謝軒

摘要：文章重點闡述基于WebGIS的水稻病蟲害預(yù)警信息系統(tǒng)的組成和數(shù)據(jù)庫設(shè)計思路，并簡要分析了WebGIS開發(fā)軟件。在水稻主要病蟲害數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，以Internet為系統(tǒng)平臺，運用WebGIS技術(shù)、ASP網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫技術(shù)、人工智能技術(shù)等現(xiàn)代化信息系統(tǒng)開發(fā)手段，設(shè)計了基于WebGIS的水稻病蟲害預(yù)警信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了水稻病蟲害信息采集、數(shù)據(jù)查詢、病蟲害診斷、實時發(fā)布等功能。

Abstract： This paper focuses on the construction and database design of the rice disease early warning information system based on WebGIS， and briefly analyzes the development software of WebGIS. On the basis of establishing database of main rice diseases， with the Internet as the system platform， using WebGIS technology， ASP network programming technology， network database technology， artificial intelligence technology and other modern information system development method， it designs plant diseases and insect pests of rice early warning information system based on WebGIS. The system realizes the rice disease information collection， data transmission， disease diagnosis， effect of real-time release.

關(guān)鍵詞：WebGIS；水稻病蟲害；預(yù)警；數(shù)據(jù)庫

Key words： WebGIS；rice disease；warning；database

中圖分類號：S435.11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）35-0183-03

0 引言

水稻病蟲害是影響糧食產(chǎn)量的重要因素之一，及時、準(zhǔn)確地發(fā)布水稻病蟲害發(fā)生與變化趨勢預(yù)警信息，對提高農(nóng)民和農(nóng)企的生產(chǎn)積極性，推動農(nóng)村經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展都具有非常重要的意義。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)、ASP網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)、AI人工智能技術(shù)在水稻病蟲害檢測以及預(yù)警預(yù)報方面，應(yīng)用越來越方泛。以互聯(lián)網(wǎng)平臺為基礎(chǔ)，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析方法，設(shè)計出基于WebGIS的水稻病蟲害預(yù)警信息系統(tǒng)，把從實際生產(chǎn)中獲得的，能夠反映水稻病蟲害變化趨勢的原始數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為清晰直觀的地圖和統(tǒng)計報表，可以方便用戶查詢[1]。通過預(yù)測與分析，用圖表顯示病蟲害發(fā)生程度和變化區(qū)域，既簡單又明了，達(dá)到實現(xiàn)水稻病蟲害預(yù)警預(yù)報的功能，對農(nóng)作物豐產(chǎn)豐收具有一定的實用價值和較高的經(jīng)濟(jì)效益。

1 系統(tǒng)組成

按照水稻病蟲害預(yù)警信息系統(tǒng)實際完成的功能，將其劃分為水稻病蟲害數(shù)據(jù)管理、水稻病蟲害監(jiān)測數(shù)據(jù)、預(yù)警信息發(fā)布和綜合信息管理四個模塊[2]，如圖1所示。

病蟲害數(shù)據(jù)管理模塊主要是管理來自國家水稻病害蟲數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。我國幅員遼闊，各地區(qū)的氣候條件相差較大，水稻病蟲害發(fā)生的時間、發(fā)生的地理位置、發(fā)生病蟲害的規(guī)律、病蟲害的種類也各不相同，因此，對病蟲害分類管理的方法、綜合防治的策略必須區(qū)別對待。病蟲害監(jiān)測數(shù)據(jù)模塊主要對氣象觀測站提供的溫度、降雨量、日照強(qiáng)度、風(fēng)向風(fēng)速，以及植保站提供的病蟲害田間取樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。數(shù)據(jù)分析和處理可以調(diào)用Excel中數(shù)據(jù)分析處理的功能，通過建立帶有數(shù)據(jù)標(biāo)記的折線圖來顯示病蟲害的發(fā)生發(fā)展趨勢。整個系統(tǒng)的核心是預(yù)警信息發(fā)布模塊，它根據(jù)歷史的病蟲害資料和現(xiàn)場收集的病蟲害信息進(jìn)行預(yù)警分析，對未來的病蟲害的發(fā)生概率、發(fā)展區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測，從而為病蟲害防治提供決策意見。它包括敏感性評價、災(zāi)情預(yù)警分析和災(zāi)情信息發(fā)布等內(nèi)容。綜合信息管理模塊一方面管理著整個系統(tǒng)的用戶信息，完成用戶的注冊、登錄、信息修改，另一方面也接收用戶的反饋信息。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

