基于ArcEngine的耕地質量預警系統設計與實現

孫修飛 何方

摘 要：耕地是人類最重要的自然資源和農業生產資料，是關系到人類賴以生存和發展的物質基礎。為了實時對耕地質量進行監測與分析，研究建立開發以ArcGIS Engine為基礎的耕地質量預警系統，實現耕地質量及其養分的評價、預警等功能，從而為耕地質量管理者提供強大的信息支持和決策服務，以便及時采取針對性的防范措施，改變耕地質量惡化趨勢，避免耕地質量持續下降。

關鍵詞：ArcGIS Engine；耕地質量；預警；評價

中圖分類號 S159.2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）10-0135-04

Design and Implementation of Early Warning System for Cultivated Land Quality based on ArcEngine- Taking Wuhu County as an Example

Sun Xiufei et al.

（School of Resources and Environment Anhui Agricultural University，Hefei 230036，China）

Abstract： As the most important natural resources and agricultural production materials，the cultivated land is related to human survival and development of material basis. In order to monitor the quality of cultivated land in real time and analyze the change of cultivated land quality，this study has established the early warning system for cultivated land quality based on ArcEngine，which could provide strong information support and decision-making services for the managers，so as to take timely preventive measures for the cultivated land quality deterioration and avoid the continued decline in the quality of cultivated land.

Key words：ArcGIS Engine；Quality of cultivated land；Early warning；Evaluation

1 引言

自2005年開始，國家開展耕地地力評價工作以來，全國大部分縣市都進行了耕地地力評價工作，基本確定了現有耕地的等級水平，為安全高效的糧食生產奠定了堅實的基礎[1]。但是耕地質量評價工作多是階段性的，評價周期較長，不能很好地對耕地質量進行實時監測和了解耕地質量變化情況。在耕地地力評價工作結束之后，測土配方的采樣點每年都會進行采樣化驗，因此在近幾年內積累了大量的測土化驗數據。在測土配方采樣點數據采集的基礎上，有必要了解動態的耕地地力等級情況，并且與較早年份進行比較，獲得等級的變化趨勢，為以后的耕地地力等級變化趨勢提供預警參考。在耕地等級的變化上能分析耕地等級的變化原因，找出影響因素，取長補短，為提高耕地地力等級做出必要的決策。

預警概念的產生發源于資本主義經濟危機的周期性[2]。最早研究預警的研究者是法國經濟學家Alfred Fourile，他通過對經濟進行氣象式研究，最先闡述了監測預警思想[3]。到20世紀40年代初期，隨著雷達技術和計算機技術的誕生和發展，信息技術力量得到提升，它們被利用到戰爭中，從此誕生了雷達預警系統，并正式提出了預警系統的科學概念[4-6]。由于人類對信息的迫切需求，自預警系統提出后，科學的預警思想和方法就得到了快速和廣泛的傳播，預警的思想廣泛應用到經濟、社會、人口、資源、環境等領域。

目前，在預警方面研究較多主要集中在土地利用的動態監測與宏觀經濟預警、農業經濟預警以及土地資源等方面，在這些領域，質量預警的方法和理論相對比較成熟[7-9]。然而對于耕地預警的研究較少，特別是在耕地質量預警系統的研究方法上幾乎是空白的。在現有的研究當中，大部分研究內容集中在耕地總量的預警以及耕地預警的理論的提出[10]。

耕地質量預警的理念就是使用最新的采樣數據，對耕地進行耕地質量的更新評價，獲取實時的耕地地力等級情況，并且可以與早期的耕地質量進行對比分析。由于采用的耕地評價方法與耕地地力評價項目是相同的，所以就有了比較的可行性。在對比的結果上可以清晰的判斷是某項評價指標變化較大，從而針對變化的因素對耕地進行針對性的改進。

2 系統設計

2.1 系統功能模塊設計 根據項目要求和業務需求分析，耕地質量預警系統的主要功能可分為耕地質量預警，耕地養分預警，耕地質量評價，耕地養分評價分析，測土配方施肥采樣點數據的管理，以及數據查詢、統計功能。

