基于ArcEngine的耕地質(zhì)量預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

孫修飛 何方

摘 要：耕地是人類最重要的自然資源和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，是關(guān)系到人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。為了實時對耕地質(zhì)量進行監(jiān)測與分析，研究建立開發(fā)以ArcGIS Engine為基礎(chǔ)的耕地質(zhì)量預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)耕地質(zhì)量及其養(yǎng)分的評價、預(yù)警等功能，從而為耕地質(zhì)量管理者提供強大的信息支持和決策服務(wù)，以便及時采取針對性的防范措施，改變耕地質(zhì)量惡化趨勢，避免耕地質(zhì)量持續(xù)下降。

關(guān)鍵詞：ArcGIS Engine；耕地質(zhì)量；預(yù)警；評價

中圖分類號 S159.2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）10-0135-04

Design and Implementation of Early Warning System for Cultivated Land Quality based on ArcEngine- Taking Wuhu County as an Example

Sun Xiufei et al.

（School of Resources and Environment Anhui Agricultural University，Hefei 230036，China）

Abstract： As the most important natural resources and agricultural production materials，the cultivated land is related to human survival and development of material basis. In order to monitor the quality of cultivated land in real time and analyze the change of cultivated land quality，this study has established the early warning system for cultivated land quality based on ArcEngine，which could provide strong information support and decision-making services for the managers，so as to take timely preventive measures for the cultivated land quality deterioration and avoid the continued decline in the quality of cultivated land.

Key words：ArcGIS Engine；Quality of cultivated land；Early warning；Evaluation

1 引言

自2005年開始，國家開展耕地地力評價工作以來，全國大部分縣市都進行了耕地地力評價工作，基本確定了現(xiàn)有耕地的等級水平，為安全高效的糧食生產(chǎn)奠定了堅實的基礎(chǔ)[1]。但是耕地質(zhì)量評價工作多是階段性的，評價周期較長，不能很好地對耕地質(zhì)量進行實時監(jiān)測和了解耕地質(zhì)量變化情況。在耕地地力評價工作結(jié)束之后，測土配方的采樣點每年都會進行采樣化驗，因此在近幾年內(nèi)積累了大量的測土化驗數(shù)據(jù)。在測土配方采樣點數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，有必要了解動態(tài)的耕地地力等級情況，并且與較早年份進行比較，獲得等級的變化趨勢，為以后的耕地地力等級變化趨勢提供預(yù)警參考。在耕地等級的變化上能分析耕地等級的變化原因，找出影響因素，取長補短，為提高耕地地力等級做出必要的決策。

預(yù)警概念的產(chǎn)生發(fā)源于資本主義經(jīng)濟危機的周期性[2]。最早研究預(yù)警的研究者是法國經(jīng)濟學(xué)家Alfred Fourile，他通過對經(jīng)濟進行氣象式研究，最先闡述了監(jiān)測預(yù)警思想[3]。到20世紀40年代初期，隨著雷達技術(shù)和計算機技術(shù)的誕生和發(fā)展，信息技術(shù)力量得到提升，它們被利用到戰(zhàn)爭中，從此誕生了雷達預(yù)警系統(tǒng)，并正式提出了預(yù)警系統(tǒng)的科學(xué)概念[4-6]。由于人類對信息的迫切需求，自預(yù)警系統(tǒng)提出后，科學(xué)的預(yù)警思想和方法就得到了快速和廣泛的傳播，預(yù)警的思想廣泛應(yīng)用到經(jīng)濟、社會、人口、資源、環(huán)境等領(lǐng)域。

目前，在預(yù)警方面研究較多主要集中在土地利用的動態(tài)監(jiān)測與宏觀經(jīng)濟預(yù)警、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟預(yù)警以及土地資源等方面，在這些領(lǐng)域，質(zhì)量預(yù)警的方法和理論相對比較成熟[7-9]。然而對于耕地預(yù)警的研究較少，特別是在耕地質(zhì)量預(yù)警系統(tǒng)的研究方法上幾乎是空白的。在現(xiàn)有的研究當中，大部分研究內(nèi)容集中在耕地總量的預(yù)警以及耕地預(yù)警的理論的提出[10]。

