基于WebGIS的水稻病虫害预警信息系统设计与实现

谢轩

摘要：文章重点阐述基于WebGIS的水稻病虫害预警信息系统的组成和数据库设计思路，并简要分析了WebGIS开发软件。在水稻主要病虫害数据库的基础上，以Internet为系统平台，运用WebGIS技术、ASP网络编程技术、网络数据库技术、人工智能技术等现代化信息系统开发手段，设计了基于WebGIS的水稻病虫害预警信息系统。该系统实现了水稻病虫害信息采集、数据查询、病虫害诊断、实时发布等功能。

Abstract： This paper focuses on the construction and database design of the rice disease early warning information system based on WebGIS， and briefly analyzes the development software of WebGIS. On the basis of establishing database of main rice diseases， with the Internet as the system platform， using WebGIS technology， ASP network programming technology， network database technology， artificial intelligence technology and other modern information system development method， it designs plant diseases and insect pests of rice early warning information system based on WebGIS. The system realizes the rice disease information collection， data transmission， disease diagnosis， effect of real-time release.

關键词：WebGIS；水稻病虫害；预警；数据库

Key words： WebGIS；rice disease；warning；database

中图分类号：S435.11 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）35-0183-03

0 引言

水稻病虫害是影响粮食产量的重要因素之一，及时、准确地发布水稻病虫害发生与变化趋势预警信息，对提高农民和农企的生产积极性，推动农村经济可持续发展都具有非常重要的意义。

随着信息技术的发展，网络地理信息系统技术、网络数据库管理技术、ASP网络编程技术、AI人工智能技术在水稻病虫害检测以及预警预报方面，应用越来越方泛。以互联网平台为基础，结合大数据分析方法，设计出基于WebGIS的水稻病虫害预警信息系统，把从实际生产中获得的，能够反映水稻病虫害变化趋势的原始数据，转化为清晰直观的地图和统计报表，可以方便用户查询[1]。通过预测与分析，用图表显示病虫害发生程度和变化区域，既简单又明了，达到实现水稻病虫害预警预报的功能，对农作物丰产丰收具有一定的实用价值和较高的经济效益。

1 系统组成

按照水稻病虫害预警信息系统实际完成的功能，将其划分为水稻病虫害数据管理、水稻病虫害监测数据、预警信息发布和综合信息管理四个模块[2]，如图1所示。

病虫害数据管理模块主要是管理来自国家水稻病害虫数据库的基础数据。我国幅员辽阔，各地区的气候条件相差较大，水稻病虫害发生的时间、发生的地理位置、发生病虫害的规律、病虫害的种类也各不相同，因此，对病虫害分类管理的方法、综合防治的策略必须区别对待。病虫害监测数据模块主要对气象观测站提供的温度、降雨量、日照强度、风向风速，以及植保站提供的病虫害田间取样数据进行分析和处理。数据分析和处理可以调用Excel中数据分析处理的功能，通过建立带有数据标记的折线图来显示病虫害的发生发展趋势。整个系统的核心是预警信息发布模块，它根据历史的病虫害资料和现场收集的病虫害信息进行预警分析，对未来的病虫害的发生概率、发展区域进行准确的预测，从而为病虫害防治提供决策意见。它包括敏感性评价、灾情预警分析和灾情信息发布等内容。综合信息管理模块一方面管理着整个系统的用户信息，完成用户的注册、登录、信息修改，另一方面也接收用户的反馈信息。

2 数据库设计

由于水稻病虫害预警信息系统中有大量的数据需要进行处理，通常的数据库不能满足此要求。该系统采用开源数据库，通过优化数据结构模型，将空间数据与属性数据统一存放和管理，建立合理的空间数据库和属性数据库。数据库的组成结构如图2所示。

2.1 分析与处理数据

水稻病虫害预警信息系统需要分析和处理的数据来源于基础地理信息数据、病虫害监测数据以及气象数据。基础地理信息数据可通过国家基础地理信息网下载，对行政区划图和区域水文地质图进行矢量化来获取。病虫害监测数据包括病虫害的习性数据、田间取样数据、遥感监测数据等，可以通过对区域病虫害调查与区域历史资料为基础整理而来。气象数据包括温度、土壤相对湿度、降雨量、日照时间、风向风速等则为气象部门所提供。

由于数据库中的数据类型不是一样的，在对数据进行分析和处理之前，有必要将它们进一步划分为空间数据和属性数据。对于水稻病虫害空间数据，在获取数据时，即使是相同的区域，所使用的地图亦存在地图坐标系、地图单位、地图比例尺、地图投影方式等参数的不同，采集数据时需要对图件进行投影变换，转换为同一坐标系、同一比例尺的数据。因此，必须对图形数据进行标准化处理；针对属性数据，需要对数据进行重新编码，以表格的形式进行存储，为属性数据库的建设作好准备工作。endprint