由于水稻病蟲害預(yù)警信息系統(tǒng)中有大量的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行處理，通常的數(shù)據(jù)庫不能滿足此要求。該系統(tǒng)采用開源數(shù)據(jù)庫，通過優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型，將空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放和管理，建立合理的空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫的組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1 分析與處理數(shù)據(jù)

水稻病蟲害預(yù)警信息系統(tǒng)需要分析和處理的數(shù)據(jù)來源于基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、病蟲害監(jiān)測數(shù)據(jù)以及氣象數(shù)據(jù)?；A(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)可通過國家基礎(chǔ)地理信息網(wǎng)下載，對行政區(qū)劃圖和區(qū)域水文地質(zhì)圖進(jìn)行矢量化來獲取。病蟲害監(jiān)測數(shù)據(jù)包括病蟲害的習(xí)性數(shù)據(jù)、田間取樣數(shù)據(jù)、遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)等，可以通過對區(qū)域病蟲害調(diào)查與區(qū)域歷史資料為基礎(chǔ)整理而來。氣象數(shù)據(jù)包括溫度、土壤相對濕度、降雨量、日照時間、風(fēng)向風(fēng)速等則為氣象部門所提供。

由于數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)類型不是一樣的，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理之前，有必要將它們進(jìn)一步劃分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。對于水稻病蟲害空間數(shù)據(jù)，在獲取數(shù)據(jù)時，即使是相同的區(qū)域，所使用的地圖亦存在地圖坐標(biāo)系、地圖單位、地圖比例尺、地圖投影方式等參數(shù)的不同，采集數(shù)據(jù)時需要對圖件進(jìn)行投影變換，轉(zhuǎn)換為同一坐標(biāo)系、同一比例尺的數(shù)據(jù)。因此，必須對圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；針對屬性數(shù)據(jù)，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行重新編碼，以表格的形式進(jìn)行存儲，為屬性數(shù)據(jù)庫的建設(shè)作好準(zhǔn)備工作。endprint

除此之外，要對系統(tǒng)中海量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的、一體化的管理，先必須對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理和數(shù)據(jù)編碼，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)組織。凡是涉及到圖形庫的數(shù)據(jù)，應(yīng)以“層”的概念來組織，各層之間又可通過“統(tǒng)一編碼”與屬性庫聯(lián)系，使圖形庫與屬性庫有機(jī)組合在一起，用戶就能夠方便地調(diào)用所需的圖幅文件、編輯圖層，查詢各層數(shù)據(jù)的空間信息。

2.2 設(shè)計空間數(shù)據(jù)庫

利用ArcGIS Server構(gòu)建多用戶的WebGIS平臺，從而開發(fā)Web應(yīng)用與服務(wù)，用ArcObjects搭建的B/S開發(fā)工具能夠支持SDE、Shape以及Arc/Info的Coverage格式的空間數(shù)據(jù)庫[3]。Geodatabase是一種采用標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)來表現(xiàn)地理信息的空間數(shù)據(jù)庫，通過在ArcMap10.5中添加病蟲害數(shù)據(jù)、降雨量數(shù)據(jù)及各類基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)。打開屬性表進(jìn)行相關(guān)屬性字段的錄入、編輯，再利用地理數(shù)據(jù)的資源管理器ArcCatalog建立地理空間數(shù)據(jù)庫Personal Geodatabase。

2.3 設(shè)計屬性數(shù)據(jù)庫

設(shè)計好空間數(shù)據(jù)庫后再設(shè)計水稻病蟲害氣象預(yù)警屬性數(shù)據(jù)庫，原因是空間數(shù)據(jù)庫中的每一圖層都對應(yīng)著若干屬性信息，對應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)通過SQL Serve數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲。本系統(tǒng)在設(shè)計的SQL Server屬性數(shù)據(jù)庫中，創(chuàng)建各圖層的屬性表并錄入相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)。

