劉光亮 徐茜 徐辰生

摘? 要：為推動(dòng)智慧煙草農(nóng)業(yè)和智慧煙草政務(wù)發(fā)展，以煙葉生產(chǎn)大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建煙葉生產(chǎn)大數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)，建立煙草農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)中心?；诘乩硇畔⑾到y(tǒng)（GIS）方法，建立南平煙區(qū)煙葉生產(chǎn)大數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用C/S模式，由基礎(chǔ)設(shè)施層、技術(shù)支持層、數(shù)據(jù)支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層和用戶層5個(gè)層次組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)南平煙區(qū)煙葉生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的多源、多格式數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理及分析，能夠?yàn)槟掀綗焻^(qū)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)發(fā)展提供精準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)支持和平臺(tái)基礎(chǔ)。尤其是系統(tǒng)提供了大數(shù)據(jù)與煙葉生產(chǎn)實(shí)際需求結(jié)合的煙田精準(zhǔn)養(yǎng)分管理模型框架，2016年預(yù)測(cè)產(chǎn)量與實(shí)際產(chǎn)量偏差為15.64 kg/hm2，模型模擬效果較好。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了GIS基礎(chǔ)功能、空間數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)處理與分析等功能，是南平煙草農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，為南平煙區(qū)煙葉生產(chǎn)的現(xiàn)代化發(fā)展以及未來(lái)面向“互聯(lián)網(wǎng)+”的應(yīng)用服務(wù)擴(kuò)展提供了基礎(chǔ)平臺(tái)支持。

關(guān)鍵詞：煙葉生產(chǎn);大數(shù)據(jù);現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè);地理信息系統(tǒng);應(yīng)用

中圖分類號(hào)：S572????????? 文章編號(hào)：1007-5119（2019）02-0092-07????? DOI：10.13496/j.issn.1007-5119.2019.02.014

Abstract： Big data management information system for tobacco production can provide crucial foundation in the processes of intelligent tobacco agriculture and smart tobacco management. In this study， a big data management information system was designed and used in the Nanping tobacco planting area by using the geographic information system （GIS）. The system was built under a scheme of C/S mode containing 5 layers of basic device layer， technical support layer， data support layer， implementation layer and user layer. Multi-source and multi-format big data generated in the process of tobacco production were managed， stored and analyzed with one unified data standard. The system achieved a standardized and integrated flow （including data storing， management and analysis） of big data derived from the process of tobacco production， and thereby can provide accurate decision support and basic platform to modern tobacco agriculture of the Nanping tobacco planting area. In particular， the system provided a nutrient management model to optimize the process of tobacco production. The simulation of the model was good with a deviation of 15.64 kg/ha between the predicted and the actual yield in 2016. Based on the scheme and datasets mentioned above， the system integrated GIS basic functions， spatial data management， data process and analysis functions， and consequently achieved a foundation platform for further service extension of internet + agriculture and modern tobacco agriculture specifically.

《全國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化規(guī)劃（2016—2020年）》[1]在智慧農(nóng)業(yè)引領(lǐng)工程中明確指出：“建設(shè)全球農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)調(diào)查分析系統(tǒng)，改造升級(jí)國(guó)家農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)中心，建設(shè)基于衛(wèi)星遙感-航空無(wú)人機(jī)-田間觀測(cè)一體化的農(nóng)業(yè)遙感應(yīng)用與研究中心”。智慧煙草農(nóng)業(yè)是智慧農(nóng)業(yè)的重要組成部分，更是智慧煙草政務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)情況，智慧政務(wù)安全域的劃分結(jié)構(gòu)一般分為三部分：互聯(lián)網(wǎng)區(qū)、政務(wù)外網(wǎng)區(qū)及專網(wǎng)（內(nèi)網(wǎng)）托管區(qū)[2]。其中，為保證煙葉生產(chǎn)過(guò)程大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)安全，專網(wǎng)（內(nèi)網(wǎng)）托管區(qū)主要負(fù)責(zé)煙葉生產(chǎn)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理及大數(shù)據(jù)分析計(jì)算，涉及種植、采收、烘烤等多個(gè)過(guò)程，涵蓋生態(tài)條件、管理措施、田間調(diào)查、采烤工藝及質(zhì)量安全評(píng)價(jià)等一系列大數(shù)據(jù)信息。因此，構(gòu)建煙葉生產(chǎn)大數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同來(lái)源及格式的大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和分析，是推進(jìn)煙草農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和智慧煙草政務(wù)發(fā)展的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。

