儲(chǔ)糧昆蟲區(qū)系分布的GIS表達(dá)與可視化方法研究

閻 磊，王殿軒，張 浩，白旭光，張瑞杰，姜碧若，周鴻達(dá)，馬昀釗，馬曉輝

（河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，糧食儲(chǔ)藏與安全教育部工程研究中心，糧食儲(chǔ)運(yùn)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001）

儲(chǔ)糧昆蟲區(qū)系分布的GIS表達(dá)與可視化方法研究

閻 磊，王殿軒*，張 浩，白旭光，張瑞杰，姜碧若，周鴻達(dá)，馬昀釗，馬曉輝

（河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，糧食儲(chǔ)藏與安全教育部工程研究中心，糧食儲(chǔ)運(yùn)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450001）

用GIS技術(shù)分析害蟲發(fā)生的適宜生境及影響因子等在農(nóng)業(yè)昆蟲領(lǐng)域已有研究應(yīng)用,有關(guān)儲(chǔ)糧昆蟲的GIS技術(shù)研究與應(yīng)用缺乏。以位于東經(jīng)111°12'14''至115°09'33''，北緯33°44'09''至36°07'30''范圍內(nèi)的河南省123個(gè)地點(diǎn)的儲(chǔ)糧昆蟲現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查為例，利用開源GIS系統(tǒng)研究了該區(qū)域儲(chǔ)糧昆蟲分布及相關(guān)數(shù)據(jù)的可視化方法，通過特征數(shù)據(jù)選擇、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析建立了儲(chǔ)糧昆蟲區(qū)域分布特性的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)表，在GIS中加載地圖數(shù)據(jù)，進(jìn)行儲(chǔ)糧昆蟲分布圖形化表達(dá)，編制了相應(yīng)的軟件程序。以玉米象為例，結(jié)合GIS分析其區(qū)域分布特性，示例實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)糧昆蟲分布的直觀的可視化表達(dá)，可有助于更有效地進(jìn)行儲(chǔ)糧昆蟲學(xué)的科學(xué)研究和害蟲防治的信息化管理。

儲(chǔ)糧昆蟲；區(qū)域分別；GIS表達(dá)；可視化

0 引言

GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)）是在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)理論和方法，綜合地、動(dòng)態(tài)地獲取、存儲(chǔ)、傳輸、管理、分析和利用地理信息的空間信息系統(tǒng)[1-2]。除了在地理科學(xué)、測(cè)繪科學(xué)方面的傳統(tǒng)應(yīng)用外，GIS在環(huán)境、農(nóng)業(yè)等多種國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[3]。近年來，利用GIS技術(shù)并結(jié)合生物地理統(tǒng)計(jì)學(xué)進(jìn)行害蟲空間分布等也在農(nóng)業(yè)昆蟲及綜合治理領(lǐng)域得到應(yīng)用，其方法主要是通過運(yùn)用GIS系統(tǒng)空間分布格局間的時(shí)空分析和疊置分析來查明害蟲發(fā)生的適宜生境及影響因子[4-5]，對(duì)于農(nóng)業(yè)害蟲研究領(lǐng)域，研究集中于害蟲的空間分布方面，研究采樣方法多以被研究地理區(qū)域的均勻網(wǎng)格采樣為主，結(jié)合GIS進(jìn)行局部或區(qū)域色塊圖表示，側(cè)重于研究某一種害蟲（如飛蝗）的地理分布格局，或結(jié)合農(nóng)作物、植被、林地等通過遙感技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行大尺度害蟲的種群預(yù)測(cè)等[6-7]。但對(duì)儲(chǔ)糧昆蟲，其發(fā)生特點(diǎn)具有許多與農(nóng)業(yè)昆蟲不一樣的情況，如人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)影響到害蟲發(fā)生與傳播、儲(chǔ)糧設(shè)施條件影響到害蟲發(fā)生與感染、儲(chǔ)糧種類與質(zhì)量狀況影響到昆蟲的發(fā)生與發(fā)展等，特定發(fā)生場(chǎng)所的儲(chǔ)糧昆蟲區(qū)域分布研究，客觀存在儲(chǔ)糧昆蟲在運(yùn)用GIS技術(shù)時(shí)的一些特別情況，但目前缺少儲(chǔ)糧昆蟲的GIS表達(dá)和可視化方法的研究與應(yīng)用。

