基于WebGIS的现代农业发展综合管理决策系统设计与实现

刘洋洋

摘 要： 为加快三门峡农业信息化进程，实现各部门数据共享、避免重复投资等目标，该文以VS 2010作为开发环境，以Oracle 10.0为数据库，以ArcGIS Server 10为服务发布管理平台，以数字三门峡地理空间框架提供的数据为基础，综合运用WebGIS技术、REST架构技术和jQuery技术等先进技术，设计并构建了统一规划的、资源共享的、“一站式”的三门峡现代农业发展综合管理决策系统，实现了农业概况、生产条件、农业展示、信息建设以及后台管理等功能。运行结果表明，该系统有效地解决了三门峡现有农业管理系统因独立建设所造成的重复投资、服务对象单一、易用性和交互性差、综合服务能力弱及数据无法共享所形成的“信息孤岛”问题，为当地农业信息化建设提供了有力的技术支持。

关键词： 农业信息化； 数据共享； 重复投资； WebGIS； 信息孤岛

中图分类号： TN911?34； TP311.52 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）04?0076?05

Abstract：In order to speed up the process of Sanmenxia agricultural informatization， achieve the goal of data sharing and avoidg repeat investment， in this paper， VS2010 is taken as the development environment， Oracle10.0 as the database， and Server ArcGIS 10 as the service management platform， the data provided by the Sanmenxia geospatial framework as the base， a unified planning， resource sharing，"one?stop"Sanmenxia modern agricultural development and integrated management decision?making system was designed and constructed by means of comprehensive application of WebGIS technology， REST architecture technology， jQuery technology and other advanced technologies， which has realized the functions of agricultural general situation， production condition， agricultural exhibition， information construction and background management. The running results show this system can effectively solve overlapping investment caused by independent construction， single service object， poor usability and interactivity， weak comprehensive service ability and "information island" formed by unable data sharing in the existing Sanmenxia agricultural management system. It provided a strong technical support for the local agricultural information construction.

Keyboard： agricultural informatization； data sharing； repeat investment； WebGIS； information island

0 引 言

随着WebGIS技术、计算机技术等信息化技术的飞速发展，传统的农业领域也享受到了其所带来的成果。山东农业大学的宋健以北京地区冬小麦信息为基础，综合运用Web技术、数据库技术及GIS技术，研发了一套基于WebGIS的小麦农情信息管理系统。中南林业科技大学的刘燕琼则基于JQuery的轻量级WebGIS，综合运用MVC的软件架构，结合AJAX、数据加密技术、MySQL技术、富客户端技术等Web开发技术，设计开发了基于WebGIS的农业生物资源利用系统。诸如此类的专家学者将WebGIS技术应用到农业生产当中，提高农业生产效率，促进农业经济发展，已成我国农业现代化建设的大趋势[1?4]。

WebGIS即网络地理信息系统，是指基于Internet平台，将Web技术应用于GIS开发，并由多台主机、数据库以及终端机器按照一定行业标准所组成的分布式信息系统。WebGIS具有跨平台性、可扩展性、广泛的访问和使用范围、系统投资少且性价比高等一系列的优良特性[5?7]。

三门峡市响应国家全面推广信息农业的号召，积极开展了农业信息化建设，创建了包括果园遥感分析系统、三门峡农机作业智能指挥调度系统等一系列农业信息系统。虽然取得了一定的成果，但由于三门峡市各农业系统大多是独立建设投资的，因此造成了重复投资、服务对象单一、综合服务能力弱、扩展性差、跨平台性差及数据无法共享等不良现象和严重的资源浪费。鉴于上述现象，为满足三门峡建立“一站式”农业地理信息服务平台的需求，该文设计并实现了基于WebGIS的三门峡现代农业发展综合管理决策系统。

