基于GIS和.NET的農(nóng)業(yè)資源管理信息系統(tǒng)研究

馬超，趙建軍

東北師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，吉林長春130024

基于GIS和.NET的農(nóng)業(yè)資源管理信息系統(tǒng)研究

馬超，趙建軍

東北師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，吉林長春130024

隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)依靠傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理手段與方法己遠遠不能滿足需要。本文基于SuperMap Objects.NET 6R和Visual Studio.NET 2008實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)資源管理信息系統(tǒng)的設(shè)計和部署。根據(jù)設(shè)計目標(biāo)和原則，構(gòu)建了農(nóng)業(yè)資源管理信息系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境，實現(xiàn)了空間信息查詢及農(nóng)業(yè)資源現(xiàn)狀三維展示，研究區(qū)綜合地形、地貌三維模擬等功能，使資源管理部門對農(nóng)業(yè)資源的管理更為直觀、簡單和便捷。

農(nóng)業(yè)資源；空間數(shù)據(jù)庫；管理信息系統(tǒng)

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和管理方法，己遠遠不能滿足當(dāng)前大數(shù)據(jù)的需求［1，2］。本文以地理信息系統(tǒng)技術(shù)為基礎(chǔ)，建立包含空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)的科學(xué)、有效管理，為農(nóng)業(yè)決策分析提供數(shù)據(jù)支持。同時，選用合適的地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)平臺，構(gòu)建基于地理信息系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)資源管理信息系統(tǒng)基本框架，進行與農(nóng)業(yè)資源相關(guān)屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)查詢、分析，并通過一個具有三維可視化功能的農(nóng)業(yè)資源信息管理系統(tǒng)，為農(nóng)業(yè)資源的合理管理、規(guī)劃和決策提供快速、準(zhǔn)確、直觀和有效的手段。

1　系統(tǒng)的設(shè)計

1.1系統(tǒng)功能設(shè)計

系統(tǒng)基本功能包括地圖操作功能、查詢功能、數(shù)據(jù)編輯功能和三維展示功能。

（1）地圖操作功能。通過定制消息調(diào)用組件完成地圖的各種操作，為使用者提供便捷的工具瀏覽查看農(nóng)業(yè)資源信息工具；

（2）查詢功能。包括可視化的屬性和空間數(shù)據(jù)的查詢，以及數(shù)據(jù)的雙向查詢；

（3）數(shù)據(jù)編輯功能。對己有屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)進行編輯和更改，并保存修改結(jié)果；

（4）三維展示功能。通過三維可視化的方式展示研究區(qū)域內(nèi)地物地貌的分布情況。

1.2軟件類設(shè)計

對于農(nóng)業(yè)資源信息管理系統(tǒng)來說，所有的參與者都是系統(tǒng)的用戶，因此邊界類只有窗口界面這一種形式。邊界類的主要職責(zé)是接收來用戶的觸發(fā)事件，并通過對界面中的各種圖形元素（文本框、列表框、命令按鈕等）進行編程來實現(xiàn)響應(yīng)，農(nóng)業(yè)資源信息管理系統(tǒng)界面邊界類如圖1所示。

圖1　農(nóng)業(yè)資源信息管理邊界類Fig.1 The boundary class of agricultural resources informationmanagement

實體類、控制類、邊界類和參與者的協(xié)作如圖2所示，系統(tǒng)使用人員首先登陸農(nóng)業(yè)資源信息管理系統(tǒng)，然后通過業(yè)務(wù)辦理控制類，具體包括驗證系統(tǒng)使用人員、獲取相關(guān)文件、創(chuàng)建新文件。

圖2　實體類、控制類、邊界類和參與者的協(xié)作Fig.2Collaboration among entity，control，boundary classesand participants

1.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計

1.3.1數(shù)據(jù)的組織計算機中的圖形要素可以分解為“點要素”、“線要素”和“區(qū)域要素”［3］。對上述形態(tài)要素依據(jù)其集合位置進行檢索，為縮小檢索時的搜索空間，需要根據(jù)其空間位置對圖形要素的數(shù)據(jù)加以適當(dāng)?shù)慕M織。這就是圖形數(shù)據(jù)管理中的一項基本任務(wù)。

1.3.2空間數(shù)據(jù)庫空間數(shù)據(jù)庫主要包括空間位置信息數(shù)據(jù)等。利用地理信息系統(tǒng)軟件Arc Map9.2［4］中提供的幾何校正功能，為了能準(zhǔn)確實現(xiàn)與行政區(qū)劃圖的配準(zhǔn)，需要進一步分別對土壤養(yǎng)分分布圖、水系分布圖、道路分布圖進行幾何配準(zhǔn)和校正；其次，利用地理信息系統(tǒng)軟件Arc Map9.2的屏幕矢量化功能，對土壤養(yǎng)分分布圖、道路分布圖和水系分布圖柵格數(shù)據(jù)進行矢量化，獲取矢量數(shù)據(jù)；然后，利用ERDAS IMAGINE 8.3［5］內(nèi)部的幾何校正模塊對研究區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)和DEM［6］（數(shù)字高程模型）數(shù)據(jù)進行糾正，使遙感影像和DEM數(shù)據(jù)具有統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)和投影信息，為了生成三維可視化地形，將具有遙感影像圖與統(tǒng)一坐標(biāo)系的DEM相互疊加；最后，將通過對研究區(qū)遙感影像進行土地利用類型解譯獲得的道路、居民地、林地、農(nóng)地、水體、未利用地、園地等七個圖層通過格式轉(zhuǎn)換，生成土地利用類型矢量圖層。