耕地質(zhì)量預(yù)警的理念就是使用最新的采樣數(shù)據(jù)，對耕地進行耕地質(zhì)量的更新評價，獲取實時的耕地地力等級情況，并且可以與早期的耕地質(zhì)量進行對比分析。由于采用的耕地評價方法與耕地地力評價項目是相同的，所以就有了比較的可行性。在對比的結(jié)果上可以清晰的判斷是某項評價指標變化較大，從而針對變化的因素對耕地進行針對性的改進。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計 根據(jù)項目要求和業(yè)務(wù)需求分析，耕地質(zhì)量預(yù)警系統(tǒng)的主要功能可分為耕地質(zhì)量預(yù)警，耕地養(yǎng)分預(yù)警，耕地質(zhì)量評價，耕地養(yǎng)分評價分析，測土配方施肥采樣點數(shù)據(jù)的管理，以及數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計功能。

2.1.1 耕地質(zhì)量預(yù)警 主要是根據(jù)選定年份的采樣點，對地塊重新進行地力評價，再與原地力等級進行疊加分析，生成地力等級變化專題圖與地力等級變化分析表?？梢钥焖俣ㄎ坏降亓Φ燃壪陆档牡貕K，并分析地力等級變化的原因。從而達到預(yù)警的效果。

2.1.2 耕地養(yǎng)分預(yù)警 根據(jù)耕地養(yǎng)分的評價圖，對選擇養(yǎng)分和時間范圍內(nèi)，對比得出養(yǎng)分等級的變化大小，并分析等級變化的原因。

2.1.3 耕地質(zhì)量評價 采用生產(chǎn)潛力評價用來生成地力等級圖的方法，在進行生產(chǎn)潛力評價前，依據(jù)需要評價單元圖，評價所需的層次分析模型，隸屬函數(shù)模型進行評價。

2.1.4 耕地養(yǎng)分等級評價 通過采樣點數(shù)據(jù)內(nèi)插值，得出養(yǎng)分的分布圖，然后根據(jù)用戶自定義的分級標準對耕地的養(yǎng)分等級進行判別，實現(xiàn)耕地養(yǎng)分含量定級。

2.1.5 新增耕地質(zhì)量評價 針對通過土地開發(fā)、土地整理及土地復(fù)墾方式而新增加的耕地，根據(jù)新增耕地的土壤屬性，采用與周邊土壤相同的評價體系，判別新增地的質(zhì)量等級。

2.1.6 土壤數(shù)據(jù)管理 包括數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)處理、自定義分級指標及用戶管理4個方面。

2.2 系統(tǒng)的總體框架設(shè)計 在系統(tǒng)功能和系統(tǒng)性能建立需求分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計原則和軟件設(shè)計目標，設(shè)計了如圖的耕地質(zhì)量預(yù)警系統(tǒng)總體框架結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的總體框架包括3層，分別是數(shù)據(jù)層、中間層、和應(yīng)用層。如圖1。

3 系統(tǒng)開發(fā)實現(xiàn)

3.1 組件式GIS 組件GIS的基本思想是將地理信息系統(tǒng)進行模塊化管理，將主要的幾個功能模塊重新拆分為數(shù)個控件來完成，每一個控件是完全獨立的，并且控制完全不同的功能[11]。GIS軟件控件之間的關(guān)系就像一堆各種各樣的積木一樣，通過他們不同的組合方式，就可以讓它們實現(xiàn)不同的功能?，F(xiàn)行廣泛使用的組件式GIS開發(fā)是使用ArcGIS Engine，它是一個完整的嵌入式GIS組件庫和工具庫，用于創(chuàng)建自定義應(yīng)用程序[12]。利用ArcGIS Engine，開發(fā)人員可以將ArcGIS的處理功能嵌入到具體的應(yīng)用軟件，將用戶從傳統(tǒng)ArcGIS Desktop中解放出來，可以不依賴Desktop運行。

3.2 開發(fā)環(huán)境 在開發(fā)環(huán)境上，結(jié)合ArcGIS Engine，最終選擇了以.NET4.0為平臺Visual Studio為集成開發(fā)環(huán)境，以C#為系統(tǒng)開發(fā)語言進行系統(tǒng)開發(fā)。Visual Studio是微軟.NET平臺上的一個功能強大的、集成多種開發(fā)語言的軟件開發(fā)工具，通過該開發(fā)工具，絕大部分編程語言都可以實現(xiàn)快速開發(fā)應(yīng)用程序。Visual Studio為開發(fā)語言提供了一個統(tǒng)一的用戶界面開發(fā)環(huán)境，這些都極大地降低了開發(fā)中不同開發(fā)語言在編寫時的差別[13]。C#語言是微軟公司針對.NET平臺推出的一種新型編程語言，繼承了多種開發(fā)語言的優(yōu)點。

3.3 系統(tǒng)開發(fā)

