基于Web的GIS/CCSODS/ES系统设计与实现

李 洁，邓永卓，杨靖峰，王姝逸

（天津市农业技术推广站,天津 300061）

农业智能决策技术特别是专家系统技术的开发与应用已日趋成熟，并广泛应用于农业生产实践，为农业生产提供实施方案。而地理信息系统可以对多种来源的时空数据进行综合处理，管理农业资源，为农业生产提供决策和咨询服务。模拟模型建立了一系列作物生长发育、光合生产与产量形成的模拟模型与作物高产、高效栽培的优化模型，具有动态预测功能。将三者结合起来，首先可以使专家系统决策过程中融入地理信息空间数据与属性数据，利用地理信息系统的分析结果，提高专家系统决策结果的针对性；其次专家系统可通过事实编辑模块调用和使用用户不易提供的模拟模型的预测结果，作为专家系统进行推理决策并制定调控措施的依据，提高专家系统决策结果的精确性；第三通过地理信息系统发布专家系统的决策结果，既可以提供用户可视化的查询功能，又可以提供用户智能推理决策结果，可提高专家系统的实用性。

1 系统设计

1.1 系统总体设计

系统总体设计的重点是确定系统的逻辑、物理和功能结构，制定系统的建设框架。

1.2 空间数据库设计

1.2.1 数据库系统

GIS空间数据库不同于普通数据库，主要由两部分构成。一部分是用于储存空间关系的空间信息，另一部分是储存位置、属性以及拓扑关系的属性信息。因此，它除了需要完成常规数据库管理系统所必备的功能之外，还需要提供特定的针对空间数据的管理功能。

根据数据类型对数据进行分类，形成专题数据，包括：基础地理信息、土壤资源与水资源信息、气候资源信息、农村经济信息及作物资源信息。所有这些专题资料将统一构建空间数据库系统。

空间数据库设计包括概念设计、逻辑设计、存储设计等。

1.2.2 逻辑设计

根据数据的概念结构导出的数据库逻辑设计。逻辑设计包括表设计、列设计、索引设计、数据字典设计和视图设计。逻辑结构设计要确保数据结构合理，减少数据存放冗余。

——基础地理

包括政区、居民地、居民点、公路、铁路、火车站、铁路桥、双线河、单线河、湖泊水库、水渠、水闸、池塘、等高线、经纬网、公里网、地貌、植被、淤泥、盐田、地类界、堤防等。

——土壤与水资源信息

包括土壤质地、土壤类型、有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾、土壤盐渍化程度、耕层微量元素（锰、硼、锌）分布、地下水等水位、地下水化学类型、地下水矿化度、地下水埋藏深度等。

——气象信息

包括光照、温度、降水、积温、大风日数等。

——水利信息

包括地下水资源状况、河道、闸坝、水库、机井等。

——作物生产信息

包括作物品种、作物分布、作物产量、面积等。

1.2.3 数据库存储设计

对数据库进行概念设计、逻辑设计后，在计算机物理存储介质中的数据组织形式。

2 系统功能与结构

2.1 系统功能

该系统是以PAID平台为核心，集成WebGIS与稻、麦模拟优化模型，形成智能化的生产管理信息系统。系统面向用户为农业管理部门、农业技术人员以及广大农村种植业户，因此，系统功能在设置上既要体现界面友好、内容丰富、易用，又要体现出系统强大的查询、检索及分析等各项功能。

2.1.1 信息显示

——信息标注：对每一个图层的重要属性信息进行文字标注，例如河流名称、居民地名称、气象信息等。

——经纬度显示：随着光标在地图上的移动，在界面底部可连续显示光标所在地点的经纬度情况。

——鹰眼功能：在界面左上端的地图全景图中，可显示当前放大或图层在地图全图中所处的位置。

2.1.2 图层控制功能

——设置活动图层：任意选择一个图层，进行图层内容显示。

——图层放大、缩小、全景显示：对图层某一部分图形进行任意放大、缩小、全景显示，以便清楚了解所要查看部分的详细信息。

——图层漫游：通过拖动地图对图层各部分进行浏览。

——图层显示与隐藏：通过设定比例阈值实现在一定比例范围内显示，即在以缩放形式显示某区域时，系统将每个主题的比例尺阈值与显示比例尺检查对比，以确定在何种比例尺时该显示哪些主题，这样有助于确保地图的清晰性和可读性。

2.1.3 图层信息浏览 查询功能

——目标定位：选择要查询要素。

——空间信息查询：选取查询工具，点击待查询空间要素，通过数据库检索，可显示当前所有符合条件要素的空间信息、属性信息等。

——属性信息查询：通过输入所要查询内容，进行数据库检索，将符合条件的记录显示在界面右端，选择任意记录在界面中高亮显示所查询记录。

——组合条件查询检索：通过对所查信息的字段名称、查询运算类型以及数值范围进行标注，可进行详细的查询。

2.1.4 图表统计 分析功能

——按地区显示：查询的气象信息内容，按照天津市各区县分类，显示查询内容的柱状图。

——按时间显示：对查询的气象信息，按照各个月份值显示柱状图。

2.2 智能决策

依据小麦、玉米、水稻、黄瓜专家系统各模块的事实数据，远程用户通过地理信息系统进行空间定位，将土壤、气象等属性数据代入专家系统的SQL Server数据库中，由推理机调用其信息，结合用户输入的作物生长信息，通过网络作出作物管理实施方案。

