基于GIS的农业综合管理系统的设计与建立

王孟博

（广东创新科技职业学院，广东东莞523960）

随着计算机技术的飞速发展和普及，地理信息系统(Geographic Information System，即GIS)在农业生产中得到了越来越广泛的应用，为农业生产提供更高效的服务，成为现代化大农业中的重要支撑技术之一[1]。我国作为世界上农业领军国家，其行业生产有着悠久的历史，且占据着十分重要的地位[2]。农业在我国的国民经济体制中扮演着举足轻重的角色，但是目前我国的农业发展水平同发达国家相比，还处于比较落后的阶段，加上信息技术也没能得到充分广泛的应用，其间信息的极度缺乏是制约我国农业发展的重要瓶颈之一，农业面临着可持续发展与国际竞争的双重挑战，我国农业的根本解决办法就是完成现代化大农业战略的部署，创建较为智能化的大农业平台，以便整合更多的信息来用于现代化大农业的生产实践的各个环节，合理利用各类农业信息类资源，进行水土保持、土壤保护、合理灌溉和施肥等，提高农业发展的可持续能力。

20世纪70年代GIS开始应用于农业领域，在土地资源评价、土地资源调查、农业资源信息的管理分析等方面取得了重大进展；到了80年代，以GIS系统为基础的精准农业被提出；1993年，美国的全球定位系统转为民用后开始被大规模应用于精确农业技术[3]。日本农林水产省和一些大型农业机械生产厂家已经在合作研究将卫星技术用于农业生产，2002年开发出利用卫星定位系统的农业机械。相比之下，我国此类研究起步较晚，但随着“863计划”的实施与开展，农业信息化技术研究也已列入国家科技攻关项目。

二十一世纪，世界农业进入数字化和信息化时代，以IT技术为主导的各类先进技术不断被应用于农业系统，应运而生了现代化大农业。现代化大农业由农业技术、计算机技术、信息技术所支持的根据空间参数变异、定时、定位、定量地实施完整的现代化大农业操作技术与生产管理的完整系统构成[4]，其技术支持主要由3S(GIS：地理信息系统；GPS：全球定位系统；RS：遥感遥测系统)构成，这种现代化大农业技术体系是信息技术智能化、网络化、数字化应用的综合体现[5]。基于此，设计并开发一套以GIS为基础的农业信息综合管理平台。

1.技术基础

1.1 地理信息系统（GIS）

地理信息系统（GIS：Geographic Information System）是一门已广泛应用于各个领域的综合性学科[6]。随着GIS技术的发展，也有称GIS为“地理信息科学”（Geographic Information Science），近年来，也有称 GIS为"地理信息服务"（Geographic Information service）。地理信息系统的矢量图通过点、线、面来构成整个数据集。具体关系如图1所示：

图1 GIS系统基本数据组织图

1.2 SuperMap Objects.NET

SuperMap Objects.NET是由北京超图软件股份有限公司（SuperMap）开发并推广的基于超图共相式GIS内核，采用.NET技术的组件式的GIS地理信息系统开发平台。采用标准的C++对共相式GIS内核进行编写，进而完成GIS功能的实现。此外，SuperMap Objects.NET采用C++/CLI进行组件的封装，是纯.NET的组件，不是通过COM封装或者中间件运行的组件，比通过中间件调用COM的方式在效率上将有极大的提高。SuperMap Objects.NET支持所有.NET开发语言，如 C#、VB.NET、C++/CLI等[7]。

1.3 MySQL数据库

MySQL是当前最流行的关系型数据库管理系统，在WEB应用方面 My SQL是最好的RDBMS(Relational Database Management System，关系型数据库管理系统)应用软件之一，由MySQLAB公司推出，总部位于瑞典，现已被收购于Oracle旗下。凭借其所占内存小、运行速度快、总体拥有成本不高，特别是源码开放这一功能，成为了多数网络平台的首要选择[8]。

