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摘要为提高现代设施农业的生产能力及农用气象预报预警的服务水平，创建了包头市现代农业气象服务系统并投入应用。WEB站点采用SQL Server 2008数据库平台，使用Thinkphp框架和JQuery技术;手机APP应用基于Java 7平台开发，应用JSON语言与服务器进行数据交互。结果表明，建成了设施小气候观测站网数据库和监测数据显示平台、设施小气候预报系统、设施农作物气象指标库和设施小气候实况对各类作物生长发育影响评估系统、设施小气候预报结论对各类作物生长发育影响评估系统、设施农业气象服务每日提示系统和设施农业气象预警信息系统;及时发布设施农业天气预报并提出生产建议。应用反馈表明，该系统切实提升了当地设施农业的生产能力，包头市农业气象服务实现了专业化与自动化。
关键词农业气象服务系统;设施农业;预报预警
中图分类号S165文献标识码A
文章编号0517-6611（2019）02-0233-04
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.02.069
自20世纪90年代以来，我国日光温室面积增长迅速[1-2]。设施作物生产对气候条件的依赖程度较高，受灾害性天气影响较大。北方地区低温、大风、寡照、大雪等气象灾害发生频率高，给日光温室生产带来较大影响[3-4]。为此，前人针对设施生产的小气候进行了分析与监测，魏瑞江等[5]
总结出连阴天条件下日光温室内的气温、地温变化规律，崔建云等[6]
揭示了外部环境气象条件对日光温室气象条件的影响，关福来等[7]建立了日光温室低温寡照灾害的监测预警系统。包头市保护地蔬菜的种植面积已达0.8万hm2，并且仍在逐年扩大。设施农业的快速发展迫切需要专业的、有针对性的气象信息服务和指导[8-9]。鉴于此，笔者创建了现代农业气象服务系统，旨在为包头市设施农业提供气象预报预警服务，尽可能规避不利天气情况给设施农业带来的损失。
1系统总体框架
针对内蒙古中西部地区日光温室建设和使用过程中的温室结构不科学、加温费用大和果类蔬菜无法安全越冬等问题，包头市农业科学研究所从2014年陆续建设了7种不同结构、具有不同典型代表性的日光温室，包括机建墙体单膜内保温型、37墙体单膜双保温型、厚墙体双膜内保温型、厚墙体双膜内保温型、厚墙体单膜双保温型、Britech环保轻型储热式太阳能四季温室、单膜内保温日光温室即智能化育苗温室。这些日光温室全部配备可采集6大气象要素的全自动农田小气候数据采集仪。
包头市现代农业气象服务系统具有不同结构温室内农田小气候仪采集的气温、空气湿度、地温、土壤湿度、太阳辐射和二氧化碳浓度数据，同时具备已建设多年的室外自动气象采集站。一方面以LED屏为平台，经通用型数据采集器直接进行气象数据推送，把实时气象数据现场展示出来;另一方面，还可以采用GPRS通信模块通过移动互联网将不同结构温室的小气候数据及室外气象数据传输到数据中心，得出常规预报结论，结合温室小气候预报模式发布设施农业专业气象预报服务，通过WEB站点、手机APP端、终端用户、LED显示屏、手机短信等多种渠道服务专业技术人员和种植户（图1）。
2系统设计
现代农业气象服务系统整体采用目前流行的WASP架构，以大数据模型为基础，经分析和预测得出结论。开发框架为Thinkphp框架。
2.1数据库
数据存储采用目前主流的数据库平台SQL Server 2008，保证数据可信任、高效、智能存储，并保证数据的高效吞吐。
2.2WEB访问
网站建设采用目前国际主流的扁平化设计模式，保证用户体验，并大量使用Thinkphp框架和JQuery技术，实现了常见任务的自动化和复杂任务的简单化，使得在网络负载很小的情况下用户交互反馈迅速。
2.3预报模型
2.3.1温室外预报。
利用历年自动站6要素资料结合数值预报产品，通过多元回归，得出温度、风速的预报模式。风向预报采用欧洲10 m的数值预报产品，利用最短距离法进行差值，得出风向预报。室外降水是降水预报采用各数值预报产品的集合预报（图2）。
2.3.2温室内预报。
依托数值预报产品、包头市大城市精细化预报产品以及近年积累的温室内各种气象要素资料，利用逐步回归方法建立设施所在地7种类型棚室的最高、最低气温预报模式。
2.4手机APP应用