由于現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)的管理與發(fā)展越來(lái)越側(cè)重精準(zhǔn)化，因此地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)已成為智慧農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用的主要平臺(tái)技術(shù)，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)地理信息的獲取、處理、存儲(chǔ)、管理、分析和發(fā)布[3]。在大數(shù)據(jù)時(shí)代下，GIS逐步面向社會(huì)服務(wù)，集成自動(dòng)化處理、規(guī)?；鎯?chǔ)、高效化計(jì)算、知識(shí)化服務(wù)的GIS與應(yīng)用技術(shù)，是中國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)的重要依托平臺(tái)。目前，GIS技術(shù)已在中國(guó)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)中得到了應(yīng)用，主要集中在土壤養(yǎng)分與肥力評(píng)價(jià)[4-6]、生態(tài)因子分析與煙田等級(jí)評(píng)價(jià)[7-9]、種植區(qū)劃[10-11]等方面。但是，大部分已有研究?jī)H僅將GIS作為一項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于煙葉生產(chǎn)研究中，而面向智慧煙草農(nóng)業(yè)和智慧煙草政務(wù)服務(wù)需求，基于GIS方法構(gòu)建煙葉生產(chǎn)大數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)，對(duì)煙葉生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的多源數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化管理、分析與應(yīng)用的相關(guān)研究較少[12-13]。本研究主要基于GIS技術(shù)，構(gòu)建南平煙區(qū)煙葉生產(chǎn)大數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)，為建立煙草農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)中心、優(yōu)化煙葉生產(chǎn)管理、構(gòu)建智慧煙草政務(wù)服務(wù)提供大數(shù)據(jù)平臺(tái)基礎(chǔ)，推動(dòng)煙區(qū)智慧煙草農(nóng)業(yè)發(fā)展。

1? 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

南平煙區(qū)是中國(guó)東南煙區(qū)典型的山地田煙產(chǎn)區(qū)，位于福建省北部、武夷山脈東南側(cè)，植煙區(qū)土地面積約為 210 km2[14]。在煙葉生產(chǎn)過(guò)程中，積累了大量數(shù)據(jù)，包括氣象、土壤、農(nóng)藝性狀、化學(xué)指標(biāo)等。本研究以南平煙區(qū)煙葉生產(chǎn)大數(shù)據(jù)為核心，采用GIS方法，建立南平煙區(qū)煙葉生產(chǎn)大數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)，將煙葉生產(chǎn)中的不同來(lái)源信息數(shù)據(jù)，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)集成到數(shù)據(jù)庫(kù)中，在同一管理平臺(tái)下進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化存儲(chǔ)和管理，為建立南平煙區(qū)煙草農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)中心提供基礎(chǔ)平臺(tái)支持，推進(jìn)南平煙區(qū)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)發(fā)展。此外，為推進(jìn)農(nóng)業(yè)面源污染治理，精準(zhǔn)養(yǎng)分管理，降低煙農(nóng)施肥成本，系統(tǒng)中參照國(guó)際通用養(yǎng)分管理模型，結(jié)合南平煙區(qū)實(shí)際，構(gòu)建南平煙區(qū)精準(zhǔn)養(yǎng)分管理模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)基礎(chǔ)地力評(píng)價(jià)、施肥時(shí)間和施肥量的精準(zhǔn)調(diào)控。

1.2? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

按照功能需求，系統(tǒng)采用分層體系結(jié)構(gòu)建設(shè)，目的是開發(fā)以數(shù)據(jù)管理為中心的應(yīng)用程序，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為基礎(chǔ)設(shè)施層、技術(shù)支持層、數(shù)據(jù)支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層和用戶層五層架構(gòu)。

1.2.1? 基礎(chǔ)設(shè)施層? 該層是系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)，主要為系統(tǒng)的建設(shè)與部署搭建過(guò)程提供基礎(chǔ)平臺(tái)支撐，具體包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器集群、服務(wù)器（應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器）、磁盤陣列、存儲(chǔ)備份、安全保密系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)機(jī)房改造等硬環(huán)境和技術(shù)規(guī)范與管理辦法等軟環(huán)境。

