工厂化栽培食用菌研发管理系统设计与实现

摘要本文在分析食用菌产业化栽培环境下研发管理信息化建设相关技术的基础上，设计并实现了一个食用菌研发管理系统。该系统利用信息化技术，将食用菌研发过程中的试验方案、菌种管理、菌菇管理等通用研发流程与HACCP控制系统进行整合，实现了食用菌产业化生产信息化管理的目标。该设计已在实践中实现并应用。 [关键词] 食用菌研发，工厂化栽培，研发管理

1 简介

随着食用菌栽培方式的转变，逐渐出现具有现代农业特色的工厂化生产方式。食用菌工业化生产是指利用工业技术控制光、温、湿、气等环境因素，使食用菌的菌丝体和子实体在人工环境中生长，从而实现年产食用菌。因此，从广义上讲，食用菌产业化生产应包括食用菌菌种选育、生产、食用菌新品种开发等研发过程的管理。

食用菌研发管理系统以食用菌研发过程中的实验数据为核心，基于net技术架构，采用ASP技术、SqlService和WEB组件技术，运用数据仓库和数据挖掘技术提取、清洗和存储海量研发数据和分析。通过对食用菌产品产业化研发的各项关键技术、风险评估、对比执行等参数的管理和监控，实现了食用菌产品研发过程的管理目标。

二、相关技术介绍

2.1 ADO.NET数据库访问技术

ADO.NET 体系结构中有两个核心组件：DataSet 和.NET 数据提供程序。 Dataset是ADO.NET非连接模式的核心组件，实现了独立于任何数据源的数据访问。 NET 数据提供程序是连接模式的核心组件，它实现了数据操作和对数据的快速、只读访问。 ADO.NET主要提供了两个数据提供者，即SQLServer.NETProvider和OLEDB.NETProvider。

2.2 谷歌API

WebAPI通过开放的互联网传输协议，以标准的方式定义和提供其他应用程序可以调用的服务内容。它通过API 调用集成内容。目前的架构是在Web平台上，基于HTTP的WebAPI的流行也降低了应用服务集成的门槛。 GoogleWeatherAPI 是谷歌为开发者提供的天气API。支持三种使用方式：邮政编码方式、经纬度坐标方式、城市名称方式。经纬度坐标可以通过查询Google API提供的国家代码列表和对应的城市经纬度坐标列表来获取。

2.3 性能优化

当客户端通过浏览器请求web服务器查询数据时，利用ASP.NET的缓存功能，结合性能良好的存储过程，一次性将多页数据缓存到数据库中，供用户通过页。用户在浏览相邻页面数据时，只需提取Web应用服务器缓存的数据即可，减少了对数据库的SQL查询执行操作，优化了Web数据库的查询性能。

2.4 数据仓库技术

利用数据仓库和数据挖掘技术实现农业专家系统已成为作物研发试验数据分析领域的发展趋势。一般的信息系统只提供咨询和信息查询服务，不具备数据分析功能。数据仓库技术的应用有助于发现食用菌研发数据的内在规律，解决研发过程管理和决策辅助优化等问题。

数据仓库的典型技术包括：数据ETL、数据存储与管理、数据挖掘与展现等。异构、多规则的海量原始数据库存在信息重复、不完备等问题。为了满足数据挖掘的需要，采用ETL过程完成数据的抽取、转换、清洗等预处理。数据呈现技术体现在多维分析和数理统计上。食用菌分析应用中的一个很重要的任务就是找出食用菌栽培各因素之间可能存在的相关性，并利用分类决策树、关联规则、时间序列算法建立分析模型。通过前端分析工具，将查询报表、统计分析、多维分析的结论展现在用户面前。

三、系统设计

3.1 技术架构设计

食用菌研发管理系统在技术架构上可分为五个层次：基础框架层、核心引擎层、实体层、控制层和应用层，如图1所示。

基础框架层由两部分组成：数据访问组件和微软框架扩展层。前者是使用MicrosoftEnterpriseLibrary实现的，后者的主要目的是根据业务需要扩展微软的框架。

核心引擎层由四部分组成，包括实体连接组件，用于实体层的基类处理、通用方法、接口定义；性能优化组件，用于页面压缩和角脚本压缩；安全处理组件是实现身份模拟、权限验证等的基础组件；缓存处理组件是对页角媒体缓存的共同处理。

实体层由食用菌业务的具体实体组件构成，包括食用菌实体、程序实体、种引种实体、种种引种记录实体等。

控制层由通用控制层、业务控制层和报表平台三部分组成。公共控制层实现了一个相对独立和业务无关的框架。业务控制层用于实现与食用菌研发相关的组件，如调度组件、二维表组件等。

应用层按功能划分目录，每个主要功能是一个目录。

3.2 功能设计和模块细节

研发管理体系的运用贯穿于食用菌研发的全过程。经过对研发管理工作流程的详细了解和分析，我们将其分解为以下几个模块，包括菌种生产、引进与保存、繁育、环境监测、实验项目管理、研发过程管理、日志审计、基础信息管理等模块.如图2所示。

针对以上结构图，分别对功能模块进行详细说明。

    （2）引种与保种模块：该模块用于制定引种、试管种活化以及三角瓶种活化等计划。除记录引种等计划的基本信息外，同时记录下引种和保种阶段多次观察的实验挑选数据，例如污染数量、萌发数量、杂菌类型、菌丝覆盖情况等等。一旦有污染超标的记录，在后一期选择种源批次时，这一计划会被自动排除。

    （3）育种模块：根据育种批号和菌株制定育种计划，需要设定的计划项有母本选择、孢子采集、单核菌丝获取、杂交计划、杂合子获取、初筛、菌龄实验、中试和大试。

    （4）实验方案管理：本模块包括品种管理、装瓶方案、发菌方案、出菇方案，以及方案创建、修改、删除、编号定义等子模块，同时支持方案标签式模糊搜索、原料采购成本采集和汇总分析等功能。使用自动分配的方案标志号作为实验标志，具体数据项可为其他模块提供原始数据来源。

    （5）研发过程管理：该模块整合应用HACCP系统，采集分析各栽培特性值，达到综合检测的目标。其中数据采集功能是根据食用菌研发过程的不同阶段，系统接受用户各项环境数据及其他技术数据的输入，实现前台的常规逻辑控制。曲线图表则是以具体数值、曲线图表显示不同阶段的各项特性值。历史查询功能满足用户历史数据查询和历史曲线的绘制需求。报警监视则是根据食用菌研发过程的测量值变化，出现技术参数偏离时及时进行报警，颜色和声音报警等，如图3所示。

    4.结语

    本项目在研究分析工厂化栽培食用菌环境下研发管理工作的基础上，意在解决研发过程信息化管理、智能化监控以及决策优化问题。将食用菌研发试验流程全部纳入到系统层面集中管理。通过有效整合应用HACCP系统，实现研发过程实时监控。系统具备食用菌研发试验方案电子档案管理功能，方便检索查询的同时保证研发执行情况与原始方案实时同步。平台采用自行研发的报表统计分析系统，引入数学预测决策模型，为管理层提供最优解，实际使用情况说明，系统的实施实现了企业各项研发资源的智能调配，提高了企业运作效率。（上海丰科生物科技股份有限公司 陈传喜 蔺 钊）