1、2 0 0 5 年 4 月 农 业 机 械 学 报 第 36 卷 第 4 期基于组件技术的精准农业 G IS 设计 3汪 春 郭庆丰 蔡德利【摘要】 分析地理信息系统开发特点并结合精准农业技术 , 在 VB. N ET 环境下利用 M apO bjects 和 SQLServer 2000 数据库进行客户 服务器 (简称 C S)模型系统设计。以黑龙江省友谊农场五分场二队为例完成系统功能结构和数据库设计。实现 C S 模式分布断开式精准农业地理信息系统的开发。关键词 : 精准农业 地理信息系统 组件技术中图分类号 : P208; S126 文献标识码 : A收稿日期 : 2004 10 203
2、 国家“ 863”高技术研究发展计划资助项目 (项目编号 : 2003AA 209090)汪 春 黑龙江八一农垦大学工程学院 教授 博士 , 163319 大庆市郭庆丰 黑龙江八一农垦大学工程学院 硕士生蔡德利 黑龙江八一农垦大学植物科技学院 副教授引言精准农业 (p recision agricu ltu re) 是 20 世纪 80年代初国际农业领域发展起来的一门跨学科新兴综合技术。其特点是通过 3S 技术和自动化技术的综合应用 , 按照田间每一块操作单元上的具体条件 , 相应调整物资投入 , 达到减少投入、增加收入、保护农业资源和改善环境质量的目的 1 3 。地理信息系统 (G IS)
3、是精准农业的核心技术之一 , 其主要作用是为决策和管理部门去组织、分析空间数据 , 再把这些组织在一起的数据应用于决策支持系统中 , 对田间的不同管理区制定不同的管理方案。即用于建立农田信息管理、土壤采样分析数据、作物苗情、病虫害发展趋势、作物产量等的空间信息数据库和进行空间信息的地理统计处理分析、图形转换与表达等 , 为分析差异性和实施调控提供决策方案。目前我国专门用于精准农业的地理信息系统较少 , 而国外大型的通用专业软件费用很高 , 真正用于农业分析和数据管理功能的仅是其中的一小部分 , 不适合我国国情。本文通过利用组件技术和精准农业技术进行地理信息系统的研究、设计和开发 , 实现了应用
4、于农田信息管理、分析评价、决策和生成变量决策图的系统。1 G IS 的关键技术111 GIS 开发模式分析在开发地理信息系统的过程中 , 首先要考虑的是如何选择开发模式。一般来说 , G IS 的开发主要有3 种模式 3, 4 : 自主设计空间数据的数据结构和数据库 , 利用可视化编程语言 (如 VB、 V C+ + 、 D elph i等 ) 开发 G IS 产品。该开发模式主要适用于开发商品化的 G IS 平台软件 , 对科研力量和开发经费要求高。购买国内外比较先进的商业化 G IS 平台软件(如 M ap Info、 A rc Info 等 ) , 利用其提供的二次开发工具 (如 M a
5、pBasic、 AM L、 A venue 等 ) , 结合应用目标开发。这种方法比较简单易行 , 但移植性差 , 并且受开发工具限制 , 不能脱离原系统软件环境而独立运行。目前 G IS 组件与面向对象可视化编程语言集成二次开发模式 , 正成为 G IS 二次开发的主流。它的优点是既可以充分利用 G IS 组件对空间数据库的管理、分析功能 , 又可以利用可视化编程语言扩充其功能 , 而且可靠性好、易于移植、维护简单 , 便于用户掌握使用 , 成本低 , 开发周期短 , 可以满足各类用户不同的需要。现在使用比较广泛的 G IS 组件有M ap Info 公 司 的 M apX 组 件、 ESR
6、 I 公 司 的M apO b jects 组件、北京超图地理信息技术有限公司的 SuperM ap 组件等。112 M apObjects 组件M apO b jects212 (简称 M O 212) 是 ER S I 公司的G IS 系列产品中的重要组成部分 , 其结构合理、简洁、易于扩充 , 是目前较为流行的 G IS 组件。它由一个 A ctiveX 控件 (A xM ap 控件 ) 和一系列可编程对象组成。在标准的 W indow s 编程环境下 , 能够与其他图形、多媒体、数据库的开发技术无缝地组成完全独立的应用系统。用户可以使用 VB、 V C、 D elph i 等 1995
7、-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.平台进行嵌入式二次开发。利用 M apO b jects212 组件可以方便地在应用程序中添加地图绘制、显示以及对空间数据管理与分析等地理信息系统的基本功能。 M apO b jects212 的使用和开发过程与使用其他的 A ctiveX 控件一样 , 在 VB. N ET 的编程环境下 ,只要把 M apO b jects212 的 A xM ap 控件添加到应用程序当中 , 就可以通过接口对 M apO b jects212 所提供的各种功能进行调用。11
8、3 VB. NET 技术V isual Basic. N ET 作为 M icro soft 公司的新一代开发语言 , 更加突出了软件的易用性和智能化 , 无论学习和使用都更容易。集成的 ADO. N ET 能够存取脱机的数据来源 , 完全支持面向对象的编程 , 提高了用户的代码利用能力。2 关键技术问题的处理采用 C S 模式设计的 G IS, 关键要解决空间数据的存取、数据访问中并发问题和空间数据的检索以及垃圾回收等问题。211 空间数据存取G IS 的空间数据有点、线、面 3 种形式。本系统空间数据在客户端采用 Shapefiles 形式存储 ; 在服务器端 , 线、面以二进制的格式存储