另外，儲(chǔ)糧昆蟲的區(qū)系或區(qū)域分布特性研究主要集中于發(fā)生場(chǎng)所、區(qū)域分布等的調(diào)查報(bào)告、統(tǒng)計(jì)、分析，且往往以行政管理上的省、市為報(bào)告單位，對(duì)于儲(chǔ)糧昆蟲發(fā)生場(chǎng)所也少有關(guān)于其發(fā)生場(chǎng)所的具體信息，結(jié)果展示一般也以文字或圖表形式呈現(xiàn)，或以靜態(tài)地圖手工標(biāo)注的形式展示，缺乏結(jié)合GIS技術(shù)的動(dòng)態(tài)、可視化表達(dá)和多重分析。再者，自然條件下農(nóng)業(yè)昆蟲分布主要受農(nóng)業(yè)的生態(tài)環(huán)境因素影響，儲(chǔ)糧昆蟲分布除了自然生態(tài)環(huán)境因素影響外，更與儲(chǔ)藏場(chǎng)所設(shè)施條件、儲(chǔ)糧品種及參數(shù)、保管管理手段有關(guān)，同時(shí)還與糧食流通物流傳播途徑有關(guān)，所涉及因素更復(fù)雜，在進(jìn)行GIS系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)需要考慮有針對(duì)性的多因素特征數(shù)據(jù)。

在GB/T 29890—2013《糧油儲(chǔ)藏技術(shù)規(guī)范》中，將我國(guó)劃分為高寒干燥儲(chǔ)糧區(qū)、低溫干燥儲(chǔ)糧區(qū)、低溫高濕儲(chǔ)糧區(qū)、中溫干燥儲(chǔ)糧區(qū)、中溫高濕儲(chǔ)糧區(qū)、中溫低濕儲(chǔ)糧區(qū)、高溫高濕儲(chǔ)糧區(qū)等7個(gè)不同的儲(chǔ)糧生態(tài)區(qū)域[8]。其中明確指出：“由于同一儲(chǔ)糧生態(tài)區(qū)域內(nèi)因海拔、地形等差異，不同地區(qū)的實(shí)際儲(chǔ)糧生態(tài)環(huán)境可能存在差異。”對(duì)于儲(chǔ)糧昆蟲的GIS研究中，除了生態(tài)區(qū)因素外，還要綜合考慮其他多種因素，包括了諸如地理位置、氣象氣候條件、倉(cāng)房設(shè)施條件、糧食物流路徑等。本文結(jié)合第七次全國(guó)儲(chǔ)糧蟲螨專項(xiàng)調(diào)查[9]，嘗試以GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，以河南省17個(gè)地市涉及糧庫(kù)、糧油加工廠、農(nóng)戶等123個(gè)地點(diǎn)儲(chǔ)糧昆蟲現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查為實(shí)例，研究?jī)?chǔ)糧昆蟲區(qū)域分布特征的可視化方法，提取主要儲(chǔ)糧昆蟲的區(qū)域分布特征數(shù)據(jù)，特別是有別于農(nóng)業(yè)昆蟲研究的儲(chǔ)糧生態(tài)區(qū)、儲(chǔ)糧設(shè)施、糧食流通來源、采集場(chǎng)所類別等特征數(shù)據(jù)元素，進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分析和數(shù)據(jù)的GIS表達(dá)，以期直觀、動(dòng)態(tài)、可視化分析儲(chǔ)糧昆蟲區(qū)域分布，為儲(chǔ)糧昆蟲生態(tài)學(xué)研究和儲(chǔ)糧昆蟲科學(xué)防治提供參考。

