基于gis的農(nóng)田管理系統(tǒng)的可行性報告

1、基于GIS的農(nóng)田管理系統(tǒng)可行性報告1.引言數(shù)字農(nóng)業(yè)空間信息管理平臺在數(shù)字農(nóng)業(yè)建設中處于核心地位其開發(fā)的目標為：采用先進的3S和空間數(shù)據(jù)庫技術，以計算機網(wǎng)絡為基礎，以數(shù)據(jù)庫為核心，建立一個集RS、GIS、GPS、MIS、ES等技術于一體，準確、高效、快速、全面、規(guī)范的數(shù)字農(nóng)業(yè)空間信息管理平臺。充分利用GIS的技術特點和優(yōu)勢，使農(nóng)業(yè)資源信息采集、動態(tài)監(jiān)測、分析、管理、決策與空間信息管理融為一體，直觀、形象、動態(tài)地顯示各種農(nóng)業(yè)資源的空間分布狀況以及變化趨勢等。分析農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展與各種農(nóng)業(yè)經(jīng)濟要素之間的內在聯(lián)系，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)行為和農(nóng)業(yè)布局做出科學合理的分析評價，為農(nóng)業(yè)決策部門、管理部門和有關機構提供農(nóng)業(yè)

2、資源管理與決策支持的手段，為社會提供全方位的農(nóng)業(yè)地理信息服務，從整體上提高農(nóng)業(yè)工作的科學化、規(guī)范化水平。WebGIS作為GIS的一種特殊應用領域，它使全球范圍內實現(xiàn)地理信息共享成為現(xiàn)實。它可以讓Intemet用戶不需要購買GIS軟件。就可以通過WWW瀏覽器訪問GIS應用系統(tǒng)的各種功能，通過信息共享緊密聯(lián)系各部門工作。1.1問題調查和了解用戶對基于GIS的農(nóng)田管理系統(tǒng)的需求與潛在需求。根據(jù)需求設計系統(tǒng)和功能模塊。農(nóng)田地圖的獲取和地圖數(shù)子化。根據(jù)需求建立農(nóng)田GIS數(shù)據(jù)庫。包括確定農(nóng)田屬性參數(shù)，屬性參數(shù)與地理信息對應。如條田的產(chǎn)量，品種等。條田的地理位置也是可以確定的。農(nóng)田屬性的數(shù)據(jù)采集與錄入。農(nóng)田

3、屬性數(shù)據(jù)可以通過手工錄入和自動采集兩種方式。建立數(shù)據(jù)分析服務器。分析數(shù)據(jù)，建立模型，實現(xiàn)智能決策。提供web服務，通過internet跨地域訪問農(nóng)田GIS系統(tǒng)。1.2實現(xiàn)環(huán)境基于GIS的農(nóng)田管理系統(tǒng)，用于農(nóng)田各項參數(shù)數(shù)據(jù)管理，分析，智能決策。數(shù)據(jù)與地理位置相關聯(lián)，形成各項參數(shù)數(shù)據(jù)在地圖上的分布圖。通過web技術將農(nóng)田GIS信息共享，協(xié)調各部門工作。1.3約束條件大部分Webgis產(chǎn)品和方案只能實現(xiàn)通過internet訪問GIS數(shù)據(jù)庫，而不能修改，增加，刪除GIS數(shù)據(jù)庫信息。農(nóng)田屬性的自動采集仍有難度。如何實現(xiàn)智能決策。開發(fā)人員及經(jīng)驗不足。如何確定用戶需求2.管理2.1 重要的發(fā)現(xiàn)Gis技術及w

4、ebgis技術的發(fā)展。Webgis已經(jīng)發(fā)展了許多較成熟的工具。如MapServer，MapGuide Open Source等。它們大都能實現(xiàn)：支持分塊的（tiled）矢量和柵格數(shù)據(jù)。地圖元素（如比例尺、圖例，參照圖等）自動控制 。圖像比例自動調節(jié)。利用邏輯或正則表達式生成專題地圖。2.2 注釋2.3 建議根據(jù)限制性條件?？梢允褂每焖僭头?。先建立簡單實驗性的模型，經(jīng)過用戶體驗后，進一步確定用戶需求和發(fā)現(xiàn)問題等。2.4 效果3.方案選擇3.1選擇系統(tǒng)配置從功能性，穩(wěn)定性，可擴展性，知識產(chǎn)權，費用，科研方便性等方面考慮系統(tǒng)的主體部分，包括Gis數(shù)據(jù)庫服務器、GIS服務器、 web服務器、服務器操

