李文鳳，楊亞莉，李 龍

（1.楊凌職業(yè)技術學院動物工程分院，陜西 楊凌 712100；2.楊陵區(qū)行政審批服務局，陜西 楊凌 712100）

隨著信息技術高效、迅速地在畜牧業(yè)發(fā)展和生產過程中的應用，畜牧業(yè)信息化已產生了新的定義，即以科技生產力促進畜牧業(yè)發(fā)展，通過通信、遙感和光電技術等網絡信息手段，準確、有效地獲取畜牧業(yè)生產、管理和經營信息，從而提高其生產效率和決策水平［1，2］。通過畜牧業(yè)信息化，可以及時把有效、準確信息反饋到畜牧業(yè)相關技術和使用人員手中，更便于系統(tǒng)化應用和推廣，這也是傳統(tǒng)畜牧業(yè)向現代化發(fā)展的過程。

1 中國畜牧業(yè)信息化發(fā)展概況

20 世紀80 年代以來，中國開始把信息技術與農牧業(yè)、資源、環(huán)境等方面進行結合研究并推廣應用，尤其是由中國科學院完成的草原草畜平衡等監(jiān)測系統(tǒng)的推廣已取得極大成功［3，4］。中國信息化技術和畜牧業(yè)的研究應用發(fā)展較快，在全國畜牧業(yè)“十一五”和“十二五”規(guī)劃中都以全面推進畜牧業(yè)信息化發(fā)展為主要內容，逐漸形成相對完整的畜牧業(yè)信息化建設體系。在提升了畜牧業(yè)產業(yè)結構的同時，進一步提高其標準化、產業(yè)化和規(guī)?；?，使畜牧業(yè)發(fā)展成為現代農業(yè)的現行表率。但信息數據來源復雜，且各地發(fā)展不平衡［5，6］，信息共享原則和標準還未統(tǒng)一，因此進一步加強信息化建設，加強數字化和網絡化發(fā)展是提高畜牧業(yè)發(fā)展力的有效保障和必要前提［7，8］。

在畜牧業(yè)迅速發(fā)展的今天，中國畜牧業(yè)生產規(guī)模不斷擴大，散養(yǎng)和偏僻分布狀況明顯減少，家庭牧場和養(yǎng)殖專業(yè)合作社等新型經營主體快速發(fā)展，規(guī)?；B(yǎng)殖場穩(wěn)定增長，動物養(yǎng)殖業(yè)以及進出口業(yè)都呈現出蓬勃發(fā)展的趨勢［9］。隨著國家大力推行農業(yè)優(yōu)惠政策，大型動物養(yǎng)殖場得以迅速發(fā)展，但這也導致了一些問題。由于養(yǎng)殖畜禽數量龐大，種類多樣，且養(yǎng)殖業(yè)不夠成熟、流通渠道的增多等，導致動物疫病暴發(fā)頻率和范圍在不斷增加［10，11］，這也導致了動物養(yǎng)殖經濟效益的下降，直接影響到了養(yǎng)殖戶的積極性，因此，在畜牧業(yè)信息化發(fā)展的現今，利用GIS和RS 技術實現畜牧業(yè)精細化管理、生產和運行具有重大意義。

目前GIS 技術已廣泛應用于動物防疫中，研究人員通過建立監(jiān)控體系及時高效進行信息溝通，利用時空模型進行疫病的空間分布模式、流行趨勢、影響因素等評估研究，能及時有效地進行疫病的防范和救治，避免擴散，并為政府和相關部門應用GIS 技術平臺建立提高疫情快速反應和應對提供科學依據。GIS 應用于動物流行病學最基礎的功能就是研究疫病分布，Cringoli等［12］利用GIS對意大利亞平寧山區(qū)牛和羊的肝片吸蟲流行情況調查研究，Schwermer等［13］、French 等［14］對GIS 在動物疫病監(jiān)測和控制中的作用做了詳細介紹，Norstrom［15］利用GIS 對1973—1992 年英國羊疥癬病發(fā)生的空間和時間模式進行研究，這些都表明GIS 在動物疫病監(jiān)測與控制中有非常重要的作用。