1.2.2? 技術(shù)支持層? 技術(shù)支持層提供了硬件設(shè)備正常運(yùn)行的技術(shù)保障，包括運(yùn)行環(huán)境、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等。為了便于數(shù)據(jù)預(yù)處理擴(kuò)展，系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺(tái)包括基礎(chǔ)GIS開發(fā)平臺(tái)、開發(fā)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)、組件技術(shù)和XML技術(shù)等，為實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)功能服務(wù)。

1.2.3? 數(shù)據(jù)支撐層? 為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持，該層的服務(wù)是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，并會(huì)隨業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)在未來(lái)的擴(kuò)展而有所變化，但主要部分或模塊在未來(lái)的處理系統(tǒng)中可進(jìn)行復(fù)用。數(shù)據(jù)層接收業(yè)務(wù)層對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)操作的請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的管理功能，并把運(yùn)行結(jié)果提交給業(yè)務(wù)層。

1.2.4? 業(yè)務(wù)應(yīng)用層? 該層是系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)所在，提供系統(tǒng)建設(shè)的核心業(yè)務(wù)，包括系統(tǒng)管理、用戶管理、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析、模型模擬、專題圖制作管理、日志及工具管理等子系統(tǒng)，為系統(tǒng)應(yīng)用提供支持。

1.2.5? 用戶層? 包括系統(tǒng)管理用戶、煙田大數(shù)據(jù)分析核心用戶、數(shù)據(jù)管理用戶和訪問(wèn)用戶。系統(tǒng)管理用戶負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)用戶及其權(quán)限進(jìn)行審核管理，大數(shù)據(jù)分析核心用戶負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)分析、模擬后的結(jié)果報(bào)告進(jìn)行生產(chǎn)制作，數(shù)據(jù)管理用戶負(fù)責(zé)日常新生成數(shù)據(jù)的輸入和歸檔，訪問(wèn)用戶是通過(guò)審核后允許進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行普通數(shù)據(jù)瀏覽的用戶。

2? 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)架構(gòu)基于C/S模式，主要側(cè)重?cái)?shù)據(jù)獲取、存儲(chǔ)、管理及分析，具體功能包括用戶管理、數(shù)據(jù)管理、基本GIS功能、數(shù)據(jù)分析、應(yīng)用模型模擬、專題圖制作等。系統(tǒng)以ArcEngine 10.2為基礎(chǔ)平臺(tái)開發(fā)，開發(fā)環(huán)境為Visual studio 2013，開發(fā)語(yǔ)言為C#，運(yùn)行框架為.Net FrameWork 4.0，數(shù)據(jù)庫(kù)為Oracle 11g。系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括田間生態(tài)數(shù)據(jù)、種植數(shù)據(jù)、農(nóng)藝性狀調(diào)查數(shù)據(jù)、化學(xué)成分檢測(cè)數(shù)據(jù)等，對(duì)不同來(lái)源數(shù)據(jù)采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組織，統(tǒng)一分類編碼，統(tǒng)一空間投影和統(tǒng)一時(shí)間尺度。

2.1? 數(shù)據(jù)獲取與計(jì)算分析

2.1.1? 數(shù)據(jù)獲取與儲(chǔ)存? 系統(tǒng)大數(shù)據(jù)涉及種植、采收、烘烤等多個(gè)過(guò)程，涵蓋生態(tài)條件、管理措施、田間調(diào)查、采烤工藝及質(zhì)量安全評(píng)價(jià)等一系列大數(shù)據(jù)信息，主要包括田間氣象數(shù)據(jù)、土壤監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、煙葉檢測(cè)數(shù)據(jù)、煙葉產(chǎn)量數(shù)據(jù)、田間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、田間調(diào)查數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、施肥記錄數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型為具有空間屬性的GIS數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)、記錄文檔資料、圖片存檔資料等。

氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象局氣象數(shù)據(jù)中心和南平市氣象局的逐日氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)及空間化大數(shù)據(jù)[15-17];土壤數(shù)據(jù)來(lái)源于福建省煙草公司南平市公司煙科所自2011年以來(lái)的田間采樣數(shù)據(jù)，記錄了采樣點(diǎn)的空間地理信息及主要檢測(cè)指標(biāo);煙株數(shù)據(jù)來(lái)源于福建省煙草公司南平市公司煙科所和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所自2011年以來(lái)的煙葉檢測(cè)數(shù)據(jù)，地理信息與田間土壤采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)，包括了上、中、下三個(gè)部位煙葉的常規(guī)化學(xué)指標(biāo);文檔資料數(shù)據(jù)主要來(lái)自福建省煙草公司南平市公司煙科所和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所自2011年以來(lái)的田間調(diào)查記錄及自2007年以來(lái)的收購(gòu)效益等級(jí)記錄;基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)主要包括行政區(qū)邊界、道路、水域，分為地市、縣區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)三級(jí);影像數(shù)據(jù)包括圖片存檔資料和遙感數(shù)據(jù)兩種，圖片存檔資料對(duì)采樣點(diǎn)、試驗(yàn)及示范區(qū)域內(nèi)煙葉長(zhǎng)勢(shì)進(jìn)行圖片記錄存檔，遙感數(shù)據(jù)包括了NASA VIP、NOAA/AVHRR GIMMS、MODIS、Landsat TM/ETM+等多源遙感數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)總?cè)萘?gt;1 TB/年。

數(shù)據(jù)分別為實(shí)時(shí)觀測(cè)、衛(wèi)星獲取、田間實(shí)地采集及樣品檢測(cè)所獲取的數(shù)據(jù)，人為主觀因素的影響小，數(shù)據(jù)精度和準(zhǔn)確性高。數(shù)據(jù)計(jì)算依托福建省煙草公司南平市公司信息中心，該中心擁有完善的高效并行計(jì)算服務(wù)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器，計(jì)算速度快，系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、管理及計(jì)算，均實(shí)現(xiàn)了“1秒定律”水平，從各種類型的數(shù)據(jù)中快速

獲得高價(jià)值的信息。

2.1.2? 數(shù)據(jù)更新與計(jì)算? 按照數(shù)據(jù)時(shí)間尺度，大數(shù)據(jù)更新時(shí)間周期分別為每日、每周、每8天、每半月、每16天、生育期、每年等。其中，每日更新數(shù)據(jù)為氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)和田間實(shí)時(shí)觀測(cè)設(shè)備采集數(shù)據(jù);每周更新數(shù)據(jù)為田間土壤、煙葉定期采樣記錄文檔及樣品檢測(cè)數(shù)據(jù)、NASA VIP遙感數(shù)據(jù);每8天、每16天更新數(shù)據(jù)均為MODIS遙感數(shù)據(jù);每半月更新數(shù)據(jù)為NOAA/AVHRR GIMMS遙感數(shù)據(jù);按生育期更新數(shù)據(jù)為田間農(nóng)藝性狀調(diào)查及施肥記錄等文檔資料、田間調(diào)查圖片存檔資料;每年更新數(shù)據(jù)為收購(gòu)效益、等級(jí)記錄資料。數(shù)據(jù)計(jì)算則按照不同權(quán)限用戶需求，能夠針對(duì)不同時(shí)期、不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。

系統(tǒng)中的分析方法均以這些大數(shù)據(jù)為輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)計(jì)算。系統(tǒng)主要提供了煙葉生產(chǎn)養(yǎng)分精準(zhǔn)管理模型方法，借鑒了國(guó)際通用的農(nóng)業(yè)碳氮管理模型DNDC和生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)模型GLOPEM-CEVSA，基于南平煙區(qū)實(shí)際觀測(cè)和采樣數(shù)據(jù)，對(duì)模型進(jìn)行了本地優(yōu)化，確保了結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2? 用戶管理與數(shù)據(jù)安全管理

為保障系統(tǒng)及系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的安全性，在使用過(guò)程中只有經(jīng)審核授權(quán)后的用戶才有資格登陸系統(tǒng)，并對(duì)用戶進(jìn)行權(quán)限控制，不同權(quán)限的用戶登錄系統(tǒng)后只能操作權(quán)限內(nèi)的系統(tǒng)功能。同時(shí)，系統(tǒng)還具有日志管理功能，將自動(dòng)記錄用戶登陸時(shí)間、IP地址及具體操作內(nèi)容，以方便相關(guān)信息的審查。此外，為保證數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)安全，數(shù)據(jù)庫(kù)具備恢復(fù)和備份功能，系統(tǒng)的備份機(jī)制采用表空間為備份對(duì)象，短期（1個(gè)月）對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)做聯(lián)機(jī)增量備份，在長(zhǎng)周期（6個(gè)月）做脫機(jī)全庫(kù)備份。

