基于WebGIS的青稞種植決策系統設計與實現

譚鑫 高歡 魏茜

摘要：隨著互聯網計算機技術的不斷發展，農業信息化網絡化已經成為一種趨勢。在青稞種植相關數據庫的支持下，以超圖為系統開發，利用Vue2.0和SpringBoot前后端設計技術，來建立青稞種植決策系統，把與青稞種植信息和具體的可視化地圖結合起來進行一系列的空間分析處理，找出不同種類青稞的適種區域，使得農作物種植區域的選擇更加高效。

關鍵詞：農業信息化;GIS Web;決策系統

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）08-0140-03

0 引言

由于農作物種植區域決策[1]是一項相當復雜的系統工程，具有涉及領域廣、不確定因素多、數據量大以及種植的現狀變化快等特點，加之已開發農田面積有限，種植決策人員的技術方法落后和專業限制等，導致現階段種植決策長期存在以下問題：數據分散雜亂、動態分析不足、空間定量分析較少等。農業信息化網絡化的產物——青稞種植決策系統，能夠根據田間青稞生長條件、產量狀況及青稞品種等差別，應用全球網絡地理信息系統技術（Web GIS）進行青稞種植生產信息管理，地理信息系統技術能精準生成各種專題圖，不僅可以提高決策區劃的可視化程度，還能為區域性農作物種植的科學決策提供有力的技術支持。通過綜合青稞種植生產信息篩選出青稞的適種區域，使得農田投入得以調節和控制，從而達到提高生產效益、避免資源浪費的目的。目前同類研究更多的只是停滯于理論上的研究，而沒有結合相關的計算機技術運用到實際的農業生產中，而該系統是以實際農業生產為原則，計算機技術運用為導向，在相關人員提供的各類數據資源下孕育而生。Web GIS的工作方式非常具有動態性和空間性的特點，針對一些區域性的類似于種植決策的農業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的設計和開發具有深遠的現實意義。

1 Web GIS概述

1.1 Web GIS概念

Web GIS是互聯網技術應用于GIS開發的產物，通過互聯網對地理信息數據進行發布和應用，來實現空間上數據資源的分布式處理、互操作和共享，簡言之，就是在Web網頁上的GIS系統，簡單定義為Web環境的GIS，我們可以在網頁上進行GIS數據處理操作、可視化展示等。Web GIS是由展示層、地圖服務處和數據層組成的一種三層架構體系[3]。

1.2 Web GIS特點

基于Web的GIS具有以下特點：（1）Web GIS是一個存在于互聯網上的開放系統，注重軟件重用、分布式處理、跨平臺運行、數據共享、易于集成和開發簡單等[4]。（2）Web GIS在萬維網環境下運行的效率極高。將Web服務器與GIS服務平臺集成，用戶可以通過普通瀏覽器，不受限制地在任何地方操縱網絡GIS，及時的獲取到地理空間信息服務，在Web的輔助下GIS不斷擴展延伸，已為一個公眾服務系統。（3）Web GIS數據資源的來源豐富，具有高度共享性。GIS服務對于互聯網用戶來說更加方便可得，能夠得到通過網絡得到其他用戶共享出來的數據資源，并容易在GIS平臺上做分布式的計算。

2 系統功能分析

2.1 基本地圖操作

此系統能夠對所選擇的區域其地圖進行一些基本操作，包括：地圖的放大縮小，地圖全幅顯示，地圖平移和定位，地圖內部區域的距離量算、面積量算以及操作清除。在系統界面上選擇一個地區名稱后，地圖界面能夠迅速做出反應，將該地區放大并其背景置為高亮，當用戶網絡狀況不佳時會出現加載圖標和網絡不佳的字樣以告示用戶。系統用戶能夠選擇降水、日照時長、土壤類型等21個不同子圖層來查看所選擇的地區狀況。不同子圖層選擇如圖1所示。

2.2 數據資源查看與下載

系統用戶能夠查看不同地區，并能夠查看其地區不同的數據類型，可以選擇需要的地區的數據類型進行下載，數據類型均來自于相關屬性數據庫，在下載的過程中會高亮顯示所下載文件的存儲路徑，更方便用戶找所下載文件，自行通過查看軟件查看該地區某種數據類型的詳細介紹和描述。

數據資源結合西藏氣象局、農業局等相關資源。數據資源的模型圖與數據資源的介紹一一匹配，系統用戶能夠點擊模型圖或文字，界面能融合相關信息數據庫生成該數據資源的介紹。

2.3 屬性查詢與決策區劃

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

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，土地利用默認為旱地類型，系統用戶通過不同的選擇，系統經過比例評估算法評估出適種區域范圍，并在地圖端高亮呈現。比例評估算法：依據不同的青稞品種和不同的氣候條件占不同比重進行區劃分析，系統在實際生產中經多次調試，運用迭代方法得到一個較為精準的比例：青稞品種占20%，積溫占44%，附加選項降水和海拔均占23%。當該地區總比例達到55%及以上就高亮顯示其為適種區域。

