?湖南省農業特色產業集群信息系統結構與功能設計?

摘要：為滿足湖南省農業特色產業集群信息化實際需求，促進產業技術進步，設計開發了湖南省農業特色產業集群信息系統。該系統包括信息采集、匯集、分析、展示等組件，采用WebGIS、物聯網、微服務架構等技術，覆蓋了“湘九味”中藥材、“五彩湘茶”、“洞庭香米”、“早熟油菜”等特色優勢產業集群業務的主要環節，具有種質資源管理、種植與加工過程管理、市場營銷、技術服務和可視化展現等功能，為湖南省農業特色產業集群實現實時化、可視化、精細化管理以及產業發展決策提供信息化支撐。

關鍵詞：產業集群；微服務；系統結構；應用框架

中圖分類號：TP311.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2024）08-0073-05

Design of Structure and Function for the Information System of Characteristic Agricultural Industry Clusters in Hunan Province

NING Jiang1，WANG Ya1，QING Qing1，ZHOU Chao2

（1. Hunan Provincial Agricultural and Rural Affairs Information Center， Changsha 410005， PRC; 2. Hunan Institute of Agricultural Information and Engineering， Changsha 410125， PRC）

Abstract： To meet the practical information demands of the characteristic agricultural industry clusters and facilitate the advances of industrial technologies in Hunan Province， this study designed an information system tailored for these clusters. Encompassing the components for information acquisition， aggregation， analysis， and presentation and employing key technologies including WebGIS， Internet of Things， and microservices architecture， this system covers the key production links of characteristic advantageous industry clusters such as nine characteristic Chinese herbal medicines in Hunan， five characteristic tea brands in Hunan， Dongting fragrant rice， and early-maturing oilseed rape. With the functions of germplasm resource management， planting and processing process management， marketing， technical services， and visual representation， this system plays a pivotal role in realizing real-time， visual， and precise management of characteristic agricultural industry clusters and facilitating the decision-making for industry development in Hunan.

Key words： industry clusters; microservices; system structure; application framework

農業產業集群能破解農業效率不高、產業鏈過短、附加值低等問題，在促進農民就業增收、推動農業高質量發展和鄉村振興等方面發揮著重要作用[1]。2020年，農業農村部、財政部為貫徹落實鄉村振興戰略和2020年中央一號文件精神，聯合發布了《農業農村部辦公廳 財政部辦公廳關于開展優勢特色產業集群建設的通知》（以下簡稱《通知》），正式啟動國家級優勢特色產業集群的創建工作，并明確首批支持建設50個左右優勢特色產業集群[2]。湖南省具有糧食、畜禽、蔬菜、茶葉、水果、水產、油茶、油菜、中藥材、竹木十大農業優勢特色產業，且已有“湘九味”中藥材、“五彩湘茶”、“洞庭香米”、“早熟油菜”入選優勢特色產業集群建設計劃。

湖南省農業特色產業集群信息系統建設是農業優勢特色產業集群建設的主要任務之一，旨在實現湖南省農業特色產業集群信息化，通過信息化強化集群內和集群間的協同，優化產業區域布局，促進特色產業以跨產業、跨機構、跨區域的新模式向規模化與密集化發展，推動產業技術升級，避免集群內產生“檸檬市場”[3]效應，提升產業規模效益、創新能力和融合發展水平。因此，為促進產業技術進步，課題組以《通知》精神為原則，以全省農業農村信息化現狀和實際應用需求為基礎，圍繞農業特色產業集群種質資源、種植、加工、技術服務、市場營銷等環節的信息化以及綜合監管數字化，開展湖南省農業特色產業集群信息系統的設計與開發。

1 系統設計

1.1 總體架構

湖南省農業特色產業集群信息系統采用J2EE開發框架，基于信息化網絡通信標準化技術體系和數據標準化安全保障體系進行設計研發。系統總體框架包含基礎設施層、數據層、支撐層、業務層、應用層，具體架構見圖1。

（1）基礎設施層。基礎設施層依托政務云現有基礎設施資源，統籌配置主機、存儲和網絡等物理設備和系統，為湖南省農業特色產業集群信息系統的運行提供計算服務、存儲服務和網絡連接通信服務，同時為系統的前端感知設備、系統接入提供服務。

（2）數據層。數據層依托數據綜合管理與服務平臺實現數據一體化集中管理，并持續對數據進行更新、維護和管理。其中，數據庫包括地理空間數據庫、自然資源數據庫、五彩湘茶資源庫、湘九味資源庫、洞庭香米資源庫和早熟油菜資源庫。