空間數(shù)據(jù)預(yù)處理完畢后，在地理信息系統(tǒng)軟件中構(gòu)建空間數(shù)據(jù)庫，分別將具有統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)和投影信息的遙感影像、DEM等柵格數(shù)據(jù)和行政區(qū)劃圖、道路分布圖和、土壤養(yǎng)分分布圖、土地類型分布圖和水系分布圖等矢量數(shù)據(jù)導(dǎo)入空間數(shù)據(jù)庫。

2　系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.1數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理

2.1.1遙感影像處理采用高分辨率航空遙感影像，采用ERDAS 8.6完成遙感圖像預(yù)處理工作，具體工作流程如下：

（1）在ERDAS遙感圖像數(shù)字處理軟件中分別作為地理校正用圖像和校正研究用圖像；

（2）啟動幾何校正模塊，選擇多項式幾何校正計算模型，確定多項式系數(shù)為3，定義投影參數(shù)；

（3）采用視窗采點模式進行控制點選取；

（4）打開校正選項窗口，采集控制點，完成控制點的采集后，實行對圖像進行校正；

（5）圖像重采樣；

（6）圖幅鑲嵌，進行多幅影像拼接；

（8）最后依據(jù)研究區(qū)矢量邊界進行圖像分幅剪裁，完成遙感影像的預(yù)處理工作，生成研究區(qū)遙感影像文件，如圖3所示。

2.1.2原圖矢量化采用Arc Map和Auto Cad軟件相結(jié)合的方式來進行相關(guān)矢量數(shù)據(jù)的獲取，并進行屬性數(shù)據(jù)的輸入。首先在Arc Map軟件中，采用幾何校正工具，然后為了進一步激活Georeferncing工具，進行糾正的圖像增加到Arc Map中，隨后，在Georeferncing工具條中選擇Add Control Point按鈕，并使用Georeferncing工具精準(zhǔn)到找一個控制點點擊，然后在參考的村界中選擇相同的點。一般在實際中，這些點應(yīng)該能夠均勻分布。進一步的，使用上述相同的方法，在影像上增加均勻分布的多個控制點，在Georeferencing菜單下通過增加所有控制點后，點擊Update Display。然后，更新系統(tǒng)之后，便可以獲取真實坐標(biāo)值。最后，利用Arc MAP進行交互式矢量化，得到矢量化后的土壤類型分布圖，如圖4所示。

圖3　幾何校正后的遙感影像Fig.3Remote-sensing image after geometric correction

圖4　矢量化的研究區(qū)土壤數(shù)據(jù)Fig.4Vectorization data of soil in the researched area

2.1.3數(shù)字高程模型農(nóng)業(yè)資源信息管理系統(tǒng)基于Super Map Objects.NET 6R地理信息系統(tǒng)組件開發(fā)，因此，需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成SuperMap GIS所支持的數(shù)據(jù)格式［7］。首先在SuperMap GIS中新建SQL型數(shù)據(jù)源，然后針對DEM等柵格數(shù)據(jù)、道路分布圖、土地類型分布圖等數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，然后根據(jù)數(shù)據(jù)模型進行格式轉(zhuǎn)換，完成工作空間的建立。

2.2系統(tǒng)主要功能的實現(xiàn)

本研究中研發(fā)的農(nóng)業(yè)資源信息平臺主要提供了土壤養(yǎng)分含量、村鎮(zhèn)概況、道路、土地利用類型和水系等信息的空間查詢與現(xiàn)狀三維展示等功能。登陸界面使用到了用戶名、密碼的驗證，通過驗證碼防止惡意登陸，登陸代碼執(zhí)行的流程圖如圖5所示。

2.2.1信息查詢功能信息查詢功能作為農(nóng)業(yè)資源信息管理系統(tǒng)的必要功能，具有重要作用，本系統(tǒng)的查詢包括研究區(qū)土壤養(yǎng)分含量、村鎮(zhèn)概況、水系、土地利用類型和道路等信息的空間與屬性信息的空間查詢。代碼執(zhí)行的流程圖如圖6所示。

圖5　登陸代碼的流程圖Fig.5Theprocessto login codes

圖6　農(nóng)業(yè)資源基本信息查詢流程圖Fig.6Theprocesstosearch for thebasicinformationofagriculturalresources

