基于WebGIS的海南耕地質(zhì)量改良信息共享平臺的設(shè)計(jì)

李茂芬+秦小立+李玉萍

摘 要 結(jié)合海南省科技廳組織實(shí)施“海南耕地改良關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”科技專項(xiàng)工作，運(yùn)用空間數(shù)據(jù)庫和WebGIS技術(shù)，闡述了海南耕地質(zhì)量改良信息共享平臺建設(shè)的目標(biāo)、原則，提出了系統(tǒng)的總體框架，并對系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能需求進(jìn)行分析，以期實(shí)現(xiàn)耕地質(zhì)量改良相關(guān)數(shù)據(jù)資源的有效保存、深入挖掘、共享利用的目的，為省級農(nóng)業(yè)建設(shè)提供強(qiáng)有力的信息數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞 地理信息系統(tǒng) ；土壤質(zhì)量 ；空間數(shù)據(jù) ；系統(tǒng)架構(gòu)

中圖分類號 S123

Abstract Combining the special project Key technology research and demonstration of farmland improving in Hainan organized by Science and Technology Agency of Hainan province， with spatial database and WebGIS technology， the current research elaborated the objective and principle of Information sharing system for Hainan farmland improving， and presented the general framework of the sharing system. In the presented work， the functional requirements of the sharing system had been analyzed in order to realize effective save， deeper digging and sharing of farmland improving resources and to provide powerful data supporting for agriculture construction at province level.

Key words geographical information system ； soil quality ； spatial data ； system structure

耕地是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，耕地質(zhì)量監(jiān)測和建設(shè)是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，耕地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)的重要組成部分[1]。黨中央、國務(wù)院高度重視耕地質(zhì)量建設(shè)工作，2016年中央1號文件更明確指出：“實(shí)施耕地質(zhì)量保護(hù)與提升行動，加強(qiáng)耕地質(zhì)量調(diào)查評價與監(jiān)測”。目前，海南省耕地過度種植、地力漸貧，耕地質(zhì)量監(jiān)測體系建設(shè)較為薄弱，與保障糧食安全、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求很不相稱。對此，2014年海南省科技廳組織實(shí)施“海南耕地改良關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”科技專項(xiàng)，進(jìn)一步重視和加強(qiáng)耕地質(zhì)量改良及其監(jiān)測體系建設(shè)。本研究結(jié)合專項(xiàng)工作，運(yùn)用空間數(shù)據(jù)庫和WebGIS技術(shù)，對海南耕地質(zhì)量改良信息共享平臺的結(jié)構(gòu)、功能進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，提出了系統(tǒng)的總體框架，并闡述了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，以期實(shí)現(xiàn)耕地質(zhì)量改良相關(guān)數(shù)據(jù)資源的有效保存、深入挖掘、共享利用的目的，為省級農(nóng)業(yè)建設(shè)提供強(qiáng)有力的信息數(shù)據(jù)支撐。

1 平臺建設(shè)的目標(biāo)

結(jié)合海南耕地質(zhì)量改良的理念和改良的特色，構(gòu)建海南耕地質(zhì)量改良信息共享平臺，其目標(biāo)主要是：第一，實(shí)現(xiàn)基本的地理信息系統(tǒng)功能，如對全省地圖的瀏覽、放大、縮小、查詢等基本地理信息的操作[2]。第二，集成全省大田洋耕地質(zhì)量數(shù)據(jù)和示范大田洋耕地質(zhì)量數(shù)據(jù)。通過海南耕地質(zhì)量改良信息共享平臺的建設(shè)，研究制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，構(gòu)建面向管理人員、科研人員、農(nóng)戶等一體的耕地質(zhì)量數(shù)字資源管理和共享服務(wù)體系，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)耕地質(zhì)量數(shù)據(jù)資源的規(guī)范化管理和高效利用，從而實(shí)現(xiàn)耕地質(zhì)量改良相關(guān)數(shù)據(jù)資源的有效保存、共享利用，為省級農(nóng)業(yè)建設(shè)和科技創(chuàng)新提供有力的信息數(shù)據(jù)支撐。第三，提供數(shù)據(jù)服務(wù)。運(yùn)用WebGIS構(gòu)建一套功能實(shí)用、使用簡便的海南耕地質(zhì)量改良信息共享平臺，提供大田洋耕地質(zhì)量基礎(chǔ)信息及相應(yīng)的改良建議和措施。平臺可以實(shí)現(xiàn)省、市、田洋的土壤pH、質(zhì)地、容重、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、有效銅、有效鋅、陽離子交換量、汞和鎘等質(zhì)量信息的查詢、檢索和匯總，生成圖表并輸出等功能，各種耕地改良試驗(yàn)示范區(qū)的空間查詢、改良措施和建議的查詢功能，最終實(shí)現(xiàn)海南耕地質(zhì)量數(shù)據(jù)的管理與共享服務(wù)。

