土壤樣品規(guī)范化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳霞　王長軍

摘要? ? 土壤樣品是開展各項(xiàng)土壤研究的基礎(chǔ)，為對土壤樣品進(jìn)行規(guī)范化、科學(xué)化的管理，本文以條碼技術(shù)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)并開發(fā)了土壤樣品規(guī)范化管理系統(tǒng)，包括土壤樣品管理、樣品查詢、數(shù)據(jù)管理和用戶管理4個(gè)模塊。用戶可通過對土壤樣品進(jìn)行資料錄入、分配存儲(chǔ)位置、打印條碼標(biāo)簽等操作完成入庫過程，出庫過程通過條碼掃描、出庫信息錄入等操作完成;樣品查詢模塊提供綜合查詢、掃碼查詢、地圖查詢等多種方式查詢樣品名稱、采樣地點(diǎn)、存儲(chǔ)位置等信息;系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理和用戶管理功能方便對系統(tǒng)數(shù)據(jù)和用戶進(jìn)行管理。經(jīng)過運(yùn)行測試，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，功能基本可滿足小型土壤樣品庫管理的需求。

關(guān)鍵詞? ? 土壤樣品;規(guī)范化;管理系統(tǒng);設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

中圖分類號? ? TP311.52? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2019）24-0144-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

Abstract? ? Soil samples are the basis of soil research.In order to standardize and scientifically manage soil samples，this paper designed and developed a soil sample standardization management system based on bar code technology，which included four modules：soil sample management，sample query，data management and user management.Users could completed the process of inputting by distributing storage locations，printing barcode labels and so on，and completed the process of outgoing by barcode scanning and inputting information.Sample inquiry module provided comprehensive inquiry，scanner inquiry，map inquiry and other ways to inquire sample names and samples location，storage location and other information，data management and user management functions of the system facilitated management of system data and users.After operation test，the system has stable performance and can basically meet the needs of small-scale soil sample bank management.

Key words? ? soil sample;standardization;management system;design and implementation

土壤是一個(gè)國家最重要的自然資源，是農(nóng)業(yè)持續(xù)生產(chǎn)與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)[1-2]。近年來，針對我國農(nóng)田土壤基礎(chǔ)地力低下，土壤退化嚴(yán)重、土壤污染加劇等問題，中央提出“實(shí)施耕地質(zhì)量保護(hù)與提升行動(dòng)”。采集土壤樣品是研究和監(jiān)測土壤質(zhì)量、土壤環(huán)境的重要手段，樣品庫則是保存土壤環(huán)境樣品必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施。土壤樣品含有豐富的土壤資源、土壤肥力、立地條件、環(huán)境特征等信息，對于掌握不同歷史階段土壤質(zhì)量特征、土壤管理措施、環(huán)境狀況及其變化趨勢有著不可替代的作用[3]。因此，土壤樣品的完整保存與科學(xué)管理是土壤科學(xué)領(lǐng)域開展研究的最基本工作任務(wù)和手段之一，也是一項(xiàng)基礎(chǔ)性、公益性和具有長遠(yuǎn)科學(xué)價(jià)值的工作，長期保存的土壤樣品是土壤學(xué)、農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境、生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域研究的寶貴財(cái)富。通過逐年收集土壤樣品，進(jìn)行建檔入庫和長期保存，可以實(shí)現(xiàn)對土壤質(zhì)量的追蹤監(jiān)測，使深層次挖掘、回顧性分析、歷史對比和校對誤差等成為可能，對于我國的土壤資源可持續(xù)利用和環(huán)境保護(hù)具有重要意義[4-6]。

土壤樣品庫的價(jià)值隨著土壤資源調(diào)查、土壤環(huán)境監(jiān)測、土壤質(zhì)量評價(jià)等方面科學(xué)研究的不斷發(fā)展越來越受到普遍認(rèn)可，將其作為土壤質(zhì)量與環(huán)境研究的基本平臺(tái)。寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所長期開展農(nóng)業(yè)資源開發(fā)、土壤質(zhì)量和肥料、中低產(chǎn)田改良與恢復(fù)、農(nóng)業(yè)環(huán)境等科研工作，承擔(dān)了大量的國家級、省部級課題任務(wù)，但是由于科研辦公條件的限制，在土壤樣品的保存和管理上一直比較落后，對于科學(xué)研究來講，給一些重要的土壤歷史信息的回顧造成了不可彌補(bǔ)的損失。鑒于此，有必要建立土壤樣品保存庫，并利用現(xiàn)代信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)土壤樣品資源的精準(zhǔn)化保存與管理，保證土壤資源信息的可追溯回顧和深層次的挖掘。

1? ? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1? ? 樣品條碼設(shè)計(jì)

為及時(shí)準(zhǔn)確掌握土壤樣品的入庫、存放、借出、移位等信息，系統(tǒng)采用條碼技術(shù)對土壤樣品進(jìn)行標(biāo)記和管理，對土壤樣品的具體流向進(jìn)行跟蹤、查詢[7]。根據(jù)土壤樣品攜帶的信息和數(shù)據(jù)庫管理的需要，本系統(tǒng)中樣品條碼設(shè)計(jì)為24位，具體由6位土壤樣品序號、8位行政區(qū)劃代碼、4位采樣年份、6位儲(chǔ)位編碼組成。

