基于WebGIS的青稞種植決策系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

譚鑫 高歡 魏茜

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。在青稞種植相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下，以超圖為系統(tǒng)開發(fā)，利用Vue2.0和SpringBoot前后端設(shè)計(jì)技術(shù)，來(lái)建立青稞種植決策系統(tǒng)，把與青稞種植信息和具體的可視化地圖結(jié)合起來(lái)進(jìn)行一系列的空間分析處理，找出不同種類青稞的適種區(qū)域，使得農(nóng)作物種植區(qū)域的選擇更加高效。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)信息化;GIS Web;決策系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）08-0140-03

0 引言

由于農(nóng)作物種植區(qū)域決策[1]是一項(xiàng)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，具有涉及領(lǐng)域廣、不確定因素多、數(shù)據(jù)量大以及種植的現(xiàn)狀變化快等特點(diǎn)，加之已開發(fā)農(nóng)田面積有限，種植決策人員的技術(shù)方法落后和專業(yè)限制等，導(dǎo)致現(xiàn)階段種植決策長(zhǎng)期存在以下問(wèn)題：數(shù)據(jù)分散雜亂、動(dòng)態(tài)分析不足、空間定量分析較少等。農(nóng)業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)化的產(chǎn)物——青稞種植決策系統(tǒng)，能夠根據(jù)田間青稞生長(zhǎng)條件、產(chǎn)量狀況及青稞品種等差別，應(yīng)用全球網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)技術(shù)（Web GIS）進(jìn)行青稞種植生產(chǎn)信息管理，地理信息系統(tǒng)技術(shù)能精準(zhǔn)生成各種專題圖，不僅可以提高決策區(qū)劃的可視化程度，還能為區(qū)域性農(nóng)作物種植的科學(xué)決策提供有力的技術(shù)支持。通過(guò)綜合青稞種植生產(chǎn)信息篩選出青稞的適種區(qū)域，使得農(nóng)田投入得以調(diào)節(jié)和控制，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效益、避免資源浪費(fèi)的目的。目前同類研究更多的只是停滯于理論上的研究，而沒(méi)有結(jié)合相關(guān)的計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，而該系統(tǒng)是以實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為原則，計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用為導(dǎo)向，在相關(guān)人員提供的各類數(shù)據(jù)資源下孕育而生。Web GIS的工作方式非常具有動(dòng)態(tài)性和空間性的特點(diǎn)，針對(duì)一些區(qū)域性的類似于種植決策的農(nóng)業(yè)管理具有極其重要的作用[2]，因此基于Web GIS的青稞種植決策系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

1 Web GIS概述

1.1 Web GIS概念

Web GIS是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于GIS開發(fā)的產(chǎn)物，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)布和應(yīng)用，來(lái)實(shí)現(xiàn)空間上數(shù)據(jù)資源的分布式處理、互操作和共享，簡(jiǎn)言之，就是在Web網(wǎng)頁(yè)上的GIS系統(tǒng)，簡(jiǎn)單定義為Web環(huán)境的GIS，我們可以在網(wǎng)頁(yè)上進(jìn)行GIS數(shù)據(jù)處理操作、可視化展示等。Web GIS是由展示層、地圖服務(wù)處和數(shù)據(jù)層組成的一種三層架構(gòu)體系[3]。

1.2 Web GIS特點(diǎn)

基于Web的GIS具有以下特點(diǎn)：（1）Web GIS是一個(gè)存在于互聯(lián)網(wǎng)上的開放系統(tǒng)，注重軟件重用、分布式處理、跨平臺(tái)運(yùn)行、數(shù)據(jù)共享、易于集成和開發(fā)簡(jiǎn)單等[4]。（2）Web GIS在萬(wàn)維網(wǎng)環(huán)境下運(yùn)行的效率極高。將Web服務(wù)器與GIS服務(wù)平臺(tái)集成，用戶可以通過(guò)普通瀏覽器，不受限制地在任何地方操縱網(wǎng)絡(luò)GIS，及時(shí)的獲取到地理空間信息服務(wù)，在Web的輔助下GIS不斷擴(kuò)展延伸，已為一個(gè)公眾服務(wù)系統(tǒng)。（3）Web GIS數(shù)據(jù)資源的來(lái)源豐富，具有高度共享性。GIS服務(wù)對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)用戶來(lái)說(shuō)更加方便可得，能夠得到通過(guò)網(wǎng)絡(luò)得到其他用戶共享出來(lái)的數(shù)據(jù)資源，并容易在GIS平臺(tái)上做分布式的計(jì)算。

