徐威杰，白玨瑩，周 立，史建青，張 瑞

（1.中國礦業(yè)大學(xué)，江蘇 徐州 221116；2.淮海工學(xué)院，江蘇 連云港 222005；3.長江大學(xué)，湖北 武漢 430100）

基于WebGIS的水產(chǎn)養(yǎng)殖信息管理系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

徐威杰1，白玨瑩1，周 立2，史建青2，張 瑞3

（1.中國礦業(yè)大學(xué)，江蘇 徐州 221116；2.淮海工學(xué)院，江蘇 連云港 222005；3.長江大學(xué)，湖北 武漢 430100）

為了進(jìn)一步提高水產(chǎn)養(yǎng)殖信息化、可視化和標(biāo)準(zhǔn)化水平，使水產(chǎn)養(yǎng)殖管理更加直觀與便捷，在B/S架構(gòu)下，設(shè)計了一 種數(shù)據(jù)分布式存儲的基于WebGIS的水產(chǎn)養(yǎng)殖信息管理系統(tǒng)。在Visual Studio 2012開發(fā)環(huán)境中，采用C#、HTML和Javascript編程語言，利用ArcGIS Server、Ajax和ADO.NET技術(shù)，結(jié)合Geodatabase和SQL Server數(shù)據(jù)庫進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)。該系統(tǒng)主要面向水產(chǎn)養(yǎng)殖管理部門和生產(chǎn)單位，通過TCP/IP通信協(xié)議和設(shè)置用戶權(quán)限建立信息安全機(jī)制，實現(xiàn)了水產(chǎn)養(yǎng)殖信息的數(shù)據(jù)管理、瀏覽查詢、統(tǒng)計分析和報表制作等功能，具有廣闊的應(yīng)用前景，對水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

WebGIS；ASP.NET；水產(chǎn)養(yǎng)殖信息管理系統(tǒng)；B/S；安全機(jī)制

Web Service是當(dāng)今信息領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的信息服務(wù)技術(shù)之一[1]。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)遇到了新的發(fā)展機(jī)遇，目前，開展了許多將地理空間信息技術(shù)應(yīng)用到水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)中的研究。2011年，楊寧生[2]等研發(fā)了B/S與C/ S相結(jié)合的基于組件式WebGIS的對蝦養(yǎng)殖管理信息平臺；2012年，周瓊[3]利用VB語言，結(jié)合MapX控件研究了基于GIS的太湖漁業(yè)資源管理信息系統(tǒng)；2013 年，索榮遙[4]等利用GeoServer、OpenLayers和J2EE等技術(shù)設(shè)計實現(xiàn)了水產(chǎn)資源信息服務(wù)系統(tǒng)；2015 年，年雁云[5]等利用ArcGIS Server和GP服務(wù)的漁業(yè)分析模型設(shè)計了基于WebGIS的渤海漁業(yè)服務(wù)系統(tǒng)。

GIS技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用日漸深入，應(yīng)用技術(shù)和目的各有不同[6-10]，但在對水產(chǎn)養(yǎng)殖種類、生產(chǎn)管理用房、機(jī)械設(shè)施裝備等基本信息的可視化統(tǒng)計分析方面尚有不足。本文在ASP.NET技術(shù)繼承傳統(tǒng)GIS技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，利用WebGIS理論和技術(shù)設(shè)計開發(fā)了基于WebGIS的水產(chǎn)養(yǎng)殖信息管理系統(tǒng)，為水產(chǎn)養(yǎng)殖管理部門提供了有效的時空決策信息支持。