5、作系統(tǒng)，使用一系列開源軟件。服務器操作系統(tǒng)：LinuxWeb服務器：ApacheCGI語言：PHPGIS服務器：MapServerGIS數(shù)據(jù)庫：Mysql3.2 選擇方案的標準穩(wěn)定性：系統(tǒng)做為一項Internet服務，穩(wěn)定性有軟高要求。健壯性：系統(tǒng)完整健壯也不重復累贅bug較少。兼容性：軟大的兼容性使更多軟件互作。安全性：網(wǎng)絡安全和數(shù)據(jù)安全越來越受到重視。開源性：開源性的軟件具有免費、較健壯、便于深度開發(fā)等優(yōu)點。4.系統(tǒng)描述整個系統(tǒng)模型如圖（圖2）所示分為三個層次（數(shù)據(jù)層、服務層、應用層）和兩個模塊（智能決策、數(shù)據(jù)維護）。數(shù)據(jù)層為模型核心。分為GIS數(shù)據(jù)庫（計劃采用MYSQL數(shù)據(jù)庫）、文件系統(tǒng)

6、（為地圖信息文件，可以使用MAPINFO、ACRGIS等軟件制作）、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)（可以調用國際公用地理信息，如Google Earth 的衛(wèi)星地圖信息）數(shù)據(jù)層向服務層提供數(shù)據(jù)服務。同時與智能決策模塊進行數(shù)據(jù)通信。知識庫和作物生長模型調用數(shù)據(jù)層返回決策信息。數(shù)據(jù)維護模塊，通過數(shù)據(jù)動態(tài)采集和數(shù)據(jù)人工錄入兩種方式維護數(shù)據(jù)層。Web服務器和GIS應用服務器共同組成服務層。服務層為連接上Internet上的用戶和各部門提供服務。Web服務器提供www服務，Gis應用服務器與www服務器藕聯(lián)，提供Webgis服務。Gis應用服務器調用、解析和統(tǒng)一數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)。并以函數(shù)庫的形式，接受PHP腳本調用。PHP腳本由P

7、HP解釋器解析，與html、Javascript、Css一起組成用戶界面。 應用層的各用戶各部門與Internet連接，通過IE瀏覽器與web服務器進行通信。完成其功能。農(nóng)田管理系統(tǒng)功能分析信息查詢專題分析知能決策系統(tǒng)幫助點位查詢空間查詢條件查詢專 題 圖分析預測作物優(yōu)化布局良種推薦決策肥水優(yōu)化分配優(yōu)化滴灌決策圖1：基于GIS的農(nóng)田管理系統(tǒng)功能分析圖數(shù)據(jù)層GIS 數(shù)據(jù)庫（MYSQL） 文件系統(tǒng)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)GIS應用服務器（Map Server） 服務層WEB服務器（Apache） PHP解釋器 及 腳本 應用層各部門、各用戶IE瀏覽器 智能決策模塊數(shù)據(jù)維護模塊知識庫作物生長模型數(shù)據(jù)動態(tài)采集數(shù)據(jù)人工

8、錄入Internet圖2：模式示意圖4.1 縮寫詞IE: Internet Explorer。微軟開發(fā)的萬維網(wǎng)瀏覽器。Apache：Apache源于NCSAhttpd服務器，經(jīng)過多次修改，成為世界上最流行的Web服務器軟件之一。PHP：PHP 是一種 HTML 內嵌式的語言，PHP與微軟的ASP頗有幾分相似，都是一種在服務器端執(zhí)行的嵌入HTML文檔的腳本語言，語言的風格有類似于C語言，現(xiàn)在被很多的網(wǎng)站編程人員廣泛的運用。Mysql: MySQL是一個小型關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，開發(fā)者為瑞典MySQL AB公司。目前MySQL被廣泛地應用在Internet上的中小型網(wǎng)站中。4.2 各子系統(tǒng)的可行性

