王枫

摘要：本文分析了农业气象数据集成服务现状，界定了辽宁省农业气象数据资源内容，并从技术角度，研究以智能定位與透明接入技术为关键技术的农业气象数据数据集成服务和农业气象数据应用集成服务，实现从数据端到应用端的无缝对接，最大程度的实现农业气象数据共享，支撑农业气象数据应用。

关键词：农业气象；数据集成；应用服务

中图分类号：S127 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）08-0053-02

1 引言

“科学研究第四范式”视野下，农业科学数据及其所支撑的农业数据模型研究日益迫切。农业科学数据是农业模型的基础，农业模型应用是农业数据的最终归宿。目前，在农业气象模型构建、农业气象平台系统建设等方面研究较多，但在农业气象数据资源建设、农业气象数据集成服务研究不足，严重影响了农业数据模型、共享平台等研究成果的应用效果[1-2]。因此，本研究以辽宁省为对象，厘清农业气象资源，建设一座农业气象数据与农业模型之间的桥梁，集成分散的农业气象数据，支持农业数据模型的在线实时运行。由于农业具有明显的地域特色，在不同地域，农业气象、品种等都存在着不同，因此辽宁省农业气象数据集成服务研究具有理论价值和实际意义，同时也为其他省份气象数据共享应用提供借鉴，为全国农业科研能力提升及农业科技创新工作开展奠定良好的基础。

2 农业气象数据集成服务现状

日本国家农业研究中心（NARC）所属农业信息科学和技术部门开展的气象数据集成服务研究比较典型[3]。该研究始于2000年，基于美国斯坦福大学Gio Wiederhold提出的数据集成模型，按其处理数据种类，陆续研发了下述4个数据代理：（1）Met Broker主要提供地表气象数据的服务；（2）DEM Broker主要提供数字地面高程模型[4]；（3）Chizu Broker主要提供基于Web的地图服务；（4）Soil Broker主要提供土壤数据的服务[5]。随着技术的更新，上述数据代理的开发和使用也不断的升级，应用不断扩展，目前已应用于作物生育（水稻、小麦）模型、病虫害模型、杂草发生预测模型等方面。

国家气象信息中心建设运行的中国气象科学数据网，是国家科技基础条件平台中心之一，是纯公益、权威的气象数据免费服务平台，仅提供本月内最新气象数据的在线下载服务。“浙江政府数据开放平台”公共数据开放目录中提供的数据服务较为全面，是继北京、上海、武汉、无锡等部分城市推出的全国首家省级政府数据开放平台，开放的数据资源为68个单位提供的350项数据类目，其中包含100项可下载的数据资源，137个数据接口和8个移动APP应用。用户可通过该网站打包下载数据，或利用接口进行二次开发。但在农业气象数据服务方面，仅提供“农业气象”、“天气灾害”、“气象证明”等在线资源访问链接，且与中国天气网共用数据。百度APIStore提供包括中国天气数据集市、全球天气等15个气象数据在线API服务，但遵循各自的API服务调用模式，更倾向于天气气象数据，包含部分生活相关气象信息，对农业气象数据涵盖不全，在线API调用也受到访问次数、购买套餐使用期限等限制。

3 辽宁省农业气象数据资源

3.1 农业气象数据界定

气象数据常用来代指天气数据，数据项一般包括：空气温度、相对湿度、降水量、气压、风速、风向。而农业气象数据的数据项一般包括：空气温度、相对湿度、光照强度、二氧化碳浓度、有效辐射、土壤温度、土壤湿度、风速、风向、雨量，还可增加总辐射、土壤PH值，电导率等。

3.2 农业气象数据资源

3.2.1 辽宁省气象局气象数据

辽宁省气象局直属于国家气象局，省内气象数据监测站统一由国家气象局科学布局，由辽宁省、各地市气象局分别管理，监测区域不重叠，主要采用气象监测站方式采集数据，每个站覆盖一定的面积，站与站之间有重叠，保证气象采集覆盖全省。监测站下带的监测点实时采集数据并自动传回，数据采集传感器定期校正。目前，辽宁省气象局官网提供的气象信息仅限于网页浏览，气象数据查询精确到县级，提供实时的温度、风向、风力、湿度信息，以及7天或更长时间的气象预报信息。针对农业气象服务推出了“辽宁省农田干旱气象监测预测”数据服务产品，但产品订阅和使用不便捷，不能满足农业科研人员对农业气象数据的全部需求。

