农业气象信息服务平台建设

1引言（)
11研究的背景与意义（)
111研究背景（)
112研究的意义（)
12国内外农业气象信息服务平台构建研究现状（)
121国外研究现状（)
122国内研究现状（)
13本课题研究内容及技术路线（)
131研究内容（)
132研究技术路线（)
2农业气象信息服务平台建设的基础情况（)
21平台建设的基本原则（)
22平台的主要功能（)
221学习功能（)
222检索功能（)
223服务功能（)
23平台的主要特征（)
24平台的层次结构（)
241资源层（)
242加工层（)
243服务层（)
244用户层（)
245管理层（)
246支持层（)
3农业气象信息服务平台设计（)
31平台开发技术背景（)
311B/S模式的体系结构（)
312ASP技术（)
313数据库技术（)
32农业气象信息服务平台主体结构（)
321平台信息资源内容（)
322平台服务资源内容（)
323平台衍生资源内容（)
33平台系统配置（)
331系统配置基本原则（)
332系统配置内容设计（)
34平台安全保障（)
341物理安全（)
342网络安全（)
343信息安全（)
4气象专题文献检索系统的设计（)
41系统简介（)
42专题文献检索系统查询功能设计（)
421系统建设技术介绍（)
422Web数据库开发与集成的关键技术（)
423Web与数据库集成的ASP技术（)
424专题文献数据库查询系统各业务模块设计（)
425专题文献数据库功能结构（)
426文献查询功能实现过程（)
43专题文献系统个性化服务设计（)
431信息定制功能的设计（)
432信息推送功能的设计（)
44资源扩展（)
5气象信息可视化咨询系统的设计（)
51系统介绍（)
52系统实现的关键技术（)
521RTP技术（)
522音视频编解码技术（)
523JMF技术（)
53音视频模块的设计方案（)
531运行环境（)
532模块数据流程设计（)
533音视频模块功能设计（)
534音视频模块的技术实现（)
535程序流程实现（)
6黑龙江省农业气象信息服务平台的实现（)
61平台资源与服务集成的实现（)
62平台主要子系统功能实现（)
621门户网站的功能与实现（)
622文献检索子系统功能与实现（)
623多媒体检索子系统功能与实现（)
624气象信息查询子系统功能与实现（)
625虚拟咨询子系统功能与实现（)
626无线服务子系统功能与实现（)
7讨论与结论（)
71讨论（)
711农业气象信息服务平台的构建优势（)
712农业气象信息服务平台的应用发展（)
72主要结论（)
参考文献（)

【书摘与插画】
1引言11研究的背景与意义111研究背景我国是农业大国，也是气象灾害多发的国家。农业是受自然条件严重制约的弱质产业，农业自然灾害频发，极端天气气候事件明显增多，每年农业损失巨大。另外，农业气象研究不深入，局地性、突发性的气象灾害难以准确及时监测预报，气象信息传输存在盲区和滞后性，使“三农”问题日益突出，这一切都在很大程度上影响着我国农业产业的全面发展［1］。当社会进入21世纪，信息技术成为现代竞争的重要资源，科技的进步带动了以信息技术为先导的信息网络的迅速发展。随着近几年来现代信息技术向农业领域渗透速度的加快，在农业发展研究与实践领域使用信息技术，也成为世界各国提高农业综合竞争力的有效途径，它使得支撑农业走强的相关学科也迅速发展起来，农业气象信息服务也随之成为农业现代化、信息化的基础和重要标志［2］。农业气象信息服务作为高产农业发展过程中具有“战略”性支撑的资源要素，为农业的迅速发展、防灾减灾提供了必要的服务保障，当前，农业信息服务体系已经初具雏形。人们对于科学指导生产和丰富知识生活提出了更高的要求，对科技信息也愈加重视［3］。但是，我国农业信息服务体系的发展仍不完善，现代农业气象服务仍受计划经济时期传统农业气象服务思维的束缚，无论是组织结构与运行机制的改革还是农业气象服务的规模与服务能力，都与市场经济体制的需求及全球化的发展不相适应，存在着很多问题［1,4～8］。