陳維榕， 童倩倩， 李莉婕， 彭志良， 孫長青， 趙澤英， 岳延濱， 舒 田

(貴州省農(nóng)業(yè)科技信息研究所， 貴州 貴陽 550006)

基于Android智能手機(jī)測土配方施肥離線查詢系統(tǒng)的開發(fā)

陳維榕， 童倩倩， 李莉婕， 彭志良， 孫長青， 趙澤英*， 岳延濱， 舒 田

(貴州省農(nóng)業(yè)科技信息研究所， 貴州 貴陽 550006)

為解決山區(qū)無移動網(wǎng)絡(luò)或移動網(wǎng)絡(luò)費用較高等現(xiàn)實問題，利用JDK、Eclipse、ArcGIS for Android等工具，運用ArcGIS離線地圖實現(xiàn)原理，開發(fā)包含作物施肥推薦、土壤養(yǎng)分查詢、測土配方施肥技術(shù)知識與視頻查看等應(yīng)用功能的Android智能手機(jī)測土配方施肥離線查詢系統(tǒng)。該系統(tǒng)的推廣應(yīng)用效果明顯，具有便捷性、易用性及成本相對較低等特點。

GIS； Android智能手機(jī)； 測土配方施肥； APP

我國自2005年起大力推廣普及測土配方施肥技術(shù)，目前基于桌面版、觸摸屏版、網(wǎng)頁版、移動設(shè)備版的測土配方施肥系統(tǒng)日趨成熟。如，李素若等[1]以智能手機(jī)為平臺，結(jié)合Web服務(wù)器的強(qiáng)大管理功能提出智能手機(jī)的測土配方查詢系統(tǒng)設(shè)計。張麗等[2]在基于GIS的縣域小麥測土配方施肥系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過WebService提供數(shù)據(jù)服務(wù)，實現(xiàn)對土壤信息和施肥決策的移動查詢。許鑫等[3]利用Web Services、元數(shù)據(jù)、空間插值和AJAX技術(shù)，結(jié)合VS2005、ArcGIS 9.3和SQL Server 2005等軟件，在.NET平臺上構(gòu)建了基于Web GIS的小麥精準(zhǔn)施肥決策系統(tǒng)。王鵬舉等[4]以Microsoft.NET Framework為平臺開發(fā)了C/S構(gòu)架的縣域測土配方施肥決策系統(tǒng)。然而，這些基于桌面版、觸摸屏版的系統(tǒng)存在著不可克服的缺陷，載體硬件都較大，網(wǎng)頁版和移動版目前都依托于網(wǎng)絡(luò)，但大部分基層農(nóng)技推廣部門和農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)條件有限，均不便于在田間進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)和使用，導(dǎo)致該信息化系統(tǒng)的推廣應(yīng)用受到限制。

近年來，Android智能手機(jī)發(fā)展迅速，智能手機(jī)除具備普通手機(jī)的全部功能外，還具備開放性的操作系統(tǒng)，可以根據(jù)個人需要安裝各類應(yīng)用程序，使功能得到無限擴(kuò)展，成為名副其實的移動PC[5]。且智能手機(jī)在農(nóng)村已經(jīng)普及。因此，以Android智能手機(jī)為硬件平臺，結(jié)合ArcGIS、Sqlite數(shù)據(jù)庫、百度GPS定位等技術(shù)開發(fā)智能手機(jī)測土配方施肥查詢系統(tǒng)，實現(xiàn)對離線地圖地塊定位，農(nóng)業(yè)技術(shù)人員和農(nóng)戶可以隨時隨地查詢不同作物的施肥建議、查看相關(guān)農(nóng)業(yè)技術(shù)知識與視頻資料。該系統(tǒng)為工作機(jī)動性很強(qiáng)的技術(shù)推廣人員提供了方便的技術(shù)推廣手段，解決了在田間地頭利用信息技術(shù)推廣測土配方施肥的技術(shù)難題，促進(jìn)了測土配方施肥服務(wù)能力的提升。

