基于Android智能手機測土配方施肥離線查詢系統的開發

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

(貴州省農業科技信息研究所， 貴州 貴陽 550006)

基于Android智能手機測土配方施肥離線查詢系統的開發

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

(貴州省農業科技信息研究所， 貴州 貴陽 550006)

為解決山區無移動網絡或移動網絡費用較高等現實問題，利用JDK、Eclipse、ArcGIS for Android等工具，運用ArcGIS離線地圖實現原理，開發包含作物施肥推薦、土壤養分查詢、測土配方施肥技術知識與視頻查看等應用功能的Android智能手機測土配方施肥離線查詢系統。該系統的推廣應用效果明顯，具有便捷性、易用性及成本相對較低等特點。

GIS； Android智能手機； 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，目前基于桌面版、觸摸屏版、網頁版、移動設備版的測土配方施肥系統日趨成熟。如，李素若等[1]以智能手機為平臺，結合Web服務器的強大管理功能提出智能手機的測土配方查詢系統設計。張麗等[2]在基于GIS的縣域小麥測土配方施肥系統基礎上，通過WebService提供數據服務，實現對土壤信息和施肥決策的移動查詢。許鑫等[3]利用Web Services、元數據、空間插值和AJAX技術，結合VS2005、ArcGIS 9.3和SQL Server 2005等軟件，在.NET平臺上構建了基于Web GIS的小麥精準施肥決策系統。王鵬舉等[4]以Microsoft.NET Framework為平臺開發了C/S構架的縣域測土配方施肥決策系統。然而，這些基于桌面版、觸摸屏版的系統存在著不可克服的缺陷，載體硬件都較大，網頁版和移動版目前都依托于網絡，但大部分基層農技推廣部門和農村網絡條件有限，均不便于在田間進行現場指導和使用，導致該信息化系統的推廣應用受到限制。

近年來，Android智能手機發展迅速，智能手機除具備普通手機的全部功能外，還具備開放性的操作系統，可以根據個人需要安裝各類應用程序，使功能得到無限擴展，成為名副其實的移動PC[5]。且智能手機在農村已經普及。因此，以Android智能手機為硬件平臺，結合ArcGIS、Sqlite數據庫、百度GPS定位等技術開發智能手機測土配方施肥查詢系統，實現對離線地圖地塊定位，農業技術人員和農戶可以隨時隨地查詢不同作物的施肥建議、查看相關農業技術知識與視頻資料。該系統為工作機動性很強的技術推廣人員提供了方便的技術推廣手段，解決了在田間地頭利用信息技術推廣測土配方施肥的技術難題，促進了測土配方施肥服務能力的提升。

1 系統架構與開發技術

1.1 系統架構

在前人研究作物推薦施肥模型成果的基礎上[6-8]，根據測土配方施肥土壤養分測試數據，采用GIS等技術研制開發Android智能手機測土配方施肥查詢系統。系統能根據相關數據信息和施肥模型，結合專家經驗，為每個地塊、每種作物做出施肥計算，實現離線式的施肥方案推薦。同時，系統具有土壤信息查詢、測土施肥和作物栽培管理相關的文本、影像文件查看等功能，為廣大的農業技術人員和農戶提供幫助。系統主要由首頁、施肥、技術、視頻、查詢和設置6個部分組成(圖1)。

1.2 開發平臺

以操作系統Android 4.0以上版本、內存32 G以上、支持GPS的智能手機為系統開發和運行硬件平臺。運用Java語言進行編程，同時引入ArcGIS for Android 10.2以上的SDK進行離線地圖的展示、查詢，利用Eclipse 4.3工具進行系統開發(圖2)。系統中數據庫分為空間數據庫和參數數據庫兩類。空間數據庫采用ArcGIS使用對象關系型數據庫來存儲空間數據的Geodatabase數據庫，用其綁定空間數據和屬性；參數數據庫使用Android操作系統支持的輕量級小型數據庫Sqlite。

圖1 基于GIS的Android智能手機測土配方施肥離線查詢系統功能架構

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智能手機測土配方施肥離線查詢系統框架

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

1.3 關鍵技術

離線地圖技術是解決農村無網絡情況下系統能使用地圖，實現地圖推薦施肥功能的關鍵技術。通過ArcGIS 10.2.3將地圖文件進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]的本地空間數據庫文件，從而實現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[6-8]在系統地圖推薦施肥功能中進行GPS定位，以實現精準地塊的推薦施肥計算。通過百度地圖sdk中InitLocation()函數設置高精度定位模式、經緯度坐標系格式，定位請求的間隔時間等。