1 特征數(shù)據(jù)的提取和結(jié)構(gòu)化分析

1.1 可視化分析技術(shù)思路

結(jié)合儲(chǔ)糧昆蟲具體調(diào)查與分布情況，根據(jù)儲(chǔ)糧昆蟲區(qū)域分布數(shù)據(jù)特征，進(jìn)行選擇和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析，建立儲(chǔ)糧昆蟲區(qū)域分布特性結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)表，在開源GIS中加載地圖數(shù)據(jù)，進(jìn)行儲(chǔ)糧昆蟲的圖形化表達(dá)，編制軟件程序，實(shí)現(xiàn)可視化的區(qū)域分布特征表達(dá)。具體表述為：（1）分析儲(chǔ)糧昆蟲區(qū)域分布相關(guān)的儲(chǔ)糧設(shè)施、環(huán)境等特征數(shù)據(jù)，選擇其中可用于可視化表達(dá)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析，建立關(guān)系型結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)表；（2）優(yōu)化選用開源GIS系統(tǒng)， 以其API（Application Programming Interface,應(yīng)用程序編程接口）為基礎(chǔ)，編寫應(yīng)用程序；（3）在程序中加載河南省的儲(chǔ)糧昆蟲基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)，將結(jié)構(gòu)化分析數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)糧昆蟲采集點(diǎn)圖形顯示，進(jìn)行可視化表達(dá)；（4）在可視化表達(dá)結(jié)果中進(jìn)行儲(chǔ)糧昆蟲區(qū)域分布特征分析，可進(jìn)行蟲種選擇或地區(qū)選擇等進(jìn)行查詢顯示，統(tǒng)計(jì)圖表區(qū)域分析，動(dòng)態(tài)顯示分布圖表等。

1.2 GIS可視化表達(dá)的特征數(shù)據(jù)選擇

儲(chǔ)糧昆蟲的區(qū)域分布特征考慮但不限于自然生態(tài)區(qū)域，將應(yīng)用于GIS可視化表達(dá)的儲(chǔ)糧昆蟲區(qū)域分布特征數(shù)據(jù)劃分為昆蟲發(fā)生信息、糧食糧情信息、區(qū)域地理信息、環(huán)境因子信息、糧食物流信息和基本采集信息等6類特征數(shù)據(jù)。在各類特征數(shù)據(jù)中，進(jìn)一步細(xì)化這些特征數(shù)據(jù)及因素，如表1所示。

表1 特征數(shù)據(jù)項(xiàng)Table 1 Characteristic data item

1.3 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析

通過對(duì)特征數(shù)據(jù)的分析和選擇，所有特征數(shù)據(jù)都可以按照結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，不存在非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。本文采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，并對(duì)6類特征數(shù)據(jù)進(jìn)行元數(shù)據(jù)信息構(gòu)建，并建立6個(gè)基本的數(shù)據(jù)表，通過采集編號(hào)進(jìn)行多表級(jí)聯(lián)。采集編號(hào)是指“第七次全國(guó)儲(chǔ)糧蟲螨專項(xiàng)調(diào)查”工作中在一個(gè)采集地點(diǎn)進(jìn)行的不可再分的最小采集行為所對(duì)應(yīng)的編號(hào)，每一個(gè)采集編號(hào)對(duì)應(yīng)了唯一的一次采集行為，并以此作為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理的主鍵來構(gòu)建和關(guān)聯(lián)各個(gè)數(shù)據(jù)表，構(gòu)建的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中的CHBH（采集編號(hào)）字段作為關(guān)聯(lián)各個(gè)數(shù)據(jù)表的主鍵和外鍵。

基于結(jié)構(gòu)化分析，系統(tǒng)構(gòu)建對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)（見表 2—表 7）。

2 基于GIS的儲(chǔ)糧害蟲數(shù)據(jù)可視化表達(dá)

2.1 開源GIS系統(tǒng)的選擇

GIS技術(shù)應(yīng)用中，有包括ArcGIS、MapInfo等商業(yè) GIS平臺(tái)和MapWindows GIS、QGIS等開源 GIS平臺(tái)在內(nèi)的多種GIS平臺(tái)可供選擇，在本研究的系統(tǒng)應(yīng)用中，應(yīng)充分考慮和兼顧GIS系統(tǒng)功能發(fā)揮特性、系統(tǒng)的二次開發(fā)需求、系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域適用性等因素。