2.2.1? GIS基礎(chǔ)功能? GIS基礎(chǔ)功能模塊具有一般的地圖操作功能，如縮放、漫游、查看屬性、鷹眼導(dǎo)航等，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中地圖信息的查詢與圖形瀏覽，以便于用戶直觀形象的了解基本數(shù)據(jù)信息。此外，系統(tǒng)還提供圖層管理功能，用戶可以根據(jù)需要對(duì)相關(guān)圖層進(jìn)行設(shè)置圖層渲染、圖層順序、圖層顯隱性、數(shù)據(jù)的查詢預(yù)覽等操作。

2.2.2? 數(shù)據(jù)管理? 數(shù)據(jù)管理包括對(duì)空間數(shù)據(jù)及非空間數(shù)據(jù)的管理?？臻g數(shù)據(jù)包括行政區(qū)劃、道路分布、農(nóng)田/煙田地塊分布、采樣點(diǎn)分布、氣象數(shù)據(jù)、土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)、區(qū)域地形數(shù)據(jù)等。非空間數(shù)據(jù)管理包括煙葉產(chǎn)量及等級(jí)、地塊施肥量、煙田試驗(yàn)數(shù)據(jù)、煙田移栽時(shí)間等文檔記錄數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)管理包括對(duì)數(shù)據(jù)的增、刪、改、查等基本操作及數(shù)據(jù)基本屬性信息編輯等，以方便數(shù)據(jù)的更新和快速提取。數(shù)據(jù)管理功能除了實(shí)現(xiàn)對(duì)空間和非空間數(shù)據(jù)的瀏覽、查看、編輯等功能外，還包括對(duì)系統(tǒng)的目錄管理、數(shù)據(jù)字典表管理、數(shù)據(jù)歸檔管理等。

2.2.3? 統(tǒng)計(jì)分析? 統(tǒng)計(jì)分析模塊是整個(gè)系統(tǒng)的重要業(yè)務(wù)模塊，系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)置不同的統(tǒng)計(jì)分析方法，能夠針對(duì)不同業(yè)務(wù)需求選取數(shù)據(jù)分析對(duì)象，同時(shí)根據(jù)前期錄入數(shù)據(jù)，捕捉相對(duì)應(yīng)的氣象因子、土壤因子[6]、煙葉長(zhǎng)勢(shì)[18]的動(dòng)態(tài)變化信息。該模塊能夠?qū)?shù)據(jù)庫(kù)中的所有空間數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、檢索和實(shí)時(shí)顯示，從而為區(qū)域內(nèi)煙葉生產(chǎn)提供強(qiáng)大的后臺(tái)數(shù)據(jù)運(yùn)行和分析平臺(tái)，為重要決策提供關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支持。

2.2.4? 大數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)模擬? 應(yīng)用服務(wù)模擬模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心應(yīng)用模塊，以煙葉生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的多源大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以面向煙葉生產(chǎn)實(shí)際需求為服務(wù)目標(biāo)，結(jié)合遙感、GIS數(shù)據(jù)及空間統(tǒng)計(jì)方法，構(gòu)建大數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)模型，并生成業(yè)務(wù)決策報(bào)告，為煙葉生產(chǎn)中的實(shí)際需求提供決策支持服務(wù)。

目前，系統(tǒng)中的大數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)模塊主要面向南平煙區(qū)煙田養(yǎng)分精準(zhǔn)管理需求，模型過(guò)程參考國(guó)際通用的農(nóng)業(yè)養(yǎng)分管理模型DNDC，建立了適用于南平煙區(qū)養(yǎng)分管理的模型過(guò)程，并基于田間觀測(cè)和采樣數(shù)據(jù)，對(duì)模型過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，確保了結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（1）生態(tài)因子驅(qū)動(dòng)產(chǎn)量形成過(guò)程。參照DNDC模型，基于氣溫、降水、輻射等生態(tài)因子，分為煙株生物量形成、根莖葉不同部位生物量分配及碳、氮、磷、鉀、鎂等主要養(yǎng)分元素在不同部位的分配過(guò)程三部分構(gòu)建產(chǎn)量形成過(guò)程模型。同時(shí)，基于已有的田間每7天煙株生物量、土壤、煙株采樣檢測(cè)大數(shù)據(jù)，對(duì)模型中的生態(tài)因子決定系數(shù)、不同部位分配比例、主要元素分配比例等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，建立南平煙區(qū)煙田養(yǎng)分精準(zhǔn)管理模型。

