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摘 要 结合海南省科技厅组织实施“海南耕地改良关键技术研究与示范”科技专项工作，运用空间数据库和WebGIS技术，阐述了海南耕地质量改良信息共享平台建设的目标、原则，提出了系统的总体框架，并对系统实现的功能需求进行分析，以期实现耕地质量改良相关数据资源的有效保存、深入挖掘、共享利用的目的，为省级农业建设提供强有力的信息数据支撑。
关键词 地理信息系统 ；土壤质量 ；空间数据 ；系统架构
中图分类号 S123
Abstract Combining the special project Key technology research and demonstration of farmland improving in Hainan organized by Science and Technology Agency of Hainan province， with spatial database and WebGIS technology， the current research elaborated the objective and principle of Information sharing system for Hainan farmland improving， and presented the general framework of the sharing system. In the presented work， the functional requirements of the sharing system had been analyzed in order to realize effective save， deeper digging and sharing of farmland improving resources and to provide powerful data supporting for agriculture construction at province level.
Key words geographical information system ； soil quality ； spatial data ； system structure
耕地是农业生产的基础，耕地质量监测和建设是农业可持续发展的重要基础，耕地基础数据是农业信息化建设的重要组成部分[1]。党中央、国务院高度重视耕地质量建设工作，2016年中央1号文件更明确指出：“实施耕地质量保护与提升行动，加强耕地质量调查评价与监测”。目前，海南省耕地过度种植、地力渐贫，耕地质量监测体系建设较为薄弱，与保障粮食安全、促进农业可持续发展的要求很不相称。对此，2014年海南省科技厅组织实施“海南耕地改良关键技术研究与示范”科技专项，进一步重视和加强耕地质量改良及其监测体系建设。本研究结合专项工作，运用空间数据库和WebGIS技术，对海南耕地质量改良信息共享平台的结构、功能进行了初步设计，提出了系统的总体框架，并阐述了系统实现的功能，以期实现耕地质量改良相关数据资源的有效保存、深入挖掘、共享利用的目的，为省级农业建设提供强有力的信息数据支撑。
1 平台建设的目标
结合海南耕地质量改良的理念和改良的特色，构建海南耕地质量改良信息共享平台，其目标主要是：第一，实现基本的地理信息系统功能，如对全省地图的浏览、放大、缩小、查询等基本地理信息的操作[2]。第二，集成全省大田洋耕地质量数据和示范大田洋耕地质量数据。通过海南耕地质量改良信息共享平台的建设，研究制定相关标准规范，构建面向管理人员、科研人员、农户等一体的耕地质量数字资源管理和共享服务体系，促进实现耕地质量数据资源的规范化管理和高效利用，从而实现耕地质量改良相关数据资源的有效保存、共享利用，为省级农业建设和科技创新提供有力的信息数据支撑。第三，提供数据服务。运用WebGIS構建一套功能实用、使用简便的海南耕地质量改良信息共享平台，提供大田洋耕地质量基础信息及相应的改良建议和措施。平台可以实现省、市、田洋的土壤pH、质地、容重、有机质、全氮、有效磷、速效钾、有效铜、有效锌、阳离子交换量、汞和镉等质量信息的查询、检索和汇总，生成图表并输出等功能，各种耕地改良试验示范区的空间查询、改良措施和建议的查询功能，最终实现海南耕地质量数据的管理与共享服务。
2 平台开发的原则
2.1 规范化
基于webGIS的海南耕地质量改良信息共享平台在设计上考虑设计的规范、软件工程的标准、数据格式的标准等方面必须与国家标准和现行有关规定相符合，通过对数据进行分类、编码等，建立统一的数据标准使耕地质量数据达到一体化规范管理。
2.2 实用性
