山东省智慧精准农业气象服务平台的设计与实现.pdf

第1期 第60卷第1期 2021年1月 湖北农业科学 Hubei Agricultural Sciences Vol 60No 1 Jan 2021 李玉华 褚 希 张 红 等 山东省智慧精准农业气象服务平台的设计与实现 J 湖北农业科学 2021 60 1 147 150 183 收 稿 日 期 2020 08 03 基 金 项 目 华东区域气象科技协同创新基金合作项目 QYHZ201814 山东省气象局气象科学技术研究项目 2018sdqxz07 作 者 简 介 李玉华 1965 男 山东莱阳人 高级工程师 主要从事气象服务与应用气象研究 电话 0531 81603661 电子信箱 lyh15666976863 通信作者 褚 希 1982 女 山东临沂人 高级工程师 硕士 主要从事气象服务研究 电子信箱 sdchuxi 山东省是农业大省 随着农业结构的不断调整 优化 科技兴农的大力实施 以及农业产业化 标准 化 国际化的全面推进 山东省农业正在由传统农业 向现代农业转变 无人机等现代化高科技产品在农 业监测 种植 生产 遥感中已开始应用 现代农业的 特征是智慧农业 是以智慧经济为主导 大健康产业 为核心的自动化 个性化 艺术化 生态化 规模化 精准化农业 1 4 现代农业迫切需要气象服务尽快 适应智慧农业的需要 由传统服务向智慧农业气象 服务转变 由于现代信息技术的发展 移动互联网 和智能手机的普及 已经具备了气象服务供给侧与 用户需求侧之间进行快速 高效信息交互的基础条 件 因此 基于位置的精准为农气象服务成为可能 随着气象现代化的不断进步 山东省农业气象服务 山 东 省 智 慧 精 准 农 业 气 象 服 务 平 台 的 设 计 与 实 现 李 玉 华 褚 希 张 红 车 军 辉 李 文 科 山东省气象服务中心 济南 250031 摘 要 为 适 应 现 代 农 业 气 象 服 务 需 要 建 立 以 用 户 需 求 为 导 向 的 精 准 为 农 气 象 服 务 业 务 基 于Html5 技 术 开 发 了 山 东 省 智 慧 精 准 农 业 气 象 服 务 平 台 平 台 根 据 用 户 精 细 气 象 需 求 加 入 用 户 对 气 象 指 标 的 精 准 订 正 信 息 构 建 作 物 气 象 指 标 库 和 用 户 气 象 指 标 库 建 立 农 作 物 全 生 育 期 适 宜 度 预 报 模 型 结 合 气 象 实 时 监 测 气 象 预 警 预 报 农 业 气 象 预 报 等 信 息 实 现 基 于 用 户 位 置 和 需 求 的 精 准 为 农 气 象 服 务 产 品 的 制 作 和 发 布 平 台 基 于LBS 服 务 将 精 细 化 预 报 技 术 与WEBGIS 技 术 相 结 合 建 立 了 针 对 用 户 一 对 一 的 精 准 农 业 气 象 服 务 业 务 已 在 山 东 省 市 县 三 级 气 象 部 门 广 泛 应 用 关 键 词 现 代 农 业 智 慧 服 务 服 务 平 台 精 准 服 务 中 图 分 类 号 P49 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 0439 8114 2021 01 0147 04 DOI 10 14088 ki issn0439 8114 2021 01 030 开 放 科 学 资 源 服 务 标 识 码 OSID D e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n o f t h e i n t e l l i g e n t a n d a c c u r a t e a g r o m e t e o r o l o g i c a l s e r v i c e p l a t f o r m i n S h a n d o n g p r o v i n c e L I Y u h u a C H U