浅谈建立智慧农业新格局Word格式.docx
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在此基础上,我们采用线性规划方法,重点建立了种植业的区域经济模型。
我们的目标是通过建立合理的约束及选择目标函数来反映种植业内部、外部的各种联系和制约,体现经济效益和生态效益的统一。
凌源县种植业区包括五个综合区,25种土属,土属组合43个,主要农作物播种方式(包括间种、两茬及轮作)共20种。
在当地农业专家的配合下,根据每块土地的土质特点及耕作习惯等,在43×
20个交叉点上确定出230个可取点作为基本变量。
目标函数:
Maxf(x1,x2,x3)=c1x1+c2x2+c3x3。
x1→总产值;
x2→净产值;
x3→农民收入;
c1,c2,c3→权重。
约束指标:
土地约束为0,1矩阵向量;
水资源约束5×
10矩阵向量;
动力约束为1×
3矩阵向量;
生态矩阵为α参数平衡矩阵;
产销均衡约束为简单趋势矩阵;
需求及市场约束由全县需求及产量与区域需求及产量六类约束构成。
针对目标函数c1,c2,c3系数和生态矩阵的α参数,我们下一步的任务是通过计算机编程,得到实现高效农业的最佳系数组合。
2、利用计算机技术,设计高效农业方案
上世纪八十年代,我们利用C语言和Sybase数据库开发了《凌源县种植业优化模型自动生成》软件,基本上实现了
(1)生成种植业区域农业经济模型;
(2)计算出带有指导意义的预测指标;
(3)规划出未来种植业发展走向。
程序框架结构如下:
求优化
系数,构造模型
作出当前经济指标的合理性测评报告。
自动比较
生成优化数据库
生成发展规划
3.建立智慧农业综合信息平台,科学指导农业
在建立全国性的区域经济模型过程中,充分利用了信息技术,包括更精确的北斗卫星导航定位技术、更透彻的感知技术、更广泛的互联互通技术和更深入的智能化技术,使得农业系统的运转更加有效、更加智慧,以使农业系统达到农产品竞争力强、农业可持续发展、农业资源有效利用和环境保护的目标。
最后,我们与农业专家配合,编制出《农业生产指导手册》,以乡村为单位对种植品种的适应性及倒茬轮作的周期进行了指导型规划,使该地区改变了传统农业的观念,树立了高效农业和生态农业的新思路。
经过二十余年的实践证明,我们试点地区的区域农业经济已经初步走上了良性的发展之路。
中国地域广阔,我们在向其他地区推广该项目时发现:
各地区的农业区划工作水平不一,有的地区基础数据不完善,有的地区基础数据不准确,给科学建模工作带来了一定困难。
我们认识到,只有利用人工智能技术,用计算机采集和分析数据的新方法,才能使建立区域农业经济模型工作顺利开展下去。
上世纪九十年代,我们在中国科学院一些专家的协作下,开始使用先进的数据挖掘技术,建立了包括原始数据的分析处理、模型的分析和应用管理层三部分的智慧农业综合信息平台,其平台组成如下图所示:
⏹数据处理
数据处理模块包括数据的分类、整理,GIS空间分析和模型的建立,通过采集终端采集的数据传送到原始数据库中,并作为原始数据来处理,通过构建临时数据库和实时数据库,将原始数据进行分类,整理,按照需要对实时数据库进行更新,这一过程需要建立一个临时数据库作为中间件。
⏹模型分析
以GIS地理信息系统和一定的数学模型为支撑,对收集到的各种信息进行分析处理,做出相应决策,发出控制指令,指导智慧农业的作业。
⏹应用管理层
通过调用下层专家决策的综合信息模型实现农业智能生产系统管理、农产品安全溯源管理和农业灾情监测预警管理。
⏹智慧农业综合信息平台功能
系统/子系统
功能模块
功能描述
农业智能生产系统
土地、农机实时精确定位、生产过程监控
土壤墒情、作物生长状况等各类信息查询
模型评估与预测
耕作轨道、范围以及路线的合理规划
肥料、灌溉水用量以及播种位置的精确控制
农产品安全溯源系统
农产品产地管理
提供农产品源产地信息,便于政府部门监督和管理。
包括:
产地信息、行政区划、种植品种、面积、承包人姓名、承包年限等。
农产品安全生产管理
以生产档案为基础,实现对生产信息实时登记、操作预警、档案查询和上传功能。
农产品检测管理
汇总检测记录结果,进行有效的监督和决策;
实现对检测员、检测仪器、检测记录的信息化管理。
农产品流通管理
实行入市申报,对市场经营者进行管理,记录交易情况,实现全程安全管理。
农产品质量监督管理
实现法律法规宣传与监督功能;
