基于GIS的农业节水灌溉信息管理系统设计和,本文是关于信息管理方面论文范本与节水灌溉和系统设计和农业相关毕业论文范文.
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摘 要：信息化管理在节水灌溉中的高效应用不但为发展智慧农业和农业物联网提供了有利工具,也为提升灌溉效率、降低水资源浪费、科学指导灌溉提供了科学途径.系统设计基于GIS 技术,采用浏览器/服务器网络结构,从系统的总体设计以及技术路线等方面进行论证.
关键词：农业节水灌溉；信息管理；数据库；GIS
我国是世界上人口最多、粮食消耗量最大的国家,又是世界上人均水资源量最贫乏的国家之一,淡水资源总量为28 000 亿立方米,占全球水资源的6％,但人均只有2 200 立方米,仅为世界平均水平的1/4.同时高效节水灌溉工程是吉林省水利厅“十三五”期间重点工作之一,也是政府绩效考核的重要指标,坚持农业的基础地位,紧紧围绕现代农业生产、生活、生态、示范四大功能,以节水富民、提质增效为目标,正确处理政府与市场、城市与农村、结构调整与农民增收的关系,创新体制机制,加快推进农业节水,调整农业结构,转变农业发展方式,发展节水农业势在必行,只有做好农业节水灌溉,才能缓解水资源短缺问题,保障社会经济和农业可持续发展及粮食安全,并且对于维持建设良好的生态环境也具有重要意义.
一、地理信息系统（GIS）在农业节水型社会水资源管理中的作用
地理信息系统（GIS）提供了基于空间关系、属性特征和地址匹配进行信息查询的查询方式,其空间查询能力更为强大.对于农业信息的查询,主要是以GIS所建立的农业节水信息地理数据库为基础,不同级别的用户可选择不同的方式进行查询以获取所需的农业信息,工作人员、领导部门可以通过GIS查询功能获取节水灌溉资料,使得不同的用户可以掌握各自所关注的地块用水信息,及时地解决节水问题.此外,GIS还具备统计功能,可获取农业节水数据的分区域、分土壤类型、分农用地类型和分用户级别等多方面的统计信息.例如,利用一般统计功能,可以方便快捷地统计出不同播种作物的播种面积、应用于农作物估产；分土壤类型统计出土壤养分含量用于耕地地力评价等.同时针对农业节水信息的空间分析,可应用属性分析和基于GIS的缓冲区（BUFFER）分析、等值线面分析.属性分析可以分析和查询农业节水所有属性信息,如有效灌溉面积、渠道的设计长度、设计流量、工程状况、管理站的人员配置信息等.
二、系统设计方案
(一)建设思路
农业节水信息管理平台建设的指导理念应针对当前我省农业发展的现状,综合应用GIS、RS、宽带网络和现有资源,整合二维地图信息,建立统一的开发平台,形成吉林省农业节水灌溉数据平台的一个平台、一个数据库、一张专用图、“三个一”的格局.
(二)建设内容
1 专用库建设
整理建设专用的农业节水灌溉数据平台库,深入分析现有的农业节水灌溉数据,提取相应的信息导入标准数据库中,根据实际需要建立相应的业务过程数据库；同时根据结构化的数据内容,整理建设水影响评价的年、旬、月的历史统计数据,为未来的宏观、总体分析节水灌溉数据准备存储内容；采用Oracle（数据库平台）统一管理数据中心；预留标准接口,支持新业务的拓展和数据的共享.
2 专题图建设
以农业节水灌溉数据库为核心,坚持“三结合”,即将农业节水灌溉数据与信息化技术相结合；将数据平台与农业项目管理、灌溉对象与地图对象相结合；形成一个全面系统的农业节水灌溉管理平台.
3 平台建设
遵循“三个一”的标准框架体系建设；平台建设遵循从标准数据库层提取数据；采用JA+ARCGISSERVER技术架构进行建设；对现有的成果进行分析.
（1）统一接口,包括编程接口、数据接口、界面接口 ,为后续建设提供统一的技术规范和标准；
（2）数据平台的建设内容具体包括：空间基础信息系统、业务专题信息系统、信息管理系统,以及相关的数据整理、系统集成、标准规范体系建设等相关的内容.
(三)总体设计
本系统的建设,应以水利行业以及计算机行业的相关法律法规作为基本依据,在建设过程中,严格遵守水利行业以及计算机行业的相关标准、规范.
系统总体框架如图所示,包括五层结构：用户层、应用层、应用支撑层、数据层、基础支撑层.
