梁驍 韋寧 姚姿娜

摘 ?要：在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、信息化的發(fā)展過程中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)已成為重要的戰(zhàn)略資源。信息化、自動(dòng)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理都依賴于完善的生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。相關(guān)生產(chǎn)服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)能夠充分利用這些資源，增進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高質(zhì)量發(fā)展。人工智能是國(guó)家明確大力支持的未來科技研究核心，國(guó)家贏得全球科技競(jìng)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán)的重要戰(zhàn)略抓手。將農(nóng)業(yè)信息化和人工智能相結(jié)合，建設(shè)智能化生產(chǎn)服務(wù)平臺(tái)，可以極大地助力農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)水平的提高。為特定行業(yè)設(shè)計(jì)的具有高度針對(duì)性的智能化生產(chǎn)服務(wù)平臺(tái)對(duì)比普遍適用型的平臺(tái)，具有更高的專業(yè)水平，對(duì)特定行業(yè)的信息挖掘度更深，能夠提供更細(xì)致、更精準(zhǔn)的智能服務(wù)。本文針對(duì)葡萄種植的專業(yè)特點(diǎn)，對(duì)基于人工智能的生產(chǎn)服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，介紹了服務(wù)平臺(tái)基本框架、功能設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：葡萄種植;數(shù)據(jù)服務(wù);智能分析

中圖分類號(hào)：TP399;TP182 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）12-0106-03

Abstract：In the process of agricultural modernization and informatization，the basic data of agricultural production has become an important strategic resource. Informatization and automation of agricultural production management depend on perfect production basic data. The construction of relevant production service platforms can make full use of these resources and improve the high-quality development of agricultural production. Artificial intelligence is the core of scientific and technological research in the future，which is strongly supported by the country. It is an important strategic grasp for the country to win the initiative of global scientific and technological competition. The combination of agricultural informatization and artificial intelligence and the construction of intelligent production service platform can greatly contribute to the improvement of agricultural production service level. Intelligent production service platform designed for specific industries has higher professional level，deeper information mining degree for specific industries，and can provide more detailed and accurate intelligent services compared with the universal platform. In this paper，aiming at the professional characteristics of grape cultivation，the production service platform based on artificial intelligence is studied and designed，and the basic framework，function design and key technologies of the service platform are introduced.

Keywords：grape cultivation;data service;intelligent analysis

0 ?引 ?言

得益于互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等高新技術(shù)的發(fā)展，在信息化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化高速發(fā)展的當(dāng)下，農(nóng)業(yè)信息資源在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中發(fā)揮著重要的作用。在國(guó)家大力推動(dòng)人工智能技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)下，要將人工智能技術(shù)應(yīng)用在新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式中，尤其需要以大量農(nóng)業(yè)專業(yè)信息為依托。葡萄種植產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)建設(shè)專業(yè)的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫和智能化服務(wù)平臺(tái)，在縱向上能夠提供具有較強(qiáng)針對(duì)性的產(chǎn)業(yè)信息資源管理和利用手段，實(shí)現(xiàn)專門、專業(yè)的生產(chǎn)管理決策輔助和生產(chǎn)自動(dòng)化輔助，在橫向上能夠?yàn)槠渌嚓P(guān)生產(chǎn)服務(wù)領(lǐng)域提供專業(yè)數(shù)據(jù)支持，更進(jìn)一步可作為人工智能技術(shù)進(jìn)入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的示范。在豐富的農(nóng)業(yè)信息資源基礎(chǔ)上，利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集、分析工具，實(shí)現(xiàn)全面、精準(zhǔn)的系統(tǒng)性分析。這樣不但能夠提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)性和相關(guān)服務(wù)的準(zhǔn)確性，而且也能為政府管理理念的轉(zhuǎn)變和管理水平的提高提供有力支持。