土壤樣品序號（6位）：代表土壤樣品的編號，6位數(shù)字最多可以存儲(chǔ)近100萬條土壤樣品數(shù)據(jù)，對于數(shù)據(jù)量較小的土壤樣品庫而言，完全滿足要求。

行政區(qū)劃代碼（8位）：包含省、市、縣、鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）各2位，前6位采取與身份證代碼一致的行政區(qū)劃進(jìn)行編碼，鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）代碼由用戶自行添加和管理。

采樣年份（4位）：代表土壤樣品的采集年份。

儲(chǔ)位編碼（6位）：代表樣品的存放位置，其組成為貨架號（2位）+層號（1位）+抽屜號（1位）+位置序號（2位）。

1.2? ? 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

土壤樣品數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的信息包括土壤樣品基本信息、存放位置、入庫、出庫以及系統(tǒng)管理等信息，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，將數(shù)據(jù)劃分為6個(gè)表格存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，包括土壤樣品信息表、庫房儲(chǔ)位信息表、出庫信息表、行政區(qū)劃表、用戶信息表，各表的主鍵分別為樣品編號、儲(chǔ)位編碼、出庫信息編碼、行政區(qū)劃編號、用戶編碼，主鍵同時(shí)也是其他表格的外鍵，通過設(shè)置外鍵的方式將獨(dú)立的各表格進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而方便數(shù)據(jù)庫查詢操作，獲取用戶所需的數(shù)據(jù)。例如，土壤樣品信息表字段包括：樣品編號、樣品名稱、樣品條碼、采樣地點(diǎn)、采樣點(diǎn)經(jīng)度、采樣點(diǎn)緯度、采樣時(shí)間、土壤類型、采樣深度、樣品重量、采樣人、儲(chǔ)位編碼、操作人和備注，其中儲(chǔ)位編碼是庫房儲(chǔ)位信息表主鍵，同時(shí)也是土壤樣品信息表的外鍵，2張表格通過儲(chǔ)位編碼進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

1.3? ? 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

信息管理系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)土壤樣品數(shù)據(jù)管理的準(zhǔn)確性、便捷化和科學(xué)化，根據(jù)需求總體上將土壤樣品管理系統(tǒng)分為樣品管理、查詢統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)管理四大模塊（圖1）。

1.3.1? ? 樣品管理。樣品管理包括樣品登記、樣品入庫和樣品出庫3個(gè)子模塊。樣品登記模塊主要對土壤樣品的名稱、采樣時(shí)間、采樣地點(diǎn)等基礎(chǔ)信息進(jìn)行錄入、修改和刪除等操作，暫不分配樣品存放位置，數(shù)據(jù)視為未審核。樣品入庫過程即是對土壤樣品信息進(jìn)行審核的過程，審核通過的樣品即可分配存儲(chǔ)位置并自動(dòng)生成樣品條碼，同時(shí)在樣品表生成樣品記錄并保存，條碼打印貼標(biāo)后就完成了樣品的入庫。樣品出庫模塊對樣品的借出時(shí)間、數(shù)量、借出人等信息進(jìn)行登記，可在樣品條碼框通過掃碼或手動(dòng)輸入條碼的方式進(jìn)行出庫操作，系統(tǒng)自動(dòng)檢索條碼對應(yīng)的樣品記錄及庫存數(shù)量，出庫后在出庫表生成出庫記錄，同時(shí)樣品表對應(yīng)記錄的樣品數(shù)量做相應(yīng)更新。

1.3.2? ? 查詢統(tǒng)計(jì)。數(shù)據(jù)查詢細(xì)分為綜合查詢統(tǒng)計(jì)、掃碼查詢和地圖查詢3個(gè)子模塊。表格查詢可根據(jù)樣品名稱、編號、土壤類型、存放位置、采樣點(diǎn)、采樣日期、采樣地點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)或組合查詢，以數(shù)據(jù)列表的形式顯示查詢結(jié)果，同時(shí)對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的統(tǒng)計(jì)分析并以表格、圖形、圖表等方式顯示結(jié)果。掃碼查詢可通過掃描土壤樣品條碼的方式查詢樣品名稱、采樣時(shí)間、地點(diǎn)、采樣人等信息。地圖查詢可通過地圖的方式查看采樣點(diǎn)的位置信息。

1.3.3? ? 數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)管理包括行政區(qū)劃管理、存放位置管理和數(shù)據(jù)管理3個(gè)子模塊。行政區(qū)劃管理子模塊主要對行政區(qū)劃信息進(jìn)行添加、刪除和修改操作;存放位置管理子模塊根據(jù)土壤樣品庫房實(shí)際情況對樣品儲(chǔ)位信息進(jìn)行設(shè)置、修改、刪除等操作;數(shù)據(jù)管理實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、導(dǎo)出，數(shù)據(jù)庫備份、恢復(fù)等操作。