为了开发出数据全面且功能完善的农业综合信息管理平台，同时又考虑到系统的易用性、易维护性及兼容性，整个平台在Microsoft Visual Studio 2012的开发环境下，基于GIS地理信息技术，优势结合，设计并创建了一套农业信息管理系统。最后通过软件编制、应用测试，完成开发与利用。

2.系统的总体设计

2.1 可行性研究

随着农业信息化技术的不断提高与发展需求，确定了对农业生产的全过程进行信息化管理的战略目标，并给予一定的资金支持。本系统的开发，不仅可能极大地提高农业生产全过程的管理效率，而且随着每年数据量的不断积累、分析与优化，可以为以后的农业生产提供更科学的生产及管理依据，同时地块数据数字化，可以为土地承包及管理减少很多纠纷。本系统是一个涉及到地理信息技术及数据库技术的管理和查询系统，现有的技术已经较为成熟，而且硬件、软件的性能要求、环境条件等各项条件良好，利用现有技术条件完全可以实现该系统的功能目标。无论从技术还是经济上，本系统的研发工作有着极大的可行性。

2.2 技术目标及流程图

为了实现高效、方便、精细的现代化大农业管理平台，基于GIS的农业综合管理系统涵盖了农业技术管理层、农业技术集成层、种植规划设计层、农业生产实施层、农田环境监测层及农业数据报表层，从规划、种植、管理、收获到相关农业技术的集成及提高均进行信息化管理，不仅提高了管理效率，而且积累了大量的数据，为以后的农业生产进行技术革新提供了科学的依据。通过对用户的需求分析，完成系统的技术方案及流程图的设计，如图2所示。

图2 技术方案及流程图

2.3 系统总体设计

系统总体设计是指软件采用什么样的开发模式及各个功能模块的具体划分。无论在软件开发的哪个阶段，都需要从整体上考虑软件的整个生命周期的存在，尤其是为后续的数据库设计、编码实现、测试与维护做到最大程度的优化。本系统的业务流程涉及到了农业生产、农事作业的各个阶段，业务流程较为复杂，数据量较为庞大，尤其是地理信息中的空间数据较大，所以本系统的整体开发采用三层架构方式进行开发，如图3所示。

图3 三层架构示意图

在系统设计时因考虑到在各个农场之间传递数据，涉及到农场的网络实际情况，以及本系统需要生成、显示、传输较大的数据，因此本系统决定采用C/S开发模式。为了能够将复杂问题进一步细化，本系统采用模块化的编程思想，使得本系统真正做到低耦合、高内聚。本系统的模块划分如图4所示。

图4 系统模块图

2.4 数据库设计

对于地理信息系统而言，数据库的设计工作占到了整个系统开发的50%以上，所以数据设计的好坏可以直接影响系统的质量层次。本系统的数据库包含属性数据库及空间数据库，其两者关系如图5所示：

图5 数据库关系图

为完成系统制定的功能目标，除空间数据库的一些数据表，系统需要在属性数据库中设计较多的数据表及存储过程，并通过关键字的识别将属性数据和空间数据进行关联。在此仅列出关于用户权限管理及角色管理的相关表。如表1、表2所示为部分样表。

表1 角色组表

表2 角色组权限表

3.系统功能的实现

3.1 系统登录模块设计

登录界面是整个系统入口，无论任何人想操作该系统必须拥有合法的访问权限，防止非法入侵，最大程度保证了系统的安全性。系统将用户分为普通访客与管理员两类，而管理员又分为普通管理员和超级管理员两大类别。其中普通操作人员又隶属于不同角色，他们所拥有的操作权限是不同的，而角色的权限定义可以通过超级管理员进行设置。对于用户的登录，系统仅允许进行3次密码尝试，如果3次密码录入均出现错误，则在规定时间内不允许该用户进行相关操作。输入登录界面如图6所示：

