土壤样品规范化管理系统设计与实现

吴霞　王长军

摘要    土壤样品是开展各项土壤研究的基础，为对土壤样品进行规范化、科学化的管理，本文以条码技术为基础设计并开发了土壤样品规范化管理系统，包括土壤样品管理、样品查询、数据管理和用户管理4个模块。用户可通过对土壤样品进行资料录入、分配存储位置、打印条码标签等操作完成入库过程，出库过程通过条码扫描、出库信息录入等操作完成;样品查询模块提供综合查询、扫码查询、地图查询等多种方式查询样品名称、采样地点、存储位置等信息;系统的数据管理和用戶管理功能方便对系统数据和用户进行管理。经过运行测试，系统性能稳定，功能基本可满足小型土壤样品库管理的需求。

关键词    土壤样品;规范化;管理系统;设计与实现

中图分类号    TP311.52        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）24-0144-03                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

Abstract    Soil samples are the basis of soil research.In order to standardize and scientifically manage soil samples，this paper designed and developed a soil sample standardization management system based on bar code technology，which included four modules：soil sample management，sample query，data management and user management.Users could completed the process of inputting by distributing storage locations，printing barcode labels and so on，and completed the process of outgoing by barcode scanning and inputting information.Sample inquiry module provided comprehensive inquiry，scanner inquiry，map inquiry and other ways to inquire sample names and samples location，storage location and other information，data management and user management functions of the system facilitated management of system data and users.After operation test，the system has stable performance and can basically meet the needs of small-scale soil sample bank management.

Key words    soil sample;standardization;management system;design and implementation

土壤是一个国家最重要的自然资源，是农业持续生产与发展的物质基础[1-2]。近年来，针对我国农田土壤基础地力低下，土壤退化严重、土壤污染加剧等问题，中央提出“实施耕地质量保护与提升行动”。采集土壤样品是研究和监测土壤质量、土壤环境的重要手段，样品库则是保存土壤环境样品必不可少的基础设施。土壤样品含有丰富的土壤资源、土壤肥力、立地条件、环境特征等信息，对于掌握不同历史阶段土壤质量特征、土壤管理措施、环境状况及其变化趋势有着不可替代的作用[3]。因此，土壤样品的完整保存与科学管理是土壤科学领域开展研究的最基本工作任务和手段之一，也是一项基础性、公益性和具有长远科学价值的工作，长期保存的土壤样品是土壤学、农业资源与环境、生态学等领域研究的宝贵财富。通过逐年收集土壤样品，进行建档入库和长期保存，可以实现对土壤质量的追踪监测，使深层次挖掘、回顾性分析、历史对比和校对误差等成为可能，对于我国的土壤资源可持续利用和环境保护具有重要意义[4-6]。

土壤样品库的价值随着土壤资源调查、土壤环境监测、土壤质量评价等方面科学研究的不断发展越来越受到普遍认可，将其作为土壤质量与环境研究的基本平台。宁夏农林科学院农业资源与环境研究所长期开展农业资源开发、土壤质量和肥料、中低产田改良与恢复、农业环境等科研工作，承担了大量的国家级、省部级课题任务，但是由于科研办公条件的限制，在土壤样品的保存和管理上一直比较落后，对于科学研究来讲，给一些重要的土壤历史信息的回顾造成了不可弥补的损失。鉴于此，有必要建立土壤样品保存库，并利用现代信息技术实现土壤样品资源的精准化保存与管理，保证土壤资源信息的可追溯回顾和深层次的挖掘。

1    系统设计

1.1    样品条码设计

为及时准确掌握土壤样品的入库、存放、借出、移位等信息，系统采用条码技术对土壤样品进行标记和管理，对土壤样品的具体流向进行跟踪、查询[7]。根据土壤样品携带的信息和数据库管理的需要，本系统中样品条码设计为24位，具体由6位土壤样品序号、8位行政区划代码、4位采样年份、6位储位编码组成。

土壤样品序号（6位）：代表土壤样品的编号，6位数字最多可以存储近100万条土壤样品数据，对于数据量较小的土壤样品库而言，完全满足要求。

行政区划代码（8位）：包含省、市、县、乡（镇）各2位，前6位采取与身份证代码一致的行政区划进行编码，乡（镇）代码由用户自行添加和管理。

采样年份（4位）：代表土壤样品的采集年份。

储位编码（6位）：代表样品的存放位置，其组成为货架号（2位）+层号（1位）+抽屉号（1位）+位置序号（2位）。

1.2    数据库设计

土壤样品数据库存储的信息包括土壤样品基本信息、存放位置、入库、出库以及系统管理等信息，通过对数据进行综合分析，将数据划分为6个表格存储在数据库中，包括土壤样品信息表、库房储位信息表、出库信息表、行政区划表、用户信息表，各表的主键分别为样品编号、储位编码、出库信息编码、行政区划编号、用户编码，主键同时也是其他表格的外键，通过设置外键的方式将独立的各表格进行关联，从而方便数据库查询操作，获取用户所需的数据。例如，土壤样品信息表字段包括：样品编号、样品名称、样品条码、采样地点、采样点经度、采样点纬度、采样时间、土壤类型、采样深度、样品重量、采样人、储位编码、操作人和备注，其中储位编码是库房储位信息表主键，同时也是土壤样品信息表的外键，2张表格通过储位编码进行关联。