1 系统总体架构

该系统采用REST三层B/S分布式体系架构，总体逻辑架构共分三层，分别为客户端（客户层）、应用服务端（服务层）和数据服务端（数据层）。系统逻辑架构如图1所示。

客户端：即WebGIS系统中的客户层，主要实现系统数据及功能的展示，是人机交互的核心载体。在该层中，用户不需安装其他软件，只需使用通用的浏览器（IE、搜狗或Google等）即可访问并使用系统提供的各项功能。

应用服务器端：即WebGIS系统中的服务层，该层是系统的核心层，用于实现系统的业务逻辑。该层利用ArcGIS Server服务器来响应从客户端传来的请求，然后调用本层中的各种应用组件并运用ArcSDE实现与数据服务器端的数据交互，最后对相应数据进行处理并将处理结果反馈给客户端的用户。

数据服务器端：即WebGIS系统中的数据层，是整个系统的基础。该层通过数据库来管理农业资源数据中所包括的基础地理数据和农业业务数据，为系统提供数据保障。在具体设计中，系统采用了Orcale 10.0关系数据库来存储和管理各种农业数据，并通过空间数据引擎ArcSDE来实现空间数据在关系数据库中的存储、查询检索等功能。

2 系统功能设计

根据当地农业发展的实际需求，该文按照自上而下的设计原则，对系统进行了详细的功能设计。系统共分为5大功能模块，分别为：农业概况功能模块、生产条件功能模块、农业展示功能模块、信息建设功能模块和后台管理功能模块，其整体架构如图2所示。

2.1 农业概况功能模块

该模块提供了对人口、耕地面积、农作物布局、农作物产量以及农民收入的历年数据的统计分析、空间展示和空间查询等功能，从空间宏观视角全方面展示了三门峡农业农村的建设现状及发展趋势。

2.2 生产条件功能模块

生产条件模块是本系统的核心部分，它不仅能对影响农业生产的各类要素，包括自然要素和科技要素，进行历年数据的对比分析，而且还能根据用户对农业耕种的具体需求，提供相应的辅助决策。该模块能更好地帮助农业管理部门进行农业宏观管理，并促进当地的农业发展。根据当地农业生产的实际需求，生产条件模块实现了以下几项特色功能：农业气候、土壤肥力、土地利用现状、基本农田保护、农田灌溉和三农服务。

2.3 农业展示功能模块

农业展示旨在为用户提供更全面更详细的农业产业信息，以辅助用户进行决策。基于用户的需求，农业展示模块主要提供了以下几种功能：高产创建（布局、产量、基本信息、面积）、产业集群（集群空间分布、现状）、龙头企业（企业信息管理、查询、信息展示、空间分布）、农民合作社（信息管理、查询统计、空间分布）、农业标准化建设（示范基地、三品一标）等。

2.4 信息建设功能模块

开放性应用平台必须要与其他农业系统以及相关网站进行集成，才能帮助用户实现跨平台访问。基于开放性平台和三门峡当地农业发展的实际需求，该模块提供了以下农业网站的链接：黄河农网、河南省农产品质量安全追溯平台、三门峡农业物联网综合监控视频、三门峡物联网示范基地远程视频。

2.5 后台管理功能模块

基于WebGIS系统的需求，后台管理模块应在总体上实现对业务数据的管理、权限的管理以及用户的管理等功能。在具体的设计中，该模块主要包括以下功能：企业信息管理、图片管理、农业农村管理和用户管理。

3 数据库设计

根据当地农业建设的实际需求，该文将系统数据库分为基础地理数据库和业务数据库两部分，并通过Geodatabase，ArcSDE空间数据库引擎和Oracle 10.0大型企业级数据库管理软件协力进行数据库管理[8]。

3.1 基础地理数据库设计

基础地理数据库主要用于存储系统相关的基础地理信息数据，包括三门峡市行政区划（地级、县市级、乡镇级、村级）、遥感影像数据、基础矢量地形图等。由于本系统的数据处理、服务器创建和管理均通过ArcGIS系列软件平台实现。为了便于管理，系统的基础地理信息数据采用ESRI研发的Geodatabase来存放，然后通过ArcSDE对数据进行入库。Geodatabase是ESRI公司设计的新一代面向对象的空间数据库，它采用面向对象的技术将真实世界抽象为地理空间信息的要素类（点、线、面）和不包含地理空间要素的对象类（要素属性）[9?10]。

