太平洋島國、阿拉伯國家及干旱半干旱熱帶地區國家）、國家合作（重點關注與熱科院簽署合作關系的國家）、組織合作（重點關注國際組織，尤其是政府組織和非政府組織）和企業合作（重點關注熱帶涉農企業如廣墾集團、云橡集團等）4 個板塊，構建區域合作數據平臺、國家合作數據平臺、組織合作數據平臺、企業合作數據平臺，建立起國際熱帶農業科學數據資源體系。

2.4 建設目標

通過全球熱帶農業數據中心建設，形成覆蓋中國熱區、聯結世界熱區，可提供快速共享服務的網絡數據資源體系，構建全球熱帶農業數據資源“一張圖”；研發主要熱帶作物氣象產量關聯分析、市場價格實時監測、熱帶農情預測預報等模型和分析系統，形成一批科學數據分析產品，發布熱帶農業重大研究成果及信息報告，推動現代信息技術在熱帶農業生產、經營、管理、服務各環節和農村經濟社會各領域的深度融合；構建面向全社會的科學數據管理與共享服務體系，形成完整的熱帶農業數據監測、分析制度、發布制度、服務制度體系；打造全球化熱帶農業數據超級計算中心，形成服務熱帶農業領域、面向“一帶一路”熱帶農業國家服務的算力基礎設施；培養一批熱帶農業領域數據分析師，形成一支穩定的數據資源建設、管理與服務隊伍，為熱帶農業科技創新和產業發展提供數據支撐，服務政府企業和熱帶農業“走出去”。

3 全球熱帶農業數據中心建設內容及重點任務

3.1 全球熱帶農業基礎數據資源摸底與調查

對國內熱帶科學數據資源類型、地域分布、數據規模等情況，世界熱帶地區特別是“一帶一路”沿線重要的熱帶國家的資源稟賦、經濟條件、法律法規、投資動態、政策環境和基礎設施條件等農業基礎數據信息開展調查，摸清全球熱帶農業數據資源的底數；研究熱帶農業科學數據資源分類布局，形成熱帶農業科學數據資源分布特點及評估報告。

3.2 熱帶農業數據標準及采集體系建設

3.2.1 建立數據資源目錄體系

明確各類數據的業務主管、生產單位、基本內容、數據質量、更新要求等，逐步建立覆蓋國內、國外較為完整、準確的熱帶農業數據資源目錄。

3.2.2 建立數據標準體系

按照國家和行業的相關標準和規范，以及結合應用實際需要，研制數據采集、加工、存儲等標準規范；按照國家數據共享的要求，制定數據共享、交換接口、訪問接口和安全保密等標準規范，逐步建立全球熱帶農業數據規范標準體系，保證數據中心建設的質量及有效共享。

3.2.3 健全“天空地”一體化數據采集體系

聯合國內各科研院所、政府部門、涉農企業等，采取現代采集手段為主、傳統采集手段為輔的方式，充分利用互聯網、物聯網、移動互聯網、遙感、無人機等現代信息技術和工具，建立交叉、立體、融合的熱帶農業大數據采集網絡，形成優勢互補、相互融合的天空地一體數據采集體系。研究深層網絡數據采集關鍵技術，建立基于涉農主題爬蟲技術的網絡數據采集系統；建立基于物聯網技術的熱帶農業生產環境數據采集系統，實時采集大田、設施、水域中的農業生產環境數據；建立基于衛星技術的熱帶農業遙感數據采集系統，采集農業用地資源、農作物大面積估產與長勢監測、農業氣象災害等數據；建立基于移動互聯的智能數據采集系統，動態采集熱帶農產品市場信息、農情信息、農業突發事件等數據。

3.3 熱帶農業數據資源建設和共享平臺構建

數據資源建設是全球熱帶農業數據中心建設的重要任務，同時也是數據中心一項長期性、基礎性的工作。在今后的數據建設中，將以全球熱帶農業數據中心數據資源框架圖為基礎，分階段、有步驟地開展相關數據的采集、加工及標準化處理，分門別類建設熱帶農業基礎數據庫群。研究數據中心平臺共建共享關鍵技術，對各類數據進行有效集成，構建全球熱帶農業數據共建共享平臺，實現對資源數據的統一管理和應用。

3.4 熱帶農業數據挖掘與創新利用

依托全球熱帶農業數據中心共享平臺，利用聚類分析、關聯分析等分析方法，建立種質資源挖掘、氣象產量關聯分析、基于實時數據的價格分析，熱帶農業自然災害和病蟲害預測預報等模型及相應的分析系統；以為科研單位、政府部門和相關行業提供信息產品的線上和線下服務為目標，加強各類資源數據匯聚整合，設計和開發相關專題信息產品；利用大數據分析、挖掘、檢索和可視化等技術，圍繞香蕉、木薯、甘蔗、芒果等作物，建立知識庫、模型庫，構建一批熱帶農業數據資源決策支持系統。