2 系統(tǒng)功能分析

2.1 基本地圖操作

此系統(tǒng)能夠?qū)λx擇的區(qū)域其地圖進(jìn)行一些基本操作，包括：地圖的放大縮小，地圖全幅顯示，地圖平移和定位，地圖內(nèi)部區(qū)域的距離量算、面積量算以及操作清除。在系統(tǒng)界面上選擇一個(gè)地區(qū)名稱后，地圖界面能夠迅速做出反應(yīng)，將該地區(qū)放大并其背景置為高亮，當(dāng)用戶網(wǎng)絡(luò)狀況不佳時(shí)會(huì)出現(xiàn)加載圖標(biāo)和網(wǎng)絡(luò)不佳的字樣以告示用戶。系統(tǒng)用戶能夠選擇降水、日照時(shí)長(zhǎng)、土壤類型等21個(gè)不同子圖層來(lái)查看所選擇的地區(qū)狀況。不同子圖層選擇如圖1所示。

2.2 數(shù)據(jù)資源查看與下載

系統(tǒng)用戶能夠查看不同地區(qū)，并能夠查看其地區(qū)不同的數(shù)據(jù)類型，可以選擇需要的地區(qū)的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行下載，數(shù)據(jù)類型均來(lái)自于相關(guān)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，在下載的過(guò)程中會(huì)高亮顯示所下載文件的存儲(chǔ)路徑，更方便用戶找所下載文件，自行通過(guò)查看軟件查看該地區(qū)某種數(shù)據(jù)類型的詳細(xì)介紹和描述。

數(shù)據(jù)資源結(jié)合西藏氣象局、農(nóng)業(yè)局等相關(guān)資源。數(shù)據(jù)資源的模型圖與數(shù)據(jù)資源的介紹一一匹配，系統(tǒng)用戶能夠點(diǎn)擊模型圖或文字，界面能融合相關(guān)信息數(shù)據(jù)庫(kù)生成該數(shù)據(jù)資源的介紹。

2.3 屬性查詢與決策區(qū)劃

系統(tǒng)用戶可以選擇土壤、植被類型和土地利用3個(gè)大項(xiàng)下邊的52個(gè)不同小項(xiàng)，再來(lái)選擇地區(qū)，最后可以查詢到該地區(qū)下小項(xiàng)類型的地域范圍。例如：首先選擇類型中的土壤大項(xiàng)，再選擇黃土小項(xiàng)，再在區(qū)域選擇中選擇邊境地區(qū)，最后查詢，在地圖界面就能看到查詢到邊境地區(qū)的黃土的地域范圍。

選擇不同的青稞品種，選擇不同的積溫類型及其范圍，可以附加選擇降水和海拔及其范圍，土地利用默認(rèn)為旱地類型，系統(tǒng)用戶通過(guò)不同的選擇，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)比例評(píng)估算法評(píng)估出適種區(qū)域范圍，并在地圖端高亮呈現(xiàn)。比例評(píng)估算法：依據(jù)不同的青稞品種和不同的氣候條件占不同比重進(jìn)行區(qū)劃分析，系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)多次調(diào)試，運(yùn)用迭代方法得到一個(gè)較為精準(zhǔn)的比例：青稞品種占20%，積溫占44%，附加選項(xiàng)降水和海拔均占23%。當(dāng)該地區(qū)總比例達(dá)到55%及以上就高亮顯示其為適種區(qū)域。

2.4 系統(tǒng)幫助維護(hù)

不同的系統(tǒng)用戶擁有不同的訪問(wèn)權(quán)限，普通用戶要使用系統(tǒng)首先需要注冊(cè)，待管理員審核通過(guò)后，便可以登錄，使用系統(tǒng);管理員可以登錄到后臺(tái)管理界面對(duì)用戶進(jìn)行審核、編輯、詳情查看等操作，管理員可以定期進(jìn)行青稞種植相關(guān)信息的更新。系統(tǒng)用戶可以查看系統(tǒng)下幾個(gè)子系統(tǒng)的使用幫助文檔。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境與工具

系統(tǒng)在整個(gè)開發(fā)過(guò)程中，是利用Xeon（R） Platinum 8163，開發(fā)所用的操作平臺(tái)是server 2012。開發(fā)模式采用前端、后端、地圖端三端分離的模式[5]，前后端利用Vue+ SpringBoot框架，地圖端使用超圖來(lái)進(jìn)行開發(fā)，用Apache作服務(wù)器，Orecle作數(shù)據(jù)庫(kù)，采用Java語(yǔ)言，并使用HTML+ CSS+JS作為前端開發(fā)的輔助語(yǔ)言工具。系統(tǒng)應(yīng)用的集成開發(fā)環(huán)境為Apache+Orecle+SpringBoot+Vue+超圖的組合框架，利用此組合框架可以前端、后端、地圖端三段開發(fā)獨(dú)立并同時(shí)進(jìn)行，大大節(jié)省開發(fā)時(shí)間，系統(tǒng)運(yùn)行速度快且十分穩(wěn)定，此組合框架在今后的系統(tǒng)二次開發(fā)和維護(hù)都帶來(lái)了很大的便利。

