基于GIS的湖南省数字渔业信息系统

王冬武　何志刚　伍远安

摘要：以建立湖南省数字渔业信息系统为目标，使用组件式地理信息系统（GIS）软件SuperMap iserver JAVA 为开发平台，服务端采用C#.Net，客户端采用Action Script，通过面向对象和组件式开发技术，建立数字渔业基础信息空间与属性数据库。主要介绍了湖南省数字渔业信息系统开发的总体目标、系统的总体体系结构、功能模块，以及利用Supermap iserver JAVA组件对象进行地理信息系统开发的基本过程。最后，以湖南省原良种场分布情况为例，展示该信息系统中渔业信息与地理信息结合的实现过程。此信息系统能够直观展现湖南省渔业基础数据的地域分布规律，从而有助于提高渔业信息管理和服务的技术水平，具有良好的应用前景。

关键词：数字渔业信息系统；组件式GIS；集成开发；Supermap

中图分类号：S127 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2016）07-0431-04

湖南省渔业信息化建设基础条件优越，产业前景广阔。湖南省素称“鱼米之乡”，水域面积约130万hm2，可养殖水域60万hm2；2013年渔业产量234万t，产值310亿元，居全国淡水养殖量第5位。湖南省渔业是市场化最早、竞争最充分的传统产业，是大农业中信息要素最活跃、信息需求最迫切的产业之一[1]。

湖南省水产科学研究所对湖南省所有水域面积、养殖权人、养殖品种等相关信息进行摸底调查，积累了非常重要的渔业基础资料，并撰写发布了《湖南省水域滩涂规划（2015—2020年）》，为省政府决策部门、各级渔业管理部门、科研院所提供了许多有价值的信息服务[2]。但是，相关的渔业基础信息依然采用简单的数据表格呈现方式，在数据的可视与实效性、数据的开发利用、数据的深化延伸方面均不能适应目前渔业高速发展的需要[3]。

渔业信息化建设的重中之重即以地理信息系统技术为核心的渔业在线管理系统[4]。地理信息系统（geographic information system，GIS）是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统[5]。渔业信息基础数据绝大多数与空间地理位置紧密相关，为了灵活、有效地利用渔业信息资源，有必要将GIS应用于渔业基础信息的管理与服务[6-7]。

1 材料与方法

全面考虑开发成本和效率、系统兼容与可扩展性等诸多因素，本系统的GIS平台选用超图公司的SuperMap iserver JAVA 6R，服务端数据统计及导出采用C#.Net（Visual Studio 2010），服务端数据发布采用JAVA（Eclipse），客户端采用Action Script（Flash Builder 4.6）进行开发[8-9]。

1.1 主要开发目标

系统建设开发的主要目标是：按照“平台上移、服务下延、资源整合、统一标准”的基本原则，基于.Net平台，通过 C# 等高级编程语言，使用Visual Studio、Action Script和SuperMap iserver JAVA 6R等基础开发工具，设计和开发湖南省数字渔业GIS信息系统，省、市、县3级用户在线对六大专题数据进行管理操作，通过专题数据中的空间信息，结合GIS的功能来实现水域滩涂养殖证出图、分区域统计分析等功能，促进湖南省渔业产业管理现代化与信息化[10]。

1.2 系统建立目标

（1）通过湖南省地理信息公众服务平台与6个渔业专题数据库的关联，实现在地图上方便地查询、添加、修改、统计全省及各县级的渔业基础数据，按照标准格式输出分析报表。（2）通过运用SuperMap iserver JAVA 6R组件开发功能，专门生成6种专题地图和统计图表，使用户能形象直观地了解农业部水产健康养殖示范场、湖南省水生动物种质保护区、湖南省原良种场及苗种场以及湖南省休闲渔业等分布情况，更好地分析渔业基础信息。（3）将地理信息系统与水域滩涂养殖证界至图制图相结合，通过在线高分辨率地图对养殖池塘进行查询、定位、测量、绘制、截屏、打印，可以实现网上直接打印。（4）将渔业渔政管理和公共服务等网站整合融入到地理信息系统中，方便用户在1个界面中实现多种功能操作。（5）建立完善的应用系统安全和数据安全，确保数据的安全性和一致性；充分考虑新增功能的加入以及地图、数据的更新和维护机制，保证系统可持续发展。

1.3 系统的基本结构框架

考虑到目前办公网络化以及渔业信息基础资料数据的保密性，系统的体系结构采用B/S结构（Browser/Server，浏览器/服务器模式）在公共网络运行，不同的客户端通过Internet访问服务器，实行用户分级授权模式。

B/S结构是Web兴起后的一种网络结构模式，Web浏览器是客户端最主要的应用软件。这种模式统一了客户端，将系统功能实现的核心部分集中到服务器上，简化了系统的开发、维护和使用。客户机上只要安装1个浏览器（Browser），如Internet Explorer（本系统因使用Action Script开发客户端，客户机还需要安装Flash Player），服务器安装SQL Server等数据库。浏览器通过Web Server 同数据库进行数据交互[11]。