3.2.2 基于物联网技术的农业环境监控设备

随着农业物联网技术的发展，以及国家对农业物联网技术的大力推动，辽宁省农业物联网设备的使用率逐年上升。虽然辽宁省设施农业产业较发达，温室种植面积全国第二，大多数农业环境监控设备应用于设施农业生产，但应用于大田生产的设备使用量也逐年上升。随着设备价格的下降、设备及配套服务的完善，设备的覆盖面积将不断增加，实时采集的农业生产区域的流式环境数据将爆炸性增长。该设备监测的数据项较多、覆盖农业小气候环境区域，更符合精准农业的气象需求。辽宁省农业气象局气象数据获取困难、不支持在线应用，不能完全满足农业气象数据需求；而基于物联网技术的农业环境监控设备实施区域不广泛、支持在线应用，因此集成以上两类气象数据，建设农业气象资源，形成数据互补，共同提供农业气象数据服务意义重大。

4 农业气象数据集成服务

农业气象数据集成服务包括数据集成服务和应用集成服务。数据集成服务提供集成数据的在线下载服务和集成数据的API服务；应用集成服务基于应用流程快速开发平台，集成数据应用于网页、农业模型、GIS系统等。以农业气象数据为主要资源，以用户需求为导向，以支持多并发、移动终端应用为技术需求，基于J2EE架构技术、MVC设计模式、Web Service软件体系，提出农业气象数据数据集成服务框架如图1所示。其中Data Broker结合农业气象数据库业务进行全局设计，通过元数据和本体实现农业气象数据的智能定位，通过Web Service 接口实现农业气象数据的透明接入。由于农业气象数据来源相对比较固定，因此该模式具有一定的适用性。

4.1 农业气象数据数据集成服务

4.1.1 技术选择

通过文献阅读和技术比较，依据图2的技术选择路线，选择数据代理（Data Broker）技术进行数据集成，实现资源跨区域整合（行政和生态区域），将分散的数据组织成虚拟的数据库，实现智能定位与透明接入，并将检索数据集返回上层使用，也可直接调用所需数据进行在线分析。

4.1.2 农业气象数据数据集成关键技术

（1）智能定位设计。智能定位方案如图3所示，采用元数据收割方式获取农业气象数据库元数据，基于农业气象数据元数据及本体进行数据定位。该设计主要技术包括REST、Vert.x、元数据、OWL/RDF。相比较于SOAP，REST更适合构建资源共享型服务，应用于接口简单、动态变化的网络环境，实现轻量级、灵活的共享；Vert.x框架基于事件和异步解决方案，具有轻量级、高性能、支持多语言等特性，特别适用于大量移动客户端的高并发链接请求处理以及多媒体应用传输等。

（2）透明接入设计。透明接入方案如图4所示，基于Web Service REST接口进行农业气象数据库的统一接入。该设计主要技术包括REST、Vert.x、XML。

4.2 农业气象数据应用集成服务

农业气象数据应用集成服务以基于Data Broker技术的数据集成服务为支撑，基于应用流程快速开发平台，通过可拖拽操作控件的方式，快速制定农业气象数据业务处理流程。应用流程快速开发平台支持结构化、非结构化多种形式数据源，以及多种农业气象数据输出可视化形式，操作控件可扩展。基于应用流程快速开发平台开发的业务流程，可直接用于網页、GIS系统等应用程序，或者作为服务发布。

5 结语

本研究梳理了辽宁省农业气象数据资源内容，从技术角度，提出了农业气象数据数据集成服务框架，阐述了农业气象数据数据集成服务和应用服务的关键技术。农业气象数据作为农业模型必不可少的元素，其集成服务不仅能够减少大量重复的农业气象数据处理业务，也能够适应多变的农业数据应用场景，更能够支撑农业模型的在线运行。由于农业气象数据来源相对集中，因此本研究的技术实现具有实际应用意义。最大程度的实现农业气象数据集成应用，能够推进农业气象数据与其他农业数据的协同应用，促进科研协同创新及科研成果产出。

参考文献

[1]王军，黄杰飞，程勇.基于大数据处理的农业气象灾害分类模型[J].计算机仿真，2017，（5）：353-356.

[2]黎贞发，钱建平，李明，等.基于ArcIMS的农业气象信息发布系统[J].业工程学报，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.