基于VB.NET县域土壤资源信息系统的开发与应用研究——以贵州省瓮安县为例

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近年来,我国人口增长过快,粮食供应不足,对土壤资源的保护和合理利用受到了极大的重视。尤其是我贵州地区,大量的水土流失导致了土壤资源尤其是耕地土壤资源的日益减少,此外,土壤还受到侵蚀、沙化、水涝、次生盐渍化、酸化和重金属等污染而退化,大大降低了土壤资源的数量和质量。这些问题的存在和发展在很大程度上与人类盲目的滥开滥用,缺乏合理的规划、决策和强有力的实施管理手段有关,尤其是区域市、县地区传统的技术和手段已经很难解决土壤资源如此广泛而复杂的问题。  随着地理信息系统(GIS)的发展和不断的深入研究,其研究领域和应用范围得到不断的扩大。地理信息系统应用的也实现了社会化,这是其发展的必然趋势,在社会化的GIS应用阶段,GIS技术在公众生活中被广泛使用,形成了GIS产业。  GIS各领域研究方法的革新和进步以及信息技术和GIS二次开发技术的应用发展,数据获取、储存、检索、分析、解译、操作、模拟、传播等也有实质性的变化。土壤信息系统正是这一变化的产物,它是系统地储存、管理、分析土壤信息和土壤形成、特性相关的背景信息。  土壤信息系统是在一定的计算机软、硬件支持下,将有关土壤的各种空间数据和属性数据按一定的格式输入、存储、更新,显示、检索、量测运算、综合分析、制图和输出功能的一种技术系统。土壤信息系统是属于地理信息系统的(GIS)中的专业应用系统。它具有如下三个特点:  ?具有采集、管理、分析和输出多种土壤空同信息的能力,具有空间性。  ?以土壤研究和土壤管理的决策为目的,以地理模型为手段。具有空间分析,多  要素分析和动态预测能力并可产生高层次的土壤信息。?具有快速、准确和动态处理各种土壤信息的能力。  随着信息技术和网络技术的发展,它必将使遥感、全球定位系统、地理信息系统、信息技术与网络技术与地理学,农业、生态学、植物生理学、土壤学等基础学科有机地结合起来,实现在农业安全生产过程中对农作物、土地、土壤宏观到微观的实时监测,以实现对农作物生长、发育状况、病虫害、水肥状况以及相应的环境状况进行定期信息的获取和动态分析,通过诊断和决策分析,制定实施计划,并可以在GPS与GIS集成系统支持下进行田间作业的信息化现代农业,同时通过互联网实现土壤数据的交流和共享,便于区域、省市以及国家等土壤问题的交流和研究。  论文研究主要依托贵州省农业科学院科技信息研究所正在研究的“主要农作物测土配方施肥技术集成与转化应用”课题项目--子课题“贵州省土壤资源空间数据库建设”,以及农业专家系统开发设计平台,通过分析土壤信息系统的研究现状、发展水平及其应用状况,提出建立贵州省县域土壤资源信息系统的必要性及其意义和方法体系。  研究方案和技术路线主要是通过收集土壤资源信息有关的资料(如1:1万或1:5万的土壤图、土壤养分图、地形图、土地利用现状图、道路交通图、水系图、行政区划图、土壤测试数据等)。然后对土壤相关图件数字化以及信息资料的筛选、整理和数据标准化;之后分析土壤数据并标准化、建立土壤信息空间数据库。最后采用通用的编程工具VB.NET和组件式GIS进行系统开发,实现对土壤属性数据的浏览、输入编辑、修改,数据的存储和检索、报表输出、SQL查询、地图编辑以及专题制图与统计输出等功能。  笔者通过基于VB.NET的开发工具和GIS软件平台的基础上,对系统用户需求、可行性分析等,进行了系统的功能与结构设计,通过VB.NET与ArcEngine的结合,建立了一个包括图形、文本、表格和数据等数据类型的土壤空间数据库,以瓮安县为例,研究和开发出我省县域的土壤资源信息系统。