平台的开发首先要满足耕地质量管理的要求，使共享平台具有海量数据存储和空间数据管理的能力；其次要为农户、决策/管理人员、科研人员等不同用户提供界面友好、功能明确、操作性强、兼容性强、易于系统更新与维护、可扩展性强的共享平台，提供良好的数据共享服务。
2.3 安全性
本平台内容是海南省耕地质量信息及其它一些资料，要充分考虑网络的安全性，给不同用户设置不同的权限级别[3]，保证系统和数据本身的安全性。建立图形数据和属性数据的备份和恢复机制，提高平台对突发事件的容灾能力。
2.4 经济性
平台建设要求在满足实用性的基础上做到最经济，在软硬件配置、空间数据库设计和软件开发上应充分利用好目前的耕地质量数据，尽量节约经济成本。
2.5 先进性
采用先进、可靠且成熟的技术来开发平台，在系统结构和数据服务商留有扩充空间，方便今后在功能、基础数据和新增功能进行扩展，满足长远发展的需要。 3 平台架构设计
在开发海南耕地质量改良信息共享平台过程中，以arcgis api for javascript做為GIS平台，采用VisualStdio 2012作为开发工具，由javascript、jquery和AsP.Net进行各个模块的程序代码编写。用OpenLayers进行数据预处理，将百度地图 web API作为地图应用发布服务器，为系统提供地图服务，用来操作和处理耕地质量空间数据。
根据平台的需求，系统总体采用客户/服务器体系结构（图1），分为应用前端和数据中心平台2部分。
海南耕地质量改良信息共享平台采用三层B/S结构（图2），包括数据层、服务层、应用层和访问层。（1）数据层：以WebGIS平台为基础，集成地图与三维实景等基础地理信息数据，整合全省大田洋、示范大田洋耕地质量数据、基础环境数据、质量评价、改良建议等数据和信息。（2）服务层：通过数据交换引擎、动态表单引擎、流程管理引擎等标准通用的功能模块，实现可订制、可配置的构建技术。为不同层级用户的差异化业务需求提供服务。（3）应用层：通过基础地图应用，扩展业务应用，专题图，耕地质量评价，关键技术与示范为政府决策提供依据、为社会管理提供支撑、为服务民生提供保障。（4）访问层：用于显示数据和接收用户输入的数据，离用户最近。用户通过移动手机、平板电脑、计算机、数字电视等访问，请求地图数据，服务器端再通过协议把所响应的请求发送给客户端。
4 平台功能设计
4.1 地图可视化功能设计
主要是在百度地图的基础上，展示海南耕地质量改良基础数据（图3），可实现海南耕地基础数据（气候、土壤、土地利用、数字高程模型等基础数据）的可视化，全省大田洋、示范田洋地块信息、土壤样点信息、耕地质量评价的可视化， 集成了不同地图的切换、放大、缩小、浏览、地图搜索的功能和图层编辑、数据查询、筛选的功能。
4.2 GIS数据管理功能
建立全省大田洋、示范大田洋耕地质量数据管理中心，通过对数据中心的填充、更新，达到数据积累和保存、发布。通过数据规范的制定，对数据进行标准化整理，建立标准化的数据库和数据集，可以实现全省大田洋、示范田洋土壤样点空间数据和属性数据的上传下载功能，属性数据的输入、删除、查询、分析功能，便于发布和查询、用户获取。
4.3 基于物联网的耕地辅助监测可视化功能
在示范大田洋部署的农业传感器通过无线网络传输，可在地图上选择示范田洋、传感器段等实时显示土壤水分、土壤温度、空气温湿度、光照强度和二氧化碳等环境信息，实现所有示范大田洋耕地环境信息的实时获取、管理、动态显示和分析处理，并以直观的图表和曲线的方式显示给用户，为耕地改良提供环境参考。
4.4 耕地改良技术及效果发布与查询
在百度地图展示示范田洋的基础上，实现各个示范田洋改良技术示范区的空间查询、不同改良技术的详细信息的输入、查询、删除等功能。引入专家库、知识库的概念，在示范田洋空间地图的基础上，可查询不同改良技术的效果，并以图表、文字、图片的方式呈现给用户，实现耕地质量改良信息的发布与共享。
4.5 用户管理
平台用户赋予不同的角色，拥有不同的功能，分为系统管理员、普通用户和注册用户，普通用户可以在GIS地图浏览基础地理图、土壤质量图等空间数据；注册用户在普通用户的权限基础上，增加了土壤质量指标的详细参数、具体的改良建议、改良方法以及专家信息。系统管理员主要分为超级管理员、一级管理员、二级管理员3个级别，二级管理员主要是负责耕地改良成果、耕地评价结果的上传和发布功能，一级管理主要是负责平台成果的修改、升级、撤销、删除等功能，是系统的核心管理功能，超级管理员主要是负责一二级管理员用户的分配和注册审批问题。
参考文献
[1] 刘 涛. 基于WebGIS省级耕地质量管理信息系统的设计与实现[D]. 成都：四川农业大学，2011.
[2] 王鹏举. 基于GIS的测土配方施肥决策触摸屏系统的研发与应用[D]. 合肥：安徽农业大学，2009.