X i Z H A N G H o n g C H E J u n h u i L I W e n k e ShandongProvincialMeteorologicalServiceCenter Jinan 250031 China A b s t r a c t Inordertomeettheneedsofmodernagriculturalmeteorologicalservicesandestablishtheaccurateserviceforagrometeoro logicalbyuserdemand oriented theintelligentandaccurateagrometeorologicalserviceplatforminShandongprovincewasdeveloped basedonHtml5technology Accordingtothedetailedmeteorologicalneedsofusers theaccurateinformationofmeteorologicalindica torswasadded thecropmeteorologicalindexdatabaseandtheusersmeteorologicalindexdatabasewereconstructed andthepredic tionmodelforthesuitabilityofcropsinthewholegrowthperiodwasestablished Theplatformcombinedwithmeteorologicalreal time data meteorologicalearlywarningandforecast agriculturalforecastandotherinformation basedontheuser slocationanddemand theproductionanddisplayofagriculturalmeteorologicalserviceproductswererealized BasedonLBSandcombinedtherefinedfore casttechnologywithWEBGIStechnology theplatformhasestablisheda one to one agriculturalmeteorologicalserviceforusers TheplatformhasbeenwidelyusedinShandongprovince K e y w o r d s modernagriculture intelligentservice serviceplatform accurateservice 湖 北 农 业 科 学 2021年 基础有了长足发展 分钟级气象观测 短时临近气象 预报 精细化智能网格预报 实时气象服务信息推 送 基于用户位置的智慧气象服务等技术日趋成熟 具备了研发针对作物生长全过程 专业化 精细化的 智慧农业气象服务平台 实现气象服务与农业需求 紧密结合的智慧精准农业气象服务条件 5 9 山东省智慧精准农业气象服务平台基于Html5 技术 依托常规气象观测和预报信息 通过对用户种 植作物 气象需求等信息的精准感知 将气象服务与 用户需求深度结合 实现基于用户位置和需求的精 准为农气象服务产品制作 利用LBS服务技术 精细 化预报技术和WEBGIS技术 实现对用户 一对一 的精准农业气象服务 平台为省 市 县三级气象部 门提供农业气象服务技术支撑 可有效满足现代农 业精准气象服务需求 1 平 台 设 计 山东省智慧精准农业气象服务平台具备常规气 象数据及农业气象数据获取 气象信息与用户需求 精准匹配 基于用户位置的短时临近预警推送以及 用户交互农业气象信息管理 各类作物全生育期气 象指标和用户个性化指标管理等功能 用户服务需 求等交互信息 可通过面向用户的手机客户端采集 实现 由手机客户端传回平台后端系统 1 1 平 