3.2 业务数据库设计

业务数据库即属性数据库，主要用于存储各种农业相关的属性数据。该系统中农业业务数据主要包括：农业土地资源数据、农业气候资源数据、龙头企业数据、农民合作社数据、农业人口与经济发展数据等，每种数据内部都包含有多个要素类，并确定了各要素类的几何表示类型（点、线、面、栅格），每个要素都会有一组基本属性，包括标识码、形状、名称、数据类型以及农业生产相关属性信息等。农业业务数据库数据字典如表1所示。系统业务数据库所涉及的表有：人口信息统计表、农作物面积表、农民合作社表、龙头企业表、产业集群表、三品一标表、标准化示范基地表等。

4 系统部分功能模块实现

4.1 土地利用现状功能模块实现

土地利用现状调查是指以县为单位，查清农、林、牧、渔场、居民点的土地权属界线以及各类用地的面积、分布和利用状况[11]。考虑到土地利用现状调查在农业生产以及三农建设中具有重要意义，系统对该模块进行了重点设计。

与以往农业系统相比，该系统的土地利用现状模块结合ArcGIS平台提供的空间查询功能，提供了多种查询及统计方式，如条件查询、属性查询、自定义范围查询、按行政区统计以及区域统计等。用户可根据对土地利用现状查询的具体需求选择最合适的方式来查询，而后系统将自动生成相应的查询结果。

以区域统计为例，用户可以根据需求，在图层中任意画出图形来划定所要查询的范围，而后系统将自动把划定范围内属性信息的统计分析结果反馈给用户。在具体的设计中，该模块采用了ArcGIS API for JavaScrip提供的QueryTask类来实现相关功能[12?13]，其实现步骤如下所示：

（1） 打开土地利用现状模块窗口，然后选择绘制几何图形的方式及形状。以点绘图方式绘制不规则多边形为例，用户首先点击地图量测按钮并选择点绘图方式，然后按顺序依次设置点位，划定所需查询范围后双击鼠标，所绘点位将自动连接闭合成一个不规则多边形。

（2） 多边形闭合完成后，系统将自动把所绘多边形中的图形要素传输到后台服务器中。随后服务器会新建一个QueryTask类并令其与多边形所在的基础图层的URL进行链接，以使其能够调用该图层的要素信息。最后QueryTask定义空间查询条件。系统将区域统计模块的空间查询条件定义为SPATIAL_REL_INTERSECTS ，即查询所绘多边形与基础图层相交部分的要素信息。

（3） 根据定义的空间查询条件对所绘多边形和基础图层的空间关系进行判定，如无相交，则返回无查询结果并显示给用户，如有相交，则返回featureSet参数，并将相交部分的featureSet参数绘制到GraphicsLayer中以实现多边形在基础图层中的高亮显示，而后通过Attributes属性字段将查询所得的多边形与基础图层相交范围内的属性信息以表格窗口的形式反馈给用户，如图3所示。

4.2 基本农田保护功能模块实现

基本农田保护是指根据一定时期人口和国民经济发展对农产品的需求以及对建设用地的预测后，对长期不得占用的耕地依法实行保护的一项土地行政措施。基本农田保护对中国粮食安全以及农业发展有着至关重要的意义[14]。

该模块利用ArcGIS提供的空间和属性查询功能，将地图中每块农田通过标识码、保护区编号以及要素代码进行关联认证。用户可输入代表每块农田的标识码、保护码等任意一种编号来查询该农田的相关属性信息，系统会自动将所查地块高亮显示，并且提供对该地块的统计分析功能。

