黑龙江垦区农业数字科普网络信息系统平台的设计

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摘要：科普兴农是实现农业增产和农民增收的重要举措，把科普与互联网结合起来，采用虚拟现实技术、数据库技术、多媒体技术等展示农业科普知识，是系统平台设计的准则，可以更直观、更迅速、更形象生动地传递信息，不受时间和环境的限制，有望为垦区发展优质、高效的现代化大农业做出巨大的贡献。

关键词：数字科普；网络信息系统平台；黑龙江垦区

中图分类号：S126 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）22-5585-03

黑龙江垦区在我国农业发展中占有举足轻重的地位，是我国规模最大、农业机械化程度和农业信息化程度最高的国有经济区域。伴随着农业经济的迅猛发展，垦区农民希望学习更多先进的农业技术和科技知识，然而通过报纸或书刊、影片或电视演播等形式的科普教育无法实现公众的主动参与。现在互联网迅速普及，把科普与互联网结合起来，是科普事业进一步发展壮大的必由之路。垦区农业数字科普服务信息系统平台设计顺应农业经济发展和建设，它以互联网为传播平台，采用虚拟现实技术、全景技术、数据库技术、多媒体技术、3D技术等展示科普知识，不受时间、场地、环境的限制，可以更直观、更迅速、更形象生动地把实时的信息和先进的技术传递给广大垦区农民。

1 系统平台建设目标

在建设垦区农业数字科普服务信息系统平台的过程中，要保证平台各模块间数据资源能够共享，垦区农业数字科普网络信息系统平台能统一各个系统模块内数据的定义，建立统一的数据定义标准，并提供相应的数据定义管理功能。建设农业数字科普平台主要是为了更好地开展科普工作，能够实时、快速、准确地为政府部门、农业科研技术推广部门、普通农民提供多层次、高质量的农业科技信息服务，所以此平台要力求操作导航清晰，检索查询快捷方便，采用虚拟现实技术、数据库技术、多媒体技术、3D技术等实现农技知识的形象模拟展示，建立专家系统为农业问题进行分析推理，并提供专家服务。建设垦区农业数字科普服务信息系统平台可以推动垦区农业信息技术的应用和发展，提高农业经济效益，积极推动农业信息化工作。

2 系统平台功能模块的设计

在农业领域中，原理性和经验性的知识比较多，而系统主要是面向垦区农民，要求系统提供的农业技术信息要形象，易理解。所以黑龙江垦区农业数字科普网络信息系统平台是从实际需要出发，为农业生产人员提供各类实用的农业技术，根据农业技术知识设计了图、文、声并茂的网页，使用户在浏览网页的同时能够得到专家的知识指导，远程用户通过Internet输入本地的基本生产数据，推理引擎从知识库中取出符合要求的规则，对已有事实进行匹配，完成专家的判断和推理，从而加快了农业新技术、新成果的应用步伐[1]。垦区农业数字科普网络信息系统平台采用“浏览器/服务器/数据库系统”三层结构[2]，如图1所示。其数据库为数据层，完成各种数据存储、提取和更新操作；服务器为应用层，主要提供各种与逻辑相关的服务构件，完成数据的发布、查询、分析处理等事务；浏览器为用户层，主要为用户提供操作界面。

垦区农业数字科普网络信息系统平台包括新闻动态、科普教育、成果展示、农作物专家系统、农技推广、景观展示、休闲娱乐、科普论坛8个功能模块。各个模块的主要功能如下。

新闻动态模块：主要是把最新的有关农业的政策方针、市场动态、农业科技知识提供给广大农民群众，让他们能够实时了解最新的农业技术研究方面的发展现状和成果，以及最新的市场走向，以便能够更好地进行农产品种植和销售。

