（地图学与地理信息系统专业论文）蝗灾管理系统中若干技术问题研究.pdf

摘要 日前我国蝗灾管理下作中存在着很多问题，总体来讲科技含量偏低。提高蝗灾数据采集和管理 7 技术水平，特别是运用信息披术，逐步建立健全的蝗灾管理信息系统势在必行。本研究是一个延 ；眭的研究，在原来利川g i s 技术管理蝗灾的研究方面更进一步，取得_ ：r 些成果。 针对蝗灾发生的突发性，为了提高蝗灾管理的信息化水半，本研究参考了g p s 和g i s 技术在电 7 系统、物流管理和智能交通管理。p 的应i i _ j ，采川t 了g p s 和短信服务( s m s ) 技术，对隋况紧急的 ：情做到实时采集和实时临控、实时防治。 针对蝗灾管理中数据来源复杂，数据量很大的现状，本研究利用a r c s d e 空间数据库引擎实现 专题电子地图的关系数据库存储、管理，可以把来自文件、d b m s 、g p s 的矢量数据用关系数据 i 进行管理，大大提高了数据的结构性，减少了数据的兀余度，提- 岛了数据的存取效率。也使得空 】数据和蝗灾调商的属性数据得到有机结合。 经系统在大津市、河南省、山东省和河北省的治蝗丁作中使用验证。 关键词：蝗灾管理数据采集g p s 短信服务空问数据库 i 擎 中臀农业大学学位论文 奂义黼篮 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，t h e r ea r ee x i s t i n gm a n yp r o b l e m sw h i c hm o s t l ya r el o w l e v e ls c i e n c ea n dt e c h n o l o g yi n l o c u s t d i s a s t e ra d m i n i s t e ri no u rc o u n t r y i t si m p e r a t i v et oi m p r o v et h et e c h n i q u ec o n t e n to ft h ec o l l e c t i o n a n da d m i n i s t e ro fl o c u s t - d i s a s t e r ，e s p e c i a l l yt os e tu pw h o l e s o m ea d m i n i s t e ri n f o r m a t i o ns y s t e mo f l o c u s t d i s a s t e r t h i ss t u d yi sc o n t i n u e dt of o r m e rr e s e a r c ho fl o c u s t d i s a s t e ra d m i n i s t e ru s i n gg i s ，w eh a d g a i n e ds o m ef r u i ta sf o l l o w s a i m i n ga tt h ep a r o x y s m a lo fl o c u s t d i s a s t e r , i nt h ei n t e r e s to fi m p r o v i n gt h ei n f o n n m i o n a il e v e lo f l o c u s t 。d i s a s t e ra d m i n i s t e r , t h i ss t u d ya d o p t e dg p sa n ds m st or e a l t i m ec o l l e c t i o n ，i n s p e c t i o na n d p r e v e n t i o no fe m e r g e n td i s a s t e rt h ew o r kc o n s u l t e dt h ea p p l i c a t i o no fg p sa n dg 1 si n e l e c t r i cs y s t e m ， l o g i s t i c sa d m i n i s t e ra n di n t e l l i g e n tt r a f f i ca d m i n i s t e r c o n s i d e r i n gt h ea c t u a l i t yo fi n t r i c a t ed a t as o u r c ea n dl a r g eq u a n t i t y , o u rs t u d yc a r r i e do u tt h es a v i n g a n da d m i n i s t e ro fs p e c i a le l e c t r i c m a pd a t a b a s ei m p o s i n ga r c s d es p a c i a ld a t e b a s ee n g i n e 。