結合中國畜牧業(yè)的發(fā)展現狀，數字畜牧是動物疫病防控領域的重要發(fā)展趨勢。將GIS 應用于動物疫病監(jiān)管能實現日常防控的有效管理，可以根據收集的基礎信息加載有效畜牧專題地圖、防疫數據等進行空間分析和綜合管理［16］，也可分析動物疫病的整體空間分布，建立GIS 預測模型［17］，還可以通過GIS 對空間信息進行綜合分析，實現動物疫病的風險管理和預警管理［18］，表明GIS 在動物疫病監(jiān)測與控制中有非常重要的應用價值。

2 陜西省畜牧業(yè)發(fā)展現狀

當前，中國經濟發(fā)展進入新常態(tài)，農業(yè)發(fā)展正處在全面推進現代化建設的重要時期，畜牧業(yè)所處國內外的環(huán)境也在發(fā)生變化，畜牧業(yè)既面臨畜產品消費剛性增長、政府大力扶持等諸多有利條件，也面臨國內外市場沖擊、資源約束加劇、環(huán)保壓力加大和疫病風險增大等諸多挑戰(zhàn)?！笆濉逼陂g，陜西省畜牧業(yè)進入了生產持續(xù)發(fā)展、質量穩(wěn)步提高、綜合生產能力不斷增強的新階段。2019 年全省畜牧業(yè)增加值比上年增長4.5% ，畜牧業(yè)產值占全省農業(yè)產值的31%，已成為農業(yè)經濟發(fā)展新的增長點。由于陜西省鮮明的地域特征，也形成“陜南生豬、陜北肉羊、渭北肉牛、關中奶畜”的產業(yè)布局［19］。

2006—2017 年陜西省生豬存欄量和出欄量穩(wěn)步增長，2018 年由于受非洲豬瘟影響，年末存欄量有所減少，但畜禽結構有所調整，整體產量較為平穩(wěn)，養(yǎng)禽業(yè)發(fā)展有所提高（圖1）。2019 年底牛存欄150.17 萬頭，較2015 年年末存欄率增長了2.3%；奶牛存欄27.4 萬頭，較2015 年年末存欄率下降了36.9%；家禽存欄7 760.16 萬羽，較2015 年年末存欄率增長了15.2%；豬795.698 萬頭，較2015 年下降了5.9%；羊存欄815.05 萬頭，較2015 年年末存欄率增長了16.1%；奶山羊存欄131.293 2 萬頭，較2015 年年末存欄率增長了39.4%；兔存欄118.23 萬只，較2015 年年末存欄率下降了58.7%（圖2）。

圖1 2006—2019 年陜西省畜牧業(yè)生產情況

圖2 2015—2019 年陜西省畜禽存欄情況統(tǒng)計

雖然陜西省加大政府政策投資力度，全省散養(yǎng)戶逐年遞減，養(yǎng)殖專業(yè)合作社和養(yǎng)殖協會等迅速發(fā)展，并以企業(yè)帶動產業(yè)推動規(guī)?；B(yǎng)殖，但各級動物防疫仍存在問題。動物疫病種類繁多，地區(qū)分布相對較廣，家庭養(yǎng)殖或偏遠地區(qū)更易受到疫病侵害。同時，畜牧產業(yè)涉及多個環(huán)節(jié)，如果處理不當也可能會傳播疫病，再加上國際畜牧產業(yè)交易頻繁，也會導致動物疫情日益復雜化。

近幾年根據陜西省畜牧業(yè)生產情況發(fā)現，動物疫情流行快，易導致牲畜死亡，降低養(yǎng)殖戶經濟收益，嚴重時還會威脅當地的畜牧養(yǎng)殖產業(yè)。因此，建立系統(tǒng)的動物疫病監(jiān)測系統(tǒng)對于信息化畜牧業(yè)發(fā)展，提高產值并進行宏觀決策和統(tǒng)籌具有非常重要的意義，動物疫病監(jiān)測可以動態(tài)化掌握當地動物疫病狀況，確保疫病預防工作可防、可控和有效性。