台 架 构 平台分为原始数据层 数据处理层 技术支撑 层 产品加工层 平台管理与应用层 原始数据层 汇集地面气象观测数据 农业气象 观测数据 预报预警数据 精细化格点预报数据 地 理信息数据 农业信息数据 农业病虫害数据 农业 气象服务数据以及用户气象指标数据等 数据处理 层包括数值预报的解析应用 气象数据分析算法 农 业气象要素阈值分析方法 灾害落区算法 雷达拼图 数据叠加方法 作物生育期算法 生长适宜度预报方 法 农事建议分析方法 人工智能 AI 机器学习算 法 大数据分析方法等 技术支撑层为系统开发工 具 包括WEBGIS WEBAPI Html5等 产品加工层 进行气象数据查询分析 气象数据结合指标分析 气 象服务专报产品制作等 平台管理与应用层包括用 户信息管理 气象信息管理 平台客户端管理 手机 客户端应用等 1 2 数 据 流 设 计 平台数据来自于气象数据源和用户数据源 气 象数据源主要是气象信息中心CIMISS 全国气象信 息共享平台 接口数据以及各级农业气象信息 10 11 用户数据源主要是山东省为农气象服务手机APP 锄禾问天 的用户交互数据 平台使用气象数 据源和已有用户指标数据源的数据 结合作物全生 育期农事活动气象指标 通过运用短时临近气象预 报技术 人工智能 AI 强对流灾害预警技术 农业灾 害性天气预报技术 农事活动分析技术等进行数据 分析 形成为农气象服务产品 推送云服务端 通过 锄禾问天 手机APP为用户服务 12 17 用户获取服 务产品后 可结合种植实际 通过手机APP提交更 加精细化的气象需求 并根据个人种植经验调整气 象影响指标 形成用户个人指标数据 平台获取用户 个人指标数据 进行质量控制后 对气象指标进行重 新修订 加入到用户个人指标数据库中 平台将结合 用户个人指标 将气象信息与用户需求进行重新匹 配 分析形成精准的 一对一 气象服务产品 推送给 用户 平台的数据流如图1所示 图 1 山 东 省 智 慧 精 准 农 业 气 象 服 务 平 台 数 据 流 148 第1期 1 3 开 发 工 具 及 关 键 技 术 山东省智慧精准农业气象服务平台基于Linux 内核开发 构建在LinuxServer系统之上 系统后台 使用Java语言开发 平台终端使用Html Css Js方式 进行开发 平台的关键技术主要包括使用MySQL数据库 构建作物指标库 用户个人指标库 搭建分析产品计 算模型 基于服务器信息推送技术 在监测到实况告 警 作物适宜度告警 作物灾情预报等信息时 使用 Socket技术自动为用户推送 基于LBS服务 利用 GPS定位技术 将精细化预报技术与WEBGIS技术 相结合 实现基于用户位置的精准气象服务信息的 推送 18 21 利用地理信息技术 使用LeafletWEB GIS承载多种地图 提供多种地图的切换显示 使用 GeoJson数据格式叠加各种地理信息 利用动态图 形绘制技术 根据站点信息绘制色斑图以及等值线 图形 计算采样点的经纬度偏差 进行图形经纬度位 置校正后叠加在WEBGIS地图中 利用Canvas技术 进行数据处理 实现风场粒子流等动画效果 使用 Echarts D3可视化技术进行可视化展示 2 平 台 实 现 山东省智慧精准农业气象服务平台为基于Html 5标准建设的Web服务端 界面采用WEBGIS天地 图作为承载 用GIS地图方式承载关键信息 进行气 象数据可视化展示 提供常规气象及农业气象灾害 监测预报预警信息服务 农业气象服务产品的制作 与发布服务 用户信息交互及个性化服务 平台可进 行数据统计分析和后台数据管理 是集气象灾害预 警 农业气象预报 数据产品 产品制作 系统管理于 一体的综合业务平台 平台的主界面见图2 图 2 山 东 省 智 慧 精 准 农 业 气 象 服 务 平 台 主 界 面 2 1 平 台 主 要 功 能 2 1 1 常 规 气 象 灾 害 预 警 预 报 利用气象实况格点 化 智能网格预报格点化数据 结合雷达灾害性天气 自动识别技术 基于用户位置推送灾害性天气实况 