t h er e s u l t c o u mm a n a g et h ev e c t o rd a t ec o m i n gf r o mf i l e s ，d b m sa n dg p si nr e l a t e dd a t e b a s e a n dt h e ni tc a l l g r e a t l ye n h a n c et h ed a t es t r n c t n r e ，r e d u c et h ed a t er e d u n d a n c y , i n c r e a s et h ed a t es a v i n ge f f i c i m l e y a n d o r g a n i c a l l yi n t e g r a t et h es p a e i a ld a t ea n dt h ea t t r i b u t ed a t eo f l o c u s t d i s a s t e rs u r v e y t h es y s t e mw a sv a l i d a t e di nl o c u s t c u r i n gw o r k so ft i a n j i nc i t y , h e n a n ，s h a n d o n ga n dh e b e i p r o v i n c e k e y w o r d ：l o c u s t d i s a s t e r a d m i n i s t e r d a t ac o l l e c t i o n ，g p s ，s m s ，s d e i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成粜。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 仑文中不包含其他 久已缀发表或撰鬈遵豹研究或袋，篷不包含为获禧中鞫农照大学或其它教骞提魏 的学位或证书而後用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究牛签名 州司：沙旷年月 ) f 1 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留邀交论文的复印件和磁盘，允许论文被懿阅和借阅，r u + 以采用影印、缩印或 扫描镰复利手段像存、汇编学位论文。同意中越农业大学可以爰不弱方式奁不同 媒体 二发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密厢应遵守此协议1 研究生签名 导师签名 鸟互弼 时间：护叮年6 月。f 日 ； 时间：m 矿年月，日 膏 j 邋终 中国农业火学砸士论立 绪论 。 骚究意义与磷究骜景 1 1 1 研究激义 第1 章绪论 我国是农业大蕊，农业灌国民经济的麟础。保持我国农业生产稳定发展、确保我图粮食安 全，是关系剑国家安全霸1 人民生活稳定的战略性重大问题。我国植物瘸虫害的发生面秘火、危 害重，常年闭瘸虫害损失赢达产量的3 5 ，! i 农作物收成的三分之一。蝗虫是我国农牧业生产 秘重要害虫，撵我国舂4 2 0 糖| 冀上，j 布存全国孬缝p l 。在农鲎技叠生产上鞠袋严重簸秘静静 类主要有e 蝗、弧洲小车蜉、意大利蝗、稻蝗和雏蝗等1 0 余种，主要为害汞本科农作物和牧草 【”。发生严煎眦，可造成绝产，不但经济损失严重，也会给社会安定造成不良影响。闪此，我国中 央嚣 各级地方政府扔来高度臻祝防治蝗灾。近年来，我瀚e 蝗发生又有严重的趋势，攒农业邦 农、 t 技术孛薤r 服务中心缀织全国槛檬赫予1 9 9 7 年静静查统计，9 0 年代我滏飞蜂蝗区分帝子1 5 1 个县( 市、犀) ，总面积为2 2 9 8 万亩，嘣“f 蝗发生面税亦达6 0 0 0 万亩，给我国农牧业生产带来 严重威胁如治理不及时则会群集起飞，造成迁e 为害的被劫局面”i 。飞蝗发生范围也警扩火趋 势，2 0 0 1 年突破2 0 0 万h 囊骏2 0 世纪7 0 年代增加了5 3 万l m t 2 1 4 j 。孤溯。蝗、弧洲小车蝗、 意犬捌婚等筝腺士蝗主要分布在我国j e 方肇原，不毽分靠在我国j 方边境适区草原，。眭盖分布在 与我国接壤的邻困草原，如哈萨克斯坦、蘩占国、吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦国。近儿年在我 国与周边的鳓家之闯常有蝗虫大范同迁徙发生为害事件，g i 起国际闻争议。近几年草躁l 蝗连 续暴发，常年发生甄积为运7 0 0 万l n ! ，糕照圭予对苹擞蝗虫暴发成灾瓣律研究不够，踺该类 蝗虫的虫情动态预测预报不准等，常常楚牧草被蝗虫晴禽空，给我国的革地畜牧业造成严重 损失”】。近儿年，草原士蠛优势种亚洲小车蝗时常火缀侵入内蒙古呼和浩特市、赤峰市，河 北省张家口市和承德市。2 0 0 2 年7 月，豫= ；! | t t 4 , 车蝗大量侵入北京市，严蓬干扰了市民的芷常生 惩，也给旁端瓣国嚣黟蒙带来了受嚣影响。