9、數(shù)據(jù)層、服務層都有較成熟的實例支持。且各層的各組件都有相應的替代方案。如GIS數(shù)據(jù)庫可以在mysql、Oracle、DB2、SQL Server之間選擇。而GIS應服務器只是暫定為Map server。數(shù)據(jù)層、服務層組成系統(tǒng)基礎。開發(fā)重點在于各軟件安裝調試和php腳本客戶端編寫。應用層面上，大多數(shù)連接Internet計算機都具備運行系統(tǒng)的環(huán)境。只需注意IE瀏覽器版本不要過低，Cookie設置開啟，IE未受到病毒破壞。智能決策模塊提供圖1所示的智能決策功能。具有開發(fā)難度。建議在完成系統(tǒng)其它部分后開發(fā)。可以設想智能決策應用程序提供一組函數(shù)接口給PHP和web服務器。數(shù)據(jù)維護模塊的數(shù)據(jù)人工錄入，在掌

10、握好錄入法規(guī)，設計好錄入界面后，較容易實現(xiàn)。數(shù)據(jù)維護模塊的數(shù)據(jù)動態(tài)采集。在硬件和接口方面難度較大。也可以后續(xù)完成。實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)錄取會使整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的數(shù)量級增加。其數(shù)據(jù)分析量也大大增加。對數(shù)據(jù)庫的要求增加，智能決策模塊也要對應開發(fā)。實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時更新，分析，決策，查詢應是未來的一個發(fā)展方向。5.數(shù)據(jù)源評估整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源有四。數(shù)據(jù)維護模塊的數(shù)據(jù)人工錄入。通過Arcgis、mapinfo等軟件將地圖矢量化（形成文件系統(tǒng)），并添加相應屬性信息。數(shù)據(jù)質量來源于實際地圖的質量，軟件質量，軟件操作水平，屬性數(shù)據(jù)質量等。數(shù)據(jù)更新為定期更新。數(shù)據(jù)維護模塊的數(shù)據(jù)動態(tài)采集。數(shù)據(jù)質量主要取決了采集屬性信息的硬件性能

11、。其次是自動分析整理數(shù)據(jù)的方案。還和數(shù)據(jù)的傳輸有關。數(shù)據(jù)為實時更新。用戶的數(shù)據(jù)反饋。這個方向的數(shù)據(jù)流，目前webgis實現(xiàn)較少。現(xiàn)在Webgis數(shù)據(jù)流主要是正向的查詢功能。本系統(tǒng)很大方面是為了實現(xiàn)各部門間的協(xié)調工作。所以增加用戶向GIS數(shù)據(jù)庫方向的數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)用戶對GIS數(shù)據(jù)庫信息的增加，修改是必要的。此種數(shù)據(jù)更新方式為不定時更新。網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。調用網(wǎng)絡公用GIS數(shù)據(jù)，如Google earth衛(wèi)星圖數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)主要用于參考。如果實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，可能產(chǎn)生較大意義6技術風險評估圖2模式示意圖中。藍色三層模塊加上數(shù)據(jù)層是整個系統(tǒng)的基礎核心。且能完成系統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)管理、查詢、分析等功能。采用軟件大都為開源軟

12、件，實現(xiàn)這一基礎核心，技術風險相對較小。是完成整個系統(tǒng)的良好基礎。智能決策模塊，應用到知識庫、生長模型。是知識的集中區(qū)。是系統(tǒng)進一步研發(fā)的核心。可以在完成基礎核心的條件下，制作智能決策模塊的原型，做進一步的評估。數(shù)據(jù)動態(tài)采集也是一個難點。其現(xiàn)實與否，很大程度上影響著整個系統(tǒng)。在完成基礎核心的基礎上進行原型開發(fā)。7.成本-效益分析 基于GIS的田間管理系統(tǒng)可用于田間數(shù)據(jù)的管理、分析、監(jiān)測和決策。使用開源體系的基礎核心成本較低，可以實現(xiàn)很大一部分功能。實現(xiàn)數(shù)據(jù)動態(tài)采集，實際上增加了田間監(jiān)測功能。成本較高。其效益根據(jù)用戶需求而定。實現(xiàn)智能決策模塊，實際上是增強了分析數(shù)據(jù)的能力，實現(xiàn)專業(yè)上的數(shù)據(jù)分析。成本視智能決策的復雜程度而定。效益視用戶的需求，和決策的準確性而定。8.系統(tǒng)開發(fā)與運行環(huán)境評價基礎核心計劃運行在一套開源或免費軟件體系上。其功能和穩(wěn)定性在長期實用中經(jīng)受住了考驗。Linux+Apache在web服務器方面性能優(yōu)于windows+iis，php一個廣受歡迎的cgi網(wǎng)絡編程語言。Mysql對于中，輕量級運用也游刃有余。Mapserver由明尼蘇達大學開發(fā)，是這一開源體系的成員。開源軟件不僅允許