图6 系统登录模块

为了在最大程度上保证系统的安全性，数据库中存储的信息都是以128位16进制散列值进行存储，通过MD5加密转化而生成散列值，由于MD5加密算法属于单向散列函数，且存在不可逆性，即使有非法用户进入后台数据库，仍然没有办法获得合法的用户名与密码。想通过大量的计算对系统进行暴力破解，在理论上几乎是不能实现的。系统登录模块的程序流程如图7所示：

图7 登录模块程序流程图

3.2 后台管理模块设计

在信息管理系统中，成员与角色管理属于后台管理。动态的管理成员是保证系统的高可用性的重要方面，本系统由于涉及到了农事作业的众多方面，所以成员管理是否高效、灵活成为该系统重要性能指标。所以本平台开发了较为强大的后台管理，主要包括用户管理界面、用户权限设置界面、用户组权限设置界面、角色组权限设置界面、用户信息修改、日志查询界面。用户管理各项功能如图8所示：

图8 后台用户管理界面

3.3 农田地理信息模块设计

农田地理信息模块是本系统最为重要的模块，将为其它模块提供基本的图形数据支持。身份验证通过后，普通用户将进入到如图9所示的系统主界面。

图9 系统主界面

在主界面中还没有图层显示，此时通过文件菜单进行操作，打开工作空间，选择地图工作空间文件后，点击“打开”按钮即可打开选中的地图工作空间。打开工作空间后，可以显示图层数据，如图10所示。

图10 地图图层显示界面

在打开工作空间后，可以通过图层控制菜单对图层进行控制，通过图9可以看到，在左侧窗口选择图层，可以在右侧进行设置，其设置通过复选框进行勾选，操作简单。通过地图选择弹出式菜单对图层元素进行选择，地图选择包括点选择、矩形选择、圆形选择、多边形选择多个形式。通过点选择，点击选中后，可以鼠标点击选中地图上的要素对象，在图形下方的列表中即可显示该地块的属性信息。通过选择图层元素，可以查看该元素的属性数据。

4.系统测试

作为保证平台稳定性与可靠性的关键步骤，系统测试成为整个平台创建周期中的最后一环。其目的就是为了在整个平台运行操作中发现漏洞并当即解决。在前期工作完成之后，对整个平台内分别进行了内部链接测试、各类用户测试、数据库测试、系统兼容性测试、性能方面测试以及安全测试。整个平台在整个测试中均表现良好。

5.总结

系统严格地按照软件工程的开发思想，通过对用户实际需求的分析，利用SuperMap Objects.NET与My SQL的优势组合进行相关功能与数据库的设计与实现，并基于此创建了一个集生产管理、土地承包、灾害管理等多位一体化农业综合管理系统，将农业生产及农事作业相关操作与数据相结合，完成了数据的可视化显示。

[1]陈军响.基于GIS的温州农业资源管理信息系统的构建[D].南京农业大学,2011.

[2]常忠华.我国农业机械自动化的现状与推广[A].《决策与信息》杂志社、北京大学经济管理学院.“决策论坛——管理科学与经营决策学术研讨会”论文集（下）[C].2016.

[3]朱勇.进一步拓展现代信息技术在农业领域里应用途径的思考[J].农业经济,2012，(11):103-104.

[4]王艳锦,郑正,高照阳,帖靖玺.精细农业体系的研究[J].中国农机化,2006,(1):33-38.

[5]李玉清,张燕军.循环经济模式下高效生态农业发展对策研究[J].农业网络信息,2017,(3):71-74.

[6]邬利云.地理信息系统在高中地理教学中的应用[J].读与写,2014,(5):235.

[7]梁学庆.基于SuperMap的防汛抗旱综合事务管理系统探讨[J].城市建设理论研究,2014,(27):2441-2442.

[8]王孟博,朱景福,李妍,高寒,裴文彤.基于PHP技术的玉米大豆水稻农艺性状专网的设计与建立[J].黑龙江八一农垦大学学报,2017,29(01):110-114.