賽蘭公司聯合國內科研院所，依托現有農作物有害生物監(jiān)測預警工作體系，構建國家級、省級、縣(市)級三級監(jiān)測預警數字化網絡平臺，將植物保護設備技術和計算機網絡技術相結合，研發(fā)先進實用的網絡平臺軟件，滿足新時期農作物病蟲害監(jiān)測預警工作的實際需要，并建立高效的業(yè)務運轉機制和規(guī)范的數據采集管理機制，促進工作方式、管理方法和運行機制的創(chuàng)新，一對一提升我國農作物生物災害監(jiān)測預警和科學防控的能力。
農作物病蟲害監(jiān)測預警的業(yè)務流程是“數據采集→數據傳輸→數據管理→數據分析→預測結果→預報發(fā)布”。 集成數據庫技術、地理信息技術、計算機視覺技術，研究解決農作物病蟲害監(jiān)測預警業(yè)務流程各環(huán)節(jié)中的難點和關鍵問題，提高監(jiān)測預警的自動化程度、信息資源共享率和利用率，實現全國農作物病蟲害監(jiān)測預警信息數字化管理、網絡化傳輸、可視化發(fā)布、圖形化預警和病蟲害遠程診斷，一對一提升農作物病蟲害監(jiān)測預警的科技水平。
技術方案
賽蘭公司自主研發(fā)了病蟲害標準化和規(guī)范化公共數據庫，該平臺采用分層設計的體系結構，包括：信息采集、傳輸網絡、存儲管理、公共支撐、應用系統(tǒng)等五個層次。集成植物保護技術、計算機技術、網絡技術、數據轉換引擎技術和地理信息系統(tǒng)技術等，構筑病蟲害監(jiān)測預警網絡平臺。
2.1 數據存儲應用 - 大集中為主，分布式為輔
根據我國主要病蟲的測報調查規(guī)范的國家標準和地方標準以及監(jiān)測預警工作的實際需要，建立了農作物有害生物監(jiān)測預警數據庫。監(jiān)控預警數字化軟件平臺的各項功能則是以此數據庫為核心開展。為保證數據的一致性和完整性，減低數據維護難度和成本，數據存儲方式采用數據大集中方式。為提高數據的存儲和應用安全性，數據庫采用雙機容錯、統(tǒng)一用戶管理和權限管理的設計理念。
2.2 數據傳輸管理 - 數據交換引擎技術
系統(tǒng)設置多種數據分析、統(tǒng)計方法，結果采用表格、圖示或GIS等多種方式展示。針對數據分析處理過程中，內部各層次之間，數據交換頻繁，存在交換沖突，傳輸安全和并發(fā)處理效能等問題，研發(fā)出基于Web Service技術的“數據交互引擎”，很好地解決了上述難題。
數據交換引擎支持多層次、多節(jié)點的并發(fā)數據傳輸;允許以數據包、文件等方式交換數據;支持多種數據交換策略與運行模式;數據加密工具保障傳輸安全。數據交換引擎實現了網絡平臺內各層數據的無縫交互和共享訪問，還向網絡平臺外部提供了良好的數據服務接口。
2.3 信息資源管理
信息資源管理系統(tǒng)是遵循Dublin Core標準和XML標準構建而成的，較好地解決了網絡平臺內三大類基礎數據庫(病蟲害監(jiān)測數據庫、地理空間數據庫、多媒體綜合數據庫)的數據生命周期維護問題。信息資源管理系統(tǒng)采用基于角色的權限管理機制，使得每個角色對數據資源存取粒度可由工作人員設定，提供從數據采集到數據歸檔整個數據生命周期各環(huán)節(jié)的關鍵功能操作，包括：網絡平臺各類元數據的管理與維護、業(yè)務數據的主題分類與主題關聯維護、結構化/非結構化數據的統(tǒng)一維護與快速查詢、個性化信息主動推送服務等。提高了數據共享質量與數據檢索友好度，使數據能在更高層次(宏觀決策、個性化推送服務等)和更廣范圍(外部系統(tǒng)簡潔有效地查找交換等、兄弟單位數據共享)發(fā)揮作用。
2.4 病蟲害監(jiān)測數據分析 - 地理信息(GIS)技術
以地理信息系統(tǒng)GIS為平臺，利用空間模擬技術，對重大有害生物與多維空間數據及各種因子的迭加處理和統(tǒng)計分析，得出量化的預警指標，從而對不同生態(tài)區(qū)的病蟲發(fā)生趨勢作出分區(qū)預報。