(四)技术路线
系统建设采用当前业界主流的J2EE技术路线,满足跨硬件平台、跨操作系统的要求.采用松耦合体系结构,实现业务与服务分离、服务与技术分离,业务驱动服务、服务驱动技术,降低每一个层次发生变化后对整个体系的影响概率,减少因各种变化导致的系统运行、维护的困难,提高应用服务效率和质量.
1 依据相关规范进行平台标准化设计
依据吉林省水利信息化建设相关标准、规范,遵循国家关于信息化建设相关标准、规范,参考其他行业相关标准,结合水影响评价评估工作现状和特点,深入研究、分析,完成系统的需求分析、标准化设计工作.
2 基于成熟商业软件进行建设
基于成熟商业软件进行建设包括：支撑跨系统、跨语言的系统通讯机制；基于面向流程的服务集成思想；丰富的Ja二次开发接口,方便功能扩展；基于Eclipse的开发工具,可视化服务编排、组装；基于无状态消息传输机制,支持系统横向扩展；支持业内标准通信技术、协议、标准,支持同步和异步消息传递.
(五)关键技术
1 JaEE技术
JaEE是一种利用Ja语言平台来简化诸多与企业级应用系统的开发、部署和管理相关的复杂问题的体系结构.基于本项目的总体技术选型,拟使用JaEE相关技术来构建本项目的基础技术架构.
2 SOA技术与ESB企业服务总线技术
面向服务的架构（SOA）是现代主流应用系统开发的架构,其主要特点包括：能够寻找并使用已有的服务而不必重复地开发某种功能；异构的系统直接能够方便地集成；已有的系统能够更容易地扩展等.
ESB全称为Enterprise Service Bus,即企业服务总线.它是在SOA框架中的一个中间平台,提供了一种轻便快捷的连通结构,用来集成应用和服务.从而大大降低各个应用系统间接口的数量、规模和复杂性.
在本项目中,采用WebService技术实现发布信息推送、搜索、数据调用等服务,数据共享系统、数据管理系统、数据资源服务网站通过ESB调用相应的服务,完成相应功能的实现.
3 空间信息技术（3S/4D）
“3S”即GPS（全球定位系统）、GIS（地理信息系统）和RS（遥感）；“4D”即DLG（数字线划地图）、DEM（数字高程模型）、DOM（数字正射影像图）和DRG（数字栅格地图）.
4 数据库技术
因本项目涉及的数据非常繁杂,不仅有地理空间数据,还有各种各样的非空间数据,这些数据种类多、量大、变化快、呈现分布式多样异构性.因此系统建设必须借助数据库技术,包括：分布式数据库技术、数据仓库技术、面向对象数据库技术、多媒体数据库技术、Web数据库技术、数据挖掘技术、空间数据存储技术以及信息检索与浏览技术等.
三、农业节水灌溉信
息管理平台建设构想
农业节水灌溉管理平台的数据构成包括以下两方面：一方面是读取已有的各类水利工程数据为基础数据,并将这些数据组合生成空间基础信息系统；另一方面是结合农业节水灌溉管理平台系统发布新空间数据内容,并发布形成业务专题信息系统的数据.
(一)信息服务子系统
空间基础信息系统是数据平台建设的基础,建设基于WebGIS模式的农业节水灌溉管理平台,在系统内实现对基于GIS矢量地图、航拍影像地图基础地图,底图数据来源于水利普查空间数据服务.提供地图要素进行分布查询,主要是在地图上实现,地图操作的基本功能包括放大、缩小、漫游、图层切换、底图切换、定位、空间查询等基本操作,还应包括距离量算、面积测量、打印等高级操作.查询内容包括地块建设情况、水源分布、泵站分布、机井分布及配套设施工程分布等信息.同时提供地块信息的基本信息,主要包括：所属区县、乡镇、村、地块编码（或地块名称）、地块面积、土壤类别、作物类别,产量、土地经营模式（分散、集约）等内容.
(二)用水计量管理子系统
机井管理包括：区域（区县、乡镇、村）、机井编号、机井名称、计量设备编号、经纬度.
机井监测与报警包括：区域（区县、乡镇、村）、机井、开泵时间、本次用电量、本次用水量、水泵工作状态、终端箱门状态、电流工作状态.用户管理包括：区域（区县、乡镇、村）、行政区代码、农户编号、农户姓名、号、.用水报表按照区域（区县、乡镇、村）、报表类型（日、周、年）、填表日期进行统计分析.
地块管理包括：地块编号、地块名称、相对位置、农户编号、灌溉机井编号、地块面积、种植作物、用水定额.