[3] 邹 鹏. 基于WebGIS的新疆耕地资源数据库的建设及其应用研究[D]. 乌鲁木齐：新疆农业大学，2012.
关键词 地理信息系统 ；土壤质量 ；空间数据 ；系统架构
中图分类号 S123
Abstract Combining the special project Key technology research and demonstration of farmland improving in Hainan organized by Science and Technology Agency of Hainan province， with spatial database and WebGIS technology， the current research elaborated the objective and principle of Information sharing system for Hainan farmland improving， and presented the general framework of the sharing system. In the presented work， the functional requirements of the sharing system had been analyzed in order to realize effective save， deeper digging and sharing of farmland improving resources and to provide powerful data supporting for agriculture construction at province level.
Key words geographical information system ； soil quality ； spatial data ； system structure
耕地是农业生产的基础，耕地质量监测和建设是农业可持续发展的重要基础，耕地基础数据是农业信息化建设的重要组成部分[1]。党中央、国务院高度重视耕地质量建设工作，2016年中央1号文件更明确指出：“实施耕地质量保护与提升行动，加强耕地质量调查评价与监测”。目前，海南省耕地过度种植、地力渐贫，耕地质量监测体系建设较为薄弱，与保障粮食安全、促进农业可持续发展的要求很不相称。对此，2014年海南省科技厅组织实施“海南耕地改良关键技术研究与示范”科技专项，进一步重视和加强耕地质量改良及其监测体系建设。本研究结合专项工作，运用空间数据库和WebGIS技术，对海南耕地质量改良信息共享平台的结构、功能进行了初步设计，提出了系统的总体框架，并阐述了系统实现的功能，以期实现耕地质量改良相关数据资源的有效保存、深入挖掘、共享利用的目的，为省级农业建设提供强有力的信息数据支撑。
1 平台建设的目标
结合海南耕地质量改良的理念和改良的特色，构建海南耕地质量改良信息共享平台，其目标主要是：第一，实现基本的地理信息系统功能，如对全省地图的浏览、放大、缩小、查询等基本地理信息的操作[2]。第二，集成全省大田洋耕地质量数据和示范大田洋耕地质量数据。通过海南耕地质量改良信息共享平台的建设，研究制定相关标准规范，构建面向管理人员、科研人员、农户等一体的耕地质量数字资源管理和共享服务体系，促进实现耕地质量数据资源的规范化管理和高效利用，从而实现耕地质量改良相关数据资源的有效保存、共享利用，为省级农业建设和科技创新提供有力的信息数据支撑。第三，提供数据服务。运用WebGIS構建一套功能实用、使用简便的海南耕地质量改良信息共享平台，提供大田洋耕地质量基础信息及相应的改良建议和措施。平台可以实现省、市、田洋的土壤pH、质地、容重、有机质、全氮、有效磷、速效钾、有效铜、有效锌、阳离子交换量、汞和镉等质量信息的查询、检索和汇总，生成图表并输出等功能，各种耕地改良试验示范区的空间查询、改良措施和建议的查询功能，最终实现海南耕地质量数据的管理与共享服务。
2 平台开发的原则
2.1 规范化
基于webGIS的海南耕地质量改良信息共享平台在设计上考虑设计的规范、软件工程的标准、数据格式的标准等方面必须与国家标准和现行有关规定相符合，通过对数据进行分类、编码等，建立统一的数据标准使耕地质量数据达到一体化规范管理。
2.2 实用性
平台的开发首先要满足耕地质量管理的要求，使共享平台具有海量数据存储和空间数据管理的能力；其次要为农户、决策/管理人员、科研人员等不同用户提供界面友好、功能明确、操作性强、兼容性强、易于系统更新与维护、可扩展性强的共享平台，提供良好的数据共享服务。