利用Java 7平台开发，采用JSON与服务器进行数据交互，保证服务器数据的安全性及数据访问的高效性，目前只实现安卓平台的App。
2.5LED显示屏
通过实时监测程序定向推送设施内、外的各气象数据及各类预警信息到LED大屏幕，指导农业生产有序进行。
3系统主要功能及应用
3.1建成设施小气候观测站网数据库和监测数据显示平台
通过编制數据处理软件，实现设施小气候监测数据自动追加入库，能够随时检索、调用，设施类型为包头市农牧业科学研究院内的7种结构的温室和旧式温室，同时以户外气象数据为对照。数据内容包括气温（100、50 cm），空气湿度（100、50 cm），地温（0、10、20 cm），土壤湿度（10、20、30 cm）、太阳总辐射、光合有效辐射、二氧化碳浓度等。监测数据显示平台可表格全要素实时显示监测数据，也可以曲线形式分别显示6要素过去24 h的变化情况。同时兼有历史数据的查询和EXCEL格式下载功能，便于专业技术人员分析（图3）。
3.2建成设施小气候预报系统
根据设施内外气温变化一般规律和设施内小气候要素变化规律，结合数值预报产品，建立了相应的数学模型，预报设施内未来24 h气温，设施外未来24 h降水量、最大风速，未来72 h白天云量（图4）。 3.3建成设施农作物气象指标库和设施小气候实况对各类作物生长发育影响评估系统
调查、总结、归纳并建立包头地区农作物生长发育气象指标库，气象指标为空气温度、空气湿度、地温、土壤湿度、光照强度和CO2浓度，作为对农作物关键生长发育期气象条件评估的客观依据。作物种类涵盖了内蒙古中西部地区常见设施农作物。
针对设施内不同作物各个发育期（苗期、花期、熟期等），根据设施小气候要素实时数据，对作物生长发育的影响进行评估。用户通过登陆点击相关内容均可获得所需信息（图5）。
3.4建成设施小气候预报结论对作物生长发育影响评估系统
设施小气候气象要素预报结论对不同作物各个发育期做出影响评估，要素包括未来24 h夜间最低气温、白天最高气温、总云量和未来24～48 h白天总云量及未来48～72 h白天总云量。
3.5建成设施农业气象服务每日提示系统
于每日20：00将过去24 h内50 cm高度空气最低温度、空气最高温度、平均空气湿度和10 cm深度平均土壤温度、平均土壤湿度及最大辐射强度对作物生长发育的不利影响发布提示信息。
3.6建成设施农业气象预警信息系统
建成了冻害、热害、干旱、湿害、寡照等设施作物生产主要灾害的实况预警信息发布和预报预警信息发布系统，切实指导了农业生产，规避了灾害天气给设施农业造成的经济损失。
3.7及时发布设施农业天气预报并提出生产建议
该系统的重要应用功能之一是及时发布设施农业天气预报并提出相应生产建议，其中2016年共发布30期预报产品，2017年发布22期预报产品，有效地规避了设施作物生产中低温冻害、雪害等气象灾害带来的损失，受到了种植户的一致好评。
3.8建成手机APP端访问系统和LED显示平台
手机APP端比WEB站点更简洁，主要包括监测、预报、问答和用户信息4部分。用户可实现随时随地掌握不同结构温室小气候状况和接受预报预警信息。
以LED屏为平台，通过网络进行气象数据推送，把实时气象或预报数据现场展示出来，指导现代农业生产活动（图6）。
4结论与讨论
（1）包头市现代农业气象服务系统WEB站点采用SQL Server 2008数据库平台，使用Thinkphp框架和JQuery技术;手机APP应用基于Java 7平台开发，应用JSON语言与服务器进行数据交互。
（2）该系统创建了集数据采集、模型创建、数据展示、数据分析、气象灾害监测预报预警、服务产品制作发布的综合性气象服务平台，实现了电子显示屏播送和手机、网站浏览
等多种信息服务功能。应用反馈表明，该系统切实提升了当地设施农业的生产能力，包头市农业气象服务实现了专业化与自动化。
（3）针对包头市现代农业的特征，该系统的3.0版“智慧农业”正在研发中，内容涵盖了常见设施作物、大田作物（玉米、马铃薯、小麦等）和特色果类全生育期内的气象预报预警、生长发育影响评估、结合天气预报提出的生产建议等内容，具有很强的专业针对性及实用性，另外将在海南基地建立自动气象站，把加代作物纳入到该系统中，实现南北大跨度数据采集及分析。
参考文献
[1] 张亚红，陈青云.中国温室气候区划及评述[J].农业工程学报，2006，22（11）：197-202.