1.3.4? ? 用戶管理。用戶管理提供系統(tǒng)的登陸和注冊功能，限定用戶的使用權(quán)限。對于管理員用戶，可使用系統(tǒng)所有功能，并能對用戶進(jìn)行審核等管理;對于普通用戶，可以進(jìn)行樣品登記、出庫、查詢、打印條碼、定位功能;未審核用戶只能使用數(shù)據(jù)的查詢功能。

2? ? 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

2.1? ? 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

通過對系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)處理以及用戶需求等分析可知，土壤樣品規(guī)范化管理系統(tǒng)屬于小型系統(tǒng)應(yīng)用，故采用B/S結(jié)構(gòu)，即瀏覽器/服務(wù)器模式進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。具體編程語言采用HTML、JavaScript和PHP;界面框架使用Jquery;數(shù)據(jù)庫采用小型數(shù)據(jù)管理軟件MySQL;數(shù)據(jù)庫表采用InnoDB引擎，utf8字符集;地理位置服務(wù)使用Web騰訊地圖API，在EditPlus環(huán)境下進(jìn)行開發(fā)。用戶htmL頁面通過Jquery的Ajax與PHP后臺(tái)交互，在PHP中調(diào)用MySQL存儲(chǔ)過程，以JSON或字符串形式返回，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的增、刪、查、改（圖2）。

2.2? ? 條碼功能實(shí)現(xiàn)

采用CODE128碼制，可以表示ASCII 0到ASCII 127共128個(gè)數(shù)字、字母和符號，具有較高編碼密度，條碼長度與字符串長度無明顯敏感性，是管理信息系統(tǒng)使用最為廣泛的條碼碼制[8]。系統(tǒng)通過BarTender軟件，配合裝有全樹脂碳帶和啞銀打印紙的熱轉(zhuǎn)印條碼打印機(jī)，打印高清晰度的條碼圖片，考慮到圓柱狀樣品瓶身，條碼垂直布局，確保掃碼準(zhǔn)確度。掃描槍選型為無線一維激光式掃描槍，采用650 nm激光光源，可識別掃描通用一維條碼，庫房現(xiàn)場使用時(shí)，信息傳輸距離>30 m。

2.3? ? 地圖功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)地圖功能以騰訊地圖為載體，通過JavaScript API進(jìn)行土壤樣品的查詢與顯示。具體使用拉框方式查詢范圍內(nèi)樣品點(diǎn)，結(jié)果以點(diǎn)形式顯示，單擊樣品點(diǎn)出現(xiàn)氣泡窗顯示詳細(xì)信息，右鍵單擊可刪除樣品點(diǎn)及范圍框，騰訊地圖自帶地圖的放大、縮小、平移等功能，同時(shí)具備普通地圖與衛(wèi)星地圖的切換功能[9]。

3? ? 結(jié)語

系統(tǒng)開發(fā)完成后對寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所土壤樣品庫房存儲(chǔ)的土壤樣品進(jìn)行了基礎(chǔ)信息錄入、入庫登記、條碼打印貼標(biāo)等工作，并對系統(tǒng)各項(xiàng)功能進(jìn)行了測試，經(jīng)過一段時(shí)間的試運(yùn)行，該系統(tǒng)可基本滿足小型土壤樣品庫信息化管理的需求。

4? ? 參考文獻(xiàn)

[1] 邱坤艷，付燕利，成永霞.土壤樣品庫的建設(shè)與規(guī)范化管理研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（11）：62-63.

[2] 趙曉軍，孫聰，張朔，等.土壤環(huán)境樣品庫建設(shè)及樣品信息數(shù)據(jù)庫管理[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2016，32（4）：44-48.

[3] 李達(dá)，韓冬桂，沈程硯丹，等.土壤及標(biāo)簽貼附方式對RFID標(biāo)簽性能影響[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2019（6）：84-88.

[4] 徐平，夏侯士戟，王秀，等.土壤樣品信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：基于WebGIS[J].農(nóng)機(jī)化研究，2011，33（8）：69-72.

[5] 劉豐山，張嘉敏.佛山市土壤樣品庫建設(shè)的實(shí)踐探索[J].綠色科技，2017（14）：91-92.

[6] 郭武士，易欣，陳云坪，等.基于WebGIS和條碼技術(shù)的土壤空間信息管理系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26（9）：251-256.

[7] 韓學(xué)鴻.基于GIS的土壤自動(dòng)化采樣與高效管理技術(shù)研究[D].石家莊：河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)，2011.

[8] 周建軍，王秀，馬偉，等.基于條碼技術(shù)的土壤樣品管理系統(tǒng)研制[J].農(nóng)機(jī)化研究，2012，34（12）：174-177.

[9] 吳紅全.云新早實(shí)豐產(chǎn)核桃園土壤管理技術(shù)[C]//云南省科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì).第五屆云南省科協(xié)學(xué)術(shù)年會(huì)暨烏蒙山片區(qū)發(fā)展論壇論文集.昭通：云南省科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)，2015.