（1）农业气象业务人才队伍现状堪忧，气象业务服务意识和信心不足、业务能力不能满足现代农业发展需求。（2）农业气象监测网络不够完善，手段落后，仪器设备陈旧，且观测效果有限。从观测内容到观测手段一直没有革命性的进步与创新，远远无法满足当今信息越来越快、精度越来越高、操作越来越易的时代要求。（3）农业气象服务产品的针对性不强，精细化程度不够，科技含量不高。主要表现在农业气象观测资料在服务工作中的利用率不高，导致农业气象服务产品不够丰富，服务产品的时效往往要滞后于实况，没有对农业气象灾害开展实时滚动的监测服务，同时服务内容较粗、服务产品用语模糊、长年不变，针对性差，可用性不强。与当前农业生产和结构调整还不能完全相适应，直接制约了农业气象服务效益的发挥。（4）服务方式过于传统化。目前的农业气象服务产品大多是以书面交流、政府交换等方式传送到决策管理部门，使气象为农业服务的面过于狭窄，甚至造成众多部门将农业气象狭隘地理解为天气预报。直接面向农村、农民的农业气象信息传播途径和手段很有限，气象信息传播环节薄弱，重大气象灾害预警、重大农事活动的预报服务信息往往难以在第一时间传送到农民手中，在一些贫困县、乡、农村气象信息更不能得到及时传播，解决“最后一公里”的问题迫在眉睫。（5）农业气象业务的科技支撑能力尚待加强。多数农业气象服务产品仍停留在定性描述或以传统的统计方法为主的水平上，产品的定量化、模式化程度不高，科技文献信息保障力度不强，研究不够深入，极大阻碍着农业气象服务现代化进程。（6）农业气象服务领域需进一步拓展。为农业生产和粮食安全提供气象保障服务，为农业产业化提供气象保障服务，为生态保护和环境建设提供气象保障性服务。（7）科研业务发展与实践结合不够紧密。现代农业气象业务中急需解决的科研问题多处于起步阶段，虽然部分研究已取得阶段性的科技成果，但成果向现实生产力的转化不够顺畅，为现代农业气象提供技术支撑存在滞后性。同时思想陈旧、观念落后，人才培养不及时，农村气象科普宣传不够等问题，都是影响农业气象信息服务发展的因素［9］。黑龙江省作为我国重要的商品粮生产基地，中国北部的大粮仓，做好稳产、增产是我省农业发展的主导思想。但当前气象资源分散、数据资料不齐全、上报与整理不及时、服务人员分析与利用水平参差不齐，获取信息的设备的重复投入等问题都使气象资源的利用与为农业服务受到严重制约。目前已有的气象信息网站，主要是省市县气象局的官方网站，各网站主要以时事信息报道和地方天气预报信息为主，同时发布一些气象科普知识，对于气象学科文献、图片、视频极少涉及，也没有类似收录此类资源的数据库，这样的网站平台仅适合于部分管理者阅读，而对于气象学科的科研工作者及一线技术人员没有任何帮助，信息服务基础资源贫乏，不能算是一个完善的信息服务体系。基于上述原因，要加快农业气象信息化进程，亟须建立一个信息资源类型丰富、数据信息及时准确、界面操作简单人性、用户服务全面细致的全新理论与实践应用一体化的现代农业信息服务体系，为农业生产者、经营者、管理者、研究者和决策者提供信息服务，并指导生产的各个环节，充分发挥信息技术在农业中的“信息支撑”作用，为农业气象信息化提供技术和组织保障。因此，结合我省实际情况，建设“黑龙江农业气象信息共建共享服务平台”是非常必要的。112研究的意义2005年，中央一号文件明确地提出了“加强国家基地的创新能力建设，加快信息技术等高新技术的研究”，同时“要按照强化公益性职能、放活经营性服务的要求，加大农业技术推广体系的农业公共信息和培训教育服务等职能”，以及“尽快建立农产品市场信息体系等七大体系”的战略方针，对我国今后广泛深入开展农业信息服务体系建设给予了国家和政府的最高关注和政策支持。2010年，中央一号文件明确提出了要健全农业气象服务体系和农村气象灾害防御体系，充分发挥气象服务“三农”的重要指导思想。