系统由土壤相关基础信息以及土壤养分信息等图层、数据浏览、SQL查询、专题图制作、地图编辑、统计输出等五大功能模块组成,各模块之间相互独立运行,增强了系统的独立性,也便于系统的管理和维护,主要研究内容有如下几个方面:  l)采用规范的数据库设计方法,经过需求分析、概念结构设计、逻设计和物理设计的设计过程,将土壤概况信息、基础信属性信息、相关图件以及影像照片等诸多方面的土壤数据进行整理、筛选、编辑和处理。  2)以瓮安第二次土壤普查以及近期采样数据作为数据库分析的核心,参考中国土壤信息系统数据库规范和SOTER属性数据库标准,设计土壤数据库,建立了土壤数据库的E--R模型,并最终将数据库部署在DBMS上。  3)采用面向对象的软件开发方法,经过需求分析、系统设计、系统测试等的软件开发过程,利用Arcobjects组件对象集ArcEngine(GIS地图控件开发工具包)建立了瓮安县土壤信息系统(WASIS),并实现了对土壤图形数据库的可视化管理。  4)系统的分析与设计采用先进的面向对象分析和设计的方法,利用统一建模语言(UML)清晰地描述系统对象,模型的建立严格遵循MVC(ModelViewController)设计模式和B/S三层体系结构,获得更加易于扩展和维护的模型和系统结构。  本论文研究开发的瓮安县土壤资源信息系统有如下几个特点:  1)基于.NET的系统开发结合了GIS和.NET技术应用,实现了信息的即时反馈和更新。同时可以为土壤信息系统的开发研究和管理工作提供一种B/S模式的交互平台,其分布性强、维护方便、开发简单且共享性强、成本低,很好地实现了信息资源的共享。  2)系统以GIS组件技术,实现了地理空间数据与属性数据的结合,对瓮安县土壤环境质量信息可进行全面、直观、迅速的可视化查询和特定信息检索,为用户快速、灵活、方便地获取信息提供了极为有效的途径。  3)系统的运行和测试还比较良好,界面简洁、友好,功能操作简单。可以对图层文件进行放大、缩小、漫游以及删除和保存等操作,能通过精确查询和模糊查询两种方法对系统数据库基础数据进行方便灵活的查询。  4)系统用流行的关系型数据库系统(DBMS)SQLServer2005存储土壤属性数据,实现了属性数据和专题图的动态更新,能够反映出土壤基础信息的以及环境质量等信息的实时变化,灵活地更新和维护土壤信息。对土壤等相关的基础信息进行添加、删除、保存和更新等。  5)系统利用SQLServer2005提供的相关数学函数,实现了数学计算、统计分析、等功能。并且随着土壤相关评价标准体系的不断完善,可以在原有系统的基础上,稍作改动就可以增加并适应土壤相关的评价工作,具有开放性好的优点。因此本论文有如下几个创新点:  ?原创性  本论文研究首次利用了组件式GIS开发工具包ArcEngine中的组件对象集(Arcobjects),以及利用SQLServer数据库技术,开发出实现了土壤环境质量及相关统计数据的显示、查询等功能,并可以对图形数据进行GIS的多数操作和编辑功能的贵州省瓮安县土壤资源信息系统(WASIS)。  ?多学科交叉  本论文综合了地理学、地图学、土壤学、数据库技术、地理信息系统(GIS)、计算机科学等多学科的专业知识,相互交叉、相互渗透、综合集成,形成了一个很有研究意义的新方向。  ?GIS与信息技术的灵活运用  应用GIS的系列图件处理软件(ARCGIS、MAPGIS、ARCVIEW等)的空间分析和数据组织与管理功能等,进行数据库的建立和分层管理,将VB.NET+Arcobjects的开发平台与方式应用到土壤信息系统研究中,结合组件式GIS和.NET技术,使系统开发能够摆脱单机的桌面系统,通过功能的扩展和Web应用,即可以进行网络访问与查询。  总之,系统实现了数据库数据的查询、更新和维护以及地里信息系统软件的大多数基本编辑功能,在今后的研究工作中,应完善系统的分析统计功能、专题评价模块,增加扩展作物施肥推荐模型及知识库,进一步与全球定位系统和遥感数据相结合,扩充其网络应用功能,以使系统能够得到更广泛的研究和推广应用。
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