商用GIS平臺(tái)的產(chǎn)品功能較強(qiáng)，內(nèi)容豐富，但大都不支持脫離軟件環(huán)境的二次開發(fā)，且售價(jià)較高，并不利于小型GIS應(yīng)用開發(fā)。開源GIS系統(tǒng)在某一特定應(yīng)用場(chǎng)景中具備技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并且因其開源特性，更適用于二次應(yīng)用開發(fā)。在開源GIS系統(tǒng)中，MapWindows對(duì)于C#等程序設(shè)計(jì)語言提供完善的API調(diào)用接口[10]，QGIS系統(tǒng)的主要特性是其支持多個(gè)操作系統(tǒng)平臺(tái)，對(duì)于C#的API調(diào)用不如MapWindows完善。開源GIS系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性好，基本不存在購(gòu)置費(fèi)用，可很好融入自主開發(fā)系統(tǒng)內(nèi)。Map－Windows是面向通用領(lǐng)域的GIS平臺(tái)，QGIS更適用于在其軟件內(nèi)的GIS應(yīng)用。

圖1 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)表圖Fig．1 Structured data table

表2 儲(chǔ)糧昆蟲信息數(shù)據(jù)Table 2 Data structure of stored grain insect information

表3 糧食糧情信息數(shù)據(jù)Table 3 Data structure of stored grain and state

表4 區(qū)域地理信息數(shù)據(jù)Table 4 Data structure of regional geographic information

表5 基本采集信息數(shù)據(jù)Table 5 Data structure of insect collection information

表6 環(huán)境因子信息數(shù)據(jù)Table 6 Data structure of environmental factors information

表7 糧食物流信息數(shù)據(jù)Table 7 Data structure of grain logistics information

對(duì)于儲(chǔ)糧害蟲區(qū)域分布GIS表達(dá)系統(tǒng)，結(jié)合各因素進(jìn)行分析。由于儲(chǔ)糧害蟲GIS系統(tǒng)需要進(jìn)行二次開發(fā)，因此應(yīng)選擇開源系統(tǒng)作為GIS平臺(tái)。儲(chǔ)糧害蟲GIS系統(tǒng)采用C#語言開發(fā)，選擇開源的Map－Windows能充分發(fā)揮GIS系統(tǒng)功能特性，且開源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性好，特別有利于儲(chǔ)糧害蟲GIS系統(tǒng)等公益性軟件系統(tǒng)。MapWindows支持在其上進(jìn)行不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)分析和技術(shù)應(yīng)用，對(duì)于儲(chǔ)糧害蟲GIS系統(tǒng)應(yīng)用具有良好的技術(shù)適用性。

儲(chǔ)糧害蟲GIS系統(tǒng)采用C#語言開發(fā)，通過調(diào)用MapWindows系統(tǒng)API進(jìn)行二次開發(fā)，充分利用開源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，在通用GIS平臺(tái)基礎(chǔ)上構(gòu)建專用的儲(chǔ)糧害蟲專用的可視化表達(dá)系統(tǒng)。

2.2 MapWinGISocx接口調(diào)用結(jié)構(gòu)

MapWinGIS.ocx是MapWindow GIS項(xiàng)目的核心組成部分，本文的程序采用了MapWinGIS.ocx作為內(nèi)嵌的GIS引擎，來完成整個(gè)程序功能，并具有獨(dú)立分發(fā)和運(yùn)行的能力。MapWinGIS.ocxd以Map作為基礎(chǔ)類，提供了自頂向下的多層類和對(duì)象的調(diào)用接口，其中包括了類、對(duì)象方法、屬性、成員函數(shù)等多個(gè)層次[11]。

儲(chǔ)糧害蟲GIS系統(tǒng)，基礎(chǔ)GIS數(shù)據(jù)是以區(qū)域地理信息數(shù)據(jù)的地理經(jīng)度和地理緯度為基礎(chǔ)的，在MapWindowsGIS中，直接對(duì)應(yīng)AxMap類，其中AxMap類中應(yīng)用AddLayer對(duì)象方法來進(jìn)行圖層加載，同時(shí)加載區(qū)域地理信息數(shù)據(jù)、儲(chǔ)糧昆蟲信息數(shù)據(jù)、糧食糧情信息數(shù)據(jù)、基本采集信息數(shù)據(jù)、環(huán)境因子信息數(shù)據(jù)、糧食物流信息數(shù)據(jù)，ZoomBehavior屬性來指定地圖縮放時(shí)的行為，MouseDownEvent成員函數(shù)來感知鼠標(biāo)動(dòng)作，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到某一調(diào)查地點(diǎn)時(shí)進(jìn)行對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的查詢和顯示[12]。

2.3 可視化表達(dá)

