基於WebGIS的煙草種植管理信息系統研發論文

引言

空間信息技術在推廣煙葉生產實時監測，提高農民科技素質，優化煙草種植模式與技術等方面起到至關重要的作用M。2015年全國煙草工作會議提出，大力推進“兩化”融合，全面加強數據資源開發應用，提高行業信息化建設水平。近年來，隨着煙草產業結構調整和空間信息技術的快速發展，學者們對煙草信息化管理與“3S”技術的融合進行了一系列研究，並取得良好的效果。如董謝瓊等H應用GIS技術進行雲南省烤煙種植區劃研究，實現了原料基地的優化選擇;魯韋坤等利用“3S”技術，建立了現代煙草農業示範區規劃信息系統;楊小冬等^設計了基於Web GIS的農業生態監測與決策支持系統以指導煙葉種植和生產。李一山等開發了基於的優質烤煙生產技術諮詢系統。但現有系統主要是針對煙草種植現狀數據進行決策分析，缺少將系統監測、管理、決策和RS技術(高光譜)相結合的具有較強時效性和綜合性的大型煙草應用系統。由於數字化煙草種植管理系統各資源環境要素具有較強的時空差異性，若能與高光譜和Web GIS技術有機集成，藉助GIS強大的空間分析能力和高光譜技術的高時空分辨率，可深層次地挖掘作物的決策支持能力，使煙草種植管理信息系統數據獲取、存儲、檢索與分析等逐步向實時監測、精確模擬及智能化決策方向發展。

中國煙葉總產量約佔世界總產量的41.5%。其中，烤煙約佔世界烤煙總產量的59.9%。煙葉種植主要集中於雲南、貴州、四川、重慶、湖南、河南等地的貧困山區0，其中，黔西北山地是西南地區重要的煙草種植區，也是烤煙種植的適宜區，為提高該區域煙草種植質量，提升山區煙草管理效率，本系統採用面向對象軟件設計思想，利用網絡數據庫、Google Maps API、Web GIS等技術，設計並構建出煙草種植空間管理信息系統，依託高光譜技術的定期監測，實現了煙草種植環境監測、智能化預警、網絡化管理。

1系統結構設計

本系統涉及主要煙草的高光譜監測模型、栽培管理知識模型、生長過程模擬模型等相關數字煙草種植管理模型，本研究遵循集成性、實用性、可拓展性的設計原則，對組成系統的各構件及相互關係進行合理組織和設計，在傳統的3層結構一用户層、業務邏輯層、數據層的基礎上，根據系統數據處理流程，採用數據分層技術對用户層、業務邏輯層、數據層進行功能的分割和細化，設計出新型軟件架構體系(圖1)。該體系融合了高光譜遙感技術、GIS技術與空間定位技術，基於Web GIS平台，解決了模型組件間、模型組件與業務功能之間複雜的數據兼容、集成分析問題。不僅從邏輯上將子系統劃分成數據層、開發層、邏輯層、用户層和數據庫管理層，還將常規業務邏輯抽取出來，減少了各個子模塊間的依賴關係，使系統以彈性方式進行耦合，滿足系統的集成性和擴展性要求。

1.1系統總體構架

依據系統整體架構，對業務邏輯層進行細分，劃分結果見系統功能框架圖(圖2)。本系統最上層為系統層，中間為功能層，最下層為分析層，由於煙草種植管理系統的主要用户羣為煙草種植區內部管理人員和系統維護人員，系統應用廣泛，不同種植區網絡通訊狀況差異性較大，故本系統採用了基於B/S的三層系統結構模式設計，空間數據庫採用ArcSDE10.2數據引擎，業務數據庫採用SQLServer2008、WebGIS服務器採用ArcGISServer10.2，客户端採用瀏覽器提升系統的可操作性。

1.2系統模塊分析

1.2.1用户登陸子系統

本系統主要對達到一定權限的煙草種植管理、系統維護等相關人員開放相應的功能。擁有不同權限的用户，通過登陸模塊登陸本系統後，系統可以根據用户權限自動激活、屏蔽相應的模塊，從而實現數據個性化處理功能。

1.2.2數據更新模塊

煙草種植與初加工過程涉及監測、管理、決策數據龐雜，且數據格式多樣，為資料收集、彙總帶來諸多不便，而基於WebGIS的'網絡數據填報方式能實現數據實時多次填報，系統定期上載，解決了用户在實際應用中數據更新的問題。同時，為了實現數據融合、共享，在開發數據更新系統時設定了嚴格的數據校驗，不符合要求的數據一律不能入庫，並提示上載人員更改格式後上載。

1.2.3數據瀏覽與查詢模塊

本系統依據用户的瀏覽、查詢請求，自動產生相應的結果，並根據需要將結果以網頁、WebGIS圖形(以種植區1:10000DEM和0.5m分辨率遙感影像圖為基礎資料)或圖表形式在瀏覽器顯示出來，通過程序開發可實現查詢指標共有29個，用户可根據複合查詢條件，篩選查詢目標，部分查詢代碼如下：

