基于GIS 的智慧農(nóng)業(yè)綜合信息服務(wù)平臺設(shè)計與實現(xiàn)

黃天亮，黃秋榮，葛吉棟，羅宇灝，蒲春艷

（河池市農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會辦公室/河池市區(qū)域農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測站，廣西 河池547000）

0 引言

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)信息化已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。2016 年中央一號文件指出，“大力推進(jìn)‘互聯(lián)網(wǎng)+’現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等現(xiàn)代信息技術(shù)，推動農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈改造升級”［1］。在農(nóng)業(yè)信息化中信息資源是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要生產(chǎn)要素，因此，農(nóng)業(yè)綜合信息服務(wù)是農(nóng)業(yè)信息化的重要內(nèi)容之一。推進(jìn)農(nóng)業(yè)綜合信息服務(wù)有利于解決“三農(nóng)”問題，加快農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，構(gòu)建農(nóng)業(yè)綜合信息服務(wù)平臺對于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要性不言而喻。

農(nóng)業(yè)信息往往帶有空間特性，地理信息系統(tǒng)（GIS）在空間信息表達(dá)方面具有無可比擬的優(yōu)勢。近年來，GIS 越來越多地被用于農(nóng)業(yè)信息可視化，在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。文章以廣西河池為例，基于GIS 技術(shù)構(gòu)建農(nóng)業(yè)綜合信息服務(wù)平臺，對整個平臺進(jìn)行了設(shè)計并實現(xiàn)，為農(nóng)業(yè)綜合信息服務(wù)的智慧化提供一種新的思路和手段。

1 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

為更好實現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)，在河池市原有農(nóng)業(yè)一張圖的基礎(chǔ)上建設(shè)掌上農(nóng)業(yè)子系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)、農(nóng)作物系統(tǒng)、特色農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、新型農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、“三品一標(biāo)”系統(tǒng)、“十大百萬”系統(tǒng)、災(zāi)情農(nóng)情系統(tǒng)。通過建設(shè)一個平臺、一個中心、N 個應(yīng)用，實現(xiàn)工作人員簽到和軌跡查詢；河池市農(nóng)業(yè)資源瀏覽；地塊農(nóng)作物種植信息查詢和樣方監(jiān)測；特色優(yōu)勢農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)空間查詢與展示，特色農(nóng)產(chǎn)品追溯查詢，特色農(nóng)業(yè)示范區(qū)、休閑農(nóng)業(yè)景區(qū)景點、優(yōu)勢特色農(nóng)產(chǎn)品基地等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀全景VR 展示；新型農(nóng)業(yè)合作社和家庭農(nóng)場登記注冊信息查詢；“三品一標(biāo)”的申請信息錄入查詢；“十大百萬”產(chǎn)業(yè)規(guī)劃布局空間化展示，重點產(chǎn)業(yè)核心示范基地建設(shè)與進(jìn)度現(xiàn)狀實時監(jiān)測管理。為政策決策者、農(nóng)業(yè)投資生產(chǎn)者、農(nóng)業(yè)產(chǎn)品消費者提供大數(shù)據(jù)支撐平臺，河池市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)管理體系和綜合服務(wù)體系的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)，推進(jìn)農(nóng)業(yè)向數(shù)字化、智能化發(fā)展。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)架構(gòu)

智慧農(nóng)業(yè)綜合信息服務(wù)平臺架構(gòu)設(shè)計為B/S（瀏覽器/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)，基于.NET 框架，采用C#語言結(jié)合WebGIS 進(jìn)行開發(fā)，開發(fā)環(huán)境使用Visual Studio 2015。系統(tǒng)從開發(fā)技術(shù)架構(gòu)的角度分為數(shù)據(jù)/服務(wù)層、業(yè)務(wù)層和用戶層3 個部分［2］，具體交互關(guān)系如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)架構(gòu)Fig.1 Technical architecture diagram of system development

（1）數(shù)據(jù)/服務(wù)層：為業(yè)務(wù)層提供數(shù)據(jù)服務(wù)。應(yīng)用部署支持Windows 服務(wù)器操作系統(tǒng)；屬性數(shù)據(jù)采用SQL Server 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)；空間數(shù)據(jù)采用PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫，空間數(shù)據(jù)引擎采用PostGIS；地圖服務(wù)采用ArcGIS Server 平臺進(jìn)行發(fā)布。

（2）業(yè)務(wù)層：進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯處理，負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作、為用戶提供交互界面，將用戶和數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，具有中間橋梁作用。

業(yè)務(wù)層應(yīng)用服務(wù)器采用IIS 和Nginx，IIS 是由微軟公司提供的一種Web 服務(wù)組件，主要用于Web 頁面發(fā)布；Nginx 是一個高性能的HTTP 和反向代理服務(wù)器，可用來進(jìn)行高并發(fā)、高負(fù)載的業(yè)務(wù)處理。