1 ?農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息化概況

隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化智能化建設(shè)方面工作的不斷深入，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)資源建設(shè)取得了巨大的進(jìn)步。憑借現(xiàn)今高度發(fā)達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和既有農(nóng)業(yè)科技數(shù)據(jù)庫，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和種植管理數(shù)據(jù)能夠從多種渠道獲得。不僅各級(jí)農(nóng)業(yè)部門建設(shè)了農(nóng)業(yè)信息服務(wù)平臺(tái)，農(nóng)業(yè)部也針對(duì)多個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)行業(yè)建設(shè)了行業(yè)數(shù)據(jù)庫。目前我國(guó)農(nóng)業(yè)網(wǎng)站已達(dá)到數(shù)萬家，很多面向公眾的網(wǎng)站提供了大量信息資源接口，這些資源為建立葡萄智能化生產(chǎn)服務(wù)平臺(tái)提供了極大的便利。

2 ?葡萄智能化生產(chǎn)服務(wù)平臺(tái)的特點(diǎn)

葡萄智能化生產(chǎn)服務(wù)平臺(tái)是一種將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)、數(shù)據(jù)可視化技術(shù)融合在一起，針對(duì)葡萄生產(chǎn)專業(yè)領(lǐng)域?yàn)樯鐣?huì)公眾提供服務(wù)的智能化系統(tǒng)。

葡萄智能化生產(chǎn)服務(wù)平臺(tái)是借助于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等高新技術(shù)打造的新型網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)，具有以下特點(diǎn)。

2.1 ?智能化

融合經(jīng)過深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練的人工智能，使之充分利用平臺(tái)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，發(fā)揮其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力，為公眾提供葡萄生長(zhǎng)周期指標(biāo)分析、生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析、病蟲害自動(dòng)識(shí)別和防治方案自動(dòng)推薦等智能化功能。平臺(tái)服務(wù)覆蓋葡萄生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，最大程度地使生產(chǎn)過程擺脫對(duì)農(nóng)技人員的依賴。

2.2 ?互動(dòng)性

通過互聯(lián)網(wǎng)將人員、數(shù)據(jù)、生產(chǎn)環(huán)境聯(lián)通起來，允許使用手機(jī)、個(gè)人電腦、無人機(jī)、傳感器、網(wǎng)絡(luò)視頻設(shè)備等遠(yuǎn)程訪問服務(wù)平臺(tái)。為生產(chǎn)管理提供高效、多樣、便捷的互動(dòng)方式。

2.3 ?靈活性

服務(wù)平臺(tái)可部署于企業(yè)服務(wù)器、云服務(wù)器等環(huán)境，支持大容量可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和高并發(fā)的網(wǎng)絡(luò)訪問，可以持續(xù)擴(kuò)大基礎(chǔ)數(shù)據(jù)量以及添加新功能模塊。

3 ?智能化生產(chǎn)服務(wù)平臺(tái)基本框架

平臺(tái)建設(shè)應(yīng)遵循規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、高實(shí)用性、高可靠性、高安全性的原則，合理設(shè)計(jì)建設(shè)，保證服務(wù)平臺(tái)運(yùn)行順暢、高效、健壯。其基本框架組成如圖1所示。

3.1 ?基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫

建庫所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源主要包括以下幾個(gè)方面。

3.1.1 ?地理氣候環(huán)境數(shù)據(jù)

地理氣候環(huán)境包括葡萄種植地區(qū)的區(qū)域地形地貌、海拔、經(jīng)緯度、氣候帶等宏觀環(huán)境數(shù)據(jù)，以及歷年溫度、濕度、降雨、光照變化、自然災(zāi)害等長(zhǎng)期歷史數(shù)據(jù)。這些信息幫助生產(chǎn)管理者掌握種植地區(qū)的總體情況，輔助制定生產(chǎn)計(jì)劃。