1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

1.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的科學(xué)性、完整性、先進(jìn)性和安全性等原則，邏輯上將系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和表示層（圖1）。數(shù)據(jù)層是整個系統(tǒng)的“血液”，貫穿前后，包括各種空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，其中基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫和湖泊塘口空間數(shù)據(jù)庫采用分布式存儲，前者存儲在政府規(guī)劃管理部門的服務(wù)器上，通過網(wǎng)絡(luò)直接調(diào)用該部門已有的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，后者存儲在水產(chǎn)養(yǎng)殖管理部門的服務(wù)器上，是水產(chǎn)養(yǎng)殖的專題數(shù)據(jù)。分布存儲可減少空間數(shù)據(jù)的冗余度，增加數(shù)據(jù)的安全性，實現(xiàn)各政府部門間的數(shù)據(jù)共享。業(yè)務(wù)邏輯層是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐和運(yùn)轉(zhuǎn)引擎，通過Internet、Intranet兩種網(wǎng)絡(luò)模式提供各種服務(wù)組件來訪問數(shù)據(jù)層和響應(yīng)客戶端瀏覽器發(fā)出的各種請求，服務(wù)器上的組件主要包括互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)組件（IIS）、ASP.NET組件、ADO.NET數(shù)據(jù)訪問組件、ArcGIS地圖訪問和地圖服務(wù)組件等。表示層是用戶通過前端瀏覽器與后臺服務(wù)器進(jìn)行交互操作的場所，負(fù)責(zé)發(fā)出請求和接收響應(yīng)，實現(xiàn)地圖服務(wù)和業(yè)務(wù)操作。

圖1 水產(chǎn)養(yǎng)殖信息管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 ArcGIS API for Javascript

WebGIS是一個交互式、分布式、動態(tài)的和跨平臺的地理信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)，其核心是將TCP/IP協(xié)議和HTTP標(biāo)準(zhǔn)嵌入GIS中，使地理信息透過OGC標(biāo)準(zhǔn)和W3C的界面互相溝通、存取，憑借良好的互操作性達(dá)成以往需要龐大數(shù)據(jù)量才能實現(xiàn)的功能，用戶可通過網(wǎng)絡(luò)上的任一節(jié)點使用WebGIS中的地理空間數(shù)據(jù)和服務(wù)[11]。ArcGIS API for Javascript是基于Dojo架構(gòu)和REST網(wǎng)絡(luò)服務(wù)風(fēng)格實現(xiàn)的程序開發(fā)接口，可以訪問ArcGIS Server提供的各類服務(wù)。其中，Dojo是一 個Javascript實現(xiàn)的開源DHTML工具包，可提高Web頁面的動態(tài)性、可用性和交互性，具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性，極大程度上屏蔽了瀏覽器之間的差異。一個完整的ArcGIS服務(wù)器站點架構(gòu)包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、GIS服務(wù)器、Web服務(wù)器、使用ArcGIS Server服務(wù)的各種終端以及服務(wù)管理員與服務(wù)發(fā)布者；而ArcGIS Server站點只有Web服務(wù)器、Web Adaptor、GIS服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器4部分。通過ArcGIS API for Javascript可實現(xiàn)根據(jù)自己的空間數(shù)據(jù)開發(fā)交互式地圖、在ArcGIS在線提供的地圖上添加自己的數(shù)據(jù)、搜索GIS數(shù)據(jù)的某些屬性特征以及地址匹配等功能[11]。

1.2.2 ASP.NET

ASP.NET是微軟公司推出的新一代建立動態(tài)Web應(yīng)用程序的新技術(shù)，是.NET Framework的重要組成部分，可用C#、JScript.NET、Visual Basic.NET等與.NET Framework兼容的開發(fā)語言編寫程序。它不僅具有豐富的內(nèi)置對象和Web網(wǎng)頁控件，能提高程序開發(fā)效率；還具有ASP.NET Ajax異步通信技術(shù)、ADO. NET數(shù)據(jù)庫操作技術(shù)和LINQ數(shù)據(jù)訪問技術(shù)等多種動態(tài)頁面開發(fā)的核心技術(shù)，能提高用戶界面（UI）的交互性和美觀性以及對數(shù)據(jù)檢索、處理、更新的效率[12]。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)分析及建庫

該系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)主要包括空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，其中空間數(shù)據(jù)包括通過外業(yè)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)字化的湖泊和塘口矢量分布圖，以及通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)用的城市規(guī)劃部門的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，包括電子地圖和高清影像圖兩類；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)主要包括養(yǎng)殖戶基本信息、湖泊和塘口養(yǎng)殖信息、生產(chǎn)管理用房、養(yǎng)殖機(jī)械設(shè)備、用戶信息以及后期通過統(tǒng)計分析生成的文檔數(shù)據(jù)。養(yǎng)殖戶基本信息包括所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)名、所在村名、姓名、性別、身份證號碼、手機(jī)號碼等；湖泊和塘口養(yǎng)殖信息包括養(yǎng)殖戶姓名、養(yǎng)殖種類和品種、所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)名、所在村名、養(yǎng)殖水面面積、養(yǎng)殖土地面積和養(yǎng)殖占地面積等；生產(chǎn)管理用房包括生產(chǎn)用房與管理用房的數(shù)量與面積；養(yǎng)殖機(jī)械設(shè)備包括微孔增氧機(jī)、葉輪式增氧機(jī)、水車式增氧機(jī)、自動投餌機(jī)和水泵的數(shù)量及功率；用戶信息主要包括用戶登錄名和登錄密碼，以及其他信息；文檔數(shù)據(jù)主要包括歷年數(shù)據(jù)統(tǒng)計和各種報表文檔。