1.3    系统功能设计

信息管理系统的主要功能是实现土壤样品数据管理的准确性、便捷化和科学化，根据需求总体上将土壤样品管理系统分为样品管理、查询统计、系统管理四大模块（图1）。

1.3.1    样品管理。样品管理包括样品登记、样品入库和样品出库3个子模块。样品登记模块主要对土壤样品的名称、采样时间、采样地点等基础信息进行录入、修改和删除等操作，暂不分配样品存放位置，数据视为未审核。样品入库过程即是对土壤样品信息进行审核的过程，审核通过的样品即可分配存储位置并自动生成样品条码，同时在样品表生成样品记录并保存，条码打印贴标后就完成了样品的入库。样品出库模块对样品的借出时间、数量、借出人等信息进行登记，可在样品条码框通过扫码或手动输入条码的方式进行出库操作，系统自动检索条码对应的样品记录及库存数量，出库后在出库表生成出库记录，同时样品表对应记录的样品数量做相应更新。

1.3.2    查询统计。数据查询细分为综合查询统计、扫码查询和地图查询3个子模块。表格查询可根据样品名称、编号、土壤类型、存放位置、采样点、采样日期、采样地点进行单独或组合查询，以数据列表的形式显示查询结果，同时对数据进行简单的统计分析并以表格、图形、图表等方式显示结果。扫码查询可通过扫描土壤样品条码的方式查询样品名称、采样时间、地点、采样人等信息。地图查询可通过地图的方式查看采样点的位置信息。

1.3.3    数据管理。数据管理包括行政区划管理、存放位置管理和数据管理3个子模块。行政区划管理子模块主要对行政区划信息进行添加、删除和修改操作;存放位置管理子模块根据土壤样品库房实际情况对样品储位信息进行设置、修改、删除等操作;数据管理实现数据的导入、导出，数据库备份、恢复等操作。

1.3.4    用户管理。用户管理提供系统的登陆和注册功能，限定用户的使用权限。对于管理员用户，可使用系统所有功能，并能对用户进行审核等管理;对于普通用户，可以进行样品登记、出库、查询、打印条码、定位功能;未审核用户只能使用数据的查询功能。

2    系统实现与应用

2.1    系统开发环境

通过对系统功能、数据处理以及用户需求等分析可知，土壤样品规范化管理系统属于小型系统应用，故采用B/S结构，即浏览器/服务器模式进行系统开发。具体编程语言采用HTML、JavaScript和PHP;界面框架使用Jquery;数据库采用小型数据管理软件MySQL;数据库表采用InnoDB引擎，utf8字符集;地理位置服务使用Web腾讯地图API，在EditPlus环境下进行开发。用户htmL页面通过Jquery的Ajax与PHP后台交互，在PHP中调用MySQL存储过程，以JSON或字符串形式返回，实现数据的增、删、查、改（图2）。

2.2    条码功能实现

采用CODE128码制，可以表示ASCII 0到ASCII 127共128个数字、字母和符号，具有较高编码密度，条码长度与字符串长度无明显敏感性，是管理信息系统使用最为广泛的条码码制[8]。系统通过BarTender软件，配合装有全树脂碳带和哑银打印纸的热转印条码打印机，打印高清晰度的条码图片，考虑到圆柱状样品瓶身，条码垂直布局，确保扫码准确度。扫描枪选型为无线一维激光式扫描枪，采用650 nm激光光源，可识别扫描通用一维条码，库房现场使用时，信息传输距离>30 m。

2.3    地图功能实现

系统地图功能以腾讯地图为载体，通过JavaScript API进行土壤样品的查询与显示。具体使用拉框方式查询范围内样品点，结果以点形式显示，单击样品点出现气泡窗显示详细信息，右键单击可删除样品点及范围框，腾讯地图自带地图的放大、缩小、平移等功能，同时具备普通地图与卫星地图的切换功能[9]。

3    结语

系统开发完成后对宁夏农林科学院农业资源与环境研究所土壤样品库房存储的土壤样品进行了基础信息录入、入库登记、条码打印贴标等工作，并对系统各项功能进行了测试，经过一段时间的试运行，该系统可基本满足小型土壤样品库信息化管理的需求。

4    参考文献

[1] 邱坤艳，付燕利，成永霞.土壤样品库的建设与规范化管理研究[J].安徽农业科学，2015，43（11）：62-63.

[2] 赵晓军，孙聪，张朔，等.土壤环境样品库建设及样品信息数据库管理[J].中国环境监测，2016，32（4）：44-48.

[3] 李达，韩冬桂，沈程砚丹，等.土壤及标签贴附方式对RFID标签性能影响[J].电子技术应用，2019（6）：84-88.

[4] 徐平，夏侯士戟，王秀，等.土壤样品信息管理系统的设计与实现：基于WebGIS[J].农机化研究，2011，33（8）：69-72.

[5] 劉丰山，张嘉敏.佛山市土壤样品库建设的实践探索[J].绿色科技，2017（14）：91-92.

[6] 郭武士，易欣，陈云坪，等.基于WebGIS和条码技术的土壤空间信息管理系统[J].农业工程学报，2010，26（9）：251-256.

[7] 韩学鸿.基于GIS的土壤自动化采样与高效管理技术研究[D].石家庄：河北经贸大学，2011.

[8] 周建军，王秀，马伟，等.基于条码技术的土壤样品管理系统研制[J].农机化研究，2012，34（12）：174-177.

[9] 吴红全.云新早实丰产核桃园土壤管理技术[C]//云南省科学技术协会.第五届云南省科协学术年会暨乌蒙山片区发展论坛论文集.昭通：云南省科学技术协会，2015.