徐銘超,李富生,何麗蓮,毛孝強,王先宏

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)甘蔗研究所，云南 昆明 650201)

基于“云計算”的甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)

徐銘超,李富生,何麗蓮,毛孝強,王先宏

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)甘蔗研究所，云南 昆明 650201)

基于“云計算”設(shè)計了甘蔗種質(zhì)資源的管理系統(tǒng)，以網(wǎng)絡(luò)接口為切入點，將田間管理中的各項數(shù)據(jù)整合到系統(tǒng)界面，直觀清晰地展示了各項數(shù)據(jù)，為農(nóng)業(yè)科技人員提供新型、快捷、經(jīng)濟、實用的信息化管理手段。

甘蔗種質(zhì)資源;云計算;農(nóng)業(yè)信息化;管理系統(tǒng)

甘蔗種質(zhì)資源是指攜帶有甘蔗屬(Saccharum)及其近緣物種的各種種質(zhì)(基因)植物材料，包括古老的地方品種、新培育的推廣品種、有特點的育種品系和遺傳材料、甘蔗屬內(nèi)及其近緣野生種等[1]。甘蔗屬內(nèi)約10個種，其中，熱帶種(S.officinarumL.)、中國種(S.sinenseRoxb)、印度種(S.barberiJeswiet)、割手密(細(xì)莖野生種，S.spontaneumL.)、斑茅(S.anmdinaceumRetz.)、大莖野生種(S.robusrumGrassl)等6個種與栽培和育種關(guān)系密切，前三者為栽培種，后三者為野生種[2]。與甘蔗屬近緣的植物種群包括蔗茅屬(Erianthus)、硬穗屬(Sclerostachya)、河八王屬(Narenga)、芒屬(Miscanthus)、白茅屬(Imperata)、高粱屬(Sorghum)、油芒屬(Eccoilopus)、大油芒屬(Spodiopogon)，統(tǒng)稱“甘蔗屬復(fù)合體”[3]。

甘蔗種質(zhì)資源是甘蔗育種的基因庫。云南農(nóng)業(yè)大學(xué)甘蔗研究所在“八五”期間完成了甘蔗野生種質(zhì)資源的考察、采集工作，建立了“屬種”齊全的甘蔗資源圃[4]，至今保育了9屬18種共1000多份核心種質(zhì)；“九五”期間開展了甘蔗種質(zhì)資源的鑒定評價研究；“十五”期間開展了“甘蔗與蔗茅屬間遠(yuǎn)緣雜交創(chuàng)造新種質(zhì)”的研究，并獲得了含有蔗茅(E.fulvusNess)野生種血緣的高產(chǎn)、高糖、抗逆(抗旱、耐寒、耐瘠)的甘蔗新種質(zhì)[5]。目前，本課題組自育的第1個抗旱耐寒甘蔗新品種滇蔗01/58已通過云南省省級品種審定，并在云南高原蔗區(qū)(海拔1300 m以上)推廣應(yīng)用，還有一些甘蔗新品系已完成或即將完成區(qū)域化試驗。

目前，云南農(nóng)業(yè)大學(xué)甘蔗研究所已積累了大量甘蔗資源的研究資料和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?！霸朴嬎恪本哂袑T上農(nóng)業(yè)信息整合成分布式網(wǎng)絡(luò)資源的特點和優(yōu)勢。本研究對已有的甘蔗種質(zhì)資源信息進行采集、整理和加工，并建立“云南農(nóng)業(yè)大學(xué)甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)”，以期為實現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)中將各種甘蔗育種和栽培的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行比較分析、視頻指導(dǎo)和數(shù)據(jù)共享、遠(yuǎn)程答疑等甘蔗產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化[6]服務(wù)功能提供技術(shù)支撐。

1 “云計算”的先進性及其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

“云計算”是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算方式，一種新的IT模式。通過這種新一代的計算方式，在自動化程度和可靠性都非常高的“云計算”中心的支持下，已經(jīng)在“云”中共享的軟硬件資源和信息可以按照不同需要提供給計算機、PDA、手機等終端，終端通過網(wǎng)絡(luò)訪問已存儲在“云”中的應(yīng)用和信息，避免了不斷安裝、維護、升級等繁瑣的操作。