完成企业、农产品信息库的管理和分配防伪条码等功能。
农产品质量追溯
综合利用网络、条码识别技术等,实现网站、POS机、手机等多终端农产品质量追溯。
农业灾害监测预警系统
实现信息采集、传输、分析和入库的完整体系,满足农业灾害监测预警系统的需要
信息采集模块可根据设定实时对农业生产现场的现状进行信息采集并上传到预警中心。
而且在地面通讯不能覆盖的采集点可通过北斗卫星导航系统的报文通信功能将采集的信息上传
土壤水分等传感器带有北斗卫星定位装置,适应对终端设备的迁移或重新部署情况下的数据采集、定位和传输要求,具有较高的可靠性;
本系统充分利用GIS的空间分析处理功能和直观信息显示效果,最终将根据预测的结果和灾害的分级标准,将预警的结果转化成清晰简明的电子地图,直观的显示出灾害的发生程度及地域分布规律;
预警中心可分析并上传采集到的信息,及时对可能发生的农业灾害做出分析预测,发布预警信息并进行应急响应。
4、利用云架构,改造智慧农业综合信息平台
随着“云计算”、“云存储”和“云安全”技术的成熟和发展,结合智慧农业综合信息平台数据量大、对计算能力要求不断增加的现状,我们采用云架构改造现有网络,使其成为实用、安全、坚固、可扩展能力强的智慧农业综合信息平台。
云架构智慧农业综合信息平台的优点是计算能力随时调配,扩展空间巨大;
存储能力动态调整,按需分配;
操作系统统一管理,有效控制病毒和漏洞;
操作终端无存储介质、无信息进出端口,安全更加有保障。
建立云架构智慧农业综合信息平台的关键是突破虚拟化核心技术、研发云计算管理平台、建设云计算基础设施、设计在云计算平台上的有智能决策能力的应用软件、构建云计算安全环境。
改进后云架构图如下:
如图所示,整个架构可分为计算云、存储云、安全认证云和带有身份认证卡和指纹采集器的操作终端。
▲服务器虚拟化,构建计算云
服务器虚拟化技术通过对多台物理服务器进行虚拟整合,可以根据用户对计算能力的需求,动态提供个性化虚拟化的服务器。
通过虚拟机这种方式,可将工作负载(包括操作系统、应用集和配置)从物理计算平台中分离出来。
这样就可实现一些重要的任务,如隔离(在单个计算平台上安全运行多个工作负载)和工作负载迁移(在不同物理计算平台之间迁移工作负载)。
更先进的服务器虚拟化平台甚至可在不同物理服务器之间迁移正在运行的工作负载。
最大程度地利用可用的计算资源,降低成本,确保应用可靠、有效。
服务器虚拟化还提供了全自动系统故障恢复机制。
如果某台主机出现故障,系统将根据当前的资源利用率使用智能配置功能在资源池中可用的服务器上重启虚拟机。
服务器虚拟化为服务器管理提供了多级保护机制,确保最先启动最关键的工作负载,然后在容量允许的情况下启动低优先级工作负载。
利用服务器镜像就可不限次数地供给工作负载,因而大幅提高了灵活性,简化了后续管理。
采用服务器虚拟化,可降低存储成本以及修补、维护、测试和支持数百个独立的服务器镜像的负担。
在云架构下新增加的服务器可以采用刀片式结构,一个服务器就是一块板卡,可以节约空间,降低成本,扩充和升级都很方便。
存储虚拟化,实现存储云
存储虚拟化就是在建立集中存储的基础上对存储硬件资源进行重新规划和动态调整,按需提供存储服务。
通过将一个(或多个)目标服务或功能与其它附加的功能集成,统一提供有用的全面功能服务。
典型的虚拟化包括如下一些情况:
屏蔽系统的复杂性,增加或集成新的功能,仿真、整合或分解现有的服务功能等。
籍此可降低虚拟环境中存储管理的成本和复杂性。
▲利用云管理,强化科学管理手段
云管理系统是一套功能强大的网管软件,可以有效管理网络的扩充和用户开通;
提高维护质量和网络效率;
便于网络故障的快速解决,详细记录故障产生、处理等相关信息,确保网络能提供连续可靠的服务,使网络中的服务、数据、以及系统免受到侵扰和破坏。
与传统网管软件不同的是,后台通过虚拟化形成了资源池,前面的客户只需要提供对资源的需求,后面的管理者可以把这些资源实时的运达给使用者,使得使用者一旦拥有权限就可以使用这些资源。
▲用户裸终端,信息更安全
建立了云架构后,用户可以直接使用计算云和存储云提供的资源,操作终端就变成了无存储介质、无信息输入/输出端口的机顶盒。
用户通过带有身份认证卡和指纹采集器的操作终端先连接到安全认证云,获取安全证书后,就可以登录到智慧农业综合信息平台,在分配到的存储空间里办公了。
由于在本地无存储介质,即使操作终端丢失,也不会造成信息泄露。