3.5 熱帶農業科學數據的共享與服務

探索熱帶農業數據共享機制，明確開放共享的內容和邊界，實現數據的有序開放共享和安全流動；實施熱帶農業數據應用示范工程，通過熱帶農業數據中心平臺實現農業各環節、各要素之間的無縫對接，滿足大數據服務科研活動、生產管理、流通過程、農產品質量安全、宏觀管理的需求。結合市場需要，解決好交易和共享問題。只有建立農業大數據資產交易機制，讓數據資源變成數據資產，解決農業數據共享的利益機制，才能形成良性的農業大數據應用生態圈。

4 全球熱帶農業數據中心保障機制

4.1 組織保障

建設全球熱帶農業數據中心，實施熱帶科學數據共商共建共享，是一項復雜的系統工程。為推動數據中心工作的有序進行，需要建立強有力的項目組織管理和具體組織實施機構［13］（圖3），主要由領導小組、顧問組、業務組等組成。“領導小組”全面領導熱帶農業科學數據中心建設工作，協調行業數據整合，推動行業數據共享制度建設等；“顧問組”主要參與全球熱帶農業數據中心建設的論證、評估等，指導該項工作的具體實施，由在科學數據管理與共享領域有很深造詣的專家組成。“業務組”由牽頭單位和和共建單位相關業務人員組成，負責項目的具體實施；“辦公室”主要負責日常聯絡。

圖3 全球熱帶農業數據中心組織框架

4.2 人才保障

以國家需求、科技發展需求和產業需求為導向，以建設國際一流全球熱帶農業數據中心為目標，加大人才引進和現有科研人員培養力度，采取“柔性參與”“智力引進”等方式，吸納國內外相關領域的專家和學者參與中心建設，打造一支穩定的數據資源建設、管理與服務隊伍，培養一批熱帶農業領域的數據分析師，真正地擴影響、強實力。

4.3 資金保障

近年來，中國熱帶農業科學院在熱帶農業基礎數據資源收集與建設方面，得到了國家科技基礎條件平臺項目、“一帶一路”項目等國家財政大力支持。全球熱帶農業數據中心建設，將在原有的工作基礎上，多渠道爭取資金支持。首先，要積極爭取中央財政經費支持，如爭取科技部（科技基礎性資源調查專項）、農業農村部（農墾局、科教司、種植業司、國合司、市場司、計劃財務司等）中央財政經費支持；其次爭取海南省地方財政經費支持，圍繞國家熱帶農業科學中心建設、“一帶一路”國際合作等，積極爭取海南省有關廳局如農業農村廳、科技廳、工信廳、商務廳、省發改委、省外辦和大數據管理局等行業財政經費支持；第三，加強與熱區相關部門聯系，圍繞中國-東盟、瀾湄國家等熱帶國家農業資源與合作、農業科技與交流、農業發展與貿易等數據資源體系構建，積極爭取相關省區政府涉外財政經費支持，服務地方政府農業對外合作與交流。

4.4 條件保障

在基礎設施方面，近年來，通過修購項目、科研項目等渠道，已經購置了一批網絡設備和信息技術設備，如核心交換機、路由器、物理防火墻、樓宇交換機、網絡加密設備、上網行為管理設備、數據庫與網絡服務器、磁盤陣列、農業遠程視頻系統等，為全球熱帶農業數據中心的建設提供有力的基礎條件保障。近三年先后獲批熱帶農業科技信息化服務與信息技術應用研究平臺、天然橡膠全產業鏈大數據建設試點項目等建設項目，在信息與數據領域方面的研究條件和建設能力大幅提高，支撐保障服務能力不斷加強。在基礎數據方面，中國熱帶農業研究經過幾十年的發展，通過基礎研究、應用研究、試驗開發等在熱帶農業領域積累了大量的科學數據。目前，中國熱帶農業科學院科技信息研究所在熱帶農業數據收集、整理、分析、共享和平臺建設等方面已做了大量工作，建有系列基礎數據庫和平臺；與“一帶一路”沿線熱帶農業國家、國際組織、科研機構等建立穩定的合作渠道，形成了系列成果；與熱科院各所站、熱區各省相關部門和國家各部委相關部門等建立了良好的合作關系，為建設全球熱帶農業數據中心積累了經驗和打下了堅實的數據基礎。