“云計算”與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)相比具有以下先進性：(1)規(guī)?？烧{(diào)節(jié)?！霸朴嬎恪币?guī)模可大可小，適用于任何企業(yè)。(2)系統(tǒng)穩(wěn)定?！霸朴嬎恪敝行脑谲浻布用娌捎昧丝煽啃栽O(shè)計以保證服務(wù)的可靠性，不會因為終端系統(tǒng)故障或其他原因而導(dǎo)致無法操作。(3)涵蓋廣泛。一個“云”可以支撐多種不同類型的復(fù)雜應(yīng)用同時運行，以確保服務(wù)的運行效果和運行質(zhì)量。(4)按用戶需求服務(wù)?！霸朴嬎恪笔钱惓｝嫶蟮馁Y源應(yīng)用池，用戶可以根據(jù)需求量的多少購買，就像水、電等根據(jù)用戶的使用量進行收費。(5)完善的運行維護機制。在“云”的另一端，會有世界上最先進的數(shù)據(jù)中心來儲存數(shù)據(jù)，有世界最新的“云”應(yīng)用。

目前，“云計算”已廣泛應(yīng)用于電子商務(wù)，但大部分“云”產(chǎn)品主要應(yīng)用于具有高附加值的工業(yè)、加工業(yè)、服務(wù)業(yè)等，而農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較少。據(jù)報道，美國康奈爾大學(xué)訪問學(xué)者趙金石博士已研發(fā)了國內(nèi)首款奶牛牧場“云計算”管理系統(tǒng)[7]。而基于大田實驗和田間數(shù)據(jù)管理的“云”數(shù)據(jù)庫，在國內(nèi)尚處于起步階段，有待于進一步地開發(fā)和應(yīng)用。

2 甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)的設(shè)計與構(gòu)成

2.1 “云”平臺實現(xiàn)模型

甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)可分為3個層面：物理層、計算層、應(yīng)用層(圖1)。(1)物理層將所有需要呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)放到服務(wù)器、存儲介質(zhì)和計算機等設(shè)備上，方便各種端口的訪問。(2)計算層設(shè)計存儲虛擬化、數(shù)據(jù)分布虛擬化、計算虛擬化、用戶權(quán)限數(shù)據(jù)安全等模塊。存儲虛擬化是指種質(zhì)資源管理系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲在 “云”服務(wù)器上，終端用戶看不到數(shù)據(jù)存儲的具體位置，存儲的具體文件也不在終端用戶的存儲空間內(nèi)。終端用戶對數(shù)據(jù)的操作是清晰可見的，但數(shù)據(jù)存儲的過程及位置相對于用戶是虛擬的[8]。計算虛擬化是對進程、線程進行調(diào)度，并且管理對應(yīng)的進程、線程資源，最后將結(jié)果匯總[9]。(3)應(yīng)用層設(shè)計可視化軟件界面，以生長性狀、育成品種、育種材料、遺傳研究等項目為依據(jù)。設(shè)計基于“云計算”的信息查詢工具，可以查詢甘蔗種質(zhì)信息的各種資料，以甘蔗的種質(zhì)類型(野生種、栽培種、雜交種等)進行信息分類，將各個種質(zhì)類型的采集地、種植號、性狀表現(xiàn)、編號等信息轉(zhuǎn)化成表格，體現(xiàn)出相同種質(zhì)不同類型的差異性；對每個品種進行詳細(xì)的信息化管理，可以查看種質(zhì)資源管理系統(tǒng)內(nèi)每個品種的詳細(xì)信息，如株高、節(jié)間長度、纖維分、糖分、錘度、品種圖片等；設(shè)計田間生產(chǎn)過程的“云”管理，實現(xiàn)“云”決策；設(shè)計內(nèi)部聊天室，實現(xiàn)生產(chǎn)人員、實驗人員、實驗設(shè)計人員、管理人員的無縫對接，用最快的時間、最直接的方式解決大田生產(chǎn)和實驗中出現(xiàn)的疑難問題，出現(xiàn)特例性問題時可以第一時間邀請最權(quán)威的專家參與討論；設(shè)計大田和實驗室視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)的在線“云”存儲，在裝備高清攝像頭后，可以實時監(jiān)控大田和實驗室的情況(如大田的甘蔗生長情況、田間實驗的周邊環(huán)境、田間小氣候、實驗室人員到崗情況、實驗進展情況等)，也可以定時錄像，以方便使用時調(diào)閱；在甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)里登記的每個甘蔗種質(zhì)可以獨立打印條形碼以便實驗人員進行分辨。