2 平臺開發(fā)的原則

2.1 規(guī)范化

基于webGIS的海南耕地質(zhì)量改良信息共享平臺在設(shè)計(jì)上考慮設(shè)計(jì)的規(guī)范、軟件工程的標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)等方面必須與國家標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定相符合，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、編碼等，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)使耕地質(zhì)量數(shù)據(jù)達(dá)到一體化規(guī)范管理。

2.2 實(shí)用性

平臺的開發(fā)首先要滿足耕地質(zhì)量管理的要求，使共享平臺具有海量數(shù)據(jù)存儲和空間數(shù)據(jù)管理的能力；其次要為農(nóng)戶、決策/管理人員、科研人員等不同用戶提供界面友好、功能明確、操作性強(qiáng)、兼容性強(qiáng)、易于系統(tǒng)更新與維護(hù)、可擴(kuò)展性強(qiáng)的共享平臺，提供良好的數(shù)據(jù)共享服務(wù)。

2.3 安全性

本平臺內(nèi)容是海南省耕地質(zhì)量信息及其它一些資料，要充分考慮網(wǎng)絡(luò)的安全性，給不同用戶設(shè)置不同的權(quán)限級別[3]，保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)本身的安全性。建立圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)機(jī)制，提高平臺對突發(fā)事件的容災(zāi)能力。

2.4 經(jīng)濟(jì)性

平臺建設(shè)要求在滿足實(shí)用性的基礎(chǔ)上做到最經(jīng)濟(jì)，在軟硬件配置、空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)上應(yīng)充分利用好目前的耕地質(zhì)量數(shù)據(jù)，盡量節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。

2.5 先進(jìn)性

采用先進(jìn)、可靠且成熟的技術(shù)來開發(fā)平臺，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)服務(wù)商留有擴(kuò)充空間，方便今后在功能、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和新增功能進(jìn)行擴(kuò)展，滿足長遠(yuǎn)發(fā)展的需要。

3 平臺架構(gòu)設(shè)計(jì)

在開發(fā)海南耕地質(zhì)量改良信息共享平臺過程中，以arcgis api for javascript做為GIS平臺，采用VisualStdio 2012作為開發(fā)工具，由javascript、jquery和AsP.Net進(jìn)行各個模塊的程序代碼編寫。用OpenLayers進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，將百度地圖 web API作為地圖應(yīng)用發(fā)布服務(wù)器，為系統(tǒng)提供地圖服務(wù)，用來操作和處理耕地質(zhì)量空間數(shù)據(jù)。

根據(jù)平臺的需求，系統(tǒng)總體采用客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)（圖1），分為應(yīng)用前端和數(shù)據(jù)中心平臺2部分。

海南耕地質(zhì)量改良信息共享平臺采用三層B/S結(jié)構(gòu)（圖2），包括數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層和訪問層。（1）數(shù)據(jù)層：以WebGIS平臺為基礎(chǔ)，集成地圖與三維實(shí)景等基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，整合全省大田洋、示范大田洋耕地質(zhì)量數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)環(huán)境數(shù)據(jù)、質(zhì)量評價、改良建議等數(shù)據(jù)和信息。（2）服務(wù)層：通過數(shù)據(jù)交換引擎、動態(tài)表單引擎、流程管理引擎等標(biāo)準(zhǔn)通用的功能模塊，實(shí)現(xiàn)可訂制、可配置的構(gòu)建技術(shù)。為不同層級用戶的差異化業(yè)務(wù)需求提供服務(wù)。（3）應(yīng)用層：通過基礎(chǔ)地圖應(yīng)用，擴(kuò)展業(yè)務(wù)應(yīng)用，專題圖，耕地質(zhì)量評價，關(guān)鍵技術(shù)與示范為政府決策提供依據(jù)、為社會管理提供支撐、為服務(wù)民生提供保障。（4）訪問層：用于顯示數(shù)據(jù)和接收用戶輸入的數(shù)據(jù)，離用戶最近。用戶通過移動手機(jī)、平板電腦、計(jì)算機(jī)、數(shù)字電視等訪問，請求地圖數(shù)據(jù)，服務(wù)器端再通過協(xié)議把所響應(yīng)的請求發(fā)送給客戶端。