2.1.1 耕地質量預警 主要是根據選定年份的采樣點，對地塊重新進行地力評價，再與原地力等級進行疊加分析，生成地力等級變化專題圖與地力等級變化分析表。可以快速定位到地力等級下降的地塊，并分析地力等級變化的原因。從而達到預警的效果。

2.1.2 耕地養分預警 根據耕地養分的評價圖，對選擇養分和時間范圍內，對比得出養分等級的變化大小，并分析等級變化的原因。

2.1.3 耕地質量評價 采用生產潛力評價用來生成地力等級圖的方法，在進行生產潛力評價前，依據需要評價單元圖，評價所需的層次分析模型，隸屬函數模型進行評價。

2.1.4 耕地養分等級評價 通過采樣點數據內插值，得出養分的分布圖，然后根據用戶自定義的分級標準對耕地的養分等級進行判別，實現耕地養分含量定級。

2.1.5 新增耕地質量評價 針對通過土地開發、土地整理及土地復墾方式而新增加的耕地，根據新增耕地的土壤屬性，采用與周邊土壤相同的評價體系，判別新增地的質量等級。

2.1.6 土壤數據管理 包括數據查詢、數據導入、數據處理、自定義分級指標及用戶管理4個方面。

2.2 系統的總體框架設計 在系統功能和系統性能建立需求分析的基礎上，根據系統設計原則和軟件設計目標，設計了如圖的耕地質量預警系統總體框架結構。系統的總體框架包括3層，分別是數據層、中間層、和應用層。如圖1。

3 系統開發實現

3.1 組件式GIS 組件GIS的基本思想是將地理信息系統進行模塊化管理，將主要的幾個功能模塊重新拆分為數個控件來完成，每一個控件是完全獨立的，并且控制完全不同的功能[11]。GIS軟件控件之間的關系就像一堆各種各樣的積木一樣，通過他們不同的組合方式，就可以讓它們實現不同的功能。現行廣泛使用的組件式GIS開發是使用ArcGIS Engine，它是一個完整的嵌入式GIS組件庫和工具庫，用于創建自定義應用程序[12]。利用ArcGIS Engine，開發人員可以將ArcGIS的處理功能嵌入到具體的應用軟件，將用戶從傳統ArcGIS Desktop中解放出來，可以不依賴Desktop運行。

3.2 開發環境 在開發環境上，結合ArcGIS Engine，最終選擇了以.NET4.0為平臺Visual Studio為集成開發環境，以C#為系統開發語言進行系統開發。Visual Studio是微軟.NET平臺上的一個功能強大的、集成多種開發語言的軟件開發工具，通過該開發工具，絕大部分編程語言都可以實現快速開發應用程序。Visual Studio為開發語言提供了一個統一的用戶界面開發環境，這些都極大地降低了開發中不同開發語言在編寫時的差別[13]。C#語言是微軟公司針對.NET平臺推出的一種新型編程語言，繼承了多種開發語言的優點。

3.3 系統開發

3.3.1 系統主界面 界面是一個軟件的開始，是用戶使用中直接接觸的關鍵要素。軟件的界面設計要盡量能滿足軟件使用者的基本需求，體現軟件的簡單操作易用性。本系統在設計時采用的的是WPF技術，在設計時可進行可視化的調整，制作過程簡便高效，另外界面設計的結構遵循了行業的標準，具有統一性。軟件界面設計中應遵循的規則有：簡便的用戶操作；用戶操作可逆性；風格一致性；具有信息反饋和錯誤提示。本系統的操作主界面設計如圖2。

圖2 耕地質量預警系統主界面設計

3.3.2 預警功能開發示例 以耕地質量預警功能的開發示例，從系統代碼層面分析功能的實現。耕地質量預警首先是選定預警的年份，使用該年份的采樣數據對地塊重新進行耕地質量評價，評價結果與基準對比年份圖層進行疊加分析，生成耕地質量等級變化專題圖與質量等級變化分析表。通過屬性查詢快速定位到耕地質量等級變化的地塊。通過對比地塊詳細屬性，可以分析質量等級變化的原因，判斷耕地質量變化趨勢，從而達到預警分析的作用。關鍵部分代碼如下：