[2] 姚於康.国外设施农业智能化发展现状、基本经验及其借鉴[J].江苏农业科学，2011，29（1）：3-5.
[3] 高浩，黎贞发，潘学标，等.中国设施农业气象业务服务现状与对策[J].中国农业气象，2010，31（3）：402-406.
[4] 杨再强，张婷华，黄海静，等.北方地区日光温室气象灾害风险评价[J].中国农业气象，2013，34（3）：342-349.
[5] 魏瑞江，王西平，常桂荣，等.连阴天气塑料日光温室内外温度的关系及调控[J].中国农业氣象，2001，22（3）：24-27.
[6] 崔建云，董晨娥，左迎之，等.外部环境气象条件对日光温室气象条件的影响[J].气象，2006，32（3）：101-106.
[7] 关福来，杜克明，魏瑞江.日光温室低温寡照灾害监测预警系统设计[J].中国农业气象，2009，30（4）：601-604.
[8] 陈宁，刘娟娟，徐铭鉴，等.浅谈气象服务设施农业[J].安徽农业科学，2013，41（29）：11757-11758.
[9] 黎贞发，李春，刘淑梅.日光温室气象服务技术发展现状与展望[J].安徽农业科学，2010，38（12）：6292-6294.
关键词农业气象服务系统;设施农业;预报预警
中图分类号S165文献标识码A
文章编号0517-6611（2019）02-0233-04
doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.02.069
自20世纪90年代以来，我国日光温室面积增长迅速[1-2]。设施作物生产对气候条件的依赖程度较高，受灾害性天气影响较大。北方地区低温、大风、寡照、大雪等气象灾害发生频率高，给日光温室生产带来较大影响[3-4]。为此，前人针对设施生产的小气候进行了分析与监测，魏瑞江等[5]
总结出连阴天条件下日光温室内的气温、地温变化规律，崔建云等[6]
揭示了外部环境气象条件对日光温室气象条件的影响，关福来等[7]建立了日光温室低温寡照灾害的监测预警系统。包头市保护地蔬菜的种植面积已达0.8万hm2，并且仍在逐年扩大。设施农业的快速发展迫切需要专业的、有针对性的气象信息服务和指导[8-9]。鉴于此，笔者创建了现代农业气象服务系统，旨在为包头市设施农业提供气象预报预警服务，尽可能规避不利天气情况给设施农业带来的损失。
1系统总体框架
针对内蒙古中西部地区日光温室建设和使用过程中的温室结构不科学、加温费用大和果类蔬菜无法安全越冬等问题，包头市农业科学研究所从2014年陆续建设了7种不同结构、具有不同典型代表性的日光温室，包括机建墙体单膜内保温型、37墙体单膜双保温型、厚墙体双膜内保温型、厚墙体双膜内保温型、厚墙体单膜双保温型、Britech环保轻型储热式太阳能四季温室、单膜内保温日光温室即智能化育苗温室。这些日光温室全部配备可采集6大气象要素的全自动农田小气候数据采集仪。
包头市现代农业气象服务系统具有不同结构温室内农田小气候仪采集的气温、空气湿度、地温、土壤湿度、太阳辐射和二氧化碳浓度数据，同时具备已建设多年的室外自动气象采集站。一方面以LED屏为平台，经通用型数据采集器直接进行气象数据推送，把实时气象数据现场展示出来;另一方面，还可以采用GPRS通信模块通过移动互联网将不同结构温室的小气候数据及室外气象数据传输到数据中心，得出常规预报结论，结合温室小气候预报模式发布设施农业专业气象预报服务，通过WEB站点、手机APP端、终端用户、LED显示屏、手机短信等多种渠道服务专业技术人员和种植户（图1）。