根據(jù)數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、實用性和安全性原則，在構(gòu)建數(shù)據(jù)庫前需對數(shù)據(jù)進(jìn)行多種處理，如塘口編號按照省-市-縣（區(qū)）-鄉(xiāng)鎮(zhèn)-村莊順序進(jìn)行統(tǒng)一編碼；養(yǎng)殖種類和品種需進(jìn)行科學(xué)詳細(xì)劃分；專題矢量圖的投影帶和坐標(biāo)系需與基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)保持一致；數(shù)據(jù)格式和精度準(zhǔn)確設(shè)計等。為了提高數(shù)據(jù)運(yùn)算和傳輸效率，該系統(tǒng)將空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分開存儲，分別存儲于ArcGIS的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫Geodatabase和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫SQL Server，且系統(tǒng)對所有數(shù)據(jù)的存儲、運(yùn)算均在服務(wù)器上進(jìn)行，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)果。

2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計

水產(chǎn)養(yǎng)殖信息管理系統(tǒng)主要由處理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的管理信息系統(tǒng)（MIS）和提供地圖服務(wù)的WebGIS兩個子系統(tǒng)組成；功能模塊包括數(shù)據(jù)管理模塊、瀏覽查詢模塊、統(tǒng)計分析模塊和報表制作模塊，具體功能如圖2所示。

圖2 功能模塊設(shè)計與功能實現(xiàn)

數(shù)據(jù)管理模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、更新、刪除、導(dǎo)出等操作，并對歷年的水產(chǎn)養(yǎng)殖數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計入庫，對比分析水產(chǎn)養(yǎng)殖歷年變化情況。瀏覽查詢模塊和統(tǒng)計分析模塊在瀏覽器端可實現(xiàn)圖層數(shù)據(jù)的放大、縮小、平移等基本操作，主要包括基于矢量圖層和基于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)兩部分?；谑噶繄D層的瀏覽查詢可根據(jù)塘口編號、所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村莊、養(yǎng)殖戶名字等查詢條件快速定位湖泊或塘口的空間位置，閃亮突出顯示?；谑噶繄D層的統(tǒng)計分析可在矢量圖層上，根據(jù)所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村莊、養(yǎng)殖種類和品種、生產(chǎn)管理用房、機(jī)械設(shè)施裝備等統(tǒng)計分析條件對水產(chǎn)養(yǎng)殖信息進(jìn)行空間統(tǒng)計分析。報表制作模塊位于MIS子系統(tǒng)上，是為水產(chǎn)養(yǎng)殖管理部門開發(fā)設(shè)計的，以生成和網(wǎng)絡(luò)公布水產(chǎn)養(yǎng)殖信息的各種報表。

2.3 安全機(jī)制

水產(chǎn)養(yǎng)殖信息管理系統(tǒng)涉及重要的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、湖泊和養(yǎng)殖塘口信息以及養(yǎng)殖戶個人信息，主要通過用戶權(quán)限設(shè)置和Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)模式來建立信息安全機(jī)制。在系統(tǒng)登錄界面需要輸入用戶名和密碼，不同的用戶級別所擁有的系統(tǒng)使用權(quán)限不同，如最高級別用戶可刪除、修改、新增數(shù)據(jù)并制作報表，而普通用戶只能查詢?yōu)g覽相關(guān)數(shù)據(jù)，不能操作更改數(shù)據(jù)。同時，通過Internet/Intranet設(shè)置TCP/IP通信協(xié)議使得只有在政務(wù)內(nèi)網(wǎng)環(huán)境中才能調(diào)用基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和水產(chǎn)養(yǎng)殖專題數(shù)據(jù)，而在外網(wǎng)中不可調(diào)用。