灾害性天气预警信号 灾害性天气预报 农业气象灾 害预警等消息 针对灾害天气影响作物的情况进行 分析及统计 2 1 2 农 业 气 象 服 务 针对林果 蔬菜 设施农业 大田农业等 涵盖苹果 梨 枣 大樱桃 黄瓜 大白 菜 姜 蒜 大豆 小麦 玉米 花生 棉花 牡丹 茶 酿 酒葡萄等 结合作物气象指标 为用户提供作物气 象灾害监测 作物全生育期气象要素适宜度监测和 作物全生育期农事活动监测等农业气象服务 2 1 3 数 据 产 品 分格点数据 常规数据和产品3 部分 格点数据分为格点实况和格点预报 针对不同 的要素 如气温 露点温度 降水量 相对湿度和风速 等要素的格点实况数据以及气温 3h降水 风速 最高 气温和最低气温等要素的格点预报数据进行分析 在GIS地图上给出对应的格点数据产品 常规数据 主要包含站点数据 历史日数据 历史小时数据 雷 达图 云图以及气象预警等数据 产品主要包括农业 气象旬月报 干旱监测 设施农用天气周报等作物长 势监测 气候预测和气候评价等农业气象服务专报 2 1 4 产 品 制 作 包括作物生长分析产品和气象证 明的制作 作物生长分析 对作物全生育期内不同 的气象要素进行分析 给出作物全生育期的适宜度 气象证明 可对用户上传的气象证明申请进行审核 并及时反馈给用户 2 1 5 系 统 管 理 对系统指标库 用户指标库 气候 品质指标库等进行管理 进行作物生育期管理 基于 数据库技术建设用户 权限 定制等后端数据库 进 行用户分类管理 产品和功能权限管理 2 2 平 台 精 准 服 务 平台可为用户提供气象灾害落区 作物气象灾 害及农事活动适宜度监测 作物全生育期气象要素 适宜度监测等精准农业气象服务 2 2 1 气 象 灾 害 落 区 精 准 服 务 平台通过未来10d 逐3h间隔的大雨 暴雨 大暴雨 大风 高温以及强 降温等融合气象灾害指标分析 计算出未来10d的 气象灾害落区产品并叠加到地图中 平台通过获得 落区产品与用户定位功能和用户的种植作物信息相 融合 自动分析出灾害落区内影响的所有种植作物 以及每种作物的占比 在平台的常规气象灾害功能 模块 给出灾害落区影响分析以及影响作物种类划 分 图3 2 2 2 作 物 气 象 灾 害 及 农 事 活 动 适 宜 度 监 测 平台 通过建立农作物全生育期适宜度预报模型 农事活 动动态指标库 结合常规预报 农业气象预报数据 土壤墒情等 针对作物不同生育期内的气象灾害 进 行气象灾害监测 平台融合系统指标库和用户个人 指标库 针对农事活动适宜度监测 分析当前作物最 李玉华等 山东省智慧精准农业气象服务平台的设计与实现 149 湖 北 农 业 科 学 2021年 适宜的农事活动 给予用户农事建议 在平台农业 气象服务功能模块中 给出作物气象灾害分析及农 事活动建议 图4 图 3 灾 害 落 区 产 品 展 示 图 4 作 物 气 象 灾 害 及 农 事 活 动 适 宜 度 监 测 2 2 3 作 物 全 生 育 期 气 象 要 素 适 宜 度 监 测 平台利 用作物生长分析功能 在不同生育期进行气象要素指 标分析 按照预设的气象要素指标区间 给出当前的 气象要素是否适宜作物生长 并给予用户提醒 通过 要素阈值计算各生育期的适宜天数 计算出各生育 期的适宜度百分比 得出作物全生育期的适宜度 从 而给出作物全生育期气候品质适宜度产品 在平台 的产品制作模块中给出作物生长分析详情 图5 图 5 作 物 生 长 适 宜 度 预 报 展 示 3 平 台 应 用 山东省智慧精准农业气象服务平台可为山东 省 市 县3级气象部门提供精准农业气象服务产品 制作和发布服务 平台可在Web服务端进行灾害监 测 服务产品 实况信息 灾害落区等产品展示 提供 作物的灾害监测 适宜度 农事活动服务以及数据统 计分析 为精准农业气象服务提供支持 此外 平台 提供农业气象灾害预警信息地图展示 预报预警产 品发布统计 气象要素实况信息展示 灾害落区内种 植户占比统计等 通过对气象预报 实况数据和历史 数据的综合统计与分析 