4.3 农民合作社功能模块实现

农民合作社是在农村家庭承包经营基础上，让同类农产品的生产经营者或者同类农业生产经营服务的提供者和利用者自愿联合、民主管理的互助性经济组织。农民合作社以其成员为主要服务对象，提供农业生产资料的购买，农产品的销售、加工、运输、贮藏以及与农业生产经营有关的技术、信息等服务[15]。鉴于农民合作社在农业发展中所起到的重要作用，系统对农民合作社功能模块进行了精心的设计。该模块功能主要分为以下3块：

（1） 空间分布展示

通过GIS的地图展示功能，可以在地图上展示国家、省级农民合作社的位置信息，以让用户对合作社地域空间分布有一个直观、形象的了解，也方便用户通过空间位置进行农业合作社信息的查询。

（2） 合作社分类展示

通过GIS的地图符号定制及地图数据符号化功能可以将农民合作社按照不同的类型分别使用特定地图符号样式进行分类展示，如按照行业类别进行展示（不同行业设置不同的显示符号）、按照规模不同进行展示、按照产值多少进行分类展示等。

（3） 农民合作社查询

考虑到系统的用户大多为普通农户，因此该模块提供了多种人性化和大众化的农业合作社信息查询方式，用户不需专业培训即可快速上手。

农民合作社的查询及定位功能轻松实现了由图到文，由文到图的图文互访功能，该功能主要是通过以下几种查询方式实现的：

（1） 点击查询

用户通过点击地图上任一农民合作社点数据，就可得到该合作社的详细信息，如企业法人信息、企业的基本介绍、图片信息等。

（2） 区域查询

用户通过在地图任意位置绘制多边形或圆形就可以查询出位于该绘图区域内所有农民合作社。查询结果一般以两种方式展示：查询结果自动标注在地图上和结果以列表形式展示在页面上。

（3） 按行政区查询

通过该方式，用户可以选择或输入某一行政区，如陕县，从而检索出陕县的所有农民合作社数据信息。

（4） 关键字查询

用户通过在页面上输入关键字来进行农民合作社信息检索，关键字输入完成后点击搜索，系统将自动把检索结果标绘定位在地图上，并显示在搜索结果列表内，如图4所示。

4.4 三农服务功能模块实现

三农问题即农村、农业、农民三大问题，中国作为一个农业大国，解决三农问题不仅关系到国家粮食安全和社会稳定，更是全面建设小康社会的基本保障。该系统基于三门峡解决当地三农问题的需求，为其量身打造了三农服务功能模块。

该模块旨在帮助当地农民获取农业生产资料供应、农产品购销服务站的空间分布等信息。用户打开系统，点击展开系统业务树中“三农服务”节点后，系统将自动弹出三农服务功能面板。在具体应用中，该模块主要包括农产品质量检测机构、农技站、土壤墒情监测站、种子企业、化肥生产厂家等农业物资服务站的详细信息。三农服务模块功能如图5所示。

5 结 语

该文以地理信息公共服务平台为基础，将计算机技术、WebGIS技术与基础地理信息数据、农业数据相结合，应用在农业发展综合管理决策方面，对实现农业现代化具有重要的意义。该文研究成果及创新点主要体现在以下几个方面：

（1） 以河南省基础地理信息服务平台为支撑，以数字三门峡地理空间框架提供的地理信息服务、数据为基础，综合运用各种信息化技术，设计并实现了基于WebGIS的统一规划的、资源共享的、“一站式”的三门峡现代农业发展综合管理决策系统。

（2） 通过数据引擎ArcSDE连接Oracle 10.0，构建了三门峡农业地理信息综合数据库，实现了当地农业数据与基础地理信息数据的统一管理；通过建立开放式数据共享接口实现了数据的共享和应用集成，有效解决了三门峡市目前农业系统间的“信息孤岛”问题。

[ 图4 关键字查询功能 图5 三农服务模块功能]

（3） 构建的土地利用现状调查、基本农田保护等对农业发展具有辅助决策作用的特色功能模块，可帮助用户了解土地利用现状并制定合理的耕种计划，从而提高土地利用率。该文设计的农民合作社模块和三农服务模块，为三门峡推广特色农业提供了强力支持。

参考文献

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