2系统设计
现代农业气象服务系统整体采用目前流行的WASP架构，以大数据模型为基础，经分析和预测得出结论。开发框架为Thinkphp框架。
2.1数据库
数据存储采用目前主流的数据库平台SQL Server 2008，保证数据可信任、高效、智能存储，并保证数据的高效吞吐。
2.2WEB访问
网站建设采用目前国际主流的扁平化设计模式，保证用户体验，并大量使用Thinkphp框架和JQuery技术，实现了常见任务的自动化和复杂任务的简单化，使得在网络负载很小的情况下用户交互反馈迅速。
2.3预报模型
2.3.1温室外预报。
利用历年自动站6要素资料结合数值预报产品，通过多元回归，得出温度、风速的预报模式。风向预报采用欧洲10 m的数值预报产品，利用最短距离法进行差值，得出风向预报。室外降水是降水预报采用各数值预报产品的集合预报（图2）。
2.3.2温室内预报。
依托数值预报产品、包头市大城市精细化预报产品以及近年积累的温室内各种气象要素资料，利用逐步回归方法建立设施所在地7种类型棚室的最高、最低气温预报模式。
2.4手机APP应用
利用Java 7平台开发，采用JSON与服务器进行数据交互，保证服务器数据的安全性及数据访问的高效性，目前只实现安卓平台的App。
2.5LED显示屏
通过实时监测程序定向推送设施内、外的各气象数据及各类预警信息到LED大屏幕，指导农业生产有序进行。
3系统主要功能及应用
3.1建成设施小气候观测站网数据库和监测数据显示平台
通过编制數据处理软件，实现设施小气候监测数据自动追加入库，能够随时检索、调用，设施类型为包头市农牧业科学研究院内的7种结构的温室和旧式温室，同时以户外气象数据为对照。数据内容包括气温（100、50 cm），空气湿度（100、50 cm），地温（0、10、20 cm），土壤湿度（10、20、30 cm）、太阳总辐射、光合有效辐射、二氧化碳浓度等。监测数据显示平台可表格全要素实时显示监测数据，也可以曲线形式分别显示6要素过去24 h的变化情况。同时兼有历史数据的查询和EXCEL格式下载功能，便于专业技术人员分析（图3）。
3.2建成设施小气候预报系统
根据设施内外气温变化一般规律和设施内小气候要素变化规律，结合数值预报产品，建立了相应的数学模型，预报设施内未来24 h气温，设施外未来24 h降水量、最大风速，未来72 h白天云量（图4）。 3.3建成设施农作物气象指标库和设施小气候实况对各类作物生长发育影响评估系统
调查、总结、归纳并建立包头地区农作物生长发育气象指标库，气象指标为空气温度、空气湿度、地温、土壤湿度、光照强度和CO2浓度，作为对农作物关键生长发育期气象条件评估的客观依据。作物种类涵盖了内蒙古中西部地区常见设施农作物。
针对设施内不同作物各个发育期（苗期、花期、熟期等），根据设施小气候要素实时数据，对作物生长发育的影响进行评估。用户通过登陆点击相关内容均可获得所需信息（图5）。
3.4建成设施小气候预报结论对作物生长发育影响评估系统
设施小气候气象要素预报结论对不同作物各个发育期做出影响评估，要素包括未来24 h夜间最低气温、白天最高气温、总云量和未来24～48 h白天总云量及未来48～72 h白天总云量。
3.5建成设施农业气象服务每日提示系统