3.1.2 ?生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

葡萄種植園區(qū)的即時(shí)監(jiān)控環(huán)境數(shù)據(jù)和長(zhǎng)期變化歷史數(shù)據(jù)，包括空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、光照時(shí)長(zhǎng)、土壤溫度、土壤張力、土壤水分、酸堿度、氧含量、二氧化碳濃度、降雨量、風(fēng)速、風(fēng)向等多個(gè)指標(biāo)。這些信息精確表現(xiàn)葡萄生長(zhǎng)環(huán)境的細(xì)微變化，可用于標(biāo)準(zhǔn)生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)模型的建立，幫助管理人員及時(shí)了解現(xiàn)狀，迅速做出必要反應(yīng)。

3.1.3 ?生長(zhǎng)周期數(shù)據(jù)

葡萄整個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)的植株生理生長(zhǎng)指標(biāo)，包括根、莖長(zhǎng)、葉長(zhǎng)、葉片面積、掛果時(shí)間、果實(shí)直徑等。這些信息直接描述了葡萄的長(zhǎng)勢(shì)、健康、營(yíng)養(yǎng)狀況，可用于葡萄標(biāo)準(zhǔn)生長(zhǎng)周期模型的建立，幫助管理人員密切關(guān)注其生長(zhǎng)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

3.1.4 ?實(shí)用種植技術(shù)數(shù)據(jù)

收集葡萄種植相關(guān)的各種使用種植技術(shù)文獻(xiàn)，從中解析技術(shù)數(shù)據(jù)，保存在數(shù)據(jù)庫，以知識(shí)庫的形式提供給用戶作為技術(shù)支持資源。

3.1.5 ?病蟲害防治數(shù)據(jù)

危害葡萄種植生長(zhǎng)的各種病蟲害數(shù)據(jù)，包括病因、病征、辨別標(biāo)準(zhǔn)、防治方法、歷史發(fā)病記錄等。這些信息旨在與專業(yè)的數(shù)據(jù)分析工具相結(jié)合，及時(shí)對(duì)可能的病蟲害發(fā)出警報(bào)、提供專業(yè)辨識(shí)方法、提出專業(yè)防治方案，從而預(yù)防和減少因病蟲害帶來的損失。

3.1.6 ?價(jià)格行情數(shù)據(jù)

定時(shí)獲取各個(gè)省份地區(qū)葡萄市場(chǎng)行情和歷史價(jià)格走勢(shì)數(shù)據(jù)。通過對(duì)市場(chǎng)行情和供需關(guān)系的分析，輔助管理者調(diào)整生產(chǎn)銷售計(jì)劃，最終獲得更好的效益。

3.2 ?數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)處理層主要完成數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)整合、挖掘分析工作，把零散的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為針對(duì)專門需求的、具有知識(shí)邏輯價(jià)值的有用數(shù)據(jù)，支撐應(yīng)用接口層。

3.2.1 ?數(shù)據(jù)清洗

從外部數(shù)據(jù)源導(dǎo)入生產(chǎn)數(shù)據(jù)時(shí)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗工作。通過編寫數(shù)據(jù)過濾整理程序處理其中缺失的或異常的數(shù)據(jù)值，保留有效的數(shù)據(jù)。

3.2.2 ?數(shù)據(jù)整合

對(duì)于多種類型、多種業(yè)務(wù)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理程序在各個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)之間建立關(guān)系，形成數(shù)據(jù)知識(shí)圖譜。

3.2.3 ?數(shù)據(jù)挖掘

根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)挖掘分析模型，從既有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中提取相應(yīng)的數(shù)據(jù)提供給分析模型完成分析工作。

3.3 ?應(yīng)用接口層

接口層根據(jù)用戶主體類型的不同、需求的不同、權(quán)限的不同，提供具有針對(duì)性的應(yīng)用程序外部接口。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模糊查詢、圖形報(bào)表展示、數(shù)據(jù)共享、環(huán)境數(shù)據(jù)分析、生長(zhǎng)數(shù)據(jù)分析、病蟲害數(shù)據(jù)分析等接口服務(wù)。