1.2.4煙草生長現狀分析模塊

煙草生長現狀分析、趨勢分析、煙草估產的開發是本項目的重點也是難點所在，通過對歷年研究區域煙草的生長監測數據的分析，建立相應的生長現狀、趨勢分析、產量預測數學模型，並通過計算機編程，以WebGIS技術平台為載體，使分析結果以圖形或圖表形式直觀地表現出來。用户只需點擊相應子模塊命令，就可以瞭解研究區域煙田分佈、煙草主產區的煙草生產現狀及發展趨勢。通過本系統使煙草主產區歷年來煙草生長監測數據得以充分有效利用，為區域烤煙行業發展決策的重要依據。

1.2.5高光譜監測分析模塊

高光譜技術在煙草中的研究主要集中在冠層與葉片水平。通常利用原始光譜反射率與煙草的葉面積指數、生物量、品質指標等建立監測模型，通過反演，對煙草的生長和煙葉品質進行估算和監測0。高光譜監測技術用於煙草長勢、產量預測，可實現煙草生長監測規模化，空間數據獲取即時化，並利用估產模型對煙草產量進行預測。本系統通過IDL語言開發集合了ENVI高光譜影像解譯技術，高光譜數據以標準格式上載後，系統自動對影像進行流程式處理，處理結果以屬性統計表、煙草產量預測圖的形式存儲於SQLServer中，便於用户調用查詢。

1.2.6數據輸出模塊

本數據輸出模塊是整個系統的輸出窗口，系統所有分析結果都要通過本模塊實現輸出。輸出的方式有網頁顯示、WebGIS圖形、圖表輸出等幾種。具體的輸出方式可根據用户需求及系統自身特點進行選擇定製。

1.2.7數據庫管理子系統

系統根據不同的用户授予不同的訪問權限，用户可以在權限範圍內進行數據的瀏覽、查詢、編輯更新等操作。系統自身對用户傳輸數據進行分類組織、存儲和管理各種數據，確定以何種文件結構和存取方式在存儲級上組織這些數據，如何實現數據之間的聯繫，並在一定週期內進行數據備份，存儲歷史數據。

2系統實現

2.1系統開發環境

本系統根據數據獲取途徑、預處理軟件的不同，選取ENVI+IDL5.0和ArcEngine9.3軟件作為WebGIS數據處理平台，同時，選取集成了AJAX項目模板的VisualStudio2010作為高效開發WebGIS的應用平台。為實現數據可兼容和高效調用，系統採用SQLServer2008為設計數據庫，高光譜處理模型組件採用IDL語言按COM標準進行開發，選用C#語言作為系統集成基本開發語言，應用HTML語言進行界面設計，用户系統界面如圖4所示。

2.2系統運用

以貴州省六盤水市水城縣鹽井鄉為應用案例，對所構建系統中用户登錄子系統，數據更新、查詢、瀏覽、輸出，煙草長勢分析，高光譜監測，數據庫管理等模塊功能進行調試運用。為提高調試結果的可信度，先將該鄉的氣象、土壤、品種、農村種植經濟信息等數據為基礎數據建立了屬性數據庫，同時，將煙草種植區1:10000地形圖、高分辨率的Google影像圖、基礎數據圖進行疊加建立了空間數據庫。調試應用結果表明：系統的組織結構和功能設計符合煙草種植空間信息管理及輔助決策系統的設計思想，並表現出較高的穩定性和普適性。通過使用該系統，實現了鹽井鄉煙草種植信息的規範化管理及高效、便捷的查詢，運用高光譜預測模型生成的決策結果與當地實際狀況和專家經驗基本符合，且系統的預測結果可以不同專題圖和統計報表等形式進行顯示。

3結論與討論

在總結、融合煙草生產管理決策及評價理論與技術成果的基礎上，構建了高光譜煙草監測模型，煙草生產潛力分析和精確煙草估產知識模型，實例證明，上述模型應用的適應性強，為煙草管理決策提供一種良好方法。將WebGIS和高光譜遙感技術相結合，利用Arc GIS API For Javascript為開發平台，構建了煙草種植空間信息管理與輔助決策系統，實現了基本地圖操作、煙草空間信息查詢與瀏覽、種植制度評價、適宜性區劃、生產潛力分析、高光譜長勢監測、圖表輸出以及系統維護功能，提升系統輔助決策的準確性和普適性。

以貴州省六盤水市水城縣鹽井鄉為系統應用案例，對系統進行了檢驗，結果表明，系統實現了高光譜空間信息決策化管理，不僅顯著提高了空間信息的管理效率和查詢速度，在煙草生產管理決策方面也表現出了較好的時效性和指導性。