2.4 系統幫助維護

不同的系統用戶擁有不同的訪問權限，普通用戶要使用系統首先需要注冊，待管理員審核通過后，便可以登錄，使用系統;管理員可以登錄到后臺管理界面對用戶進行審核、編輯、詳情查看等操作，管理員可以定期進行青稞種植相關信息的更新。系統用戶可以查看系統下幾個子系統的使用幫助文檔。

3 系統設計與實現

3.1 系統開發環境與工具

系統在整個開發過程中，是利用Xeon（R） Platinum 8163，開發所用的操作平臺是server 2012。開發模式采用前端、后端、地圖端三端分離的模式[5]，前后端利用Vue+ SpringBoot框架，地圖端使用超圖來進行開發，用Apache作服務器，Orecle作數據庫，采用Java語言，并使用HTML+ CSS+JS作為前端開發的輔助語言工具。系統應用的集成開發環境為Apache+Orecle+SpringBoot+Vue+超圖的組合框架，利用此組合框架可以前端、后端、地圖端三段開發獨立并同時進行，大大節省開發時間，系統運行速度快且十分穩定，此組合框架在今后的系統二次開發和維護都帶來了很大的便利。

3.2 系統總體結構

青稞種植決策系統的三端與Web GIS三層架構緊密對應，前端展示界面對應展示層，地圖端對應地圖服務處，后端數據處理對應數據層。系統總共由八個子系統構成，分別是首頁（地域查看）、數據檢索、數據資源、屬性查詢、模型庫、決策區劃、系統幫助和后臺管理。

3.3 系統實現

前端使用Vue框架——用于構建用戶界面的漸進式框架，與其他大型框架不同：Vue是可以自底向上逐層應用的，用element組件，引入阿里矢量圖庫，便能快捷地使用各種組件圖標，極大地提高了前端開發效率。前端整體運用Vue框架下的router路由，界面分為頭部、旁部、主部、底部四個部分，界面四部分寫作公共組件，在每個界面調用。前端界面中的下拉菜單、級聯選擇器等均采用公用提供組件，頭部菜單導航欄寫成自定義組件。后端獨立采用SpringBoot框架，前端與后端通過接口連接，由后端人員進行用戶注冊、西藏地區信息查詢、決策區劃各數據分析等10個接口的設計，使得前后端連接工作更加清晰，Orecle數據庫中存放地區的作物種類、積溫、降水等諸多種植相關數據，并允許管理員對數據庫方面實時更新[6]。地圖端用SuperMap iDesktop.Net進行地圖制作，在SuperMap iserver中發布地圖服務與數據，通過超圖客戶端應用程序開發工具實現地圖的顯示與基本操作。在超圖平臺的輔助下，嵌入到前端界面的主部這一部分，嵌入能夠讓系統反應更加迅速且穩定。

4 結語

基于Web GIS技術開發了集地域分析、規劃目標、規劃定位、模型定性等功能于一體的青稞種植決策系統，實現了青稞種植區劃決策的數據標準化、科學定量分析、空間定位分析，極大地提升了青稞種植決策的科學性、精準性和規范性。系統管理員的每一次數據更新，其系統數據就會進行一次自我擴展，隨著系統推廣的不斷深入，此系統的數據會日益豐富和完善，這對于后續系統的升級，更多輔助功能的開發等二次開發都具有深遠的意義。

4.1 系統的優點

在系統開發過程中也總結出不少系統開發的優點和創新點，如：（1）前端、后端、地圖端，三端分離可以極大的提高系統開發的效率，三端之間都通過接口來聯系，運用接口可以讓系統各階段功能實現更加清晰，使系統實現并發進行從而更有效率;（2）地圖端嵌入前端界面可使系統的反應更快，運行更穩定，這一點結合了Ajax的思想，每次區域種植決策之后，僅地圖部分進行更新，其迅速反應讓用戶能用更好的體驗感;（3）此系統用于青稞種植決策，但它的作用遠不止于此，可將系統進行修改和延伸，可用于更多的農業生產，如：水稻、番茄等。

4.2 系統的不足

（1）系統的輔助功能還需要多多開發，如：青稞種植的智能化播種與智能化農機聯系功能開發，水稻種植微型區域決策功能開發。

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

參考文獻

[1] 金鳳志，鄧睿，黃敬峰.基于GIS的浙江楊梅種植區劃[J].農業工程學報，2008，24（8）：214-218.

[2] 喬彥友，武曉波.基于Web GIS的農業決策支持系統及其應用[J].地球信息科學，2003，5（4）：34-37.

[3] 周燦芳，劉序，余華榮，等.基于GIS的區域農業規劃輔助決策系統開發[J].中國農學報，2019，20（35）：143-149.

[4] 唐惠燕.基于GIS的江蘇種植結構演變研究（1949-2011）[D].南京：南京農業大學，2014.

[5] 王劍，吳定峰，王健，等.面向物聯網的農業信息資源監控平臺技術研究[J].廣東農業科學，2015，42（23）：178-183.

[6] 宋關福，鐘耳順.組件式地理信息系統研究與開發[J].中國圖像圖形學報，1998，3（4）：313-317.