2 系統功能

2.1 地圖推薦施肥

地圖推薦施肥模塊是利用ArcGIS離線地圖實現原理，通過放大、縮小和漫游功能選擇地塊，或根據用戶所在位置進行GPS定位選擇地塊，為用戶提供空間位置上的準確判斷，通過地圖查詢地塊的各種屬性數據。以土壤測試和肥料田間試驗為基礎，根據作物需肥規律、土壤供肥性能和肥料效應，在合理施用有機肥料的基礎上，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、鄉鎮名稱、村名稱、農戶名稱、地塊名稱及樣點統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分測試數據和肥料田間試驗為基礎，根據施肥推薦模型計算施肥結果，系統自動查詢該地塊的土壤養分等數據并進行施肥計算(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分數據，根據當前獲知的土壤養分含量，通過逐級選擇歸屬市州、縣市、鄉鎮和作物名稱，填寫具體的土壤養分含量數據、土種名稱等，系統會根據與該區域配套的施肥模型與參數進行計算推薦施肥(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分、土壤類型、土壤pH、耕層質地、海拔高度、權屬單位、地形部位、灌溉能力和抗旱能力等數據。采樣點查詢是對耕地土壤采樣點位置的土壤養分情況、土壤pH、耕層質地、土壤類型、作物類型和常年產量等數據進行查詢。

2.5 技術與視頻

技術菜單中主要對水稻、玉米、油菜、馬鈴薯、小麥、蔬菜、水果、烤煙、茶葉、中藥材、養殖、農資等農業相關技術知識的介紹與學習，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、病蟲防治等與農業生產密切相關的視頻，形象直觀地展示農業常識和農業技術。若點擊觀看的視頻沒有下載，則提示進行下載后觀看，已經下載的視頻直接進入播放頁面。

3 推廣應用

基于GIS的Android智能手機測土配方施肥離線查詢系統系統，實現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。在山區無移動網絡或移動網絡資費較高的情況下，農業技術人員和農戶可以隨時隨地查詢不同作物的施肥建議、查看相關農業技術知識與視頻資料。同時，該系統具有便捷性、易用性及成本相對較低等特點，是測土配方施肥技術推廣的有效工具，解決了信息技術在測土配方施肥技術推廣上的難題。

目前，該系統已在貴州德江縣、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、習水縣等地推廣應用289套，服務耕地面積54.67萬hm2。通過對系統應用的不同區域施肥情況、作物產量等相關數據進行統計分析表明：推薦優化施肥水稻氮肥利用率較習慣施肥增加14.9%，以施用氮素12.5 kg/667m2計算，節約氮素1.85 kg/667m2；玉米氮肥利用率較習慣施肥增加17.2%，以施用氮素15.0 kg/667m2計算，節約氮素2.58 kg/667m2。在同等產量水平條件下能夠減少氮肥投入，減少因盲目施用化肥導致肥料大量揮發和淋失，有效控制和降低農業面源污染，改善農業生態環境。

[1] 李素若，黃和平.基于智能手機的測土配方查詢系統的設計與實現[J].湖北農業科學，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[J].河南農業大學學報，2010，44(3):340-342.

[3] 許 鑫，張 浩，席 磊，等.基于Web GIS的小麥精準施肥決策系統[J].農業工程學報，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開發與應用研究[J].中國農學通報，2009，25(4):283-287.

[5] 涂遠璐，白云峰，胡肄農，等.基于智能手機平臺的豬飼料配方系統設計與實現[J].農業網絡信息，2010，25(2):15-18.

[6] 趙澤英，彭志良.貴州玉米生產智能管理系統中推薦施肥模型與參數系統初步研究[J].貴州農業科學，2004，32(3):24-27.

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

[8] 趙澤英，彭志良，高 雪，等.喀斯特山區測土配方施肥決策系統開發研究[J].貴州農業科學，2009，37(7):229-23.

(責任編輯： 馮 衛)

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“貴州數字農業技術研究創新能力建設”[黔科合院所創能(2011)4001]；貴州省優秀青年科技人才培養對象專項資金項目“基于智能手機的測土配方施肥推薦系統研究”[黔科合人字(2011)17]；貴州省農業科學院專項“測土配方施肥專家系統簡化開發與應用”[黔農科院專項(2010)040]

陳維榕(1987-)，女，研究實習員，從事農業信息技術研究。E-mail: 515239705@qq.com

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

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

S147.2

A