基于WebGIS的水稻病蟲害預警信息系統設計與實現

謝軒

摘要：文章重點闡述基于WebGIS的水稻病蟲害預警信息系統的組成和數據庫設計思路，并簡要分析了WebGIS開發軟件。在水稻主要病蟲害數據庫的基礎上，以Internet為系統平臺，運用WebGIS技術、ASP網絡編程技術、網絡數據庫技術、人工智能技術等現代化信息系統開發手段，設計了基于WebGIS的水稻病蟲害預警信息系統。該系統實現了水稻病蟲害信息采集、數據查詢、病蟲害診斷、實時發布等功能。

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.

關鍵詞：WebGIS；水稻病蟲害；預警；數據庫

Key words： WebGIS；rice disease；warning；database

中圖分類號：S435.11 文獻標識碼：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量的重要因素之一，及時、準確地發布水稻病蟲害發生與變化趨勢預警信息，對提高農民和農企的生產積極性，推動農村經濟可持續發展都具有非常重要的意義。

隨著信息技術的發展，網絡地理信息系統技術、網絡數據庫管理技術、ASP網絡編程技術、AI人工智能技術在水稻病蟲害檢測以及預警預報方面，應用越來越方泛。以互聯網平臺為基礎，結合大數據分析方法，設計出基于WebGIS的水稻病蟲害預警信息系統，把從實際生產中獲得的，能夠反映水稻病蟲害變化趨勢的原始數據，轉化為清晰直觀的地圖和統計報表，可以方便用戶查詢[1]。通過預測與分析，用圖表顯示病蟲害發生程度和變化區域，既簡單又明了，達到實現水稻病蟲害預警預報的功能，對農作物豐產豐收具有一定的實用價值和較高的經濟效益。

1 系統組成

按照水稻病蟲害預警信息系統實際完成的功能，將其劃分為水稻病蟲害數據管理、水稻病蟲害監測數據、預警信息發布和綜合信息管理四個模塊[2]，如圖1所示。

病蟲害數據管理模塊主要是管理來自國家水稻病害蟲數據庫的基礎數據。我國幅員遼闊，各地區的氣候條件相差較大，水稻病蟲害發生的時間、發生的地理位置、發生病蟲害的規律、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別對待。病蟲害監測數據模塊主要對氣象觀測站提供的溫度、降雨量、日照強度、風向風速，以及植保站提供的病蟲害田間取樣數據進行分析和處理。數據分析和處理可以調用Excel中數據分析處理的功能，通過建立帶有數據標記的折線圖來顯示病蟲害的發生發展趨勢。整個系統的核心是預警信息發布模塊，它根據歷史的病蟲害資料和現場收集的病蟲害信息進行預警分析，對未來的病蟲害的發生概率、發展區域進行準確的預測，從而為病蟲害防治提供決策意見。它包括敏感性評價、災情預警分析和災情信息發布等內容。綜合信息管理模塊一方面管理著整個系統的用戶信息，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 數據庫設計

由于水稻病蟲害預警信息系統中有大量的數據需要進行處理，通常的數據庫不能滿足此要求。該系統采用開源數據庫，通過優化數據結構模型，將空間數據與屬性數據統一存放和管理，建立合理的空間數據庫和屬性數據庫。數據庫的組成結構如圖2所示。

2.1 分析與處理數據

水稻病蟲害預警信息系統需要分析和處理的數據來源于基礎地理信息數據、病蟲害監測數據以及氣象數據。基礎地理信息數據可通過國家基礎地理信息網下載，對行政區劃圖和區域水文地質圖進行矢量化來獲取。病蟲害監測數據包括病蟲害的習性數據、田間取樣數據、遙感監測數據等，可以通過對區域病蟲害調查與區域歷史資料為基礎整理而來。氣象數據包括溫度、土壤相對濕度、降雨量、日照時間、風向風速等則為氣象部門所提供。

由于數據庫中的數據類型不是一樣的，在對數據進行分析和處理之前，有必要將它們進一步劃分為空間數據和屬性數據。對于水稻病蟲害空間數據，在獲取數據時，即使是相同的區域，所使用的地圖亦存在地圖坐標系、地圖單位、地圖比例尺、地圖投影方式等參數的不同，采集數據時需要對圖件進行投影變換，轉換為同一坐標系、同一比例尺的數據。因此，必須對圖形數據進行標準化處理；針對屬性數據，需要對數據進行重新編碼，以表格的形式進行存儲，為屬性數據庫的建設作好準備工作。endprint