在前端可視化表現(xiàn)上，圖表采用Echarts 組件，地圖服務(wù)的調(diào)用和專題地圖的生成使用ArcGIS API for JavaScript，該API 由ESRI 公司提供，開發(fā)者可用于構(gòu)建自己的WEB地理應(yīng)用程序；另外，可通過WebAPI/JSON 完成該平臺與第三方平臺的數(shù)據(jù)交互。

（3）用戶層：是用戶和平臺之間交流的中介，用于數(shù)據(jù)的輸入和顯示，實現(xiàn)用戶和平臺的協(xié)調(diào)操作。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

農(nóng)業(yè)綜合信息具有空間性和多樣性的特點，智慧農(nóng)業(yè)綜合信息服務(wù)平臺的數(shù)據(jù)庫設(shè)計為空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫。

空間數(shù)據(jù)庫涵蓋河池衛(wèi)星地圖柵格數(shù)據(jù)，土地利用、水資源、農(nóng)作物、氣候資源、農(nóng)業(yè)示范區(qū)、VR 全景、特色農(nóng)產(chǎn)品、樣方監(jiān)測、“十大百萬”等矢量數(shù)據(jù)，同時，為了便于空間數(shù)據(jù)的維護(hù)，矢量數(shù)據(jù)的屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一設(shè)計存入屬性數(shù)據(jù)庫，將矢量要素唯一標(biāo)識碼作為相應(yīng)屬性數(shù)據(jù)關(guān)系表的主鍵建立關(guān)聯(lián)。

屬性數(shù)據(jù)庫除了空間數(shù)據(jù)對應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)，還包含災(zāi)情、農(nóng)情、“三品一標(biāo)”、家庭農(nóng)場、新型合作社、設(shè)備管理、地圖管理、基礎(chǔ)管理、機(jī)構(gòu)部門、人員管理、權(quán)限管理等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

2.3 平臺的架構(gòu)

從智慧農(nóng)業(yè)綜合信息服務(wù)平臺的業(yè)務(wù)需求出發(fā)，對平臺架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，整個平臺架構(gòu)可分為4 層，如圖2 所示。

圖2 平臺架構(gòu)Fig.2 Architecture diagram of platform

（1）支撐層：支撐層包括平臺運行所需的軟硬件以及通信網(wǎng)絡(luò)，硬件主要有服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲和備份設(shè)備、交換機(jī)、防火墻、不間斷電源以及移動終端等外設(shè)組成；軟件指操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、GIS 平臺和中間件等；通信網(wǎng)絡(luò)包括互聯(lián)網(wǎng)、各種專網(wǎng)、4G/5G 無線網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)等。

（2）數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)層指平臺所涉及的數(shù)據(jù)按照一定分類構(gòu)成的數(shù)據(jù)集，包括用于管理數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)與目錄庫、空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。

（3）服務(wù)層：服務(wù)層是通過農(nóng)業(yè)綜合信息服務(wù)平臺所提供的各種服務(wù)接口、數(shù)據(jù)接口和功能接口的組合快速建立專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)。

（4）應(yīng)用層：應(yīng)用層是針對河池市農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)需求，將一張圖融入各業(yè)務(wù)，進(jìn)行子系統(tǒng)劃分。

3 平臺的功能實現(xiàn)

河池市智慧農(nóng)業(yè)綜合信息服務(wù)平臺的功能模塊包括掌上農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)資源、農(nóng)作物、特色農(nóng)業(yè)、新型農(nóng)業(yè)、“三品一標(biāo)”、“十大百萬”。具體功能模塊如圖3 所示。

圖3 平臺功能模塊Fig.3 Function module diagram of platform

3.1 掌上農(nóng)業(yè)模塊

該模塊主要通過和移動端結(jié)合，在后臺進(jìn)行軌跡信息和工作內(nèi)容簽到信息的查詢。

（1）軌跡信息。農(nóng)業(yè)工作人員采用移動端實時上傳軌跡坐標(biāo)，進(jìn)行軌跡瀏覽。（2）工作簽到。工作人員通過移動端將工作時間、地點、內(nèi)容、圖片等進(jìn)行簽到，對簽到信息進(jìn)行查詢。

3.2 農(nóng)業(yè)資源模塊

農(nóng)業(yè)資源模塊主要對土地利用、水資源、氣候資源信息進(jìn)行編輯和查詢。

（1）土地利用。對地塊的編號、名稱、調(diào)查年份、所在地區(qū)、現(xiàn)狀描述等信息進(jìn)行編輯錄入和查詢。

（2）水資源。對水資源的水系名稱、水系類型、流經(jīng)區(qū)域、分布情況、監(jiān)測情況、水系特點、影響區(qū)域等信息進(jìn)行編輯查詢。