網絡平臺研究了ArcGIS、SuperGIS等工具在病蟲害數據信息處理中的應用。利用GIS技術組建地理信息系統(tǒng)數據庫分析病蟲害發(fā)生的時空動態(tài)及規(guī)律，評估病蟲害發(fā)生的環(huán)境及影響因子，從而預測病蟲害的發(fā)生趨勢，同時可給出農作物病蟲害的發(fā)生分布圖及預測蔓延為防治病蟲害提供及時準確直觀的決策依據，能夠對主要作物病蟲害進行預測、決策、診斷、咨詢，將抽象的數據轉化成形象的電子地圖，直觀顯示病蟲害發(fā)生程度及地域分布規(guī)律，為病蟲害防治提供服務。
應用類型包括：
1. 建立病蟲害監(jiān)測地理信息數據庫
將與病蟲害有關的屬性數據、矢量數據、遙感影像數據以及基礎地理數據等多種格式的數據統(tǒng)一建庫，建成以空間信息為基礎的涵蓋多種數據源的病蟲害監(jiān)測地理信息數據庫。將各種數據有效地組織起來，并根據其地理分布范圍和圖層內容特點建立適當的空間索引，實現地圖查詢(Map Query)、區(qū)域匯總(Summarize Zone)、區(qū)域柱狀圖(Histogram by Zone)、區(qū)域表格(Tabulate Areas)、地圖計算(Map Calculator)、距離影響(Find Distance)等功能，進而可以快速調度任意空間范圍的數據，達到對各種病蟲害監(jiān)測專題圖的無縫漫游;并且通過元數據庫管理系統(tǒng)將多時相、多專題、多類型的復雜多源空間數據和屬性數據進行統(tǒng)一的管理，以便于數據庫的更新、維護與分發(fā)及應用。
2. 專題分析
以農作物類別、病蟲害類別、指標、數量、面積、程度和時間等條件制作成各種類型的病蟲害專題圖，將病蟲害的各種監(jiān)測信息展現在地圖上?？梢曰诘貓D查詢監(jiān)測信息，動態(tài)地顯示不同病蟲害在區(qū)域上的分布情況，結合GIS技術可以將某一類或某幾類監(jiān)測指標進行統(tǒng)計，按監(jiān)測點或區(qū)域形成餅圖、直方圖或顏色漸變圖。
3. 空間分析
利用GIS強大空間分析功能，挖掘病蟲害在不同類別和時間段在區(qū)域上的潛在規(guī)律。包括緩沖區(qū)分析，疊加分析和插值分析等多種空間分析手段。病蟲害一般在特定的區(qū)域和特定的時間發(fā)生，有著潛在的規(guī)律。通過GIS的時空分析技術，可以有效地分析病蟲害發(fā)生的時空規(guī)律。
4. 預警分析
利用GIS技術組建的地理信息系統(tǒng)數據庫，將作物病蟲害的發(fā)生程度、傳播情形、地理分布以地圖形式顯示，集成氣象、作物品種、病蟲害信息、防治措施及知識和數學模型分析病蟲害發(fā)生的時空動態(tài)及規(guī)律，評估病蟲害發(fā)生的環(huán)境及影響因子，從而預測病蟲害的發(fā)生趨勢，同時可給出農作物病蟲害的發(fā)生分布圖及預測蔓延圖為防止病蟲害發(fā)生提供及時準確直觀的決策依據。
5. WEB地圖發(fā)布
通過WEB GIS技術，將病蟲害的中農作物病蟲害的發(fā)生區(qū)域、面積、程度、時間等信息通過互聯網，以電子地圖的方式對大眾進行發(fā)布。
2.5 定制服務
采用先進的門戶技術實現了用戶界面及用戶應用角色的定制，使系統(tǒng)界面更加符合各級植保站特點和用戶的使用習慣。根據當地監(jiān)測預警工作任務和病蟲發(fā)生實際情況，選擇數據庫內容，較好地解決了數據大集中方式帶來的弊端。
2.6 預報發(fā)布技術
在國家級、省級、縣級三級網絡平臺上，結合視頻技術，開發(fā)了病蟲害視頻素材管理系統(tǒng)，研究了病蟲害的視頻素材采集、病蟲害視頻預報節(jié)目制作和送播等技術，構建了病蟲害電視預報技術體系;
2.7 手持終端設備應用
基于IOS和Android平臺并結合地圖服務推出了適用于農業(yè)的田間病蟲害數據采集終端。利用移動采集終端設備在一些不適合PC機工作的環(huán)境下進行數據采集，便利地采集田間地物的分布位置、作物生育期動態(tài)苗情、雜草分布、病蟲害發(fā)生情況等多種基于精確空間位置的實時信息。然后再將數據同步至PC機或直接報送到指定系統(tǒng)，減少數據采集工作中的重復勞動、提高工作效率，同時保證數據采集工作的及時性和準確性，提高數據采集的工作質量。
移動終端部分能夠：