3.3.1 系統(tǒng)主界面 界面是一個軟件的開始，是用戶使用中直接接觸的關(guān)鍵要素。軟件的界面設(shè)計要盡量能滿足軟件使用者的基本需求，體現(xiàn)軟件的簡單操作易用性。本系統(tǒng)在設(shè)計時采用的的是WPF技術(shù)，在設(shè)計時可進行可視化的調(diào)整，制作過程簡便高效，另外界面設(shè)計的結(jié)構(gòu)遵循了行業(yè)的標準，具有統(tǒng)一性。軟件界面設(shè)計中應(yīng)遵循的規(guī)則有：簡便的用戶操作；用戶操作可逆性；風格一致性；具有信息反饋和錯誤提示。本系統(tǒng)的操作主界面設(shè)計如圖2。

圖2 耕地質(zhì)量預(yù)警系統(tǒng)主界面設(shè)計

3.3.2 預(yù)警功能開發(fā)示例 以耕地質(zhì)量預(yù)警功能的開發(fā)示例，從系統(tǒng)代碼層面分析功能的實現(xiàn)。耕地質(zhì)量預(yù)警首先是選定預(yù)警的年份，使用該年份的采樣數(shù)據(jù)對地塊重新進行耕地質(zhì)量評價，評價結(jié)果與基準對比年份圖層進行疊加分析，生成耕地質(zhì)量等級變化專題圖與質(zhì)量等級變化分析表。通過屬性查詢快速定位到耕地質(zhì)量等級變化的地塊。通過對比地塊詳細屬性，可以分析質(zhì)量等級變化的原因，判斷耕地質(zhì)量變化趨勢，從而達到預(yù)警分析的作用。關(guān)鍵部分代碼如下：

{var results=CoreApp.Workspace.ResultWorkspace.Results.Where（c=>c.QualityJudgeFeatureClass！=null）.ToList（）；

foreach（var result in results）

{_quailtyJudgeNameAndResultDics.Add（result.QualityJudgeFeatureClass.AliasName，result）；}

BaseLayerList=_quailtyJudgeNameAndResultDics.Keys.ToList（）；}

{var featureClass=new LandFeatureClass（_quailtyJudgeNameAndResultDics[BaseLayer].QualityJudge FeatureClass）

List

耕地質(zhì)量預(yù)警系統(tǒng)不僅可以判斷耕地質(zhì)量變化的范圍和變化量，而且可以分析引起耕地質(zhì)量發(fā)生變化的因素。通過分析比較不同年份的質(zhì)量評價各項評價因子的隸屬度，可以跟蹤示的找到評價因子隸屬度的變化。耕地質(zhì)量預(yù)警是在宏觀方向的對比分析，可以了解整體耕地質(zhì)量的動態(tài)，而評價因子隸屬度的比較是在微觀方面的分析，通過對比隸屬度可以細化到每一個影響耕地質(zhì)量等級的因子，得出評價因子的變化情況（圖4）。

4.2 新增耕地質(zhì)量評價 我國的耕地人均耕地面積屬于匱乏階段，國家重視新增耕地建設(shè)和質(zhì)量。土地開發(fā)、土地整理及土地復(fù)墾都是增加耕地的方式。本系統(tǒng)可以根據(jù)新增耕地的土壤屬性，采用耕地質(zhì)量評價相同的評判體系，判別新增地的質(zhì)量等級，保證了新增耕地等別的評價和保持評價的標準一致。新增耕地質(zhì)量評價可以根據(jù)新增地塊的范圍坐標，通過創(chuàng)建新增耕地圖斑，把新增耕地地塊添加到數(shù)據(jù)庫中。在通過新增耕地質(zhì)量評價工具，輸入新增耕地在耕地質(zhì)量評價中參與評價的各項指標，可以自動計算新增耕地的質(zhì)量等級。系統(tǒng)還設(shè)計了其他的功能，如耕地質(zhì)量評價、耕地養(yǎng)分預(yù)警、耕地養(yǎng)分評價，采樣點的更新等功能，由于篇幅的限制，本文就不展開討論了。

5 結(jié)論

本研究通過在蕪湖縣建立耕地質(zhì)量預(yù)警系統(tǒng)，在使用過程中發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)具有良好的操作性和優(yōu)秀的數(shù)據(jù)處理功能，系統(tǒng)界面設(shè)計簡約，軟件的功能易于操作者掌握，結(jié)果的查詢和輸出簡便快捷，體現(xiàn)了基于GIS開發(fā)軟件的耕地質(zhì)量預(yù)警系統(tǒng)在信息管理上的方便性，可為管理者提供實時的耕地養(yǎng)分和質(zhì)量信息，提供強大的決策信息支持，具有重要的應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義。

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（責編：張宏民）