4 平臺功能設(shè)計(jì)

4.1 地圖可視化功能設(shè)計(jì)

主要是在百度地圖的基礎(chǔ)上，展示海南耕地質(zhì)量改良基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（圖3），可實(shí)現(xiàn)海南耕地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（氣候、土壤、土地利用、數(shù)字高程模型等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)）的可視化，全省大田洋、示范田洋地塊信息、土壤樣點(diǎn)信息、耕地質(zhì)量評價的可視化， 集成了不同地圖的切換、放大、縮小、瀏覽、地圖搜索的功能和圖層編輯、數(shù)據(jù)查詢、篩選的功能。

4.2 GIS數(shù)據(jù)管理功能

建立全省大田洋、示范大田洋耕地質(zhì)量數(shù)據(jù)管理中心，通過對數(shù)據(jù)中心的填充、更新，達(dá)到數(shù)據(jù)積累和保存、發(fā)布。通過數(shù)據(jù)規(guī)范的制定，對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化整理，建立標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)集，可以實(shí)現(xiàn)全省大田洋、示范田洋土壤樣點(diǎn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的上傳下載功能，屬性數(shù)據(jù)的輸入、刪除、查詢、分析功能，便于發(fā)布和查詢、用戶獲取。

4.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的耕地輔助監(jiān)測可視化功能

在示范大田洋部署的農(nóng)業(yè)傳感器通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，可在地圖上選擇示范田洋、傳感器段等實(shí)時顯示土壤水分、土壤溫度、空氣溫濕度、光照強(qiáng)度和二氧化碳等環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)所有示范大田洋耕地環(huán)境信息的實(shí)時獲取、管理、動態(tài)顯示和分析處理，并以直觀的圖表和曲線的方式顯示給用戶，為耕地改良提供環(huán)境參考。

4.4 耕地改良技術(shù)及效果發(fā)布與查詢

在百度地圖展示示范田洋的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)各個示范田洋改良技術(shù)示范區(qū)的空間查詢、不同改良技術(shù)的詳細(xì)信息的輸入、查詢、刪除等功能。引入專家?guī)臁⒅R庫的概念，在示范田洋空間地圖的基礎(chǔ)上，可查詢不同改良技術(shù)的效果，并以圖表、文字、圖片的方式呈現(xiàn)給用戶，實(shí)現(xiàn)耕地質(zhì)量改良信息的發(fā)布與共享。

4.5 用戶管理

平臺用戶賦予不同的角色，擁有不同的功能，分為系統(tǒng)管理員、普通用戶和注冊用戶，普通用戶可以在GIS地圖瀏覽基礎(chǔ)地理圖、土壤質(zhì)量圖等空間數(shù)據(jù)；注冊用戶在普通用戶的權(quán)限基礎(chǔ)上，增加了土壤質(zhì)量指標(biāo)的詳細(xì)參數(shù)、具體的改良建議、改良方法以及專家信息。系統(tǒng)管理員主要分為超級管理員、一級管理員、二級管理員3個級別，二級管理員主要是負(fù)責(zé)耕地改良成果、耕地評價結(jié)果的上傳和發(fā)布功能，一級管理主要是負(fù)責(zé)平臺成果的修改、升級、撤銷、刪除等功能，是系統(tǒng)的核心管理功能，超級管理員主要是負(fù)責(zé)一二級管理員用戶的分配和注冊審批問題。

參考文獻(xiàn)

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