基于GIS 的智慧農業綜合信息服務平臺設計與實現

黃天亮，黃秋榮，葛吉棟，羅宇灝，蒲春艷

（河池市農業區劃委員會辦公室/河池市區域農業遙感監測站，廣西 河池547000）

0 引言

隨著信息技術的快速發展，農業信息化已經成為農業發展的必然趨勢。2016 年中央一號文件指出，“大力推進‘互聯網+’現代農業，應用物聯網、云計算、大數據、移動互聯等現代信息技術，推動農業全產業鏈改造升級”［1］。在農業信息化中信息資源是農業經濟發展的重要生產要素，因此，農業綜合信息服務是農業信息化的重要內容之一。推進農業綜合信息服務有利于解決“三農”問題，加快農業經濟發展，構建農業綜合信息服務平臺對于現代農業發展的重要性不言而喻。

農業信息往往帶有空間特性，地理信息系統（GIS）在空間信息表達方面具有無可比擬的優勢。近年來，GIS 越來越多地被用于農業信息可視化，在智慧農業領域有著廣泛的應用。文章以廣西河池為例，基于GIS 技術構建農業綜合信息服務平臺，對整個平臺進行了設計并實現，為農業綜合信息服務的智慧化提供一種新的思路和手段。

1 系統設計目標

為更好實現智慧農業，在河池市原有農業一張圖的基礎上建設掌上農業子系統、農業資源系統、農作物系統、特色農業系統、新型農業系統、“三品一標”系統、“十大百萬”系統、災情農情系統。通過建設一個平臺、一個中心、N 個應用，實現工作人員簽到和軌跡查詢；河池市農業資源瀏覽；地塊農作物種植信息查詢和樣方監測；特色優勢農業產業空間查詢與展示，特色農產品追溯查詢，特色農業示范區、休閑農業景區景點、優勢特色農產品基地等現代農業現狀全景VR 展示；新型農業合作社和家庭農場登記注冊信息查詢；“三品一標”的申請信息錄入查詢；“十大百萬”產業規劃布局空間化展示，重點產業核心示范基地建設與進度現狀實時監測管理。為政策決策者、農業投資生產者、農業產品消費者提供大數據支撐平臺，河池市現代農業管理體系和綜合服務體系的發展奠定良好的基礎，推進農業向數字化、智能化發展。

2 系統總體結構設計

2.1 系統開發技術架構

智慧農業綜合信息服務平臺架構設計為B/S（瀏覽器/服務器）結構，基于.NET 框架，采用C#語言結合WebGIS 進行開發，開發環境使用Visual Studio 2015。系統從開發技術架構的角度分為數據/服務層、業務層和用戶層3 個部分［2］，具體交互關系如圖1 所示。

圖1 系統開發技術架構Fig.1 Technical architecture diagram of system development

（1）數據/服務層：為業務層提供數據服務。應用部署支持Windows 服務器操作系統；屬性數據采用SQL Server 數據庫管理系統；空間數據采用PostgreSQL 數據庫，空間數據引擎采用PostGIS；地圖服務采用ArcGIS Server 平臺進行發布。

（2）業務層：進行業務邏輯處理，負責對數據進行操作、為用戶提供交互界面，將用戶和數據聯系起來，具有中間橋梁作用。

業務層應用服務器采用IIS 和Nginx，IIS 是由微軟公司提供的一種Web 服務組件，主要用于Web 頁面發布；Nginx 是一個高性能的HTTP 和反向代理服務器，可用來進行高并發、高負載的業務處理。

在前端可視化表現上，圖表采用Echarts 組件，地圖服務的調用和專題地圖的生成使用ArcGIS API for JavaScript，該API 由ESRI 公司提供，開發者可用于構建自己的WEB地理應用程序；另外，可通過WebAPI/JSON 完成該平臺與第三方平臺的數據交互。

（3）用戶層：是用戶和平臺之間交流的中介，用于數據的輸入和顯示，實現用戶和平臺的協調操作。

2.2 數據庫設計

農業綜合信息具有空間性和多樣性的特點，智慧農業綜合信息服務平臺的數據庫設計為空間數據庫和屬性數據庫。

空間數據庫涵蓋河池衛星地圖柵格數據，土地利用、水資源、農作物、氣候資源、農業示范區、VR 全景、特色農產品、樣方監測、“十大百萬”等矢量數據，同時，為了便于空間數據的維護，矢量數據的屬性數據統一設計存入屬性數據庫，將矢量要素唯一標識碼作為相應屬性數據關系表的主鍵建立關聯。

屬性數據庫除了空間數據對應的屬性數據，還包含災情、農情、“三品一標”、家庭農場、新型合作社、設備管理、地圖管理、基礎管理、機構部門、人員管理、權限管理等業務數據。

2.3 平臺的架構

從智慧農業綜合信息服務平臺的業務需求出發，對平臺架構進行設計，整個平臺架構可分為4 層，如圖2 所示。

圖2 平臺架構Fig.2 Architecture diagram of platform

（1）支撐層：支撐層包括平臺運行所需的軟硬件以及通信網絡，硬件主要有服務器、數據存儲和備份設備、交換機、防火墻、不間斷電源以及移動終端等外設組成；軟件指操作系統、數據庫管理系統、GIS 平臺和中間件等；通信網絡包括互聯網、各種專網、4G/5G 無線網以及物聯網等。