可視化表達(dá)包括了若干步驟，首先需要進(jìn)行基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的加載，在此基礎(chǔ)上，裝載儲(chǔ)糧昆蟲的多因素特征數(shù)據(jù)，特別是GIS相關(guān)的區(qū)域地理信息特征數(shù)據(jù)，然后結(jié)合昆蟲發(fā)生信息特征數(shù)據(jù)，進(jìn)行可視化表達(dá)展示。

2.3.1 加載基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)

進(jìn)行可視化表達(dá)，首先要加載基礎(chǔ)的空間數(shù)據(jù)，即GIS的基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)。本研究采用Shpfile文件來描述基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)，shapefile文件由坐標(biāo)文件（shp）、索引文件（shx）、屬性文件（dbf）共同構(gòu)成，每個(gè)文件都定義了詳細(xì)的文件頭、文件體和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型[13-14]。

在MapWinGIS控件中，首先通過加載基礎(chǔ)shapefile來加載空間數(shù)據(jù)，MapWinGIS專門建立Shapefile類來處理相關(guān)事務(wù)。儲(chǔ)糧害蟲GIS系統(tǒng)中，首先通過Open方法來加載基礎(chǔ)圖層，然后通過數(shù)據(jù)庫(kù)讀取區(qū)域地理信息數(shù)據(jù)、儲(chǔ)糧昆蟲信息數(shù)據(jù)、糧食糧情信息數(shù)據(jù)、基本采集信息數(shù)據(jù)、環(huán)境因子信息數(shù)據(jù)、糧食物流信息數(shù)據(jù)，通過Insert－Point方法逐個(gè)點(diǎn)地插入儲(chǔ)糧昆蟲數(shù)據(jù)，然后調(diào)用EditInsertShape刷新整個(gè)shapefile文件，最后通過AxMap類的Redraw方法重繪整個(gè)區(qū)域。

通過AxMap類的方法加載空間數(shù)據(jù)主要代碼如下：

MapWinGIS.Shapefile shpFileName=new Map－WinGIS.Shapefile（）；

//讀取ShapeFile文件

fileName4.Open（Environment.CurrentDirectory+@"shphenan.shp"，null）；

//加載圖層

m_layerHandle=axMap1.AddLayer（shpFileName，true）。

2.3.2 儲(chǔ)糧昆蟲GIS的可視化表達(dá)[15-16]

在本次儲(chǔ)糧害蟲專項(xiàng)調(diào)查中，獲取到了調(diào)查采集點(diǎn)的區(qū)域地理信息特征數(shù)據(jù)，根據(jù)這些特征數(shù)據(jù)，可以構(gòu)建對(duì)應(yīng)的圖形顯示坐標(biāo)，并進(jìn)行顯示。顯示前，在加載空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，需要?jiǎng)?chuàng)建獨(dú)立圖層，所創(chuàng)建的獨(dú)立圖層本質(zhì)上是shapefile格式的文件。然后，在獨(dú)立圖層上創(chuàng)建顯示圖形，本文所要顯示的采集點(diǎn)圖形，主要是離散點(diǎn)形式，因此要在制定圖層文件類型為SHP_POINT，在圖層上插入點(diǎn)圖，然后將圖層添加到GIS控件中。

SHP_POINT指定了Shapefile主要存儲(chǔ)Point類型，Point類型的核心是由兩個(gè)浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)構(gòu)成，分別表示平面直角坐標(biāo)系的x，y坐標(biāo)。存儲(chǔ)在Shapefile文件中的Point記錄格式見表8。

表8 Point類型記錄格式Table 8 Record format of point type

通過AxMap類的相關(guān)方法實(shí)現(xiàn)圖形顯示的主要代碼如下：

var sf=new Shapefile（）；

//創(chuàng)建Shapefile文件

bool result=sf.CreateNewWithShapeID（""，ShpfileType.SHP_POINT）；

//將MWShapeId字段添加到屬性表中，指定Shapefile文件類型

Shape shp=new Shape（）；

//創(chuàng)建圖層

shp.Create（ShpfileType.SHP_POINT）；

//設(shè)置Shape的類型

shp.InsertPoint（pnt，ref index）；

//將Point添加到Shape中,pnt即為要插入的離散點(diǎn)的位置坐標(biāo)

sf.EditInsertShape（shp，ref i）；

//將 Shape添加到Shapefile中

towerShapfile.DefaultDrawingOptions.SetDefault－PointSymbol(tkDefaultPointSymbol.dpsSquare);