系统设计主要采用经典的模块化和结构化设计方法。按照逻辑结构划分为3个层次：数据源层、数据接口层和业务逻辑层。数据源层主要负责与服务端的数据服务进行交互操作，同时也可直接对数据库进行操作，由渔业信息基础数据库服务器和地理信息公共服务平台组成；数据接口层采用Windows Form方式，负责用户的可见界面；业务逻辑层主要对数据业务逻辑处理，实现系统登录控制、专题管理、统计分析、地图获取等具体业务[12]。

按照功能划分为地图数据管理、养殖证出图、专题数据管理、统计分析和系统管理功能等5个模块。地图数据管理模块主要实现地图导入、地图定位、地图测量、地图数据获取、书签、标注和保存等功能；养殖证出图模块主要实现地图数据定位测量后截取、出图参数设置以及打印等功能；专题数据管理模块利用SuperMap iserver JAVA 6R组件，对专题地图进行添加、修改、删除、查询、导出、编辑和统计等功能；统计分析功能模块实现数据显示、统计报表生成、统计图表生成、模型分析等功能；系统管理功能模块则对系统整合资源进行管理，并对字典、用户、日志和个人参数进行管理及设置[13]。系统逻辑结构如图1所示。

1.4 数据库设计

湖南省数字渔业信息系统的基础来源于数据库，数据库设计是否合理对于湖南省数字渔业信息系统的建设起着决定性的作用。按照系统结构需要，数据库建设分为地理信息数据库和渔业基础信息数据库2个部分。

地理信息数据库是地理信息系统中最基本、最重要的组成部分，其功能是对空间数据的管理和查询检索，并对专题数据进行集成、展示并分析。地理信息数据库包括电子地图与卫星影像，其中电子地图比例为1 ∶ 10 000，来源于湖南省地理信息公共服务平台，囊括7 741幅实体数据库、全省影像电子地图、全省DEM晕渲电子地图、全省标准的地名数据140余万条，经脱密技术处理后的空间数据平面位置精度满足国家测绘局50～80 m要求。电子地图包括全省各市、县的区域、边界和名称等，湖南省地图为5～17级，市级地图为18～20级，每类专题数据均采用矢量数据格式，根据其特征以点、线、面、文本等形式划分为若干图层，地图位置坐标数据及属性数据均存放在空间数据库中。湖南省内高清卫星影像已实现80%覆盖，预计到2016年实现100%全覆盖[14]。

渔业基础信息数据库采用湖南省畜牧水产局提供的渔业基础信息数据并经过规范化处理。渔业基础信息数据库包含湖南省养殖水域数据表、湖南省龙头企业数据表、湖南省休闲渔业数据表、湖南省种质保护区数据表、湖南省农业部健康养殖示范场数据表和湖南省原良种苗种场数据表等，数据表存储为Microsoft Access格式，数据的查询和处理采用软件SQL Server 2008来实现。湖南省养殖水域数据库通过地区代码字段与地理信息数据库建立联系，通过字段名称的统一，为今后针对数据库的修改、扩充提供了便利条件。

本系统通过在线调用方式将电子地图与专题数据进行无缝集成。本系统所用到的行政区划数据包括省、市、县、镇、村5级，其中省、市、县3级为空间面数据，镇、村2级为空间点数据。

2 系统设计关键性技术

2.1 组件式GIS技术

GIS软件的模型包含若干功能单元，诸如空间数据获取、坐标转换、图形编辑、数据存储、数据查询、数据分析、制图表示等，所有功能放在1个控件中会导致效率低下。组件式GIS将GIS的各大功能模块划分为若干个控件，单独控件完成各自不同的功能。所有GIS控件之间以及与其他非GIS控件之间，能够借助可视化的软件开发工具集成，最终得到GIS应用系统[15]。

本系统通过action script调用SuperMap iserver for flex程序文件，编程开发来实现各种功能，具体步骤如下：（1）建立flash builder项目，嵌入SuperMap iserver for flex对象类型库；（2）建立iserver for flex对象，并建立相应控件之间的联系；（3）调用iserver for flex对象和其他action script对象方法和属性完成GIS应用软件功能；（4）释放iserver for flex对象级变量，关闭相应的资源。

2.2 图表软件Javascript Charts

Javascript Charts是立陶宛Amcharts公司出品的图表组件开发软件，主要用来生成基于flash的各种复杂的图表。Amcharts 支持柱状图、条形图、线形图、面积图、烛台图和雷达图等图形，Amcharts可以从简单的CSV或XML文件提取数据，也可以从动态数据读取生成，比如PHP、NET、Ruby on Rails和Perl，以及其他许多编程语言。通过Amcharts提供的各种属性或方法来控制生成的图形，可以无缝地融入到应用程序中[16]。