2.3 安全性
本平台内容是海南省耕地质量信息及其它一些资料，要充分考虑网络的安全性，给不同用户设置不同的权限级别[3]，保证系统和数据本身的安全性。建立图形数据和属性数据的备份和恢复机制，提高平台对突发事件的容灾能力。
2.4 经济性
平台建设要求在满足实用性的基础上做到最经济，在软硬件配置、空间数据库设计和软件开发上应充分利用好目前的耕地质量数据，尽量节约经济成本。
2.5 先进性
采用先进、可靠且成熟的技术来开发平台，在系统结构和数据服务商留有扩充空间，方便今后在功能、基础数据和新增功能进行扩展，满足长远发展的需要。 3 平台架构设计
在开发海南耕地质量改良信息共享平台过程中，以arcgis api for javascript做為GIS平台，采用VisualStdio 2012作为开发工具，由javascript、jquery和AsP.Net进行各个模块的程序代码编写。用OpenLayers进行数据预处理，将百度地图 web API作为地图应用发布服务器，为系统提供地图服务，用来操作和处理耕地质量空间数据。
根据平台的需求，系统总体采用客户/服务器体系结构（图1），分为应用前端和数据中心平台2部分。
海南耕地质量改良信息共享平台采用三层B/S结构（图2），包括数据层、服务层、应用层和访问层。（1）数据层：以WebGIS平台为基础，集成地图与三维实景等基础地理信息数据，整合全省大田洋、示范大田洋耕地质量数据、基础环境数据、质量评价、改良建议等数据和信息。（2）服务层：通过数据交换引擎、动态表单引擎、流程管理引擎等标准通用的功能模块，实现可订制、可配置的构建技术。为不同层级用户的差异化业务需求提供服务。（3）应用层：通过基础地图应用，扩展业务应用，专题图，耕地质量评价，关键技术与示范为政府决策提供依据、为社会管理提供支撑、为服务民生提供保障。（4）访问层：用于显示数据和接收用户输入的数据，离用户最近。用户通过移动手机、平板电脑、计算机、数字电视等访问，请求地图数据，服务器端再通过协议把所响应的请求发送给客户端。
4 平台功能设计
4.1 地图可视化功能设计
主要是在百度地图的基础上，展示海南耕地质量改良基础数据（图3），可实现海南耕地基础数据（气候、土壤、土地利用、数字高程模型等基础数据）的可视化，全省大田洋、示范田洋地块信息、土壤样点信息、耕地质量评价的可视化， 集成了不同地图的切换、放大、缩小、浏览、地图搜索的功能和图层编辑、数据查询、筛选的功能。
4.2 GIS数据管理功能
建立全省大田洋、示范大田洋耕地质量数据管理中心，通过对数据中心的填充、更新，达到数据积累和保存、发布。通过数据规范的制定，对数据进行标准化整理，建立标准化的数据库和数据集，可以实现全省大田洋、示范田洋土壤样点空间数据和属性数据的上传下载功能，属性数据的输入、删除、查询、分析功能，便于发布和查询、用户获取。
4.3 基于物联网的耕地辅助监测可视化功能
在示范大田洋部署的农业传感器通过无线网络传输，可在地图上选择示范田洋、传感器段等实时显示土壤水分、土壤温度、空气温湿度、光照强度和二氧化碳等环境信息，实现所有示范大田洋耕地环境信息的实时获取、管理、动态显示和分析处理，并以直观的图表和曲线的方式显示给用户，为耕地改良提供环境参考。
4.4 耕地改良技术及效果发布与查询
在百度地图展示示范田洋的基础上，实现各个示范田洋改良技术示范区的空间查询、不同改良技术的详细信息的输入、查询、删除等功能。引入专家库、知识库的概念，在示范田洋空间地图的基础上，可查询不同改良技术的效果，并以图表、文字、图片的方式呈现给用户，实现耕地质量改良信息的发布与共享。
4.5 用户管理
平台用户赋予不同的角色，拥有不同的功能，分为系统管理员、普通用户和注册用户，普通用户可以在GIS地图浏览基础地理图、土壤质量图等空间数据；注册用户在普通用户的权限基础上，增加了土壤质量指标的详细参数、具体的改良建议、改良方法以及专家信息。系统管理员主要分为超级管理员、一级管理员、二级管理员3个级别，二级管理员主要是负责耕地改良成果、耕地评价结果的上传和发布功能，一级管理主要是负责平台成果的修改、升级、撤销、删除等功能，是系统的核心管理功能，超级管理员主要是负责一二级管理员用户的分配和注册审批问题。
参考文献
[1] 刘 涛. 基于WebGIS省级耕地质量管理信息系统的设计与实现[D]. 成都：四川农业大学，2011.
[2] 王鹏举. 基于GIS的测土配方施肥决策触摸屏系统的研发与应用[D]. 合肥：安徽农业大学，2009.
[3] 邹 鹏. 基于WebGIS的新疆耕地资源数据库的建设及其应用研究[D]. 乌鲁木齐：新疆农业大学，2012.