身份认证卡和指纹采集器是操作者的唯一登录途径,在任何终端操作都可还原自己的操作本体,工作会变得更加方便。
▲使用国产云操作系统,实现自主可控
云操作系统是建立在云计算的整体基础架构环境下,承担控制云计算资源和运营管理维护的系统平台,它是传统单机操作系统面向互联网应用、云计算模式的适应性扩展。
云操作系统不同于传统操作系统仅针对整台单机的软硬件进行管理,而是通过管理整个云计算数据中心的软硬件设备,来提供一整套基于网络和软硬件的服务,以便更好的在云计算环境中快速搭建各种应用服务。
安全云操作系统与传统操作系统比较:
传统单机操作系统
安全云操作系统
处理器管理
面向单机的CPU处理资源
面向分布式集群环境中的所有物理机的CPU资源和内存资源
内存管理
本地内存资源的分配与回收
进程管理
只针对单机的资源进程进行管理,保证整个系统高效运行
针对虚拟进程资源的进行管理,保证整个系统的高效运行
文件系统管理
对本地的文件系统进行管理
对集群内的分布式文件系统进行管理
设备管理
负责分配和回收单机使用设备
负责管理集群内所有设备的使用与回收
集群管理
只面向单机环境,无集群层次的管理功能
对一个或多个集群进行统一管理
用户管理
针对单机系统用户进行管理
针对集群内的所有网络用户进行管理
网络管理
管理本地的网络环境进行配置管理
对虚拟机间的网络环境进行配置管理
资源管理
针对单机的资源进行管理,复杂度相对较低
针对分布式集群环境的所有资源进行管理,需要多机协调工作,复杂度教高
用户界面
运行在本地桌面上
提供远程桌面,可运行在远程多种客户端上
云操作系统的核心研发理念就在于为云计算环境下打造一个安全牢固的运行基础,构建安全云计算环境的云基础架构软件产品,是传统单机操作系统面向互联网应用、云计算模式的适应性扩展。
其通过在虚拟交换、虚拟服务器、虚拟存储、云管理平台以及数据传输方面的安全特点,解决了用户在云计算环境下对体系安全的担忧,保障云计算基础环境的安全可靠。
目前,拥有自主知识产权的国产云操作系统已经基本成熟,安全策略和漏洞升级是系统管理员的专业职责,终端用户再也不会为病毒和木马所困扰了。
▲利用虚拟交换技术,规避单点/多点链路故障风险
虚拟交换技术支持很多不同的交换功能使用同一台交换机和在多台物理交换机上执行交换单功能。
每种不同功能都具有各自的性能和安全等控制。
通过虚拟交换技术,我们可以按照需要创建动态混合服务,而不需要增加新的硬件支持即可逐步包含新服务类型或通用控制平面。
虚拟交换技术是多服务网络交换结构中的核心概念。
虚拟交换框架由五个逻辑平面组成:
适配、交换(、控制、应用和管理,支持多台控制器共享交换面和适配面的资源。
通过对交换机资源施行服务和策略管理,可以对控制器进行独立或组合以支持网络应用。
本质上,虚拟交换机是由每个控制器创建,这使得多个同时工作的控制面可以控制转发面,同时对单端口上的控制面进行高粒度控制。
采用虚拟交换技术后,单点/多点链路故障风险也就迎刃而解了。
综上所述,云架构智慧农业综合信息平台建成后,将通过基础设施、平台与应用的剥离,实现IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)和SaaS(软件即服务),为每个终端用户定制合适的服务。
4、加快建立农业区域经济模型,迎接WTO挑战
要想稳定中国这样一个农业大国的经济局势,就应该联合组织一大批系统工程专家、计算机专家和农业专家,到农村去,特别是到那些老少边穷地区去,与那里的科技工作者紧密配合,帮他们建立起能够指导农业生产的农业区域经济模型。
以后的新产品推广和高效农业推广项目只需在小范围试验后,就可以在条件相同或相近的农业区域内推广。
为了推广农业区域经济模型的建立成果,我们与科技部农村技术中心合作,将各地区的主要农业自然条件指标及适应性指标在国际互联网《中国农村技术》网站公布,使有条件上网的农民和农村工作者都可以享用。
相信在中国政府的领导下,利用科学的决策方法指导农民,我国近七亿农业人口一定能经受住各种挑战,最终使中国农业走向国际市场,让中国农民都能体会到国际化大农业的优势。
本文得到了下列领导和同志的帮助,在此表示感谢:
中华人民共和国科学技术部农村技术开发中心欧阳晓光处长
辽宁省凌源县农业区划办侯仲吉主任
辽宁省喀左县科委信息中心于永祥主任
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