3.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

青稞種植決策系統(tǒng)的三端與Web GIS三層架構(gòu)緊密對(duì)應(yīng)，前端展示界面對(duì)應(yīng)展示層，地圖端對(duì)應(yīng)地圖服務(wù)處，后端數(shù)據(jù)處理對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)層。系統(tǒng)總共由八個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，分別是首頁(yè)（地域查看）、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)資源、屬性查詢、模型庫(kù)、決策區(qū)劃、系統(tǒng)幫助和后臺(tái)管理。

3.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

前端使用Vue框架——用于構(gòu)建用戶界面的漸進(jìn)式框架，與其他大型框架不同：Vue是可以自底向上逐層應(yīng)用的，用element組件，引入阿里矢量圖庫(kù)，便能快捷地使用各種組件圖標(biāo)，極大地提高了前端開發(fā)效率。前端整體運(yùn)用Vue框架下的router路由，界面分為頭部、旁部、主部、底部四個(gè)部分，界面四部分寫作公共組件，在每個(gè)界面調(diào)用。前端界面中的下拉菜單、級(jí)聯(lián)選擇器等均采用公用提供組件，頭部菜單導(dǎo)航欄寫成自定義組件。后端獨(dú)立采用SpringBoot框架，前端與后端通過(guò)接口連接，由后端人員進(jìn)行用戶注冊(cè)、西藏地區(qū)信息查詢、決策區(qū)劃各數(shù)據(jù)分析等10個(gè)接口的設(shè)計(jì)，使得前后端連接工作更加清晰，Orecle數(shù)據(jù)庫(kù)中存放地區(qū)的作物種類、積溫、降水等諸多種植相關(guān)數(shù)據(jù)，并允許管理員對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)方面實(shí)時(shí)更新[6]。地圖端用SuperMap iDesktop.Net進(jìn)行地圖制作，在SuperMap iserver中發(fā)布地圖服務(wù)與數(shù)據(jù)，通過(guò)超圖客戶端應(yīng)用程序開發(fā)工具實(shí)現(xiàn)地圖的顯示與基本操作。在超圖平臺(tái)的輔助下，嵌入到前端界面的主部這一部分，嵌入能夠讓系統(tǒng)反應(yīng)更加迅速且穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

基于Web GIS技術(shù)開發(fā)了集地域分析、規(guī)劃目標(biāo)、規(guī)劃定位、模型定性等功能于一體的青稞種植決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了青稞種植區(qū)劃決策的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)定量分析、空間定位分析，極大地提升了青稞種植決策的科學(xué)性、精準(zhǔn)性和規(guī)范性。系統(tǒng)管理員的每一次數(shù)據(jù)更新，其系統(tǒng)數(shù)據(jù)就會(huì)進(jìn)行一次自我擴(kuò)展，隨著系統(tǒng)推廣的不斷深入，此系統(tǒng)的數(shù)據(jù)會(huì)日益豐富和完善，這對(duì)于后續(xù)系統(tǒng)的升級(jí)，更多輔助功能的開發(fā)等二次開發(fā)都具有深遠(yuǎn)的意義。

4.1 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

在系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程中也總結(jié)出不少系統(tǒng)開發(fā)的優(yōu)點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)，如：（1）前端、后端、地圖端，三端分離可以極大的提高系統(tǒng)開發(fā)的效率，三端之間都通過(guò)接口來(lái)聯(lián)系，運(yùn)用接口可以讓系統(tǒng)各階段功能實(shí)現(xiàn)更加清晰，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)并發(fā)進(jìn)行從而更有效率;（2）地圖端嵌入前端界面可使系統(tǒng)的反應(yīng)更快，運(yùn)行更穩(wěn)定，這一點(diǎn)結(jié)合了Ajax的思想，每次區(qū)域種植決策之后，僅地圖部分進(jìn)行更新，其迅速反應(yīng)讓用戶能用更好的體驗(yàn)感;（3）此系統(tǒng)用于青稞種植決策，但它的作用遠(yuǎn)不止于此，可將系統(tǒng)進(jìn)行修改和延伸，可用于更多的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，如：水稻、番茄等。

4.2 系統(tǒng)的不足

（1）系統(tǒng)的輔助功能還需要多多開發(fā)，如：青稞種植的智能化播種與智能化農(nóng)機(jī)聯(lián)系功能開發(fā)，水稻種植微型區(qū)域決策功能開發(fā)。

（2）隨著農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展和全球環(huán)境的不斷變化，青稞種植決策的影響因素愈來(lái)愈多，需要不斷地完善其模型庫(kù)和種植決策影響因素比例算法，并且在決策區(qū)劃中將高亮顯示的適種區(qū)域分為最適宜、適宜、次適宜等不同的適種等級(jí)，使得決策更加具有高效性和精準(zhǔn)性。

參考文獻(xiàn)

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