1 系統(tǒng)架構(gòu)與開發(fā)技術(shù)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

在前人研究作物推薦施肥模型成果的基礎(chǔ)上[6-8]，根據(jù)測土配方施肥土壤養(yǎng)分測試數(shù)據(jù)，采用GIS等技術(shù)研制開發(fā)Android智能手機(jī)測土配方施肥查詢系統(tǒng)。系統(tǒng)能根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)信息和施肥模型，結(jié)合專家經(jīng)驗，為每個地塊、每種作物做出施肥計算，實現(xiàn)離線式的施肥方案推薦。同時，系統(tǒng)具有土壤信息查詢、測土施肥和作物栽培管理相關(guān)的文本、影像文件查看等功能，為廣大的農(nóng)業(yè)技術(shù)人員和農(nóng)戶提供幫助。系統(tǒng)主要由首頁、施肥、技術(shù)、視頻、查詢和設(shè)置6個部分組成(圖1)。

1.2 開發(fā)平臺

以操作系統(tǒng)Android 4.0以上版本、內(nèi)存32 G以上、支持GPS的智能手機(jī)為系統(tǒng)開發(fā)和運行硬件平臺。運用Java語言進(jìn)行編程，同時引入ArcGIS for Android 10.2以上的SDK進(jìn)行離線地圖的展示、查詢，利用Eclipse 4.3工具進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)(圖2)。系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫分為空間數(shù)據(jù)庫和參數(shù)數(shù)據(jù)庫兩類?？臻g數(shù)據(jù)庫采用ArcGIS使用對象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫來存儲空間數(shù)據(jù)的Geodatabase數(shù)據(jù)庫，用其綁定空間數(shù)據(jù)和屬性；參數(shù)數(shù)據(jù)庫使用Android操作系統(tǒng)支持的輕量級小型數(shù)據(jù)庫Sqlite。

圖1 基于GIS的Android智能手機(jī)測土配方施肥離線查詢系統(tǒng)功能架構(gòu)

Fig.1 Functional framework of the queries offline system for soil testing and formulated fertilization based on Android Smartphone

圖2 基于GIS的Android智能手機(jī)測土配方施肥離線查詢系統(tǒng)框架

Fig.2 Framework of the queries offline system for soil testing and formulated fertilization based on Android Smartphone

1.3 關(guān)鍵技術(shù)

離線地圖技術(shù)是解決農(nóng)村無網(wǎng)絡(luò)情況下系統(tǒng)能使用地圖，實現(xiàn)地圖推薦施肥功能的關(guān)鍵技術(shù)。通過ArcGIS 10.2.3將地圖文件進(jìn)行切片打包生成離線地圖文件tpk，tpk在ArcGIS for Android中作為切片底圖被加載，運用ArcGIS Runtime for Android 10.2.2獲取后綴名為.Geodatabase[6-9]的本地空間數(shù)據(jù)庫文件，從而實現(xiàn)離線地圖的展示和查詢空間屬性的功能。

采用百度GPS定位技術(shù)[6-8]在系統(tǒng)地圖推薦施肥功能中進(jìn)行GPS定位，以實現(xiàn)精準(zhǔn)地塊的推薦施肥計算。通過百度地圖sdk中InitLocation()函數(shù)設(shè)置高精度定位模式、經(jīng)緯度坐標(biāo)系格式，定位請求的間隔時間等。

2 系統(tǒng)功能

2.1 地圖推薦施肥

地圖推薦施肥模塊是利用ArcGIS離線地圖實現(xiàn)原理，通過放大、縮小和漫游功能選擇地塊，或根據(jù)用戶所在位置進(jìn)行GPS定位選擇地塊，為用戶提供空間位置上的準(zhǔn)確判斷，通過地圖查詢地塊的各種屬性數(shù)據(jù)。以土壤測試和肥料田間試驗為基礎(chǔ)，根據(jù)作物需肥規(guī)律、土壤供肥性能和肥料效應(yīng)，在合理施用有機(jī)肥料的基礎(chǔ)上，提出氮、磷、鉀及中微量元素等肥料的施用量、施肥時期和施肥辦法，實現(xiàn)配方施肥的計算和推薦(圖3)。