科普教育模块：主要是把一些农业常用的知识呈现给广大群众。有些词汇比如现在流行的精准农业，若仅仅使用文字来表述，可能不容易理解，若使用动画的形式表述，则很容易被接受，并且更容易记忆。现在很多城市的孩子都吃过大米、猪肉，但是没有见过水稻的成长过程以及真实猪的样子，垦区农业数字科普网络信息系统平台把垦区所包含的农作物和动物的生长过程用虚拟动画形式展示出来，以便大家了解和学习。

成果展示模块：主要包括农业科技、农业成果和农业机械，以图片、虚拟动画的形式展示垦区获得的优秀农业成果，使用户感受到农业科技的进步。对于大的农业机械，不是所有人都能够到现场去看，所以使用3D技术对农业机械进行虚拟仿真，让广大群众对实物的认识更直观，对农业科技的感知更深刻。

农技推广模块：包括畜牧业知识和种植业知识以及农机、农具的推广。黑龙江垦区农业数字科普网络信息系统平台服务的对象是广大人民群众，而更多的也是服务于垦区的农民，他们中间的大多数文化水平不高，为了更好地把正在应用推广的新品种、实用新技术成果（比如黄瓜冬春茬生产实用技术、温室生产管理中利用精准作业机械实现变量施肥及变量施药的过程、八跨自走式灌溉控制机作业、带AFS系统可自动生成产量图的联合收割机作业）传递给他们，此系统平台使用了文字、图像、视频、动画相结合的方式，形象生动，通俗易懂，有利于他们理解和掌握。

景观展示模块：主要是使用全景技术展示垦区科普基地的精神面貌，让更多的人了解垦区。用全景技术展示垦区，使人们能更清晰、更直观地看到各个基地的场景，并且生成的文件较小，系统又增加了用户的自主选择，从而可最大限度地满足用户需求。

农作物专家系统模块：主要是总结和汇集农业专家先进的知识以及长期积累的宝贵经验，建造有关农业的计算机智能软件系统，能结合用户提供的信息，模拟农业专家对农业问题进行分析推理并给予解答[3，4]。结合黑龙江垦区农业生产中的实际情况，开发水稻、大豆、玉米等实用性强的系列化农业专家系统，为农业生产者、科技人员和管理工作者提供专家咨询服务。专家系统开发流程如图2所示。

休闲娱乐模块：在此模块中设计一些与农业相关的Flash小游戏，通过游戏，用户不但能掌握相关的农业知识，也能从中得到乐趣。

科普论坛模块：通过该模块用户可以提出在农业中遇到的各种问题，农业专家登陆系统后，针对用户提出的问题给予相应的在线解答。并且在此模块中，用户可以上传自己制作的有关农业知识的多媒体作品，经评价效果好的可以发布到农技推广、科普教育、成果展示、景观展示相应的模块中。

整个平台提供细粒度的用户权限管理，能够对数据访问实现权限分级控制，在关键的业务数据访问上提供可靠的授权设计，并具有数据备份、还原的功能。

3 垦区农业数字科普网络信息系统平台的优势

3.1 不受时间、空间的限制

黑龙江垦区农业数字科普服务信息系统平台突破了时间和空间的限制，无论用户身处在地广人稀的北大荒，还是发达的一线城市，无论是白天还是黑夜，只要连接到Internet，就可以随时随地访问科普平台，及时找到所感兴趣的知识技术。

3.2 传递信息的及时性

农业是一门不断发展的学科，在农业的前端领域不断有新的科研成果产生，这些成果不应只保存在科研单位的档案库里，而应该及时地让更多的普通民众所了解。现在是信息时代，通过网络技术和数字技术可以把农业最新的科技前沿动态和取得的辉煌成就展现给普通民众，为不同人群了解农业发展现状提供丰富的知识保障。

3.3 形式多样，内容丰富

此平台展现信息的形式丰富多样，使用图片和文字展现一些活动资讯、科普资料，利用Flash动画形式展现玉米螟绿色防控技术、温室施肥打药一体机、果园节水灌溉技术等最新技术，使用3D技术展现农机展品本身的形状、特点以及操作技术，使用全景技术展示垦区农场景观。多媒体技术、虚拟现实技术等的引入，为农民群众提供了更全面、更丰富的内容和形式，使得科普形式更加生动活泼，可以更有效地吸引广大人民群众。

