基于移動(dòng)互聯(lián)的家禽飼料配方SaaS服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐東升，張 峰，張永恒

（1.西安文理學(xué)院 軟件學(xué)院，陜西 西安 710065；2.榆林學(xué)院 信息工程學(xué)院，陜西 榆林 719000）

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和智能手機(jī)終端的快速發(fā)展，移動(dòng)電子商務(wù)已經(jīng)成為目前研究的重要熱點(diǎn)領(lǐng)域。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)諸如手、IPad移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行業(yè)務(wù)和服務(wù)操作[1]。 飼料配方是指通過(guò)不同飼料原料的最優(yōu)組合來(lái)滿(mǎn)足給動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)需求，飼料配方的實(shí)質(zhì)是一個(gè)資源最優(yōu)配置的運(yùn)籌學(xué)問(wèn)題[2]，它可以用適當(dāng)?shù)木€(xiàn)性或非線(xiàn)性決策模型來(lái)定量的描述，對(duì)這些模型的求解可實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)配置，即得到配方的最低成本或配方的最大收益。早在上世紀(jì)50年代，飼料配方軟件在國(guó)外開(kāi)始應(yīng)用于乳牛最低成本的飼料配方設(shè)計(jì)中。1987年，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)編制了微電腦飼料配方系統(tǒng)（FFS），北京農(nóng)業(yè)大學(xué)畜牧系熊易強(qiáng)先生等研制了"最大收益"飼料配方優(yōu)化軟件，這兩種軟件也都采用了線(xiàn)性?xún)?yōu)化技術(shù)。1990年，商業(yè)部無(wú)錫糧科所孫振魁利用目標(biāo)規(guī)劃原理成功研制出了“配方多目標(biāo)優(yōu)化與原料選用決策”軟件包。1992年，中國(guó)農(nóng)科院畜牧研究所與浙江大學(xué)人工智能研究所研制的CMIX優(yōu)化飼料配方系統(tǒng)以及中國(guó)農(nóng)科院畜牧研究所的熊本海用DBASEⅢ編制的“三星優(yōu)化配方軟件”則同時(shí)采用了線(xiàn)性規(guī)劃和目標(biāo)規(guī)劃兩種方法。1999年，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)黃漢英等利用模糊線(xiàn)性規(guī)劃方法研制了新一代飼料配方軟件。近年來(lái)，也有人用遺傳算法進(jìn)行飼料配方軟件的設(shè)計(jì)，但市場(chǎng)上未見(jiàn)到成熟的商業(yè)軟件[3-4]。

近年來(lái)，也有機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)了基于Internet的遠(yuǎn)程飼料配方系統(tǒng)，它雖然具有單機(jī)版不可比擬的優(yōu)勢(shì)，但是由于飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)的使用主體目前仍然是中小規(guī)模養(yǎng)殖戶(hù)，Internet服務(wù)及電腦還沒(méi)有普及，導(dǎo)致基于Internet的遠(yuǎn)程飼料配方系統(tǒng)的使用頻率及效果都不盡如意[5]。在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，由于手機(jī)終端的用戶(hù)數(shù)量及其龐大，具有很高的便攜性和私密性，除了睡眠時(shí)間，移動(dòng)設(shè)備一般都以遠(yuǎn)高于PC的使用時(shí)間伴隨在其主人身邊，因此使用移動(dòng)設(shè)備上網(wǎng)，溝通與資訊的獲取遠(yuǎn)比PC設(shè)備方便。加上現(xiàn)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋全國(guó)，除了特別偏遠(yuǎn)的地區(qū)，基本上可以保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)在中國(guó)全境都能實(shí)現(xiàn)。但是目前市場(chǎng)上還沒(méi)有見(jiàn)到中文版的基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飼料配方軟件出現(xiàn)，這就為本項(xiàng)目的研發(fā)提供了極為難得的機(jī)遇。

SaaS是一種通過(guò)Internet提供軟件的模式用戶(hù)不用再購(gòu)買(mǎi)軟件而改為向服務(wù)提供商租用基于Web的軟件來(lái)管理企業(yè)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)服務(wù)提供商會(huì)全權(quán)管理和維護(hù)軟件。

文中研究分析Android平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)及構(gòu)建移動(dòng)電子商務(wù)應(yīng)用的其他相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算融合方法，解決移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)客戶(hù)端運(yùn)算能力和存儲(chǔ)能力不足的弊端，形成基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的前端應(yīng)用APP+后臺(tái)云計(jì)算的SaaS App服務(wù)平臺(tái)的家禽飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)，既能解決飼料配方技術(shù)專(zhuān)家短缺與需求的矛盾，又將為家禽生產(chǎn)者提供飼料配方技術(shù)支持。

1 系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)的設(shè)計(jì)