2.2 樣點推薦施肥

樣點推薦施肥是為測土配方田間取樣地塊的用戶提供直接查詢，用戶通過逐級選擇縣市名稱、鄉(xiāng)鎮(zhèn)名稱、村名稱、農(nóng)戶名稱、地塊名稱及樣點統(tǒng)一編號等來確定需要查看的地塊。以測土配方施肥采樣點的土壤養(yǎng)分測試數(shù)據(jù)和肥料田間試驗為基礎(chǔ)，根據(jù)施肥推薦模型計算施肥結(jié)果，系統(tǒng)自動查詢該地塊的土壤養(yǎng)分等數(shù)據(jù)并進(jìn)行施肥計算(圖3)。

2.3 測土推薦施肥

測土推薦施肥功能是為用戶自行田間采樣并測試土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)，根據(jù)當(dāng)前獲知的土壤養(yǎng)分含量，通過逐級選擇歸屬市州、縣市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和作物名稱，填寫具體的土壤養(yǎng)分含量數(shù)據(jù)、土種名稱等，系統(tǒng)會根據(jù)與該區(qū)域配套的施肥模型與參數(shù)進(jìn)行計算推薦施肥(圖3)。

圖3 地圖推薦施肥(左)、樣點推薦施肥(中)和測土推薦施肥(右)頁面顯示

Fig.3 Page display of fertilization recommended by map (left), fertilization recommended by sampling points (middle) and fertilization recommended by soil testing (right)

2.4 查詢

系統(tǒng)的查詢功能包括地塊屬性查詢和樣點屬性查詢。地塊屬性查詢主要是通過地圖選擇具體地塊查詢耕地土壤養(yǎng)分、土壤類型、土壤pH、耕層質(zhì)地、海拔高度、權(quán)屬單位、地形部位、灌溉能力和抗旱能力等數(shù)據(jù)。采樣點查詢是對耕地土壤采樣點位置的土壤養(yǎng)分情況、土壤pH、耕層質(zhì)地、土壤類型、作物類型和常年產(chǎn)量等數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。

2.5 技術(shù)與視頻

技術(shù)菜單中主要對水稻、玉米、油菜、馬鈴薯、小麥、蔬菜、水果、烤煙、茶葉、中藥材、養(yǎng)殖、農(nóng)資等農(nóng)業(yè)相關(guān)技術(shù)知識的介紹與學(xué)習(xí)，輔以大量田間照片，圖文并茂，形象生動。視頻功能模塊能播放主要作物的栽培、病蟲防治等與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)的視頻，形象直觀地展示農(nóng)業(yè)常識和農(nóng)業(yè)技術(shù)。若點擊觀看的視頻沒有下載，則提示進(jìn)行下載后觀看，已經(jīng)下載的視頻直接進(jìn)入播放頁面。

3 推廣應(yīng)用

基于GIS的Android智能手機(jī)測土配方施肥離線查詢系統(tǒng)系統(tǒng)，實現(xiàn)了對離線地圖定位地塊的作物施肥方案計算和推薦、地塊信息查詢。在山區(qū)無移動網(wǎng)絡(luò)或移動網(wǎng)絡(luò)資費較高的情況下，農(nóng)業(yè)技術(shù)人員和農(nóng)戶可以隨時隨地查詢不同作物的施肥建議、查看相關(guān)農(nóng)業(yè)技術(shù)知識與視頻資料。同時，該系統(tǒng)具有便捷性、易用性及成本相對較低等特點，是測土配方施肥技術(shù)推廣的有效工具，解決了信息技術(shù)在測土配方施肥技術(shù)推廣上的難題。