《现代农业气象业务发展专项规划（2009—2015）》也要求，全面加强农业气象服务体系建设，提高农业气象服务能力，各级政府部门在制定本地区中长期发展战略时都将建立和完善农业信息服务体系纳入了区域发展规划当中［1］。建立农业气象信息服务体系有利于农业生产经营，有利于农业结构调整，有利于农业增效农民增收，更可以指导农村开展防灾减灾活动。无论从经济背景、社会背景、发展的条件以及动因几个方面，建立和完善我国农业信息服务体系，对于实现农业发展与服务现代化以及农业的国际化都有重要意义［10～12］。农业气象信息服务平台建立的意义：有利于有效即时搜集分散的地方气象资源，提高资源的利用率，提高分析预测的准确率，对决策者进一步制定长期的种植与发展规划战略意义十分明显。有利于各类型资源内容的整合，使研究者在理论研究的基础上，能利用数据、云图等多种形式的真实资料实现理论与实践的有机结合，为黑龙江省气象科研人员的研究工作做好文献资源保障服务。有利于扩大气象资源的覆盖和服务范围。只要开通网络的地区，均可登录并使用平台资源，不受时间及空间限制，为信息需求者节省了时间及其他不必要的开支，更便捷地满足了更多地区更多人群的信息需求。有利于气象信息资源发挥更大的生产指导作用，通过建立共建共享机制，各气象服务机构的资源将不断被完善更新，实际应用性将被大大提升。12国内外农业气象信息服务平台构建研究现状121国外研究现状农业气象服务在50多年的发展历程中，几经曲折。从20世纪50—60年代后期的起步，60—70年代的停滞，80年代的恢复，90年代的快速发展，直到21世纪的蓬勃发展，服务工作才成为气象机构工作的重要组成部分，从此，气象与农业的关系变得更加紧密起来［4］。随着社会经济和计算机技术的发展，农业气象服务逐步进入网络化、信息化发展阶段。利用先进的计算机手段，实现农业气象信息的网络化，可以更直观、更准确的反应气象情况的真实场景，为有效的气象服务打下了现实基础［13］。近年来，国外一些发达国家充分利用已有农业气象服务平台资源，通过高新技术的使用，积极开展为农业气象服务，其中以欧美最为突出。目前，欧美等发达国家的农业气象信息技术应用已成功内嵌至信息服务平台，形成一个产业化发展的项目，各类信息技术和相关产品已经在农业气象生产和各类经营管理中得到广泛应用，发挥了重要作用，并为农业气象现代化注入了强大的活力［14～18］。首先，用户可以通过平台遥感监测信息对农业种植及生长实行预测。遥感监测和信息处理技术的发展为其在农业气象中应用起到了很大的促进作用，特别是应用极轨气象卫星在干旱监测和作物产量预测中取得了较大进展。20世纪90年代以来，美国应用极轨卫星通过AV件指数(VCI)和温度条件指数(TCI)，对大范围由于干旱引起的植被进行了成功的监测，并应用该指标(VC I2TCI)评估全球各大洲干旱对农业生产的影响，最近，美国威斯康星大学根据实时静止环境卫星(GOES)信息和实时天气信息，以及大气和土壤—冠层环境预测模式，进行作物灌溉计划、霜冻的预测预防和作物病害发生发展的监测预测，并通过互联网对用户服务［19，20］，使用户享受“足不出户”的信息服务。其次，服务平台搭建模拟模型系统。模拟模型作为定量研究作物与环境条件之间相互作用的一种技术，自1980年以来的近30年受到了国际学术界的广泛重视。著名的模拟模型如DSSAT、CROPGRO等通过建立数学模型，详细描述了天气、土壤水分、氮和碳等元素与粮食作物、豆类作物和根类作物的相互作用，以预测作物的生长发育和产量，同时可为农民的生产管理进行决策。基于地理信息系统（GIS）的作物模拟模型系统在近年取得了较大进展，美国佛罗里达大学已建立了农业环境地理信息系统(AEGIS)，把作物模拟模型(DSSAT)与地理信息系统(Arc Info/Arc View)有机地结合在一起，使模拟模型能够应用于大范围不同天气、土壤和管理条件的地区［21～23］，使用户可以提前通过网络对农业气象变化情况对农业生产进行预测，及时采取相应的措施，保证农业生产的质量。