除此之外，要对系统中海量数据进行有效的、一体化的管理，先必须对数据进行标准化处理和数据编码，然后再进行数据组织。凡是涉及到图形库的数据，应以“层”的概念来组织，各层之间又可通过“统一编码”与属性库联系，使图形库与属性库有机组合在一起，用户就能够方便地调用所需的图幅文件、编辑图层，查询各层数据的空间信息。

2.2 设计空间数据库

利用ArcGIS Server构建多用户的WebGIS平台，从而开发Web应用与服务，用ArcObjects搭建的B/S开发工具能够支持SDE、Shape以及Arc/Info的Coverage格式的空间数据库[3]。Geodatabase是一种采用标准关系数据库技术来表现地理信息的空间数据库，通过在ArcMap10.5中添加病虫害数据、降雨量数据及各类基础地理信息数据。打开属性表进行相关属性字段的录入、编辑，再利用地理数据的资源管理器ArcCatalog建立地理空间数据库Personal Geodatabase。

2.3 设计属性数据库

设计好空间数据库后再设计水稻病虫害气象預警属性数据库，原因是空间数据库中的每一图层都对应着若干属性信息，对应的属性数据通过SQL Serve数据库进行存储。本系统在设计的SQL Server属性数据库中，创建各图层的属性表并录入相关的属性数据。

2.4 关联数据库

空间数据以及与图层对应的属性数据都是存储在Shape文件自带的（*.dbf）表中，除此之外的属性数据存储在SQLServer数据库中。本系统通过在Personal Geodatabase下面新建一个Class，即New Relation-ship Class，用“统一编码”做关键字，执行Append来实现Shape图形数据库与SQL Server属性数据库的关联，就可以实现空间、属性数据库一体化存储。

3 系统功能实现

3.1 病虫害数据采集与维护

数据采集是将从田间拍摄到的水稻病虫害图谱、采集到的病虫害信息，如白叶枯病图片、黑条矮缩病图片，各种病虫害的名称、病虫害特征、防治方法等供植保专业技术人员录入系统中。数据维护是由专门管理系统的技术员登录后，对系统中的原始数据进行修改、更新、增删、排序、插入等各项数据维护工作。

3.2 病虫害信息查询与检索

系统具有病虫害信息的查询功能，存储在属性数据库中的往年或某一时段内的水稻病虫害历史数据均可以随时查到。系统提供的“预警信息列表”图标会及时闪烁，提示最新的水稻病虫害发生情况、对应的防治技术、最新公告信息等。通过输入需要检索的关键词来实现病虫害信息检索功能，能够检索到水稻病虫害的病原、症状、发病诱因、防治措施等。在数据录入的过程中，具有全屏编辑功能，能够方便地对已录入数据进行查找与替换、分类与汇总。

3.3 病虫害区域分布与预警

病虫害区域的分布与预警功能是利用病虫害预警信息发布模块，通过提取属性数据库中的数据，如病虫害的敏感性状况、病虫害的诱发因素等，加以科学的分析与评价，在地图上以区域图示的方式显示分析结果，如图3所示。在功能设计上，我们可以让系统不仅能做自动预警分析，也可以做人工预警分析，还可以模拟历史上发生的水稻病虫害。通过对比分析结果，方便系统开发技术人员了解系统模型在实际应用中存在哪些问题，发现需要改进的地方。

4 结论

本文介绍了基于WebGIS的水稻病虫害预警信息系统的设计与实现，将网络技术与数据库技术应用到WebGIS开发平台，设计出操作简便、安全性好、预警效果良好的应用系统，基本实现了预期功能。

参考文献：

[1]罗清文，蒋耀培，吕镇梅，等.上海水稻主要病虫害灾变预警系统的研究与应用[J].农业网络信息，2008（12）：7-10.

[2]刘小红，戴小鹏，刘海波，等.基于WebGIS的水稻病虫害预警平台设计[J].农业灾害研究，2012，2（01）：6-8.

[3]陈雪瑞，贾敬敦，高万林，等.基于WebGIS的农业科技成果价值评估系统研究[J].农业机械学报，2017，67（05）：238-244.

[4]黄冲，刘万才，姜玉英，等.农作物重大病虫害数字化监测预警系统研究[J].中国农机化学报，2016，48（03）：196-199.endprint