（3）氣候資源。對氣候類型、特點、氣溫范圍、降雨量、其他指標(biāo)、適宜農(nóng)作物、不適宜農(nóng)作物等信息進(jìn)行編輯查看。

3.3 農(nóng)作物模塊

該模塊主要是對各地塊農(nóng)作物種植信息以及樣方監(jiān)測信息的編輯查看。

（1）農(nóng)作物種植。農(nóng)作物所在地塊編號、地塊名稱、作物類型、種植面積、種植作物等信息編輯查詢。

（2）樣方監(jiān)測。監(jiān)測年份、樣方編號、地塊編號、樣方類型、作物類型、種植作物、種植面積等信息的錄入查看。

3.4 “十大百萬”模塊

“十大百萬”子系統(tǒng)對河池市油茶、桑園、核桃、板栗、糖科蔗、香豬、肉牛肉羊、特色水果、淡水生態(tài)養(yǎng)殖、長壽生態(tài)富硒“十大百萬”扶貧產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)有面積、目標(biāo)面積、新增面積、低改任務(wù)、高產(chǎn)基地個數(shù)、高產(chǎn)基地面積等信息錄入編輯和查詢，基于河池一張圖進(jìn)行空間展示。

3.5 特色農(nóng)業(yè)模塊

該模塊主要是特色農(nóng)產(chǎn)品、農(nóng)業(yè)示范區(qū)的相關(guān)信息編輯查詢和地圖展示，并基于VR對特色農(nóng)業(yè)示范區(qū)進(jìn)行展示。

（1）特色農(nóng)產(chǎn)品。農(nóng)產(chǎn)品的名稱、產(chǎn)地、簡介、采集時間等信息的編輯查看。

（2）農(nóng)業(yè)示范區(qū)。示范區(qū)的編號、名稱、所屬地區(qū)、詳細(xì)地址、主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)、規(guī)劃面積、核心區(qū)面積、拓展區(qū)面積、輻射區(qū)面積、建設(shè)狀態(tài)、計劃投入、累計投入、企業(yè)數(shù)、合作社數(shù)、農(nóng)戶數(shù)、推廣新技術(shù)模式、創(chuàng)新點、主要成果、類型、簡介等信息編輯查詢。

（3）VR 全景。對農(nóng)業(yè)示范區(qū)、特色農(nóng)產(chǎn)品基地進(jìn)行VR 展示宣傳。

3.6 新型農(nóng)業(yè)模塊

新型農(nóng)業(yè)子系統(tǒng)用于對新型合作社、家庭農(nóng)場的相關(guān)信息編輯查詢，基于一張圖進(jìn)行空間展示。

（1）新型合作社。包括合作社名稱、登記時間、合作社類型、所在地區(qū)、注冊成員數(shù)、實有成員數(shù)、年經(jīng)營收入、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、統(tǒng)一采購數(shù)、統(tǒng)一銷售數(shù)、成員年人均收入、商標(biāo)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全認(rèn)證情況、獲評為縣級示范社情況等信息的編輯查詢。

（2）家庭農(nóng)場。包括農(nóng)場注冊時間、農(nóng)場名稱、場主姓名、所在地區(qū)、成員數(shù)、工商咨詢單、累計新增數(shù)等信息的編輯查看。

3.7 “三品一標(biāo)”模塊

該模塊是對河池市無公害農(nóng)產(chǎn)品、綠色食品、有機(jī)食品、農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志相關(guān)信息編輯查詢和一張圖展示。

（1）“三品”。對三類產(chǎn)品的申報單位、產(chǎn)品名稱、企業(yè)地址、信用碼、生產(chǎn)基地所在地、產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模、申報量等信息查看編輯。

（2）地理標(biāo)志。農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志相關(guān)申請信息的編輯和查看，包括產(chǎn)品名稱、申請人、登記機(jī)構(gòu)、批準(zhǔn)日期、證書編號、質(zhì)量控制技術(shù)規(guī)范、申報面積、產(chǎn)量等。

4 結(jié)論與討論

從廣西河池的農(nóng)業(yè)綜合信息服務(wù)實際需求出發(fā)，設(shè)計并開發(fā)了智慧農(nóng)業(yè)綜合信息服務(wù)平臺。平臺基于GIS 技術(shù)，使用C#語言，采用B/S 架構(gòu)，對不同類型的農(nóng)業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)相關(guān)信息進(jìn)行管理，可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綜合信息服務(wù)，具有一定使用價值。該文研究表明：農(nóng)業(yè)信息的空間性使得GIS 技術(shù)可以很好地被用于構(gòu)建農(nóng)業(yè)綜合信息服務(wù)平臺，可將GIS 作為農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展的重點和突破點。平臺的功能和服務(wù)方面需要繼續(xù)完善，尤其在智能生產(chǎn)、農(nóng)情和災(zāi)情監(jiān)測、大數(shù)據(jù)分析等方面需要開展深入研究，從而通過相關(guān)技術(shù)手段和農(nóng)業(yè)資源更好地為政府部門和廣大民眾提供更加高效、便捷、智能的農(nóng)業(yè)服務(wù)。