除此之外，要對系統中海量數據進行有效的、一體化的管理，先必須對數據進行標準化處理和數據編碼，然后再進行數據組織。凡是涉及到圖形庫的數據，應以“層”的概念來組織，各層之間又可通過“統一編碼”與屬性庫聯系，使圖形庫與屬性庫有機組合在一起，用戶就能夠方便地調用所需的圖幅文件、編輯圖層，查詢各層數據的空間信息。

2.2 設計空間數據庫

利用ArcGIS Server構建多用戶的WebGIS平臺，從而開發Web應用與服務，用ArcObjects搭建的B/S開發工具能夠支持SDE、Shape以及Arc/Info的Coverage格式的空間數據庫[3]。Geodatabase是一種采用標準關系數據庫技術來表現地理信息的空間數據庫，通過在ArcMap10.5中添加病蟲害數據、降雨量數據及各類基礎地理信息數據。打開屬性表進行相關屬性字段的錄入、編輯，再利用地理數據的資源管理器ArcCatalog建立地理空間數據庫Personal Geodatabase。

2.3 設計屬性數據庫

設計好空間數據庫后再設計水稻病蟲害氣象預警屬性數據庫，原因是空間數據庫中的每一圖層都對應著若干屬性信息，對應的屬性數據通過SQL Serve數據庫進行存儲。本系統在設計的SQL Server屬性數據庫中，創建各圖層的屬性表并錄入相關的屬性數據。

2.4 關聯數據庫

空間數據以及與圖層對應的屬性數據都是存儲在Shape文件自帶的（*.dbf）表中，除此之外的屬性數據存儲在SQLServer數據庫中。本系統通過在Personal Geodatabase下面新建一個Class，即New Relation-ship Class，用“統一編碼”做關鍵字，執行Append來實現Shape圖形數據庫與SQL Server屬性數據庫的關聯，就可以實現空間、屬性數據庫一體化存儲。

3 系統功能實現

3.1 病蟲害數據采集與維護

數據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技術人員錄入系統中。數據維護是由專門管理系統的技術員登錄后，對系統中的原始數據進行修改、更新、增刪、排序、插入等各項數據維護工作。

3.2 病蟲害信息查詢與檢索

系統具有病蟲害信息的查詢功能，存儲在屬性數據庫中的往年或某一時段內的水稻病蟲害歷史數據均可以隨時查到。系統提供的“預警信息列表”圖標會及時閃爍，提示最新的水稻病蟲害發生情況、對應的防治技術、最新公告信息等。通過輸入需要檢索的關鍵詞來實現病蟲害信息檢索功能，能夠檢索到水稻病蟲害的病原、癥狀、發病誘因、防治措施等。在數據錄入的過程中，具有全屏編輯功能，能夠方便地對已錄入數據進行查找與替換、分類與匯總。

3.3 病蟲害區域分布與預警

病蟲害區域的分布與預警功能是利用病蟲害預警信息發布模塊，通過提取屬性數據庫中的數據，如病蟲害的敏感性狀況、病蟲害的誘發因素等，加以科學的分析與評價，在地圖上以區域圖示的方式顯示分析結果，如圖3所示。在功能設計上，我們可以讓系統不僅能做自動預警分析，也可以做人工預警分析，還可以模擬歷史上發生的水稻病蟲害。通過對比分析結果，方便系統開發技術人員了解系統模型在實際應用中存在哪些問題，發現需要改進的地方。

4 結論

本文介紹了基于WebGIS的水稻病蟲害預警信息系統的設計與實現，將網絡技術與數據庫技術應用到WebGIS開發平臺，設計出操作簡便、安全性好、預警效果良好的應用系統，基本實現了預期功能。

參考文獻：

[1]羅清文，蔣耀培，呂鎮梅，等.上海水稻主要病蟲害災變預警系統的研究與應用[J].農業網絡信息，2008（12）：7-10.

[2]劉小紅，戴小鵬，劉海波，等.基于WebGIS的水稻病蟲害預警平臺設計[J].農業災害研究，2012，2（01）：6-8.

[3]陳雪瑞，賈敬敦，高萬林，等.基于WebGIS的農業科技成果價值評估系統研究[J].農業機械學報，2017，67（05）：238-244.

[4]黃沖，劉萬才，姜玉英，等.農作物重大病蟲害數字化監測預警系統研究[J].中國農機化學報，2016，48（03）：196-199.endprint