第三，网络技术被广泛应用。随着全球气候的变暖，极端天气事件不断出现。为了减轻气象灾害性天气对农业生产的影响，在有关单位的协作下，美国部分州相继建立了该州的中尺度气象监测网络平台(Mesonet)，以自动气象站观测资料为基础信息，采用计算机网络技术，实现了实时采集、传输、处理气象和农业气象信息，并通过因特网向社会和公众提供多种服务。其中，科罗拉多州将其称为“州农业气象网”，为农业灌溉、作物病虫害预警防治管理提供决策信息，以及农业专家应用网络信息对作物发育速度、程度和最终产量进行预测等［24,25］。发达国家农业气象服务平台建设工作在网络软硬件技术运行方面相对我国更成熟一些，且技术较先进，通过网络信息技术，在公共气象服务平台整合遥感技术和模拟模型技术，他们的这种服务体系是值得我们借鉴的。但是，农业气象服务不仅仅是建立实践中应用的模型、也需要理论研究对实践进行不断指导，这样相辅相成才能使农业气象服务平台发挥更大的作用，所以，学科科技论文、图片、技术视频也应该是农业气象信息服务平台的重要资源。“理论”和“实践”并行的服务平台才是最优化的服务平台。本文研究正是基于此点出发，在以“实践”行为为平台资源主体的研究形势下，提出整合“理论”资源至服务平台，使农业气象服务平台发挥更大的对生产及生产发展的指导作用，高质量的实现平台的服务功能。122国内研究现状目前，我国现代农业气象服务体系已经得到初步发展，气象工作者在农业服务方面做了很多工作，通过多年的努力，已取得了一定的成绩。农业气象平台服务的范围也在不断拓宽，社会经济效益越来越显著。我国农业气象服务现状统计情况如表1-1所示。
表1-1我国农业气象服务现状分类统计表
Tab1-1Current situation classification statistical agrometeorological service in China

类别当前实际建设情况
服务内容旱、涝、低温、霜冻等灾害性天气的长中短期预报［26］抗旱、抗低温、防霜等技术和灾情信息报告作物生长及农业气象产量预报农业气候资源分析及区划信息［26］森林、草原等火险气象预报地区生态变化的监测，并提供与生态有关的气候环境变化资料及气候论证［27］
服务方式形成了国家、省、市、县四级农业气象业务布局，农业气象服务方式由过去简单地以信息发布为主的由点到面的服务方式，发展到直接面向农户的点对点的服务方式，农业气象服务水平及效果都显著提高［28］
（续表）

类别当前实际建设情况服务范围农村公共气象服务体系日益健全，以市县级气象部门为农村气象服务的主体，在乡镇建立了15400个农村气象信息服务站进行灾害性天气预报服务、农业防灾减灾服务、农业气象情报和预报服务［29］从表1-1不难看出，目前国内气象服务系统内容多是以预测、预报、信息传送为主要内容；服务对象主要是农村农民，服务层次较浅，使用对象较单一，服务范围较窄。在农业信息化的发展中，农业气象服务不仅仅只是为农民提供预报服务，也要对技术人员、研究人员有一定的指导作用，平台建设资源不仅仅是天气预报、新闻资讯、科普知识和政策法规，还应有农业类科技文献、主要气象数据资源、常见灾害图片及应急处理视频等资源的查询及收看功能，这些资源不仅仅对于农民有一定的警示和指导作用，同时对于技术人员和学科研究的专家学者也是重要的学习资料及研究参考，对决策也具备相当程度的辅助意义，所以，在今后的平台建设中，资源覆盖的全面性是应该重点考虑的，建设一个能满足不同层次用户需求的信息服务平台是最重要的，使农业气象资源用户通过平台资源的浏览、检索，真正的实现“一站式”服务的目标。
表1-2黑龙江省主要气象服务网站情况调查表
Tab1-2Situation research of Main weather service web site in Heilongjiang province