3.4 ?信息安全體系

設(shè)計(jì)一整套數(shù)據(jù)庫硬件環(huán)境安全、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境安全、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安全、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全、運(yùn)營(yíng)管理安全的安全保障技術(shù)體系，保證基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.5 ?標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系

對(duì)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)格式、處理程序設(shè)計(jì)開發(fā)、應(yīng)用接口設(shè)計(jì)開發(fā)、智能化服務(wù)實(shí)現(xiàn)設(shè)定一整套格式、編碼和接口規(guī)范，作為平臺(tái)在開發(fā)建設(shè)過程中必須遵守的規(guī)則。在平臺(tái)的后續(xù)開發(fā)升級(jí)中也應(yīng)遵守這些規(guī)則，保證平臺(tái)的健壯性和可維護(hù)性。

4 ?智能服務(wù)功能設(shè)計(jì)

通過整理和分析多方面的葡萄生產(chǎn)種植數(shù)據(jù)，構(gòu)建統(tǒng)一規(guī)范、便于共享的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，并在此基礎(chǔ)之上搭建數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)，為政府、企業(yè)、公眾提供數(shù)據(jù)資源共享服務(wù)。服務(wù)范圍主要包括基礎(chǔ)信息資源服務(wù)、生理生長(zhǎng)智能分析服務(wù)、種植環(huán)境智能分析服務(wù)、在線健康診斷服務(wù)和市場(chǎng)分析服務(wù)。

4.1 ?基礎(chǔ)信息資源服務(wù)

對(duì)社會(huì)組織和用戶進(jìn)行細(xì)致的分類、分級(jí)，為各種組織、用戶類型設(shè)計(jì)相應(yīng)的開放數(shù)據(jù)接口。從信息資源庫中提取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)業(yè)務(wù)類型進(jìn)行整合、分析、分類，通過開放數(shù)據(jù)接口提供給用戶，以滿足各類型各級(jí)別用戶的不同需求。提供包括地理信息數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)化種植技術(shù)數(shù)據(jù)、市場(chǎng)行情數(shù)據(jù)、病蟲害防治知識(shí)庫等在內(nèi)的信息查詢展示服務(wù)。

4.2 ?生理生長(zhǎng)智能分析服務(wù)

收集低、中、高端各個(gè)葡萄品種的標(biāo)準(zhǔn)生長(zhǎng)數(shù)據(jù)，研究智能分析引擎系統(tǒng)，匹配數(shù)學(xué)模型，自動(dòng)智能判斷葡萄生長(zhǎng)情況，模擬葡萄種植專家自動(dòng)修正完善工作內(nèi)容，大幅降低葡萄生產(chǎn)對(duì)農(nóng)技人員的依賴程度。

4.3 ?種植環(huán)境智能分析服務(wù)

收集葡萄種植的適宜生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化種植生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)控模型。智能分析實(shí)際種植環(huán)境數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)種植環(huán)境中存在的不利因素，對(duì)用戶發(fā)出預(yù)警消息，提醒用戶調(diào)整種植養(yǎng)護(hù)工作，以提高葡萄產(chǎn)量。

4.4 ?在線健康診斷服務(wù)

收集危害葡萄生長(zhǎng)的病蟲害信息，將機(jī)器學(xué)習(xí)樣本導(dǎo)入人工智能數(shù)據(jù)庫。通過深度學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)基于計(jì)算機(jī)視覺的圖片分析功能，使其能夠從用戶上傳的現(xiàn)場(chǎng)照片快速辨認(rèn)出可能發(fā)生的病蟲害癥狀，并推薦有效的防治手段。

4.5 ?市場(chǎng)分析服務(wù)