2.4 關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫

空間數(shù)據(jù)以及與圖層對應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)都是存儲在Shape文件自帶的（*.dbf）表中，除此之外的屬性數(shù)據(jù)存儲在SQLServer數(shù)據(jù)庫中。本系統(tǒng)通過在Personal Geodatabase下面新建一個Class，即New Relation-ship Class，用“統(tǒng)一編碼”做關(guān)鍵字，執(zhí)行Append來實現(xiàn)Shape圖形數(shù)據(jù)庫與SQL Server屬性數(shù)據(jù)庫的關(guān)聯(lián)，就可以實現(xiàn)空間、屬性數(shù)據(jù)庫一體化存儲。

3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

3.1 病蟲害數(shù)據(jù)采集與維護(hù)

數(shù)據(jù)采集是將從田間拍攝到的水稻病蟲害圖譜、采集到的病蟲害信息，如白葉枯病圖片、黑條矮縮病圖片，各種病蟲害的名稱、病蟲害特征、防治方法等供植保專業(yè)技術(shù)人員錄入系統(tǒng)中。數(shù)據(jù)維護(hù)是由專門管理系統(tǒng)的技術(shù)員登錄后，對系統(tǒng)中的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、更新、增刪、排序、插入等各項數(shù)據(jù)維護(hù)工作。

3.2 病蟲害信息查詢與檢索

系統(tǒng)具有病蟲害信息的查詢功能，存儲在屬性數(shù)據(jù)庫中的往年或某一時段內(nèi)的水稻病蟲害歷史數(shù)據(jù)均可以隨時查到。系統(tǒng)提供的“預(yù)警信息列表”圖標(biāo)會及時閃爍，提示最新的水稻病蟲害發(fā)生情況、對應(yīng)的防治技術(shù)、最新公告信息等。通過輸入需要檢索的關(guān)鍵詞來實現(xiàn)病蟲害信息檢索功能，能夠檢索到水稻病蟲害的病原、癥狀、發(fā)病誘因、防治措施等。在數(shù)據(jù)錄入的過程中，具有全屏編輯功能，能夠方便地對已錄入數(shù)據(jù)進(jìn)行查找與替換、分類與匯總。

3.3 病蟲害區(qū)域分布與預(yù)警

病蟲害區(qū)域的分布與預(yù)警功能是利用病蟲害預(yù)警信息發(fā)布模塊，通過提取屬性數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，如病蟲害的敏感性狀況、病蟲害的誘發(fā)因素等，加以科學(xué)的分析與評價，在地圖上以區(qū)域圖示的方式顯示分析結(jié)果，如圖3所示。在功能設(shè)計上，我們可以讓系統(tǒng)不僅能做自動預(yù)警分析，也可以做人工預(yù)警分析，還可以模擬歷史上發(fā)生的水稻病蟲害。通過對比分析結(jié)果，方便系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)人員了解系統(tǒng)模型在實際應(yīng)用中存在哪些問題，發(fā)現(xiàn)需要改進(jìn)的地方。

4 結(jié)論

本文介紹了基于WebGIS的水稻病蟲害預(yù)警信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)用到WebGIS開發(fā)平臺，設(shè)計出操作簡便、安全性好、預(yù)警效果良好的應(yīng)用系統(tǒng)，基本實現(xiàn)了預(yù)期功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅清文，蔣耀培，呂鎮(zhèn)梅，等.上海水稻主要病蟲害災(zāi)變預(yù)警系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2008（12）：7-10.

[2]劉小紅，戴小鵬，劉海波，等.基于WebGIS的水稻病蟲害預(yù)警平臺設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究，2012，2（01）：6-8.

[3]陳雪瑞，賈敬敦，高萬林，等.基于WebGIS的農(nóng)業(yè)科技成果價值評估系統(tǒng)研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2017，67（05）：238-244.

[4]黃沖，劉萬才，姜玉英，等.農(nóng)作物重大病蟲害數(shù)字化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)研究[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報，2016，48（03）：196-199.endprint