動態(tài)構造表格：可根據具體局域、環(huán)境、業(yè)務要求，僅獲取少量特定的病蟲害報表，并在移動終端動態(tài)構造，并支持離線工作、暫存數據;
高清晰照片拍攝：支持智能手機、平板電腦、PDA等的高清晰照片拍攝、讀取、管理等;
定位信息獲?。褐С諫PS和北斗模塊多種方式連接獲取地理位置信息，便于宏觀展現、分析病蟲害發(fā)生、遷移的地理關系及深層聯系;
面積量算：工作人員手持設備沿調查區(qū)域移動一次后，可立即完成封閉面積分析計算，便于業(yè)務人員計算單位面積內的病蟲數量估算或作進一步分析;
在線遠程上報：在離線工作的基礎上，可隨時通過 3G或4G信道，立即上報給異地的一個或多個上級主管部門;
統(tǒng)一后端服務：PC服務器后端提供統(tǒng)一的WebService接口服務，對數據進行解析入庫，供業(yè)務系統(tǒng)在電子地圖上直觀展示。通過病蟲害遠程診斷系統(tǒng)的支持，可以將病蟲害圖片的識別結果反饋給上報者，同時發(fā)布給相關主管部門;支持IOS和Android等多種智能手機操作系統(tǒng)。
2.8 信息安全 -軟件產品間集成適配與優(yōu)化
系統(tǒng)自底向上涉及到操作系統(tǒng)、數據庫、中間件、GIS等多個層次，平臺軟件產品之間的集成適配、兼容以及優(yōu)化將成為系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、可靠的關鍵。同時，通過一些專門的產品研發(fā)定制或調整，體現平臺軟件之間集成的優(yōu)勢，平臺軟件產品之間有更深層次的集成和更緊密的耦合。
系統(tǒng)特點
本系統(tǒng)集成農作物病蟲害監(jiān)測預警技術、計算機技術、網絡技術、通訊技術和多媒體技術，應用于農作物病蟲害監(jiān)測預警與遠程診斷。獲準國家版權局認定的計算機軟件著作權。以病蟲害監(jiān)測預警技術為基礎，集成數據庫技術、標準化網站群技術、地理信息技術，構建了以“農作物有害生物監(jiān)控信息系統(tǒng)”為核心，覆蓋31個省、1200多個縣的農作物病蟲害監(jiān)測預警數字化與遠程診斷網絡平臺，實現了農作物病蟲害監(jiān)測預警的信息數字化、管理網絡化和發(fā)布圖形化。
1. 數據管理系統(tǒng)化
病蟲監(jiān)測預警時域性較強，數據采集數量大、量化表達難度高，系統(tǒng)通過對病蟲數據和蟲情信息進行有效獲取與整合，實現從局部到整體的擴展。水稻、小麥、玉米、馬鈴薯、棉花、油菜等主要糧棉油作物和煙葉、茶葉、蘋果、柑桔、橙子、香蕉、棗類、蔬菜等主要經濟作物重大病蟲的陸續(xù)建設，涵蓋主要農作物的農作物重大病蟲害數字化監(jiān)測預警平臺;同時，實現與各省級平臺無縫鏈接，充分發(fā)揮省級用戶管理預測區(qū)域性、偶發(fā)性病蟲的作用，形成一個縱橫交錯、優(yōu)勢互補的網絡監(jiān)控體系。
2. 預警發(fā)布可視化化
實現了農作物病蟲害監(jiān)測預警信息可視化發(fā)布、圖形化警示和遠程診斷。將農作物病蟲害的發(fā)生區(qū)域、面積、程度、時間等預測預警信息，通過視頻加工，利用廣播、電視等傳統(tǒng)媒體，還有電腦、智能手機等新媒體，直觀快速地向廣大農村發(fā)布;將地理信息系統(tǒng)應用引入病蟲監(jiān)測預警領域，通過GIS等圖形化制作手段，利用互聯網，實時直觀警示病蟲害發(fā)生動態(tài)。提升了病蟲害監(jiān)測預警信息的入戶率和覆蓋度。
3. 科研成果實用化
在借鑒生物學、生態(tài)學、生物數學等學科方面的知識和技術的基礎上，充分運用了國內有害生物預測預報相關成果，并在多個的試點工作中，以理論方法結合經驗建成了病蟲害預測/預報模型(整理了大量經驗公式并加以規(guī)范化，形成易于業(yè)務人員使用的操作功能，便于發(fā)布及時預警、短期預報、中長期預測，極大方便了病蟲害監(jiān)測、預警核心功能的實現)，收到良好的工作效果。
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