为气象部门精准农业气象 服务决策提供支持 以山东省智慧精准农业气象服务平台为后台支 撑 开发了面向用户的 锄禾问天 手机APP 锄禾 问天 手机APP作为用户气象需求的采集端 搭建 起气象与用户信息沟通的桥梁 是气象精准为农服 务的用户端 山东省智慧精准农业气象服务平台以 用户的交互信息为基础 基于用户所在位置 提供天 气实况 天气预报信息 气象灾害预警信息 基于用 户的田园位置 提供田园所在位置的实况信息 作物 当前所在生育期 作物生育期适宜度 根据用户设定 的气象要素阈值 超出阈值时给予提示报警等 平 台的精准为农服务产品 通过 锄禾问天 APP为用 户推送 因此 山东省智慧精准农业气象服务平台 是 锄禾问天 手机APP的服务产品源 锄禾问天 手机APP是山东省智慧精准农业气象服务平台用 户精准信息的数据源 山东省智慧精准农业气象服 务平台与 锄禾问天 手机APP构成了完整的智慧 精准为农气象服务系统 4 小 结 山东省智慧精准农业气象服务平台以现代农业 气象服务需求为指引 将气象与农业进行深度融合 精准采集用户服务需求 运用大数据 云计算技术分 析用户气象指标 通过用户订正气象指标 实现了用 户需求与气象信息的无缝隙匹配 通过建立农作物 全生育期适宜度预报模型 农事活动动态指标库 结 合气象实时监测 常规气象预报 农业气象预报 土 壤墒情 运用人工智能机器学习技术 将短时临近强 对流天气预报技术与用户需求进行结合开展精准为 农服务 实现了为农气象服务的精准靶向推送 平 台实现了省 市 县三级气象部门为农气象服务产品 加工制作 用户交互信息分析 为气象部门开展精准 为农服务提供支撑 满足了农业气象精细化服务需 求 可为进一步做好农业气象灾害预报服务 农事活 动服务 农业生产关键环节应对服务等提供有力的 支撑 已在山东省气象部门和新型农业经营主体用 户中开展推广应用 此外 平台的相关功能模块 如 下 转 第183 页 150 第1期 的土地使用与交通规划设计指南 J 江苏城市规划 2014 7 49 5 上海市人民政府 上海市城市交通白皮书 M 上海 上海人民 出版社 2002 6 李 晔 上海市慢行交通系统规划 解读 J 建设科技 2009 17 56 59 7 熊 文 陈小鸿 胡显标 城市慢行交通规划刍议 J 城市交通 2010 8 1 44 52 80 8 云美萍 杨晓光 李 盛 慢行交通系统规划简述 J 城市交通 2009 7 2 57 59 9 万 军 张 航 基于低碳理念的城市慢行交通发展模式研究 J 西部交通科技 2010 7 75 79 10 余 伟 钱科烽 高 奖 等 杭州市慢行交通系统规划与设计 指引 J 城市交通 2009 7 2 44 56 11 HASS KLAUC Thepedestrianandcitytraffic M London Bel havenpress 1990 12 卢 柯 潘海啸 城市步行交通的发展 英国 德国和美国城 市步行环境的改善措施 J 国外城市规划 2001 6 39 43 13 简 雅各布斯 美国大城市的死与生 M 金衡山 译 南京 译 林出版社 2005 14 克利夫 芒福汀 街道与广场 第2版 M 张永刚 陈卫东 译 北京 中国建筑工业出版社 2009 15 邵 隽 李 昭 慢城的可持续发展 J 城市发展研究 2015 22 1 66 71 78 16 朱晓清 甄峰 蒋跃庭 国外慢城发展情况及对中国城市发展的 启示 J 城市发展研究 2011 18 4 84 90 17 李 萍 周 彬 CHRISRYAN 等 基于模糊综合评价的徒步 休闲满意度研究 以浙江省宁波市为例 J 旅游学刊 2018 33 5 44 55 18 许晓玲 朱志鹏 陈梓茹 等 城市森林步道游客综合评价 以 福道为例 J 西北师范大学学报 自然科学版 2018 54 4 109 115 19 齐闫夙 周春波 徐州市主城区慢行交通研究 J 西南师范大 学学报 自然科学版 2017 42 9 139 143 20 卢飞红 尹海伟 孔繁花 