2.2.2農(nóng)業(yè)資源現(xiàn)狀三維展示利用研究區(qū)幾何校正與配準(zhǔn)后，具有相同投影和坐標(biāo)，具有相同投影和坐標(biāo)的遙感影像數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)相結(jié)合，通過三維可視化的方式展示研究區(qū)域內(nèi)地物貌的實際情況，根據(jù)地物貌的實際情況，便可以直接在系統(tǒng)的三維窗口中瀏覽查看，也可以在區(qū)域內(nèi)通過鼠標(biāo)點擊自定義一個路線，系統(tǒng)按自定義的路線自動進行飛行展示，整體界面如圖7所示。

圖7　道路基本信息的整體界面Fig.7 The interface of basic information of the road

圖8　飛行時的效果Fig.8 The flying effect

自定義飛行流程具體情況如下：（1）首先點擊鼠標(biāo)左鍵，然后進一步添加新的節(jié)點；（2）鼠標(biāo)中間點擊時，刪除最后一個節(jié)點；（3）鼠標(biāo)移動時，繪制跟蹤線；（4）結(jié)束自定義路線；（5）飛行。同時，系統(tǒng)為根據(jù)每個村的地形、地貌特征為每個行政村設(shè)計了一條最佳的飛行路線，可以直接通過點擊左側(cè)工具欄列表，系統(tǒng)自動定位至該村并延著最佳飛行路線完成系統(tǒng)預(yù)設(shè)的飛行瀏覽。通過農(nóng)業(yè)資源系統(tǒng)的三維飛行與展示功能，用戶可以根據(jù)飛行視點的變化選擇進入村鎮(zhèn)的角度和方位，簡單、直接的獲取每個村鎮(zhèn)的現(xiàn)狀與周邊自然環(huán)境，具體飛行時的效果如圖8所示。

3　系統(tǒng)測試分析

3.1功能測試

系統(tǒng)的功能測試包括：地圖漫游功能的點擊“放大、縮小、平移、旋轉(zhuǎn)”、測試搜索功能、矢量圖查詢功能、開始、結(jié)束、日期、登錄等功能。最后，根據(jù)預(yù)期結(jié)果，進行統(tǒng)計和分析。其中，表1為系統(tǒng)中地圖漫游功能部分測試用例。

表1　地圖漫游功能測試用例Table 1 The exam p le in testofmap roam

3.2單元測試及測試用例

單元測試的項目主要是由單元測試Medadata、單元測試程序代碼、測試assert語句、以及應(yīng)用系統(tǒng)程序代碼組成［8］。單元測試Medadata主要是單元測試的相關(guān)數(shù)據(jù)：如單元測試列表，單元測試設(shè)定等。單元測試列表其實就是測試項目中的.vsmdi檔案，而單元測試設(shè)定是測試項目中的.testsetting檔。測試項目通常須包含被測試的應(yīng)用系統(tǒng)程序代碼。而單元測試項目本身編譯后是個.Net組件，而應(yīng)用系統(tǒng)程序編譯后也為.Net應(yīng)用程序或組件。

4　結(jié)論

農(nóng)業(yè)資源信息復(fù)雜多樣，時空分布也比較廣泛，傳統(tǒng)的人工管理方式已不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的需要，為了在農(nóng)業(yè)信息資源管理系統(tǒng)中融合先進的地理信息系統(tǒng)技術(shù)、信息技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，幫助農(nóng)業(yè)資源管理研究的健康、快速的發(fā)展。本文以3S技術(shù)為支撐，建立面向鄉(xiāng)鎮(zhèn)基礎(chǔ)屬性信息、空間信息和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)了包括土地利用類型、村鎮(zhèn)、土壤養(yǎng)分等農(nóng)業(yè)資源信息的農(nóng)業(yè)資源現(xiàn)狀三維可視化展示、空間查詢、地圖搜索等功能模塊，實現(xiàn)了快速定位查詢方式，方便用戶查詢，為農(nóng)業(yè)資源管理部門提供直觀的信息服務(wù)。

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Study on the Management Information System of Agricultural Resources Based on GIS and .NET

MAChao，ZHAO Jian-jun
School of Geographical Sciences/Northeast Normal University，Changchun 130024，China

With the development of agricultural technology，a lot of data in agricultural production system are scarce to generate from traditional administrativemeasures.This paper performed the design and deployment for themanagement information system of agricultural resourcesbased on Super Map Objects.NET 6R and Visual Studio.NET 2008 to establish the running environment for the software and hardware of the system according to the objectives and principles and realized the basic spatial information inquiry，3D display and simulation to the comprehensive topography and landscapes tomake a managementwaymore simple，convenientand quickerby this system.

AgriculturalResources；spatialdatabase；management information system

C931.6

A

1000-2324（2016）04-0587-04

2016-03-05

2016-04-18

馬超（1993-），男，本科，主要研究方向為地理信息系統(tǒng)與遙感應(yīng)用. E-mail：mac653@nenu.edu.cn