2.3 湖南省数字渔业信息系统安全技术

随着信息技术的发展，信息安全问题变得愈加重要和严峻，而服务式GIS的广泛应用使得GIS服务安全得到了更多的关注，GIS应用更多地从单机转向了网络应用，而GIS功能更多地实现由客户端转向了服务器端。本系统在安全性方面主要采取以下策略实现GIS服务系统的安全。（1）保护系统安全。采取物理安全、软件升级、病毒防护和定期备份等措施对服务所在系统予以保护，以使其免遭物理攻击和恶意网络的破坏；通过已有的安全架构，保护软件及硬件，如通过防火墙来阻止恶意的Internet用户访问局域网络。（2）保护服务管理安全。通过设置管理员账户，保证只有管理员有权限对服务进行发布、编辑、删除等管理操作。通过日志记录用户对服务的所有管理操作。（3）保护服务安全。服务管理器中提供安全模块，通过基于用户身份识别的认证和授权，实现对服务的访问控制。（4）保护用户安全。采用用户权限管理、登陆验证和数据加密技术。所有专题数据进行权限控制管理，根据行政区划划分所属权限，不同用户只能对其所属级别行政区划下的专题数据进行浏览、管理操作。用户信息通过MD5加密，保证用户信息的安全[17]。

3 结果与分析

湖南省数字渔业信息系统基于地理信息公共服务平台，将渔业基础信息数据与空间地理紧密结合，为行业主管部门创新现代渔业管理提供了有效的数据和技术支撑，为渔业业务部门操作提供极大便利和快捷帮助，也为行业从业人员提供多种地理渔业方面的特色服务。

3.1 地图数据管理功能

实现地图显示、地图平移、地图缩放、地图重置、地图切换、地图截图等地图功能；实现对地图的区域选择、放大、缩小、漫游、全幅显示等操作；实现根据坐标定位、地名搜索定位以及地区导航定位等操作。实现地图距离测量和面积测量，通过多边形测量或手绘多边形测量，精确测定池塘或其他目标物的面积；通过调用地图控件的方法，实现地图的导出，根据用户的需要可以选择将地图保存为jpg格式的图片或直接打印[18]。系统卫星影像见图2。

3.2 水域滩涂养殖证界至图绘制

基层操作人员登录湖南省数字渔业信息系统后，可以方便地使用系统提供的测量、打印功能，从而轻松实现绘制“水域滩涂养殖证界至图”功能。通过矢量地图和卫星地图的结合使用，可以判断池塘的真实形状，然后通过测量功能绘制出池塘形状，在网上连接打印机即可实现出图功能。水域滩涂养殖证界至图所需要的标题、比例尺、面积、日期、单位、四至坐标均可通过系统自动生成（图3），也可选择性修改。湖南省数字渔业信息系统中数据出图功能的推广，预计将减少基层人员绘制“水域滩涂养殖证界至图”80%的工作量，减少大量的人力、物力、财力消耗。

3.3 统计分析及专题图制作功能

通过地图空间数据与属性数据的关联，根据规范的报表

格式制作统计报表，并实现报表的导出及打印功能；使用 Amcharts 组件，根据用户的要求生成各种统计图表，从而能直观地了解和分析渔业基础信息。系统同时提供了范围图、柱状图、标签图等常用专题制图模式，并提供图例的编辑显示功能，用户可以方便地对专题信息的显示定制范围图、柱状图、标签图等专题地图[19]。图4为湖南省各市养殖水域数量（个）饼状专题图示例。

3.4 系统应用实例

通过湖南省数字渔业信息系统，用户可以形象直观地对养殖水域的位置、面积、养殖权人等水域信息进行管理，可以对湖南省128个农业部健康养殖示范场和420个原良种场及苗种场进行安全管理，一旦出现重大疫情和传染病害，可以第一时间在地图上画出隔离区、缓冲区和安全区，供决策分析参考；可以对湖南省26个水产种质资源保护区进行可视化资源保护管理，在地图上直观地划分核心保护区和实验保护区，以及标注保护对象的产卵场、索饵场、越冬场及洄游通道；可以对湖南省928个休闲渔业场所进行实时定位，了解垂钓品种、场地照片和视频，满足不同用户对数字渔业信息和地理信息的双重需要[20]。图5为湖南省原良种场分布示例。

4 结论

应用Supermap iserver JAVA技术结合数据库技术开发了基于GIS的湖南省数字渔业信息系统，主要是为了提高湖南省渔业基础信息管理和服务的水平。系统利用GIS处理空间信息的特点，克服了以往渔业行业信息管理过程中结果显示不直观、缺乏空间属性的缺陷，实现了渔业信息管理与服务的实时可视化。应用开发的湖南省数字渔业信息系统，不同用户可以轻松方便地实现渔业信息和空间地理结合方面的操作，随着系统功能完善和地图版本的更新，未来将会在全省渔业管理中得到广泛的应用。通过湖南地数字渔业信息系统的开发，可以有效整合现有渔业资源，充分发挥信息流对产业发展的推动作用，为产业决策、行业管理、技术服务、产品流通及质量安全监管提供新的操作平台，具有广泛的社会需求和发展前景。

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