3 動物疫病動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設計與功能模塊

3.1 系統(tǒng)功能結構

基于GIS 的陜西省動物疫病動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是根據動物養(yǎng)殖分類、動物疫病資料、發(fā)生和發(fā)展規(guī)律以及影響因素，用直觀判斷或者統(tǒng)計學等方法對發(fā)生和發(fā)展趨勢做出預測判斷，是一個特定的信息平臺。動物疫病動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是為了全面系統(tǒng)地對動物疫病發(fā)生、發(fā)展和遷移等進行科學管理，系統(tǒng)可以在信息化畜牧業(yè)的基礎上把地理信息系統(tǒng)、遙感技術和全球定位系統(tǒng)三者相結合，對動物疫病的產生發(fā)展和動態(tài)演變過程進行系統(tǒng)、規(guī)律地分析，提高對病癥的變化特征、蔓延趨勢的監(jiān)測水平，并為阻斷疫病蔓延提供決策性建議。通過實現動態(tài)疫情相關分析信息可視化，為政府相關部門準確了解疫情信息，并為防控疫病和后續(xù)決策做出有效的判斷。

該系統(tǒng)是在地區(qū)畜禽位置遙感影像信息、各類地圖信息數據、基礎資料數據和所在地區(qū)畜禽歷史病歷數據等基礎上建立的綜合性信息系統(tǒng)，是結合GIS 構建的數字化應用型信息平臺。系統(tǒng)采用Ar?cObjects 控件進行開發(fā)，利用AO 控件開發(fā)自主獨立的功能界面，使組件層位于用戶客戶端和數據庫之間并可根據系統(tǒng)需求開發(fā)適合用戶的各類功能模塊，便于用戶進行操作并具有類似ArcGIS 軟件的功能。系統(tǒng)結構如圖3、圖4 所示。

圖3 系統(tǒng)結構

圖4 系統(tǒng)功能結構

3.2 系統(tǒng)設計原則

在農業(yè)農村部印發(fā)的《2019 年國家動物疫病強制免疫計劃》通知中，明確規(guī)定了強制免疫的總體計劃和要求，并列出了免疫病種，包括口蹄疫、高致病性禽流感、布魯氏菌病等。因此，在遵循國家政策要求的基礎上，保證對系統(tǒng)的后續(xù)開發(fā)應遵循以下設計原則。

（1）根據用戶需求分析，建立便于操作和溝通的用戶界面，功能模塊便捷易操作，同時具備GIS 和RS 的基本功能。

（2）系統(tǒng)采取模塊化結構設計，可便于后續(xù)開發(fā)增加新的功能和補充模塊。

（3）所有數據應符合開發(fā)控件的基本要求和標準，并遵守國家規(guī)定、規(guī)范，保證系統(tǒng)的數據安全性和運行的穩(wěn)定性。

3.3 系統(tǒng)基本功能

根據需求分析，可把系統(tǒng)分成數據采集、處理、分析和決策4 部分，該系統(tǒng)可劃分為空間分析、基礎數據管理、疾病數據統(tǒng)計模型、數據輸出和幫助5 個功能模塊，同時，利用ArcObjects 提供的可視化控件中的MapControl 和PageLayoutControl 來實現具有ArcMap 功能的獨立應用程序，可以更好地體現空間數據的瀏覽和分析。

3.3.1 基礎數據模塊 包括不同區(qū)域養(yǎng)殖場或合作社畜禽養(yǎng)殖基本信息、防疫基本數據和政府相關政策要求等數據。對加載的地理數據可進行顯示、查詢，并應用DataSourceRaster 庫完成柵格數據的轉換。對數據圖層的操作可在Map Control 控件下完成并通過TreeView 事件加載不同圖層地理數據，還可對多個圖層進行刪除、移動、編輯等操作；對屬性數據的查詢可通過對當前圖層的相關對象選擇等功能實現。