3.4 传递科普知识的同时增强了交互性

通过数字科普网络信息系统平台可以控制某个项目的展示路线，在专家系统中根据农业实际生产过程选择不同的情况给出不同的结论，并且广大群众可以对某项技术与专家进行探讨，或者对某项技术的多媒体展示进行评论，这样有助于科普创作作品的进一步提高，增强科普工作的效果。

4 关键技术的实现

4.1 数据缓存的实现

为了使用户在访问平台时Web服务器能够及时响应，及时把页面和查询结果返回给用户，系统平台采用了缓存技术，引入了SqlCacheDependency特性，对Channels、SoftChannels、SoilDetection数据表对应的缓存实施了SQL Cache Invalidation技术。为了保证整个架构的可扩展性，也允许设计者建立自定义的CacheDependency类，用以扩展缓存。

在垦区农业数字科普网络信息系统平台中，利用了配置文件和反射技术来实现工厂模式。命名空间CacheDependencyFactory中，类DependencyAccess即为创建对象的工厂类。

4.2 知识库的设计

知识库是专家系统的核心，它相当于专家的大脑，有关农业的专业知识都被抽象化地存储在知识库中。本平台采用产生式规则来表示知识。为了有效地存储有关农作物知识库中的各种规则知识以及诊断方法，采用XML文档来存储规则知识，将产生式规则的模型转换为XML的数据模型，设计XML文档结构，然后把定义好的XML文档作为最基本的存储单元进行管理，通过应用程序接口对数据进行一系列的操作[5，6]。

4.3 推理机的设计

推理机是专家系统的控制中心，是模拟专家的思维，根据已有的事实，推理出相应的结论。推理机的实现首先是根据决策建立相应的推理模块，输入条件、知识定义、前提条件的可信度、规则强度以及事实数据，计算机进行动态编码[7，8]。当用户使用时，输入自己的事实数据，就会产生相应的推理结果，当原有知识不能满足要求时，推理机可以随时修改事实数据。系统平台推理部分的结构如图3所示[9]。

5 结语

科普兴农是实现农业增产和农民增收的重要举措，把科普和数字技术、网络技术结合起来，能更好地促进农业知识的普及，加快农业的发展。黑龙江垦区农业数字科普网络信息系统平台可以让广大群众更好地了解垦区，减少农业领域知识传播和应用的成本，为垦区现代化大农业的高效、可持续发展做出更大的贡献。

参考文献：

[1] 何离庆.网络环境下的智能化农业信息平台研究[D].重庆：重庆大学，2002.

[2] 杨悦欣.基于XML技术的设施农业信息平台的研究[D].西安：陕西科技大学，2006.

[3] 孙妮娜，秦向阳，杨宝祝，等.农业专家系统开发平台的研究现状及发展趋势[J].中国农学通报，2006，22（6）：436-440.

[4] 石 琳，陈帝伊，马孝义.专家系统在农业上的应用概况及前景[J].农机化研究，2011，33（1）：215-218.

[5] 彭志良，赵泽英，李莉婕，等.贵州天麻种植专家系统开发与应用[J].贵州农业科学，2011，39（8）：190-192.

[6] 赵文忠.基于MVC机构的农业专家系统研究[J].东北农业大学学报，2012，43（8）：78-80.

[7] 刘明辉，沈佐锐，高灵旺，等.基于WebGIS的农业病虫害预测预报专家系统[J].农业机械学报，2009，40（7）：180-186.

[8] 苏恒强，朱春娆，陈桂芬，等.玉米栽培技术专家系统的研究[J].湖北农业科学，2010，49（10）：2545-2547.

[9] 姜中强.基于Web的江西水稻病虫害防治专家系统[D].南昌：江西农业大学，2011.

（责任编辑 昌炎新）