1.1 軟件既服務(wù)SaaS技術(shù)

“把軟件當(dāng)作服務(wù)”的特色是根據(jù)需要作為服務(wù)提供的一整套應(yīng)用程序。該軟件的單個(gè)實(shí)例運(yùn)行于云上，并為多個(gè)最終用戶(hù)或客戶(hù)機(jī)構(gòu)提供服務(wù)[5]。SaaS服務(wù)提供商為中小企業(yè)搭建信息化所需要的所有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施及軟硬件運(yùn)作平臺(tái)，并負(fù)責(zé)所有前期的實(shí)施、后期的維護(hù)等一系列服務(wù)。企業(yè)無(wú)須購(gòu)買(mǎi)軟硬件、無(wú)需機(jī)房和系統(tǒng)維護(hù)人員，只需支付相應(yīng)的軟件服務(wù)租賃費(fèi)[6]。

1.2 架構(gòu)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前家禽養(yǎng)殖企業(yè)主要以中小型企業(yè)為主，信息化基礎(chǔ)實(shí)施比較薄弱以及應(yīng)用水平不高，企業(yè)之間信息得不到共享。而SaaS模式應(yīng)用方式簡(jiǎn)單以及成本比較低，可以幫助中小型養(yǎng)殖企業(yè)迅速實(shí)現(xiàn)信息化應(yīng)用，建立各自的服務(wù)系統(tǒng)，本文提出了一個(gè)基于SaaS模式的家禽飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)體系架構(gòu)，如圖1所示。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合原理與本系統(tǒng)所采用技術(shù)將軟件體系架構(gòu)分為五層，分別是基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、平臺(tái)支撐層、SaaS功能層和SaaS用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)層。

圖1 基于SaaS模式的家禽飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)體系架構(gòu)Fig.1 The optimization system architecture of poultry feed formulation based on SaaS model

基礎(chǔ)設(shè)施層包含了SaaS平臺(tái)的軟硬件資源，主要包含網(wǎng)絡(luò)資源池（系統(tǒng)平臺(tái)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、加密網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線(xiàn)物聯(lián)傳感器網(wǎng)絡(luò)）、計(jì)算資源池（內(nèi)部服務(wù)器，企業(yè)分服務(wù)器）、存儲(chǔ)資源池（各類(lèi)高性能存儲(chǔ)器）、軟件資源池（相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，操作系統(tǒng)）和智能終端（RFID控制器，傳感器）。

數(shù)據(jù)資源層是SaaS平臺(tái)核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)的集合池，是平臺(tái)能夠?qū)ν馓峁┓?wù)的基礎(chǔ)。本文所涉及的SaaS數(shù)據(jù)資源層主要涉及的數(shù)據(jù)庫(kù)有養(yǎng)殖行業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、SaaS平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、飼料成分與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值數(shù)據(jù)庫(kù)和家禽營(yíng)養(yǎng)需要數(shù)據(jù)庫(kù)。

平臺(tái)支撐層包括各類(lèi)資源池，與業(yè)務(wù)、平臺(tái)及資源調(diào)度使用等有關(guān)的管理，比如數(shù)據(jù)同步服務(wù)、SAAS核心業(yè)務(wù)備份，公共構(gòu)件（包括用戶(hù)、權(quán)限、機(jī)構(gòu)、任務(wù)和工作流管理等）、海量資源的存儲(chǔ)及海量資源的管理和獲取、各類(lèi)引擎的邏輯管理，如資源發(fā)布引擎、資源調(diào)度引擎、任務(wù)一資源匹配引擎、搜索引擎等。

SaaS功能層是提供給養(yǎng)殖企業(yè)信息化應(yīng)用和共享的服務(wù)與應(yīng)用平臺(tái)。主要包括家禽飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)，使用計(jì)費(fèi)管理、安全審計(jì)、身份認(rèn)證等。

SaaS用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)層主要通過(guò)Web、手機(jī)、PDA、平板等方式為用戶(hù)提供各種使用平臺(tái)的接入方式。

2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本信息管理系統(tǒng)由系統(tǒng)平臺(tái)管理、移動(dòng)App管理、飼料成分與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值數(shù)據(jù)管理、家禽營(yíng)養(yǎng)需要數(shù)據(jù)管理和家禽飼料配方優(yōu)化管理組成。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)基于SaaS模式的家禽飼料配方優(yōu)化信息的管理和分析，應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘和優(yōu)化計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)家禽飼料與營(yíng)養(yǎng)管理，具體內(nèi)容如圖2所示。

圖2 基于SaaS模式的家禽飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)功能模塊Fig.2 The poultry feed formula optimization of system function module based on SaaS model

2.2 飼料成分與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值數(shù)據(jù)庫(kù)和家禽營(yíng)養(yǎng)需要數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建