IC卡管理包括：IC卡卡号、IC卡类型、区域（区县、乡镇、村）、农户编号、农户名称、发卡时间.权限管理包括：角色名称、关联区域、权限设置.
(三)用水量管理子系统
1 制定灌溉制度
通过总结群众丰富灌水经验；根据灌溉试验资料制定灌溉制度；按水量平衡远离分析制定作物灌溉制度；制定出作为本年灌溉用水的标准,为制定和执行地块配水计划提供重要的参考依据,灌溉制度查询模块主要包括：名称、灌水次数、灌水时间、地块名称、灌水定额、灌溉定额、试用作物、试用范围,灌溉方式、制定时间,方案的制定人员.
2 制定配水计划
配水计划的内容包括确定每次用水时渠道的配水方式、时间和顺序,以及水量的分配等.配水计划查询功能模块包括：配水方式、配水时间、配水顺序、水量分配、试用范围（地块）.配水方式分为续灌、轮灌两种方式,计划的制定时间、制定人员等属性.
3 地块节水方案
通过灌溉制度与配水计划,制定地块的种植作物的具体节水方案,包括方案名称、地块乡镇区划、名称、种植作物、种植时间、配水方式、配水时间、配水顺序,计划配水量,方案制定时间、方案制定人员.
4 地块实际用水量
通过实际监测展现各地区地块的年、月、日实际用水量.包括地块名称、地块乡镇区划、种植作物、种植时间、用水方式、配水时间、配水顺序、实际用水量.
5 地块日、月、年用水量查询
通过实际监测展现各地区地块的日、月、年实际用水量.
6 节约用水量
通过地块计划配水量、实际用水量差值,计算出地块节约用水量.包括地块名称、地块乡镇区划、计划配水量、实际用水量、节水量.
7 节约用水率
通过地块计划配水量、实际用水量差值/计划配水量,计算出节约用税率.包括地块名称、地块乡镇区划、计划配水量、实际用水量、节水量,节约用水率.
8 节约用水奖励
制定奖励阀值,根据节水率所对应的奖励阀值,算出相应的奖励金额.包括地块名称、地块乡镇区划、计划配水量、实际用水量、节水量、节约用水率、奖励阀值、奖金金额.
(四)决策分析子系统
1 用水量统计分析
根据时间段统计分析各地块的用水量,通过地块可以选择区、县、镇、村,按照时间段选择,进行统计分析.
2 节水量统计分析
根据时间段统计分析吉林省各地块的节水量,通过地块可以选择区、县、镇、村,按照时间段进行统计分析.
3 泵站统计分析
根据时间段统计分析吉林省各地块的泵站数量,通过地块可以选择区、县、镇、村,按照时间段选择,进行统计分析.
4 机井统计分析
根据时间段统计分析吉林省各地块的水井数量,通过地块可以选择区、县、镇、村,按照时间段选择,进行统计分析.
5 节水基础设施统计分析
根据时间段统计分析吉林省各地块的节水基础设施数量,通过地块可以选择区、县、镇、村,按照时间段选择,进行统计分析.
6 用水量预警
根据时间段统计分析吉林省各地块的泵站数量,通过地块可以选择区、县、镇、村,按照时间段选择,进行统计分析.
7 水源工程分布图
叠加分析是通过对空间数据的加工或分析,提取用户需要的新的空间几何信息；叠加分析广泛应用于资源管理、城市建设评估、国土管理、农林牧业、统计等领域,空间叠加分析涉及到逻辑交、逻辑并、逻辑差、异或的运算.本系统使用了叠加分析来实现机井和地块叠加的业务需求.具体功能包括根据地块和机井数据,进行后台分析运算和统计,最后在前台进行成果展示.
五、结束语
农业节水灌溉综合管理信息系统从宏观上对水资源进行规划利用,实现水利信息化,达到水资源合理分配使用,推进节水型社会的建设.
在节水型社会水资源综合管理信息系统的建立过程中,将要着重考虑以下两个问题：一是由于系统涉及到多单位多部门,因此要解决如何设计好各子系统之间以及横向纵向网络的接口,保证各部门之间的信息交流畅通；二是由于系统涉及地理、社会、经济等各方面信息的存储与更新,传统的关系数据库难以适应.因此,在系统数据库的建立过程中,可以考虑将空间数据仓库这一最新技术应用到开发中.完
作者简介：贾广微（1983-）,女,助理研究员,研究方向：农业信息推广
通信作者：牛铭晨（1984 -）,男,副研究员,研究方向：农业网络信息
参考文献
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