3.3.2 空間分析 通過IMap 接口實現多源數據圖層操作進行分析，還可通過ITopologicalOperator 接口實現空間拓撲運算，應用CboOveralyerType 控件對多個時間段的疫病發(fā)展進行疊置分析等功能，可以根據每年疫病的空間數據計算其空間趨勢變化，對疫病分布的位置變化進行研究；也可計算不同疫病種類、畜禽種類的標準差橢圓疊加來進行評估；還可以根據多種類型空間數據指標來描述和分析整個區(qū)域或單獨區(qū)域的情況和空間趨勢變化等。

3.3.3 疫病數據統(tǒng)計模型 動物疫病趨勢和發(fā)展變化是其動態(tài)研究的重要內容，可通過空間變化對不同地域畜禽養(yǎng)殖引起疫病的分布情況、流行趨勢等進行追蹤和發(fā)展變化的研究。因此，還可借鑒已有的動態(tài)空間模型對全省動物疫病的動態(tài)檢測進行系統(tǒng)、規(guī)律的分析，預防與防治相結合，在疫情流行區(qū)域范圍內采集樣本，分析疫病流行情況，明確其種類，為后續(xù)的研究提供重要的數據平臺。

在數據分析模型中可以嵌套采用較為完善的專家預測系統(tǒng)和專家診斷系統(tǒng)等畜牧業(yè)專家系統(tǒng)，這樣可以更及時方便地對疫病進行預防、監(jiān)控并給予決策人員或部門提供有效的信息數據便于判斷導向。3.3.4 數據輸出 可以根據需求生成各種形式的文字、報表，并在PageLayoutControl 控件下生成專題圖，尤其對于地理信息數據可采用多種格式保存或輸出。

3.4 系統(tǒng)數據庫設計

系統(tǒng)數據庫應保證在既定的畜牧業(yè)環(huán)境下提供全面、可靠、安全的數據，實現數據的全面處理。系統(tǒng)數據主要包括屬性數據和空間數據，考慮到全省的數據量較大，可把屬性數據存儲到Oracle 數據庫；針對空間數據可使用Geodatabase 數據模型進行存儲和管理。

屬性數據主要包括不同時間畜禽養(yǎng)殖、疫病防疫等監(jiān)測數據；畜禽養(yǎng)殖場分布、基礎信息、防疫情況、產生何種疫病等數據；動物疫病樣本數據，疫病防治數據以及相關法規(guī)政策和全省的統(tǒng)計資料等數據。空間數據主要包括：動物疫病的點、面數據圖、疫病取樣地數據、各類地形專題圖、畜禽養(yǎng)殖分布影像和其他遙感影像資料等數據。

4 小結

基于GIS 的陜西省動物疫病動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建立是為了實現對全省動物防疫的科學管理，促進其對動物疫病的有效防控。該系統(tǒng)在畜牧防疫方面一個重要的應用就是能夠加強對動物疫病防疫體系的監(jiān)管，可以全方位、及時高效地處理相關信息，實現在監(jiān)管體系內對疫情進行實時準確反饋，對動物疫情的發(fā)生和擴散都有著一定的監(jiān)控，并在發(fā)生事故后進行準確的預警與控制，甚至在疫病產生之前就先預判并有效遏制。同時，政府和相關部門可以通過GIS技術實現對于養(yǎng)殖人員遇到的各種突發(fā)狀況的處理，根據收集和傳遞的數據進行有效整合和管理，使畜禽安全得到保障，減少養(yǎng)殖人員的經濟損失。

通過系統(tǒng)的建立可以有效提高疫病的防控，從而增加畜產品的產量，帶來良好的經濟效益和社會效益，同時，系統(tǒng)的投入可以節(jié)約畜禽業(yè)的生產成本，減少人力投入，提高畜牧業(yè)信息化的管理。動物疫病動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)就是實現GIS 和RS 技術相結合，實現信息化畜牧業(yè)的發(fā)展，通過數據視圖和版面設計為基礎來實現對地區(qū)畜禽疾病的動態(tài)監(jiān)測，研究其動物疫病變化特征、追蹤流行病學軌跡以及后續(xù)畜禽養(yǎng)殖的生態(tài)環(huán)境價值評估，并為陜西省畜禽業(yè)均衡發(fā)展提供決策性服務，實現全省的社會、經濟和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。