（2）煙株主要養(yǎng)分元素分配過(guò)程?；谑占囊酝嗄攴萆鷳B(tài)大數(shù)據(jù)，解析南平煙區(qū)生態(tài)條件的時(shí)間動(dòng)態(tài)過(guò)程，然后輸入到產(chǎn)量模型中，準(zhǔn)確刻畫南平煙區(qū)生態(tài)條件多年平均水平下，煙株生物量及根、莖、葉不同部位的產(chǎn)量及其主要養(yǎng)分元素含量的動(dòng)態(tài)分配過(guò)程，掌握南平煙區(qū)不同生育期生態(tài)條件、產(chǎn)量、主要養(yǎng)分元素含量的常態(tài)水平以及在該水平下的最優(yōu)施肥策略。

（3）養(yǎng)分供需匹配及施肥策略分析。首先，基于移栽期前煙田土壤采樣檢測(cè)數(shù)據(jù)，綜合前人研究方法[4，6，11]，評(píng)價(jià)煙田土壤肥力，結(jié)合以往年份土壤肥力水平及其基肥施肥量大數(shù)據(jù)確定基肥施用量;在大田期間，將田間實(shí)時(shí)觀測(cè)生態(tài)數(shù)據(jù)輸入到產(chǎn)量模型中，實(shí)時(shí)計(jì)算各時(shí)期養(yǎng)分元素需求量;與以往年份生態(tài)數(shù)據(jù)、產(chǎn)量及主要養(yǎng)分元素模型結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，比較實(shí)時(shí)生態(tài)條件下的產(chǎn)量及主要養(yǎng)分元素與平均生態(tài)條件下的差異，確定追肥施用量的調(diào)節(jié)策略。

2.2.5? 專題產(chǎn)品制圖? 系列專題制圖指在同一區(qū)域以相同標(biāo)準(zhǔn)化地理信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，編制多種專題地圖的一種制圖體制，是基于綜合利用地理信息數(shù)據(jù)而提出的，并在實(shí)踐中豐富和發(fā)展起來(lái)的。系統(tǒng)設(shè)置默認(rèn)的專題圖模板，根據(jù)業(yè)務(wù)需求獲得專題數(shù)據(jù)后進(jìn)行圖形輸出，輸出形式可通過(guò)繪圖儀輸出，也可選擇輸出地圖到本地存儲(chǔ)。

2.2.6? 系統(tǒng)其他工具? 系統(tǒng)除具有上述主要功能模塊外還具有系統(tǒng)其他工具：地圖編輯工具、專題圖模板修改及制作工具、插值分析工具、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工具、生成點(diǎn)位工具（根據(jù)導(dǎo)入的txt或Excel采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)生成shapefile文件）等。

3? 實(shí)際應(yīng)用效果

本研究基于GIS方法，采用C/S體系結(jié)構(gòu)，構(gòu)建南平煙區(qū)煙葉生產(chǎn)大數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)，2017年12月已將南平市2007年至2015年煙葉生產(chǎn)相關(guān)的空間數(shù)據(jù)及非空間數(shù)據(jù)全部導(dǎo)入系統(tǒng)。系統(tǒng)從硬件、軟件、數(shù)據(jù)、應(yīng)用、用戶不同層次建立了數(shù)據(jù)處理與管理流程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煙葉生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生大數(shù)據(jù)的流程化處理，并針對(duì)煙葉生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生大數(shù)據(jù)的復(fù)雜性，建立了不同來(lái)源、不同格式、不同屬性數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理、存儲(chǔ)方式，構(gòu)建了南平煙區(qū)煙草農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。應(yīng)用效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）不同級(jí)別用戶可根據(jù)自身權(quán)限和實(shí)際需求在系統(tǒng)中實(shí)時(shí)檢索查詢所關(guān)注區(qū)域的土壤、氣候、煙葉生產(chǎn)等方面的歷史基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及變化趨勢(shì)，為煙葉生產(chǎn)決策提供參考。