//設(shè)置towerShapfile圖層上顯示圖標(biāo)的類型為方塊

axMap1.AddLayer（towerShapfile，true）；

//添加圖層

axMap1.Redraw（）；

//刷新顯示。

2.3.3 儲(chǔ)糧昆蟲區(qū)域數(shù)據(jù)引入后的GIS表達(dá)[17-18]

在2016年夏季組織的河南省現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中，調(diào)查了糧庫(kù)、面粉廠、飼料廠、農(nóng)戶和其他類型等5類場(chǎng)所，涉及到全省123個(gè)調(diào)查點(diǎn)，查得害蟲種類在83種以上。本文根據(jù)調(diào)查結(jié)果，以玉米象為例，抽取特征數(shù)據(jù)，構(gòu)建了儲(chǔ)糧昆蟲區(qū)域分布系統(tǒng)，基于昆蟲發(fā)生信息、區(qū)域地理信息等，提供可視化的查詢功能，獲得不同的可視化表達(dá)結(jié)果。

系統(tǒng)采用C/S（Client/Server）結(jié)構(gòu)構(gòu)建，由數(shù)據(jù)層、接口層、地圖層、應(yīng)用層等4層構(gòu)成，結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)采用Microsoft Visual Studio.Net開發(fā)平臺(tái)，數(shù)據(jù)引擎采用Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。

圖2 儲(chǔ)糧昆蟲區(qū)域分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 The system structure of stored grain insect distribution

系統(tǒng)主要功能圍繞多參數(shù)儲(chǔ)糧昆蟲分布可視化查詢，可通過蟲種、地區(qū)等參數(shù)選擇，進(jìn)行多圖層的可視化表達(dá)，并可根據(jù)使用者操作，進(jìn)行圖層疊加，顯示多圖層害蟲分布點(diǎn)的特征數(shù)據(jù)信息。系統(tǒng)提供無極放大和縮小，并可以將可視化結(jié)果導(dǎo)出為圖片保存。系統(tǒng)界面如圖3所示。

圖3 儲(chǔ)糧昆蟲GIS分布系統(tǒng)界面Fig.3 GIS system Interface of stored grain insect distribution

系統(tǒng)中，左側(cè)上部為參數(shù)選擇區(qū)域，可以按照蟲種選擇目、科、種進(jìn)行查詢顯示，也可以按照區(qū)域選擇省/市/自治區(qū)、市/地區(qū)進(jìn)行查詢顯示，左側(cè)下部為分布統(tǒng)計(jì)圖表區(qū)域，可根據(jù)選擇查詢結(jié)果動(dòng)態(tài)顯示分布圖表。

這里以玉米象為例進(jìn)行說明，系統(tǒng)主界面顯示加載的河南省shapefile地圖作為基礎(chǔ)圖層，在左側(cè)選擇鞘翅目象甲科昆蟲玉米象進(jìn)行查詢，系統(tǒng)生成該昆蟲區(qū)域分布圖層，并以圓點(diǎn)標(biāo)示玉米象分布地點(diǎn)，圖層可以進(jìn)行無級(jí)縮放。從分布圖可以看出，玉米象在所調(diào)查的123個(gè)調(diào)查點(diǎn)中有廣泛分布。在系統(tǒng)左側(cè)下部，給出了不同類型場(chǎng)所的玉米象分布比例，玉米象在各類調(diào)查場(chǎng)所均有明顯分布。例如，圖例中關(guān)于飼料廠的信息所占比例較低，說明在所進(jìn)行和統(tǒng)計(jì)的昆蟲調(diào)查場(chǎng)所中飼料廠占比相對(duì)較低。