2.2 甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)的架構(gòu)組成

管理系統(tǒng)是將傳感器、遠(yuǎn)程控制、共享數(shù)據(jù)集成到一個整體，由服務(wù)主體、服務(wù)客體、信息采集、傳輸媒介4個部分組成(圖2)。服務(wù)主體包括管理部門、基層推廣部門、科研機構(gòu)等；服務(wù)客體指需要甘蔗種質(zhì)資源信息的各種類型用戶；信息采集指傳感器數(shù)據(jù)傳輸和其他平臺信息，通過溫度、濕度、紫外線強度等傳感器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)健霸朴嬎恪逼脚_，進行數(shù)據(jù)匯總工作，為進一步分析田間情況提供扎實依據(jù)。

圖1 甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)的云模型實現(xiàn)Fig.1 Realization of the cloud model of sugarcane germplasm resources management system

圖2 甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)架構(gòu)組成Fig.2 Framework of sugarcane germplasm resources management system

甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)在“云”平臺外設(shè)計了問題解決實體，將“云計算”平臺提供的服務(wù)拓展到一線生產(chǎn)人員。該實體將科技人員的隱性知識與存儲在“云計算”平臺中的顯性知識及其他相關(guān)信息集合在一起，通過實體服務(wù)人員和“云計算”平臺組成的人機系統(tǒng)，生成新的知識，形成特定問題的解決方案，并將解決方案反饋給一線生產(chǎn)人員。

3 甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)的功能實現(xiàn)

服務(wù)器或計算機上安裝好IIS后，在IE瀏覽器中輸入甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)的服務(wù)器IP或域名即可登陸系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)不對外使用，所以沒有設(shè)計注冊按鈕，只有得到超級管理員授權(quán)的帳號才可以登錄。輸入正確的用戶名和密碼后，經(jīng)系統(tǒng)驗證，點擊登錄即可進入系統(tǒng)(圖3)。

圖3 甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)界面Fig.3 Interface of the sugarcane germplasm resources management system

用戶名和密碼部分代碼實現(xiàn)如下：

甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)的主要功能是將所有的甘蔗種質(zhì)資源依據(jù)野生資源、栽培原種、栽培品種、雜交利用4種屬性進行第1次分類，分類后以屬或種為特性再次分類。最底層的分類可以添加該類別的甘蔗種質(zhì)資源數(shù)據(jù)屬性，如性狀信息、形態(tài)特征和生理學(xué)特征等。所有數(shù)據(jù)均以豎排表格形式列出。以野生資源管理為例，將甘蔗野生資源分為割手密、斑茅、蔗茅、五節(jié)芒、河八王和其他(圖4)。

單擊添加即可添加甘蔗種質(zhì)資源數(shù)據(jù)，種質(zhì)資源的性狀信息、形態(tài)特征和生理學(xué)特征會以表格形式列出，如編號、產(chǎn)地、海拔、根、莖、葉等屬性(圖5)。添加成功后，可以對已經(jīng)添加的甘蔗種質(zhì)資源數(shù)據(jù)進行編輯、刪除等操作。

實現(xiàn)功能部分代碼如下：

編號：

ErrorMessage="*該項不可以為空?">

圖5 甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)信息添加Fig.5 Information to be added into the sugarcane germplasm resources management system

4 小結(jié)

本系統(tǒng)解決了甘蔗種質(zhì)資源管理上的諸多問題，綜合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)計出一套操作簡易、功能完善的甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)。解除各田間管理系統(tǒng)的“信息孤島”[10]狀態(tài)。一臺終端無需安裝幾套軟件，提高了管理效率，充分考慮到農(nóng)業(yè)科研人員在服務(wù)內(nèi)容、服務(wù)形式、便捷性等方面需求，具有較高使用價值。