（2）數據層：數據層指平臺所涉及的數據按照一定分類構成的數據集，包括用于管理數據的元數據與目錄庫、空間數據和屬性數據。

（3）服務層：服務層是通過農業綜合信息服務平臺所提供的各種服務接口、數據接口和功能接口的組合快速建立專業應用系統。

（4）應用層：應用層是針對河池市農業業務需求，將一張圖融入各業務，進行子系統劃分。

3 平臺的功能實現

河池市智慧農業綜合信息服務平臺的功能模塊包括掌上農業、農業資源、農作物、特色農業、新型農業、“三品一標”、“十大百萬”。具體功能模塊如圖3 所示。

圖3 平臺功能模塊Fig.3 Function module diagram of platform

3.1 掌上農業模塊

該模塊主要通過和移動端結合，在后臺進行軌跡信息和工作內容簽到信息的查詢。

（1）軌跡信息。農業工作人員采用移動端實時上傳軌跡坐標，進行軌跡瀏覽。（2）工作簽到。工作人員通過移動端將工作時間、地點、內容、圖片等進行簽到，對簽到信息進行查詢。

3.2 農業資源模塊

農業資源模塊主要對土地利用、水資源、氣候資源信息進行編輯和查詢。

（1）土地利用。對地塊的編號、名稱、調查年份、所在地區、現狀描述等信息進行編輯錄入和查詢。

（2）水資源。對水資源的水系名稱、水系類型、流經區域、分布情況、監測情況、水系特點、影響區域等信息進行編輯查詢。

（3）氣候資源。對氣候類型、特點、氣溫范圍、降雨量、其他指標、適宜農作物、不適宜農作物等信息進行編輯查看。

3.3 農作物模塊

該模塊主要是對各地塊農作物種植信息以及樣方監測信息的編輯查看。

（1）農作物種植。農作物所在地塊編號、地塊名稱、作物類型、種植面積、種植作物等信息編輯查詢。

（2）樣方監測。監測年份、樣方編號、地塊編號、樣方類型、作物類型、種植作物、種植面積等信息的錄入查看。

3.4 “十大百萬”模塊

“十大百萬”子系統對河池市油茶、桑園、核桃、板栗、糖科蔗、香豬、肉牛肉羊、特色水果、淡水生態養殖、長壽生態富硒“十大百萬”扶貧產業的現有面積、目標面積、新增面積、低改任務、高產基地個數、高產基地面積等信息錄入編輯和查詢，基于河池一張圖進行空間展示。

3.5 特色農業模塊

該模塊主要是特色農產品、農業示范區的相關信息編輯查詢和地圖展示，并基于VR對特色農業示范區進行展示。

（1）特色農產品。農產品的名稱、產地、簡介、采集時間等信息的編輯查看。

（2）農業示范區。示范區的編號、名稱、所屬地區、詳細地址、主導產業、規劃面積、核心區面積、拓展區面積、輻射區面積、建設狀態、計劃投入、累計投入、企業數、合作社數、農戶數、推廣新技術模式、創新點、主要成果、類型、簡介等信息編輯查詢。

（3）VR 全景。對農業示范區、特色農產品基地進行VR 展示宣傳。

3.6 新型農業模塊

新型農業子系統用于對新型合作社、家庭農場的相關信息編輯查詢，基于一張圖進行空間展示。

（1）新型合作社。包括合作社名稱、登記時間、合作社類型、所在地區、注冊成員數、實有成員數、年經營收入、產業規模、統一采購數、統一銷售數、成員年人均收入、商標、農產品質量安全認證情況、獲評為縣級示范社情況等信息的編輯查詢。

（2）家庭農場。包括農場注冊時間、農場名稱、場主姓名、所在地區、成員數、工商咨詢單、累計新增數等信息的編輯查看。

3.7 “三品一標”模塊

該模塊是對河池市無公害農產品、綠色食品、有機食品、農產品地理標志相關信息編輯查詢和一張圖展示。

（1）“三品”。對三類產品的申報單位、產品名稱、企業地址、信用碼、生產基地所在地、產品生產規模、申報量等信息查看編輯。

（2）地理標志。農產品地理標志相關申請信息的編輯和查看，包括產品名稱、申請人、登記機構、批準日期、證書編號、質量控制技術規范、申報面積、產量等。

4 結論與討論

從廣西河池的農業綜合信息服務實際需求出發，設計并開發了智慧農業綜合信息服務平臺。平臺基于GIS 技術，使用C#語言，采用B/S 架構，對不同類型的農業、農產品、農業產業相關信息進行管理，可以實現農業綜合信息服務，具有一定使用價值。該文研究表明：農業信息的空間性使得GIS 技術可以很好地被用于構建農業綜合信息服務平臺，可將GIS 作為農業信息化發展的重點和突破點。平臺的功能和服務方面需要繼續完善，尤其在智能生產、農情和災情監測、大數據分析等方面需要開展深入研究，從而通過相關技術手段和農業資源更好地為政府部門和廣大民眾提供更加高效、便捷、智能的農業服務。