通過收集和分析近期市場(chǎng)行情數(shù)據(jù)，以圖形報(bào)表的方式向用戶展示葡萄產(chǎn)量狀況、消費(fèi)狀況、進(jìn)出口數(shù)據(jù)和市場(chǎng)價(jià)格走勢(shì)等信息。

5 ?關(guān)鍵技術(shù)

5.1 ?數(shù)據(jù)接口

數(shù)據(jù)接口是用戶和其他網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用訪問本數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)資源的入口。數(shù)據(jù)接口在廣域網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布，監(jiān)聽接收來自網(wǎng)絡(luò)的用戶訪問請(qǐng)求，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求參數(shù)自動(dòng)識(shí)別用戶身份、確定用戶請(qǐng)求的目的，調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)程序模塊，獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)資源，再向用戶發(fā)送包含有效數(shù)據(jù)的反饋信息，實(shí)現(xiàn)查詢、統(tǒng)計(jì)等操作。數(shù)據(jù)接口能夠屏蔽用戶的網(wǎng)絡(luò)差異、操作系統(tǒng)差異，也使用戶無需關(guān)心數(shù)據(jù)庫的具體結(jié)構(gòu)，只要專注在業(yè)務(wù)方面，為特定業(yè)務(wù)調(diào)取對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)接口就可以滿足業(yè)務(wù)需求。

5.2 ?計(jì)算機(jī)視覺

計(jì)算機(jī)視覺是通過對(duì)圖片、視頻文件進(jìn)行分析處理，讓計(jì)算機(jī)能夠從中收集三維信息，從而模擬人類對(duì)環(huán)境的感知能力的一門綜合性學(xué)科。計(jì)算機(jī)視覺的實(shí)現(xiàn)包括計(jì)算機(jī)科學(xué)、工程學(xué)、物理學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、神經(jīng)學(xué)等多個(gè)門類的科學(xué)研究成果。以相機(jī)、攝像機(jī)等各種錄影設(shè)備拍攝的圖像作為計(jì)算機(jī)視覺采集的輸入，經(jīng)過訓(xùn)練的人工智能分析模塊可以從這些圖像中讀取信息，發(fā)現(xiàn)圖像中包含的元素，理解其中的意義。

5.3 ?深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)視覺的一項(xiàng)重要工具，它模擬人腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，模仿人類對(duì)信息的解釋方式。端到端學(xué)習(xí)的概念讓計(jì)算機(jī)在分析對(duì)象中自動(dòng)尋找特征，發(fā)現(xiàn)其中潛在的模式。經(jīng)過對(duì)大量數(shù)據(jù)的分析學(xué)習(xí)能夠獲得訓(xùn)練好的學(xué)習(xí)模型，并投入到目標(biāo)領(lǐng)域中進(jìn)行分析工作。目前，深度學(xué)習(xí)被廣泛應(yīng)用在搜索引擎、智能問答和圖像識(shí)別等領(lǐng)域。

6 ?結(jié) ?論

在如今農(nóng)業(yè)走向信息化的時(shí)代，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)資源已經(jīng)成為市場(chǎng)的焦點(diǎn)，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步快速發(fā)展受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息化程度的影響。尤其是在國(guó)家扶貧攻堅(jiān)的大背景下，大力發(fā)展農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)，把農(nóng)業(yè)生產(chǎn)推向信息化、自動(dòng)化、智能化，更具有重要的政治經(jīng)濟(jì)價(jià)值。建設(shè)葡萄智能化生產(chǎn)服務(wù)平臺(tái)，一方面對(duì)于葡萄種植專業(yè)領(lǐng)域可做出專業(yè)示范，另一方面也可以在其他種植項(xiàng)目中擴(kuò)展開來，收集更多其它農(nóng)業(yè)作物的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，秉承專業(yè)為先、廣泛覆蓋的理念，為我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供助力。

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作者簡(jiǎn)介：梁驍（1986-），男，漢族，廣西融安人，軟件工程師，助理工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件開發(fā)。