9、 , 点以数值的形式存储。通过空间数据的转换模块实现二进制格式和 Shapefiles 格式转换。通过转换后空间数据和属性数据都可存储在服务器上。客户端的 Shapefiles文件以临时文件的形式存在并随着用户操作而变换或消失。212 数据库访问的并发控制和数据检索当多个用户试图同时修改数据时 , 需要建立控制数据并发的机制来防范其产生的不利影响。这里采用开放式并发处理 , 只有在数据库中实际更新时的时刻 , 其他用户无法更改记录。步骤 : 最初检索记录时 , 在客户机上存储版本号或日期 时间值 (在数据集或变量中 )。进行更新时 , 如果版本号或日期 日期值完全匹配 , 就可以在数据库中更新
10、记录。如果不匹配 , 就知道记录已经进行更改。213 M apObjects 的垃圾回收处理垃圾回收是一种机制 , 它使计算机能够检测到对象何时不再被访问 , 然后自动释放该对象所使用的资源。 M apO b jects2. 2 受其数据访问方式的限制未使用自动垃圾回收的功能。为了使 M apO b jects中不再被访问的对象所占的资源及时释放 , 而使系统正常工作必须进行垃圾处理。通过 . N ET 框架中的 GS 类强制 M apO b jects 对象的垃圾回收。3 开发实例311 系统的结构设计以黑龙江省友谊农场五分场二队为例 , 系统采用 C S 模式设计 , 由底层数据库、功能模
11、块、用户图形界面 3 部分组成。底层数据库是 SQL Server2000, 通过 ADO. N ET 与其进行接口访问。用户图形界面利用 VB. N ET 设计。功能模块组成了业务功能层 , 每个功能模块包含具体的功能。如图 1 所示。312 系统的功能设计精准农业地理信息系统集 G IS 技术与专业应用功能于一体。其功能主要有数据采集、空间插值、图形属性数据的双向查询、种植区域规划等而专业应用功能主要包括土壤采样方案的制定、种植决策、变量施肥处方图生成、辅助分析、影响产量因素评价等。系统功能如图 1 所示。313 空间数据库和属性数据库设计空间数据在客户端以 Shapefiles 文件格式
12、暂存。在服务端空间图形数据的“ Shape”字段分点、线、面 3 种形式以二进制格式和数值形式存储。属性数据包括土壤采样数据、土壤状态数据、农业生产资料数据、产量数据等 , 通过需求分析完成数据库的概念设计。数据库的概念设计用实体 关系图( 即 E R 图 ) 来表示。本文建立的 E R 图是在V isio 2003 上完成数据库的物理模型设计。 E R 图如图 2 所示。下面的矩形代表为实体 , 箭头代表关系。例如 : 作物与品种代表实体 , 作物与品种之间的351 第 4 期 汪春 等 : 基于组件技术的精准农业 G IS 设计 1995-2005 Tsinghua Tongfang Op
13、tical Disc Co., Ltd. All rights reserved.箭头代表一对多的关系。其中 C rop Id、 C ropN am e 代表作物的两个属性 ; PK 代表的是主键 (C rop Id 是作物的主键 ) ; FK 代表的是外键 (C rop Id 是品种的外键 )。图 2 实体关系图4 结束语利用组件技术的精准农业地理信息系统开发具有开发周期短、成本低、无需额外 G IS 平台和二次开发语言 , 可以与专业应用模型无缝集成等优点。VB. N ET 环境下嵌入 M apO b jects 组件 , 可以实现G IS 功能和专业应用功能。空间数据和属性数据都存储在
14、SQL Server 2000 上 , 便于数据的组织和管理。利用 ADO. N ET 组件很容易实现 C S 模式断开分布式精准农业地理信息系统。参 考 文 献1 侯顺艳 , 王秀 , 薛绪掌 等 . 土壤精准管理变量施肥地理信息系统的应用研究 . 河北农业大学学报 (自然版 ) , 2003, 23(2): 192 1972 汪懋华 . 精细农业的实践与农业科技创新 . 中国软科学 , 1999, 4: 21 253 罗津 , 陈植华 . 基于 M apO jbects 的组件式 G IS 软件应用开发 . 计算机与现代化 , 2004 (3): 37 434 刘光 , 刘晓东 编著 .
15、地理信息系统二次开发教程 VB. N ET 和 M apO bjects 实现 . 北京 : 清华大学出版社 , 2004.5 薛伟 编著 . M apO bjects: 地理信息系统程序设计 . 北京 : 国防工业出版社 , 2004.6 U sery E L , Pocknee S, Boyell B. P recision farm ing data m anagem ent using geograph ic info rm ation system.Pho togramm etric Engineering and R emo te Sensing, 1995, 61 (11): 1383 1391451 农 业 机 械 学 报 2 0 0 5 年 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