于每日20：00将过去24 h内50 cm高度空气最低温度、空气最高温度、平均空气湿度和10 cm深度平均土壤温度、平均土壤湿度及最大辐射强度对作物生长发育的不利影响发布提示信息。
3.6建成设施农业气象预警信息系统
建成了冻害、热害、干旱、湿害、寡照等设施作物生产主要灾害的实况预警信息发布和预报预警信息发布系统，切实指导了农业生产，规避了灾害天气给设施农业造成的经济损失。
3.7及时发布设施农业天气预报并提出生产建议
该系统的重要应用功能之一是及时发布设施农业天气预报并提出相应生产建议，其中2016年共发布30期预报产品，2017年发布22期预报产品，有效地规避了设施作物生产中低温冻害、雪害等气象灾害带来的损失，受到了种植户的一致好评。
3.8建成手机APP端访问系统和LED显示平台
手机APP端比WEB站点更简洁，主要包括监测、预报、问答和用户信息4部分。用户可实现随时随地掌握不同结构温室小气候状况和接受预报预警信息。
以LED屏为平台，通过网络进行气象数据推送，把实时气象或预报数据现场展示出来，指导现代农业生产活动（图6）。
4结论与讨论
（1）包头市现代农业气象服务系统WEB站点采用SQL Server 2008数据库平台，使用Thinkphp框架和JQuery技术;手机APP应用基于Java 7平台开发，应用JSON语言与服务器进行数据交互。
（2）该系统创建了集数据采集、模型创建、数据展示、数据分析、气象灾害监测预报预警、服务产品制作发布的综合性气象服务平台，实现了电子显示屏播送和手机、网站浏览
等多种信息服务功能。应用反馈表明，该系统切实提升了当地设施农业的生产能力，包头市农业气象服务实现了专业化与自动化。
（3）针对包头市现代农业的特征，该系统的3.0版“智慧农业”正在研发中，内容涵盖了常见设施作物、大田作物（玉米、马铃薯、小麦等）和特色果类全生育期内的气象预报预警、生长发育影响评估、结合天气预报提出的生产建议等内容，具有很强的专业针对性及实用性，另外将在海南基地建立自动气象站，把加代作物纳入到该系统中，实现南北大跨度数据采集及分析。
参考文献
[1] 张亚红，陈青云.中国温室气候区划及评述[J].农业工程学报，2006，22（11）：197-202.
[2] 姚於康.国外设施农业智能化发展现状、基本经验及其借鉴[J].江苏农业科学，2011，29（1）：3-5.
[3] 高浩，黎贞发，潘学标，等.中国设施农业气象业务服务现状与对策[J].中国农业气象，2010，31（3）：402-406.
[4] 杨再强，张婷华，黄海静，等.北方地区日光温室气象灾害风险评价[J].中国农业气象，2013，34（3）：342-349.
[5] 魏瑞江，王西平，常桂荣，等.连阴天气塑料日光温室内外温度的关系及调控[J].中国农业氣象，2001，22（3）：24-27.
[6] 崔建云，董晨娥，左迎之，等.外部环境气象条件对日光温室气象条件的影响[J].气象，2006，32（3）：101-106.
[7] 关福来，杜克明，魏瑞江.日光温室低温寡照灾害监测预警系统设计[J].中国农业气象，2009，30（4）：601-604.
[8] 陈宁，刘娟娟，徐铭鉴，等.浅谈气象服务设施农业[J].安徽农业科学，2013，41（29）：11757-11758.
[9] 黎贞发，李春，刘淑梅.日光温室气象服务技术发展现状与展望[J].安徽农业科学，2010，38（12）：6292-6294.