飼料成分與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值數(shù)據(jù)庫(kù)和家禽營(yíng)養(yǎng)需要數(shù)據(jù)庫(kù)所涉及的實(shí)體模型主要有飼料標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)實(shí)體、原料參數(shù)表實(shí)體。下面將詳細(xì)介紹這些實(shí)體模型含義。

1）飼料標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)實(shí)體：代表了一個(gè)飼料標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)實(shí)體，主要屬性包括：原料、飼料描述、價(jià)格、干物質(zhì)、飼養(yǎng)階段、粗蛋白、鈣 、磷、消化能、代謝能、硫、鈷、鐵、銅、硒、鋅、錳、碘、維生素A、鹽、維生素D、維生素E等。

2）原料參數(shù)表實(shí)體：代表了一個(gè)原料信息表實(shí)體，主要屬性包括價(jià)格、飼養(yǎng)階段、采食量、粗蛋白、鈣、代謝能、消化能、硫、鈷、鐵、銅、硒、鋅、碘、維生素A、維生素D和維生素E等。

3 系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)功能模塊的實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)除了具有通用的管理平臺(tái)外，還有營(yíng)養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)管理，該模塊主要實(shí)現(xiàn)用戶(hù)可以在該頁(yè)面下選擇需要參與運(yùn)算的指標(biāo)，再選擇營(yíng)養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，然后點(diǎn)擊“查詢(xún)標(biāo)準(zhǔn)”。系統(tǒng)中內(nèi)置有行標(biāo)庫(kù)，用戶(hù)可以通過(guò)選擇“選擇營(yíng)養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)；標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)管理，該模塊主要實(shí)現(xiàn)完成對(duì)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的信息的管理。在選擇營(yíng)養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，用戶(hù)可以新增標(biāo)準(zhǔn)：查看原料參數(shù)，該模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)原料參數(shù)的查看；選擇飼料模塊，該模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)選擇飼料處理；優(yōu)化計(jì)算管理，該模塊主要實(shí)現(xiàn)的功能有：

1）該系統(tǒng)用于協(xié)助用戶(hù)進(jìn)行飼料配方的生成、管理，以達(dá)到 復(fù)雜配方簡(jiǎn)單化、復(fù)雜計(jì)算簡(jiǎn)易化的目的；

2）原料指標(biāo)的管理：提供數(shù)百種原料的營(yíng)養(yǎng)成分參數(shù)，用戶(hù)可以更改、添加、刪 除原料成分?jǐn)?shù)據(jù)，以適應(yīng)不同地域中原料的參數(shù)特點(diǎn)；

3）營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)的管理：提供4～50 kg不同階段的飼養(yǎng)階段參數(shù)，用戶(hù)可以更改、添 加、刪除營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，以滿(mǎn)足不同飼養(yǎng)階段的營(yíng)養(yǎng)需求；

4）提供目標(biāo)規(guī)劃算法：輕松計(jì)算特定的營(yíng)養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)下最優(yōu)化飼料配比。算法精確，可靠性高，根據(jù)飼養(yǎng)階段的采食量、消化能等特點(diǎn)以及可提供的飼料參數(shù)指導(dǎo)個(gè)體的飼料配比。

優(yōu)化計(jì)算具體功能包括：目標(biāo)規(guī)劃計(jì)算；影子價(jià)格分析計(jì)算；手工規(guī)劃折算。

本系統(tǒng)同時(shí)提供通過(guò)Web和手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備訪(fǎng)問(wèn)界面，圖3就是一個(gè)典型的通過(guò)Web查看原料參數(shù)界面，圖4是一個(gè)通過(guò)移手機(jī)端訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)的界面。

圖3 通過(guò)Web查看原料參數(shù)界面Fig.3 Via the Web interface to view the material parameters

4 結(jié) 論

文中在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算[6]平臺(tái)的基礎(chǔ)上，利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算融合方法，率先在國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)出能指導(dǎo)飼養(yǎng)戶(hù)生產(chǎn)實(shí)踐、提高飼料利用效率和降低飼料生產(chǎn)成本的基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的“家禽飼料配方優(yōu)化系統(tǒng)”，構(gòu)建了“飼料成分與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值數(shù)據(jù)庫(kù)”和“家禽營(yíng)養(yǎng)需要數(shù)據(jù)庫(kù)”云端數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)信息采集的標(biāo)準(zhǔn)化和共享化。采用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算融合方法，形成基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的家禽遠(yuǎn)程飼料配方系統(tǒng)前端App+后臺(tái)云計(jì)算的SaaS App服務(wù)平臺(tái)。

圖4 通過(guò)手機(jī)訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)界面Fig.4 Via mobile phone to access the system interface

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