城市绿道的使用特征与满意度研究 以南京环紫金山绿道为例 J 中国园林 2015 31 9 50 54 21 邢权兴 孙 虎 管 滨 等 基于模糊综合评价法的西安市免 费公园游客满意度评价 J 资源科学 2014 36 8 1645 1651 22 孙化蓉 王 浩 基于模糊综合评价的绿道骑行者满意度调查 以句容绿道为例 J 福建林业科技 2016 43 4 195 201 23 马光艳 朱洪革 城市绿化工程质量的模糊综合评价 J 中国 园林 2004 4 68 70 24 高长波 陈新庚 韦朝海 等 熵权模糊综合评价法在城市生态 安全评价中的应用 J 应用生态学报 2006 10 1923 1927 25 刘德晶 邓立斌 陈端吕 等 模糊综合评价法在九万山自然 保护区综合评价中的应用 J 中南林业科技大学学报 2015 35 7 7 11 26 廉同辉 余菜花 包先建 等 基于模糊综合评价的主题公园游 客满意度研究 以芜湖方特欢乐世界为例 J 资源科学 2012 34 5 973 980 管理分析功能等可在政府决策部门 农业合作社等 部门中应用 参 考 文 献 1 王晓敏 邓春景 基于 互联网 背景的我国智慧农业发展策略 与路径 J 江苏农业科学 2017 45 16 312 315 2 甘 甜 互联网 背景下传统农业向智慧农业转型路径研究 J 农业经济 2017 6 6 8 3 奚 孟 李玉红 移动互联网时代黑龙江省绿色农业发展策略 J 商场现代化 2020 8 139 140 4 杜芳芳 何晓平 陈晓明 等 无人机技术在农业监测中的应用及 优劣势 J 现代农业科技 2020 13 172 174 5 郑治斌 基于气象服务供给侧结构性改革的研究 J 湖北农业 科学 2018 57 3 105 111 6 徐红雁 智慧气象为农服务应对发展 J 农业与技术 2018 38 4 243 7 何翠荣 互联网 下的智慧农业气象服务研究 J 江西农业 2018 18 51 52 8 王兰芸 王 鑫 杨慧楠 发展基于 互联网 的智慧农业气象服 务产品探析 J 现代农业科技 2017 14 237 241 9 李玉华 褚 希 杨秋彦 等 山东省首届无人机大赛气象条件及 服务技巧分析 J 陕西气象 2020 4 53 57 10 赵 芳 熊安元 张小缨 等 全国综合气象信息共享平台架构 设计技术特征 J 应用气象学报 2017 28 6 750 758 11 李集明 沈文海 王国复 气象信息共享平台及其关键技术研究 J 应用气象学报 2006 5 621 628 12 唐 伟 周 勇 董 昊 等 我国气象领域应用人工智能技术 的现状和国际对比 J 气象科技进展 2019 9 5 55 56 62 13 敬雨浩 人工智能与计算机技术在农业现代化中的应用 J 广 东蚕业 2019 53 9 48 49 14 韩 仰 浅述人工智能技术在天气预测领域中的应用 J 通讯 世界 2019 26 4 265 266 15 郑稻根 郑娇玲 蔡阿玲 闽南一次强对流天气分析及农业生产 预测预防 J 福建热作科技 2020 45 2 48 51 16 郭小琴 强对流过程分析及其对农业生产的影响 J 科技经济 导刊 2020 28 16 104 17 梁 芳 袁越辉 农业云服务的应用及其发展趋势 J 农家参 谋 2019 3 15 18 陈会安 AndroidSDK程序设计与开发范例 M 北京 清华大学 出版社 2013 19 刘安麟 邓凤东 王 钊 基于WEBGIS技术的陕西省气象信息 共享系统设计 J 陕西气象 2008 5 13 17 20 畅巨峥 崔粉娥 基于WebService接口的秦皇岛气象数据查询 和服务系统 J 气象水文海洋仪器 2019 36 4 65 68 21 焦圣明 严明良 郭 静 等 基于WebService的分布式交通气 象信息共享技术研究 J 计算机工程与科学 2012 34 3 196 200 上 接 第150 页 洪海林等 城市慢行系统使用者满意度评价 以贵阳市南明河慢行系统为例 183