（2）結(jié)合煙葉生產(chǎn)中的實(shí)際需求，從煙田資源環(huán)境評(píng)價(jià)、養(yǎng)分管理及煙葉產(chǎn)質(zhì)量模擬三方面構(gòu)建了煙葉生產(chǎn)應(yīng)用服務(wù)模型庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了南平煙區(qū)生態(tài)平衡施肥，為南平煙區(qū)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了關(guān)鍵技術(shù)支持。2016年，基于往年的氣候、土壤肥力等變化趨勢(shì)、本年度的土壤肥力理化性狀分析結(jié)果、煙株養(yǎng)分的分配利用規(guī)律，應(yīng)用模型生產(chǎn)決策報(bào)告，給出施肥推薦方案，尤其是追肥策略的調(diào)整，并對(duì)當(dāng)年煙葉產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)產(chǎn)量為1 795.93 kg/hm2，8月份煙葉生產(chǎn)結(jié)束后統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量為1 811.57 kg/hm2，偏差為15.64 kg/hm2，模型模擬效果較好。然而，模型模擬的過(guò)程和參數(shù)設(shè)置是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程，需要多年份的數(shù)據(jù)支持，未來(lái)需要繼續(xù)進(jìn)行田間動(dòng)態(tài)采樣，對(duì)模型過(guò)程和參數(shù)設(shè)置進(jìn)行優(yōu)化，確保模型模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4? 展? 望

4.1? 面向“互聯(lián)網(wǎng)+煙草農(nóng)業(yè)”發(fā)展

本研究采用C/S體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建的南平煙區(qū)煙葉生產(chǎn)大數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)，主要用于南平煙區(qū)煙葉生產(chǎn)大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和應(yīng)用服務(wù)分析，是煙葉生產(chǎn)的管理人員對(duì)煙田日常信息獲取與管理的數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)，是建設(shè)南平煙區(qū)煙草農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)中心的平臺(tái)基礎(chǔ)。未來(lái)將基于該系統(tǒng)，同時(shí)結(jié)合B/S體系結(jié)構(gòu)[13]，構(gòu)建面向“互聯(lián)網(wǎng)+煙草農(nóng)業(yè)”信息化體系，在對(duì)煙葉生產(chǎn)大數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理的同時(shí)，通過(guò)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行發(fā)布，在網(wǎng)絡(luò)客戶端實(shí)現(xiàn)不同權(quán)限用戶的數(shù)據(jù)可視化和信息查詢。此外，開發(fā)手持端APP，在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)可視化和信息查詢的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙田信息的即時(shí)采集和數(shù)據(jù)上傳。

4.2? 面向現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)發(fā)展

本研究構(gòu)建的煙葉生產(chǎn)大數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)，為建立南平煙區(qū)煙草農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)中心提供了基礎(chǔ)平臺(tái)支持。在系統(tǒng)平臺(tái)支持下，不僅實(shí)現(xiàn)了煙葉生產(chǎn)大數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化存儲(chǔ)、管理和分析，還能夠依據(jù)實(shí)際需求實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用服務(wù)，并且以煙葉產(chǎn)量遙感模擬為例對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)介。下一步將根據(jù)煙葉生產(chǎn)中的多方面專題需求，集成衛(wèi)星遙感、航空無(wú)人機(jī)、田間觀測(cè)一體化的農(nóng)業(yè)遙感應(yīng)用[1]，實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域尺度的實(shí)際應(yīng)用，如煙田養(yǎng)分管理[6， 14]、煙葉長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)[18]等，實(shí)現(xiàn)煙草農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展對(duì)未來(lái)煙草農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)中心研究的專題功能訴求。因此，未來(lái)計(jì)劃以該系統(tǒng)為基礎(chǔ)，在建立煙草農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)中心、完善數(shù)據(jù)管理與共享發(fā)布體系的基礎(chǔ)上，構(gòu)建專題應(yīng)用服務(wù)模型庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)南平煙區(qū)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)發(fā)展的有力支撐。

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