（3）支撐層。支撐層包括特色產業集群業務中臺和數據中臺。

（4）業務層。業務層包括監督管理功能、產業集群共性功能和個性功能。其中監督管理功能面向政府主管部門，便于政府主管部門對產業集群總體信息進行匯總和監管；產業集群共性功能主要是對集群經營的總體情況、各級市場行情數據進行采集和統計分析，將其提供給主管部門和產業協會，并為集群內的企業、合作社、農戶提供公共信息服務；各產業集群的個性功能則主要為不同集群內不同產業鏈環節的企業、合作社、農戶提供專業的信息管理和服務。

（5）應用層。構建統一門戶系統，系統用戶可以通過大屏、PC端、移動端、微信公眾號、自助終端等多種終端訪問門戶系統，進入產業集群信息系統。

1.2 關鍵技術

1.2.1 WebGIS技術 WebGIS是Web技術與GIS相結合的產物，基本思想是基于網絡提供地理信息服務，讓用戶通過瀏覽器從WebGIS服務器上訪問地理信息系統的數據和功能[4]。基于WebGIS技術，可以實現空間數據的采集、存儲、管理、分析、發布和共享，因此，WebGIS技術廣泛應用于農業、環境、林業、水文和城鄉建設等領域的空間數據分析和應用開發。在農業領域，WebGIS技術常用于區域生態系統監測[5]、農作物病蟲害監測[6]、農產品產地污染監測與環境質量評價[7]、區域性農業空間信息管理與決策支持[8]等。湖南省農業特色產業集群信息系統使用WebGIS技術構建瀏覽器/服務器（B/S）結構的產業集群可視化分析系統，基于地圖展示“湘九味”中藥材、“五彩湘茶”、“洞庭香米”、“早熟油菜”的產業分布、結構、發展狀態等信息。

1.2.2 物聯網技術 物聯網是全球性的信息社會基礎設施，通過現有的和正在演進的信息通信技術互聯事物（有形物和無形物）來提供先進的服務[9]，具有全面感知、可靠傳輸、智能處理和數據融合等特征。國際商業機器公司（International Business Machines Corporation，IBM）將物聯網分為傳感器/執行器、傳感網絡、傳感網關、廣域網絡、應用網關、服務平臺、應用、分析與優化8個層次。湖南省農業特色產業集群信息系統運用物聯網技術采集、傳輸、匯集產業集群生產鏈各環節的可感知數據，基于數據分析調控相應的生產過程、營銷策略和產業結構。

1.2.3 微服務架構技術 微服務指圍繞系統業務功能構建能夠協同工作的小而自治的服務，這些獨立服務通過組合共同構成整個應用系統。微服務根據系統業務進行劃分，具有高內聚、高擴展和高自治性的特點，使得系統易于擴展和維護[10]。微服務架構強調去中心化的軟件組織架構，每個微服務都可獨立測試、部署和運行，單個服務的變更不會影響其他服務，使得持續化部署和維護更加便利[11]。湖南省農業特色產業集群信息系統采用微服務架構構建業務中臺，通過微服務開發各應用場景的業務功能，從而使系統具有高可靠性、可用性和可維護性特征。

2 業務功能設計

2.1 業務中臺

湖南省農業特色產業集群信息系統在設計上將業務功能分為監管功能、共性功能和個性功能。監管功能、共性功能和個性功能都由微服務組裝而成，經業務處理過程提煉所得的微服務則由業務中臺統一管理。應用系統則是以監管功能、共性功能和個性功能為基礎進行構建。應用系統、監管功能、共性功能、個性功能和業務中臺間的關系如圖2所示。

業務中臺為構造監管功能、共性功能和個性功能提供微服務，內置微服務池，具有完整的微服務管理能力。池中微服務來自業務相關處理過程，根據作用可分成產業數據分析域、產業項目監管域、種植管理域 、加工管理域等14個微服務域。業務中臺架構如圖3所示。

2.2 產業集群監管功能

產業集群監管功能的用戶主要為省、市、縣三級農業農村主管部門。產業集群監管功能主要實現對參與各產業集群建設的企業、項目、資金等信息的采集、匯總、分析，具體功能如圖4所示。

監管功能針對產業項目監管、產業數據監測、產品質量監管3個方面，對產業集群內的重點企業、行業經營情況進行數據采集和統計。產業項目監管是對產業集群項目的建設運行進度、資金使用情況、項目資料等信息進行統一的管理，產業數據監測是對產業集群內的各重點企業經營數據、重點監測數據進行上報、審核、統計分析，產品質量監管則是上報各產業經營的各類農產品質量數據，并進行溯源和統計分析，實現農產品身份認證。

2.3 產業集群共性功能

共性功能面向湖南“湘九味”中藥材、“五彩湘茶”、“洞庭香米”、“早熟油菜”等特色優勢產業集群，整合產業鏈相關共性信息資源，開展綜合信息分析，并進行可視化展示，由4個模塊組成，每個模塊包括1組功能，其結構如圖5所示。