本系統(tǒng)針對我國農(nóng)業(yè)信息化進程田間管理規(guī)范化、智能化等方面的問題，以甘蔗種質(zhì)資源管理為例，采用“云計算”設(shè)計，構(gòu)建一個面向從事田間管理的農(nóng)業(yè)科技人員的綜合管理系統(tǒng)，并依托我國現(xiàn)階段互聯(lián)網(wǎng)和手機基站建設(shè)，將分散的終端整合，用戶可以使用各種簡單的終端(手機、PDA等)，綜合使用有線和無線網(wǎng)絡(luò)在“云”端獲得所需的信息。在甘蔗種質(zhì)資源管理系統(tǒng)下，機構(gòu)之間可以使用共同的信息存儲空間，分享由“云”服務(wù)商提供的基礎(chǔ)設(shè)施，而不需要購置存儲設(shè)備，農(nóng)業(yè)信息資源都將存儲在“云”服務(wù)器上，因此，相同的信息環(huán)境為農(nóng)業(yè)信息資源的共建、共享提供基礎(chǔ)，也為數(shù)據(jù)安全提供了保障。

[1]劉思衡.作物育種與良種繁育詞典[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2001:137.

[2]四川農(nóng)業(yè)大學(xué),貴州農(nóng)學(xué)院,云南農(nóng)業(yè)大學(xué).作物栽培學(xué)(各論)[M].貴陽:貴州科技出版社,1992:621-664.

[3]彭紹光.甘蔗育種學(xué)[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社,1990:98-151.

[4]何順長,楊清輝,肖風(fēng)迥,等.全國甘蔗野生種質(zhì)資源的采集和考察[J].甘蔗,1994,1(1):11-17.

[5]李富生,林位夫,何順長.甘蔗與蔗茅屬間雜交F1代真實性的鑒定[J].熱帶作物學(xué)報,2004,25(4):102-105.

[6]吳棉國,林彥銓,張華.我國甘蔗產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)研究現(xiàn)狀與展望[J].亞熱帶農(nóng)業(yè)研究,2010,6(3):209-212.

[7]楊曙光.我國首款奶牛牧場云計算管理系統(tǒng)在京發(fā)布[N].中國畜牧獸醫(yī)報,2012-05-06(1).

[8]陳敏克,王晉寧,逯張禹,等.基于云計算的農(nóng)業(yè)信息資源共享系統(tǒng)建設(shè)研究[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息,2011(4):5-11.

[9]錢坤.淺議云計算在農(nóng)業(yè)管理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2010，51(1):160-162.

[10]徐超.云計算技術(shù)在中國農(nóng)村信息化建設(shè)中的應(yīng)用[D].濟南:山東大學(xué),2010.

(責(zé)任編輯:張云燕)

Asugarcanegermplasmresourcesmanagementsystembasedon“cloudcomputing”

XU Ming-chao,LI Fu-sheng,HE Li-lian,MAO Xiao-qiang,WANG Xian-hong

(Sugarcane Research Institute of Yunnan Agricultural University,Kunming,Yunnan 650201,China)

A sugarcane germplasm resources management system was designed based on “cloud computing”.By the network entrance,the data of field management were integrated into the system interface so that the various data appeared to be intuitive and clear to offer agricultural science and technology personnel with new-typed,rapid economic and feasible means of information management.

sugarcane germplasm resources;cloud computing;agriculture informatization;management system

2013-10-25

云南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)甘蔗產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(2009-2014)；云南省重點新產(chǎn)品開發(fā)計劃項目(2012BB014)；云南省創(chuàng)新團隊項目(云科人發(fā)[2012]18號)。

徐銘超(1988-)，男，碩士研究生。研究方向：甘蔗種質(zhì)資源研究與利用。Email:44636238@qq.com。通訊作者李富生(1968-)，男，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向：甘蔗種質(zhì)資源研究與利用。Email:Lfs810@sina.com。

TU984

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1673-0925(2014)01-0064-05