{var results=CoreApp.Workspace.ResultWorkspace.Results.Where（c=>c.QualityJudgeFeatureClass！=null）.ToList（）；

foreach（var result in results）

{_quailtyJudgeNameAndResultDics.Add（result.QualityJudgeFeatureClass.AliasName，result）；}

BaseLayerList=_quailtyJudgeNameAndResultDics.Keys.ToList（）；}

{var featureClass=new LandFeatureClass（_quailtyJudgeNameAndResultDics[BaseLayer].QualityJudge FeatureClass）

List

耕地質量預警系統不僅可以判斷耕地質量變化的范圍和變化量，而且可以分析引起耕地質量發生變化的因素。通過分析比較不同年份的質量評價各項評價因子的隸屬度，可以跟蹤示的找到評價因子隸屬度的變化。耕地質量預警是在宏觀方向的對比分析，可以了解整體耕地質量的動態，而評價因子隸屬度的比較是在微觀方面的分析，通過對比隸屬度可以細化到每一個影響耕地質量等級的因子，得出評價因子的變化情況（圖4）。

4.2 新增耕地質量評價 我國的耕地人均耕地面積屬于匱乏階段，國家重視新增耕地建設和質量。土地開發、土地整理及土地復墾都是增加耕地的方式。本系統可以根據新增耕地的土壤屬性，采用耕地質量評價相同的評判體系，判別新增地的質量等級，保證了新增耕地等別的評價和保持評價的標準一致。新增耕地質量評價可以根據新增地塊的范圍坐標，通過創建新增耕地圖斑，把新增耕地地塊添加到數據庫中。在通過新增耕地質量評價工具，輸入新增耕地在耕地質量評價中參與評價的各項指標，可以自動計算新增耕地的質量等級。系統還設計了其他的功能，如耕地質量評價、耕地養分預警、耕地養分評價，采樣點的更新等功能，由于篇幅的限制，本文就不展開討論了。

5 結論

本研究通過在蕪湖縣建立耕地質量預警系統，在使用過程中發現，該系統具有良好的操作性和優秀的數據處理功能，系統界面設計簡約，軟件的功能易于操作者掌握，結果的查詢和輸出簡便快捷，體現了基于GIS開發軟件的耕地質量預警系統在信息管理上的方便性，可為管理者提供實時的耕地養分和質量信息，提供強大的決策信息支持，具有重要的應用價值和現實意義。

參考文獻

[1]張滿紅.廣東省耕地資源保護利用現狀和對策[J].廣東農業科學，2010（2）：210-212.

[2]劉艷霞.耕地預警研究進展[J].黑龍江農業科學，2009（4）：142-144.

[3]李啟宇.四川省耕地資源預警研究[D].成都：四川農業大學，2006.

[4]孫旭丹，張立亭，陳竹安，等.土地利用預警研究進展[J].廣東農業科學，2011（12）：170-172.

[5]Meadows D H.The Limits to Growth.London：an Books.1972.

[6]Goldsmith E.A Blueprint for Survival.London：Ecosystems LTD.

1972.

[7]吳延熊.區域森林資源預警系統的研究[M].昆明：云南科學技術出版社，1998.

[8]陶駿昌.農業預警概論[M].北京：北京農業大學出版社，1994.

[9]王軍寧.運用灰色系統理論建立耕地預測運動模型[J].青海農技推廣，1999（2）：41-43.

[10]饒應祥，陸紅生，徐勛光，等.如何測算人均耕地警界值[J].中國土地科學，1999，13（6）：30-32.

[11]譚仁春，蔡忠亮，烏仔國鋒等.組件技術在GIS開發中的應用[J].四川測繪，2003，26（1）：24-27.

[12]吳瑋，李小帥，張斌.基于ArcEngine 的GIS開發技術探討[J].科學技術與工程，2006，6（2）：176-178.

[13]劉奇，林崗.基于Visual Studio 2010的UG二次開發研究[J].自動化技術與應用，2015（01）.

（責編：張宏民）