3 系統(tǒng)開發(fā)和主要功能實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)

該系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境如表1所示。

表1 水產(chǎn)養(yǎng)殖信息管理系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

3.2 主要功能實現(xiàn)

以昆山市水產(chǎn)養(yǎng)殖信息建立相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，在表1的系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)，系統(tǒng)界面如圖3所示。其中，圖3a、3b為系統(tǒng)的WebGIS子系統(tǒng)界面，主要實現(xiàn)關(guān)于圖層的一些查詢?yōu)g覽、統(tǒng)計分析功能。瀏覽器左側(cè)的藍(lán)色區(qū)域為按照鄉(xiāng)鎮(zhèn)-村名、養(yǎng)殖種類-養(yǎng)殖品種、塘口編號、養(yǎng)殖戶姓名等進(jìn)行查詢統(tǒng)計的基本條件；“圖層查詢”命令按鈕下方為查詢統(tǒng)計的類別，分為養(yǎng)殖面積、機(jī)械設(shè)施裝備、生產(chǎn)管理用房3種，每個類別中又包含多個不同的下級類別；地圖視圖中可實現(xiàn)圖層的放大、縮小、平移等基本操作。在地圖視圖右上角可根據(jù)用戶自身需要實現(xiàn)背景底圖為電子地圖或高清影像圖的切換功能。圖3c為常規(guī)MIS子系統(tǒng)（昆山市漁業(yè)生產(chǎn)基本信息）界面，頁面的上半部分為水產(chǎn)養(yǎng)殖基本信息查詢統(tǒng)計的條件選擇區(qū)，下半部分表格為基本信息查詢統(tǒng)計的顯示列表。頁面中間有“新增”、“修改”、“刪除”、“管理”、“導(dǎo)入”、“導(dǎo)出”、“報告”、“歷史數(shù)據(jù)”、“切換地圖”等命令按鈕，每個按鈕可進(jìn)入相應(yīng)功能的Web頁面進(jìn)行操作，由于篇幅有限，其頁面設(shè)計和功能實現(xiàn)在此不予展示和贅述。

通過系統(tǒng)統(tǒng)計功能可知，昆山市有高新區(qū)、開發(fā)區(qū)、巴城鎮(zhèn)等11個鎮(zhèn)區(qū)，139個村莊；具有常規(guī)魚類、蝦蟹類、觀賞魚類等10個水產(chǎn)養(yǎng)殖種類，40個養(yǎng)殖品種；涉及養(yǎng)殖戶3 600多個，養(yǎng)殖塘口數(shù)超過10 000 個，養(yǎng)殖占地面積超過6 666.6 hm2；生產(chǎn)管理用房超過20 萬 m2，各種機(jī)械設(shè)施裝備達(dá)17 000臺。水產(chǎn)養(yǎng)殖管理部門可根據(jù)需求調(diào)節(jié)各種養(yǎng)殖資源的分布狀況，實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖資源的科學(xué)化配置。

圖3 水產(chǎn)養(yǎng)殖信息管理系統(tǒng)展示

4 結(jié) 語

本文從水產(chǎn)養(yǎng)殖的實際需求出發(fā)，設(shè)計了水產(chǎn)養(yǎng)殖信息管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，分析了相關(guān)數(shù)據(jù)并建庫；通過總體設(shè)計確定了系統(tǒng)的功能模塊，設(shè)計開發(fā)了WebGIS圖層子系統(tǒng)和MIS業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，并將二者集成構(gòu)建新型的水產(chǎn)養(yǎng)殖信息管理系統(tǒng)。結(jié)果表明，運(yùn)用WebGIS有效提高了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的信息化和可視化水平，提供了基于圖層的查詢?yōu)g覽和統(tǒng)計分析功能，為實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖中的生產(chǎn)管理和資源配置優(yōu)化提供了重要的決策支持。

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P208

B

1672-4623（2017）05-0051-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.0051.6

徐威杰，碩士研究生，研究方向為海洋地理信息可視化。

2016-08-04。

項目來源：國家海洋公益性行業(yè)科研專項資助項目（201105004）；江蘇省科技支撐計劃資助項目（BE2010125）。