在系統(tǒng)右側(cè)上部詳細(xì)給出玉米象的分布數(shù)據(jù)，包括采集地點(diǎn)信息、場(chǎng)所類別信息等。當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到害蟲分布圖層，點(diǎn)擊害蟲分布圓點(diǎn)，系統(tǒng)在右側(cè)下部信息欄輸出顯示當(dāng)前害蟲分布點(diǎn)的調(diào)查采集詳細(xì)信息。如當(dāng)前圖例顯示的是河南省平頂山市某糧食儲(chǔ)備企業(yè)的調(diào)查結(jié)果，可以看到蟲種、蟲態(tài)、害蟲密度、生態(tài)區(qū)、采集地點(diǎn)、采集點(diǎn)類型、采集時(shí)間、倉(cāng)房類型、地理經(jīng)度、地理緯度、糧食產(chǎn)地、收獲年度、糧食品種、糧倉(cāng)溫度、大氣溫度、物流信息等信息，該采集地詳細(xì)信息列表見表9。

從示例中可以看出，主要儲(chǔ)糧昆蟲玉米象在該調(diào)查地發(fā)生所涉及的主要因素進(jìn)行清晰展示，且符合玉米象的實(shí)際發(fā)生情況，直觀的數(shù)字化表達(dá)對(duì)于研究?jī)?chǔ)糧昆蟲分布與發(fā)生發(fā)展規(guī)律等可提供有效的可視化途徑。

3 小結(jié)

研究表明，儲(chǔ)糧昆蟲的GIS應(yīng)用有顯著區(qū)別于農(nóng)業(yè)昆蟲等開放生態(tài)環(huán)境中的情況，特別是在相關(guān)因素及處理方面更為復(fù)雜和多樣化，本文中研究的儲(chǔ)糧昆蟲GIS系統(tǒng)適用于儲(chǔ)糧昆蟲區(qū)域分布及其特性的可視化表達(dá)。以“第七次全國(guó)儲(chǔ)糧蟲螨專項(xiàng)調(diào)查”中覆蓋河南省幾乎全部地市120多家企業(yè)單位的調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行的數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)化分析，采用的開源GIS技術(shù)，構(gòu)建的可視化區(qū)域分布結(jié)果等，具有包含因素多樣、數(shù)據(jù)直觀、表達(dá)全面、實(shí)用性好等特點(diǎn)。經(jīng)過計(jì)算機(jī)實(shí)際運(yùn)行測(cè)試，能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通、即接即現(xiàn)，能夠適應(yīng)儲(chǔ)糧昆蟲區(qū)域分布及其特性研究需求。該系統(tǒng)內(nèi)容自主開發(fā)，具有良好的可擴(kuò)展性，可根據(jù)數(shù)據(jù)來源的多樣性展示各種儲(chǔ)糧昆蟲調(diào)查信息，并進(jìn)行詳盡的分類查詢和統(tǒng)計(jì)分析。

表9 采集詳細(xì)信息示例Table 9 Example of detail survey information

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A RESEARCH ON GIS EXPRESSION AND VISUALIZATION METHOD WITH REGIONAL DISTRIBUTION SURVEY OF STORED GRAIN INSECT

YAN Lei，WANG Dianxuan，ZHANG Hao，BAI Xuguang，ZHANG Ruijie，JIANG Biruo，ZHOU Hongda，MA Yunzhao，MA Xiaohui
（School of Food Science and Technology，Engineering Research Center of Grain Storage and Security of Ministry of Education，Grain Storage and Logistics National Engineering Laboratory，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，China）

GIS technology is used to analyze the suitable habitat and influencing factors of insects occurrence in the field of agricultural insect research has been applied，and research and application of GIS technology in grain storage insects is lacked.In this paper，across the east longitude 111°12'14''to 115°09'33''，latitude 33°44'09''to 36°07'30''range，Henan Province，a total of 123 locations of the storage results of field sampling survey were taken as an example to construct a regional distribution of stored grain insects based on open source GIS.The structured data tables of regional distribution characteristics of stored grain insects were established by feature data selection and structured data analysis.The map data were loaded in open source GIS，and the software program was compiled.And the Motschulsky is used as an example to analyze its regional distribution characteristics and realize the intuitive visual expression of insect distribution，which can help to carry out the scientific research of grain storage and the information management of insect control.

stored grain insect；GIS；regional distribution；data visualization

S379.5

：B

1673-2383(2017)04-0106-07

http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20170828.0857.040.html

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2017-8-28 8:57:28

2017-06-05

糧食公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201513002）；河南工業(yè)大學(xué)科學(xué)研究基金（2016XTCX02）

閻磊（1977—），男，河南焦作人，工程師，主要研究方向?yàn)榧Z食信息化技術(shù)。

*通信作者