目前，該系統(tǒng)已在貴州德江縣、遵義縣、福泉市、黃平縣、錦屏縣、金沙縣、凱里市、黔東南州、黔西縣、施秉縣、習(xí)水縣等地推廣應(yīng)用289套，服務(wù)耕地面積54.67萬hm2。通過對系統(tǒng)應(yīng)用的不同區(qū)域施肥情況、作物產(chǎn)量等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析表明：推薦優(yōu)化施肥水稻氮肥利用率較習(xí)慣施肥增加14.9%，以施用氮素12.5 kg/667m2計算，節(jié)約氮素1.85 kg/667m2；玉米氮肥利用率較習(xí)慣施肥增加17.2%，以施用氮素15.0 kg/667m2計算，節(jié)約氮素2.58 kg/667m2。在同等產(chǎn)量水平條件下能夠減少氮肥投入，減少因盲目施用化肥導(dǎo)致肥料大量揮發(fā)和淋失，有效控制和降低農(nóng)業(yè)面源污染，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。

[1] 李素若，黃和平.基于智能手機(jī)的測土配方查詢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，52(16):3977-3979.

[2] 張 麗，田銀磊.基于PDA的小麥測土配方施肥信息移動查詢系統(tǒng)[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，44(3):340-342.

[3] 許 鑫，張 浩，席 磊，等.基于Web GIS的小麥精準(zhǔn)施肥決策系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2011，12(27):94-98.

[4] 王鵬舉，馬友華，方燦華.安徽省縣域測土配方施肥決策系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2009，25(4):283-287.

[5] 涂遠(yuǎn)璐，白云峰，胡肄農(nóng)，等.基于智能手機(jī)平臺的豬飼料配方系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2010，25(2):15-18.

[6] 趙澤英，彭志良.貴州玉米生產(chǎn)智能管理系統(tǒng)中推薦施肥模型與參數(shù)系統(tǒng)初步研究[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004，32(3):24-27.

[7] 趙澤英，彭志良，李莉婕.茄果類蔬菜專家系統(tǒng)中推薦施肥模型與參數(shù)的確定[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36(4):189-191.

[8] 趙澤英，彭志良，高 雪，等.喀斯特山區(qū)測土配方施肥決策系統(tǒng)開發(fā)研究[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37(7):229-23.

(責(zé)任編輯： 馮 衛(wèi))

Development of the Queries Offline System for Soil Testing and Formulated Fertilization Based on Android Smartphone

CHEN Weiong, TONG Qianqian, LI Lijie， PENG Zhiliang, SUN Changqing, ZHAO Zeying*, YUE Yanbin, SHU Tian

(GuizhouInstituteofAgriculturalScienceandTechnologyInformation,Guiyang,Guizhou550006,China)

The queries offline system for soil testing and formulated fertilization including application function of crops fertilization recommendation, soil nutrient inquire, related technical knowledge and video view based on Android Smartphone was developed by JDK, Eclipse and ArcGIS for Android according to the implementation principle of ArcGIS offline maps to solve practical problems about high expense of non-mobile web or mobile web in remote mountainous areas. The popularization and application effect of the queries offline system for soil testing and formulated fertilization with the advantages of convenience, usability and relative low cost is significant.

GIS; Android Smartphone; soil testing and formulated fertilization; APP

2016-03-15； 2016-04-24修回

貴州省科技計劃項目“貴州數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)研究創(chuàng)新能力建設(shè)”[黔科合院所創(chuàng)能(2011)4001]；貴州省優(yōu)秀青年科技人才培養(yǎng)對象專項資金項目“基于智能手機(jī)的測土配方施肥推薦系統(tǒng)研究”[黔科合人字(2011)17]；貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院專項“測土配方施肥專家系統(tǒng)簡化開發(fā)與應(yīng)用”[黔農(nóng)科院專項(2010)040]

陳維榕(1987-)，女，研究實習(xí)員，從事農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究。E-mail: 515239705@qq.com

*通訊作者：趙澤英(1975-)，男，研究員，從事農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究。E-mail：zeyingzhao@126．corn

1001-3601(2016)05-0227-0156-03

S147.2

A