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（续表）

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可视化音视频咨询农村农民；
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学科发展研究者；
管理决策者；
新闻浏览者本文通过百度和谷歌搜索，综合选取访问排名较靠前的黑龙江省气象服务网站进行了资源与服务方面的调查，调查结果如表1-2所示。在调查的网站中，资讯类资源信息较丰富，但专业类学术资源数据库却没有一家网站进行建设，仅“黑龙江气象”网站上有本刊刊载的学术论文及部分图片信息资源，但只是以列表的形式提供读者阅读，并不能实现专业文献的查询。另外，在咨询服务中，有两家网站提供了一个电话和一个电子邮箱地址，作为网站使用上的联系及问题咨询，咨询方式较单一。咨询服务是为解决各类型用户在资源与资讯获取方面的疑难而设立的，所以，多样化、方便实用的咨询方式是一个服务型网站所必须具备的基础条件。本文研究所构建的黑龙江省农气象信息服务平台，正是基于上述两个方面，以资源“一站式”服务为最终建设宗旨，使各层次用户都能在网站资源与咨询服务中得到所需。农业气象信息服务体系不是一个独立的体系，它是新时期农业气象技术推广的新形式，两者之间是相互依存的。建立健全信息网络，把气象科技成果和业务服务信息迅速广泛传播出去，努力使气象为农业服务，面向政府、面向农技人员、面向农民、面向生产实际，创造出显著的社会经济和生态效益，提高气象为农业服务的现代化水平。13本课题研究内容及技术路线131研究内容（1）研究课题的确立。主要描述本项研究的提出背景、研究的意义，以及对国内外相关研究的现状考查，同时，给出本文研究的主要章节内容概要、研究方法和技术路线图。（2）农业气象信息服务平台建设理论基础。为了更好地理解本研究的基本内容，首先将研究中涉及的相关概念及理论作简单阐述；其次对平台构建要遵循的基本原则、平台要实现的主要功能以及平台的层次结构进行了详细的说明。（3）农业气象信息服务平台的设计与分析。文中对平台的总体结构、平台的资源组成、平台的传播途径及安全保障等几方面内容进行了详细研究，以农业气象文献与图片及视频信息数据库为主体，以参考咨询服务为补充，以衍生产品为扩展，为用户提供多种资源、多个层次、多条途径的全方位服务。基于互联网络的农业气象信息共享服务平台为加强农业技术推广、加快农业信息现代化的脚步给出了新思路。（4）农业气象文献专题信息数据库的设计。文献信息数据库系统是平台的主要内容之一，它是采用B/S（浏览器/服务器）体系结构，ASP语言技术，SQL Server数据库管理系统，实现文献检索、存取等实用功能。同时，在个性化信息服务应用进行扩展，实现文献数据库的信息定制与资源推送服务。（5）音视频咨询系统的设计。虚拟参考咨询系统是信息交流的重要途径，为了改善传统咨询不能面对面交流的不利局面，本文利用现代网络与通讯技术设计了音视频咨询模块，实现了专家与用户的面对面交流。本文通过JMF（Java Media Framework）和RTP技术实现了音视频咨询、音视频在线录制以及音视频在线播放的即时咨询模块，音视频的编解码是分别遵照G723和H264的协议。（6）黑龙江省农业气象信息服务平台的实现。文中对本次研究所构建的平台进行了具体功能的实现的介绍，并对各子系统进行说明，使系统资源与服务的建设结果直接呈现给用户。（7）讨论与结论。文中对本次研究平台在资源扩展、服务提升等方面进行了深入讨论，同时对本文建设进行了全面总结。132研究技术路线具体技术路线如图1-1所示。图1-1技术路线框图
Fig1-1Block Diagram of Technical Route
2农业气象信息服务平台建设的基础情况