共性功能是提供產業集群可視化分析、產業經營情況分析報告服務和公共信息服務，并建立產業集群數智大腦的功能。產業集群可視化分析采用WebGIS技術，對全省各產業集群分布情況、產業集群經營總體數據進行整體展示，并進一步對各產業集群在產業鏈的種業、種植、加工、營銷等分環節的信息進行可視化展示。產業集群分析報告服務是依據通用的產業分析報告模板，匯總各產業的各類統計數據，動態生成產業供需監測數據周報、產業市場價格監測數據月報、產業市場年度分析報告、產業技術服務情況月報等報告，并提交各級業務主管部門、產業協會，為制定產業政策提供參考和依據。產業集群公共信息服務是采集產業集群的運營數據、省內外和國內外市場行情數據，經過匯總分析，并向集群內用戶提供相關公共信息服務。產業集群數智大腦功能用于管理、建設并不斷優化產業經營情況的智能分析模型，為整個系統提供智慧分析引擎，主要涉及產量估算模型、長勢分析模型、病蟲害識別模型、環境監測預警模型等。

2.4 產業集群個性化功能

個性化功能用于實現特定產業集群的業務需求。該系統針對每個產業集群都設計了1組種質資源管理、種植栽培管理、加工管理、營銷管理、品牌市場信息管理、技術服務、產業運行報告、現場監測的功能集，每個功能集由多個功能組成。在開發時，針對不同的產業集群需要使用其特有的數據集、算法、模型和處理流程來實現具體的功能。以下以“湘九味”中藥材產業集群為例展示集群產業個性化功能的實現。

（1）種質資源管理。基于互聯網采集、編輯、發布產業集群內的湘蓮、玉竹、山銀花、博落回、黃精和梔子等“湘九味”優良品種資源信息，并提供安全訪問入口。

（2）種植栽培管理。編輯、評審、發布“湘九味”標準化種植標準，根據品種種植特征定義關鍵農事活動時間節點。采集種植區域和區內植株生長環境、長勢和生育期等信息，綜合處理后判斷是否需要下達農事操作指令。多維度分析種植信息，及時發現種植過程中存在的問題，并提供技術解決方案。

（3）加工管理。采集、存儲、分析和發布“湘九味”中藥材加工環節的信息，對原材料加工、生產、銷售等環節進行質量跟蹤與追溯，為提升產品生產能力、優化生產流程、擴展市場提供決策依據。

（4）營銷管理。建立“湘九味”產業集群全產業鏈供需信息站點，為產業參與者提供產品和投入品供需信息，建立供需需求審核、智能撮合、交付過程跟蹤與評價等功能，基于供需信息綜合分析提供產業供需調整策略。

（5）品牌市場信息管理。收集、篩選、整理、分析和展示“湘九味”中藥材相關的產品信息、渠道信息、消費者信息以及競爭對手信息；集成“湘九味”產業集群內各企業在各網絡營銷平臺上的鏈接，建立多主題宣傳頻道，采用直播方式將各種展會、論壇等品牌宣傳活動實現網絡呈現；整合全省“湘九味”產品生產、營銷、監管等組織機構信息，并在GIS地圖上分多個層次多個維度進行全景展示。

（6）技術服務。組建和管理“湘九味”產業專家團隊，通過集成湖南省“三農”綜合信息服務系統構造服務渠道，開展實時專家遠程服務；建立產業知識庫并基于知識庫開展智能科技服務。

（7）產業運行報告。匯集、分析產業數據，基于預定義或自定義格式動態生成不同形式（格式化文本、流媒體、超文本等）的產業當前發展狀態報告，并按預定策略多渠道分發。

（8）現場監測。通過聯機或系統間接口采集中藥材種植區域的植株生長環境和表型感知數據，利用專業模型（如作物生長模型、病蟲草害監測預警模型）診斷植株長勢狀態和協迫程度，根據診斷結果觸發種植管理事件。在預定的數據安全框架下發布、傳輸和應用數據，并為企業應用提供基本數據分析、展現功能接口。

3 結論

該文從總體架構、應用框架、業務功能等方面介紹了湖南省農業特色產業集群信息系統，并就如何整合、綜合應用農業特色產業集群信息提出了可行的解決方案。該系統在設計上支持基于微服務構造業務功能和基于業務功能構造應用，具有進化成農業特色產業集群信息化專業應用框架的前景。從試運行效果來看，系統具有良好的可用性、可靠性和穩定性，但也存在一些問題：（1）對異構數據的接入、歸約和融合計算缺乏底層支持，不利于后期開展信息集成應用；（2）二次開發能力不足，不利于產業企業開發個性化應用。這些問題有望在后期系統的優化過程中得到解決。總體而言，湖南省農業特色產業集群信息系統的建設為全省農業特色產業集群技術升級提供了有力支持，其設計思路對同類系統建設具有一定的參考意義。

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（責任編輯：王婷）