2.2.1 查询分析

系统具有多种形式的查询和检索功能，并以图件、表格或其它形式输出查询结果，查询方式包括：

——点位查询：利用交互方式通过光标指定位置，查询相应地理位置的信息。

——范围查询：利用交互方式通过给定范围（如县、乡镇、村庄、地块或图幅），查询该范围内的有关信息。

——专题查询：可按不同的专题（作物产量、土壤养分、经济情况等）进行分类查询。

——逻辑条件查询：根据用户给定的一个或多个条件，查询与该条件有关的属性信息，同时在地图上标注出符合条件的区域。

2.2.2 统计分析

利用GIS技术，结合要素空间分布图，对各种资源分布等情况进行统计与分析，包括面积量算、范围统计、类别统计、对比统计及分析计算等功能。

2.3 系统结构

系统采用国际流行的基于Internet的Browser/Server/Database三层网络结构，以后台数据库管理为核心，在Web服务器挂接服务构件以及GIS组件，通过前台浏览器管理和运行，客户端采用HTML Viewer thin clients。

2.3.1 应用服务器

主要提供电子地图的发布、查询、分析等图形服务，并以文件形式保存和管理农业资源数据。它基于WebGIS构建，相关的属性数据也可从此获取。

2.3.2 Web服务器

它以主页的方式向用户提供信息。采用动态主页技术和Java技术，将ArcXML转换成HTML语言。

2.3.3 客户机

采用瘦客户机系统，用户可通过浏览器实现灵活的交互，以获得各种有用的信息。

2.4 系统开发平台

系统开发平台可分为专业开发平台和一般开发平台，专业开发平台包括农业专家系统开发平台PAID3.0，地理信息系统开发平台和模拟优化决策模型CCSODS。

2.4.1 PAID农业专家系统开发工具

专家系统开发平台PAID （Platform for Agricultural Intelligence-system Development）采用国际上主流的计算机技术和系统集成技术研制而成，提供了网络化、构件化农业专家系统开发环境和开发工具，具有技术先进、功能丰富、结构规范、界面友好、易学实用等突出特点。该平台实现了系统管理、知识规则维护、数据编辑、数据处理、数据查询和帮助六大功能模块。

2.4.2 地理信息系统开发平台

本系统利用组件式GIS技术，基于目前国际流行的GIS软件组件—ESRI公司的ArcInfo与ArcIMS，采用基于对象的可视化开发工具JavaScript环境下进行集成开发。ArcInfo为ArcGIS桌面软件之一，是一个一体化的高级的GIS应用，可完成包括制图、数据管理、地理分析和空间处理，还包括与Internet地图和服务的整合、地理编码、动态投影、元数据管理和基于向导的截面和对近40种数据格式的支持。ArcIMS是一个基于Internet的GIS，允许建立大范围的GIS地图、数据和应用，并将这些结果提供给组织内部或Internet上的广大用户，ArcIMS运行在一个分布式的环境中，包括了客户端和服务器端两方面技术，它扩展了普通站点，使其能够提供GIS数据和应用服务。

2.4.3 稻、麦模拟优化模型开发系统

从江苏省农科院引进的模拟优化决策系统是将作物模拟模型、作物栽培的优化原理以及当地专家经验三者相结合，采用Visual Basic、Excell、FoxProw等语言编写，系统具有良好的可视性、灵活性及方便性，利用模型和各地的气候资料可以明确反映不同类型稻、麦品种在各地的生育期、光合生产、产量结构相协调的变化规律。

2.4.4 一般开发平台

选用目前较为通用的ASP、VB、VBScript和JavaScript等开发工具。

3 系统实现

本系统通过后台数据库的相互调用来实现GIS、CCSODS 与专家系统（ES）的结合，从而实现系统的可视化查询、动态预测与智能决策功能。

3.1 CCSODS与ES集成技术的实现

专家系统品种资料数据库包括的一些植物学特征：株高（cm）、叶片数、株型、百(千)粒重（g）；生育特性：叶面积指数（LAI）、生育时期等数据的结构、类型均建立在事实表中，在专家系统运行时可从事实编辑模块中直接填写数据或调用数据库，但由于上述数据多为动态数据，实时性较强，只能从一些监测点获取，使广大农民的咨询使用受到限制。因此，将CCSODS的模拟结果存储在SQL Server数据库的tempdata等数据表中，从事实编辑中直接查带可有效解决数据的来源，为专家系统的推广应用提供有效数据。

在DAID平台中，将事实表中要查带的字段定义为单值从动选择属性，即{select字段名from tempdata}，模拟后可在专家系统事实表中相应的字段输入框上双击鼠标即可获得该字段的模拟数据。

3.2 GIS与ES集成技术的实现

远程用户通过浏览器登录专家系统，打开事实输入界面，输入相应地块作物的生育信息和相关的气象信息到事实表中，然后点击“地理信息”按纽，系统自动转入到“天津市农业基础地理信息网上发布系统”界面，通过地理信息系统准确的空间定位查询该地块的相应属性信息，并查带回专家系统，在事实表中相应的字段输入框上双击鼠标即可获得该字段的地理信息数据。

4 结束语

本系统通过对GIS技术、模拟模型技术与专家系统技术的集成攻关，实现了PAID平台、网络化的稻麦模拟优化模型以及基于Web的天津市农业基础地理信息系统有机集成，采用ASP技术及VBScript和JavaScript等开发工具，综合专家系统的推理决策功能和模拟模型的动态预测功能以及地理信息系统的空间信息可视化功能，在调用系统时可方便地为各类用户提供数据调用与互换功能，科学地为不同用途提供综合决策。提高了系统的实用性、易用性与适用性。

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