载鬻器藏蝗发生预测与陇溃决策0 l 沿掰50 年我 的方法，有时必然造成延设防治时机，由于不能精准确定血害发生的时间和地域范围，加之在 使用防治方法时没有精确的地理信息作为参考等，因此，不但使农作物遭受损失，而。脯也大量 浪费了人、财、和物力资滁。目前我国的蝗灾防治中无沧是虫情预测遥怒指挥飞机防滴，都是 采璃a 海战本。 1 1 2 研究背景 随着德恩技术麓e 速教鼹，近年来，绝毽信息系境( g e o g r a p h i ci n f o r m a l i o as y s t e m ，篱称 g i s ) 、全球定位系统( g l o b ep o s i t i o n i n gs y s t e m ，简称：g p s ) 以及短信息( s h o r tm e s s a g es e r v i c e ， 简称：s m s ) 技术的发展和应用为传统的灾害管理工作的政革提供了新的思路和方法。 l | _ l 国农业大学坝士论文 绪论 地理信息系统是以计算机为基础的新兴技术，主要是，h 丁储存和处理与并分析管理地理空 间分布有关的海量信息。2 0 世纪8 0 年代我国开展了g i s 的研究与实验性的应川。进入9 0 年代 后，包括农业在内的很多行业开始了实质性的应_ l _ 与开发p j 。全球卫星定位系统，土要用丁对 地球空间位置的数字化精确定位年导航。它是由美国国防部( usd e p a r t m e n to fd e f e n s e d o d ) 丌发的一套基于卫星的无线导航系统。无呛是陆地、海洋还是太空用厂1 都司以通过 g p s 系统全天侯、天2 4 小时、全球任何位置的精确定位他们的互维坐标、速度和时间，其 定位精度比日前以及可以预见的将米任何无线导航系统都要高。【6 1 短信服务( s m s ) 是全球公认的 无线服务，它能够在移动用户及外部系统( 比如电子邮件、页面调度以及声音邮件系统) 之间 传送包括文字与数字的短信hj 。而蝗灾的发生有着极强的时效性和突发性，如何在蝗灾发生的 时候及时的采集、汇总、管理信息，从而及时有效的治理蝗灾，是一个暖待解决的问题。目前 将g i s 雨ig p s 以及s m s 相结合应用于蝗灾管理方面的研究还是非常少，中国糨i k 大学信息 管理系和农业部农业技术推r 中心合作在这方面作了一定的研究，并取得了一定的成果，推出 了初步的蝗灾管理系统，该系统结合g 1 s 技术针对蝗灾发生的特点设计了一定的防_ f 措施，提 出了利h jg p s s m s g i s 技术提高蜱灾治理的定位精确性和信息反馈的实效性的思路。但是尚存 存儿个方面问题等待角华狄：g p s 和计算机的数据传输问题尚处在构想阶段，没能得到应用；s m s 短信技术尚存在嫂f i ： l l 软件方面的障弼。这两个问题的存存，使得蝗灾管理系统的时效性不能 贯彻到实处，对蝗灾管理的实际】吲：造成非常人的障斟。另外在蝗灾管理系统投入些地区的 使用中发现，奉系统涉及到的空问数据数蕈非常大j 1 ：且米源复杂，用传统文什的方式管理空间 数据不能满足现实需求。 本文就是在这种背景下，前：前人研究基础上，对以卜问题作_ 广相应的研究。 1 2g i s 技术和g p s 技术在灾害中的应用现状 1 2 1 国外g i s g p s 在蝗灾管理中的应用现状 蝗虫是世界性大害虫，世界各国都在税极寻找新途径米防治蝗灾发生。采用生物防治技术 和信基技术提高防浒蝗l 水平是当今世界蝗虫治理盼重要。玎向而且发展迅速：由丁蝗虫多发 生在比较偏远的地区，对其种群动态和发生区的监洲技术直是困扰各国的重要问题。信息技 术正在为发生动态的监测平预报提供新的手段。从2 0 世纪9 0 年代开始，开始将g i s g p s 初步 应用于蝗虫监测分析，结合从7 0 8 0 年代就开始应用r 蝗灾管理的遥感技术，开展了大量的工 作，取得了许多有效成果。例如v o s s 等1 4 ”2 0 世纪9 0 年代初在北非苏丹红海沿岸带的研究， 这一地区是典型的沙漠蝗繁殖区域之一。在研究中他们选用了1 9 8 8 年和1 9 9 1 年的6 景 l a n d s a f f t m 图像。首先，在室内对t m 图像进行预判，并对与蝗虫生态环境有关的自然特征进行 分析，确定沙漠蝗的有代表性的生境类型；然后，在野外对蝗虫生境进行实地调查，并在g p s 的协 助下对生境类型计算机分类中所用的训练区进行准确定位，同时还详细收集了该地区的历史蝗 灾资料；在此基础上，利用最大似然分类法完成了t m 图像的沙漠蝗生境类型监督分类：此外，还利 用g i s 技术对沙漠蝗生境的有关参数进行数据建库、分析与成图并将其与遥感生境分类图像 2 中到农业大学硕十论文绪论 进行复合。从而获得研究区的“沙漠蝗潜在繁殖区分布图”。图i 表示i j 各类牛境分别针对沙漠 蝗的发生、繁殖和群聚的潜在可能性评价结果，将其川于指导地面沙漠蝗防治队伍进行有针对性 的防治。这个时期g i s 卡要作为遥感技术的一个辅助1 其。 近年来，吲外在将g i s 技术用j | 蝗虫的防浒上已有一些初步研究，例如s c h e l l 等o “1 在美国怀 俄明帅l 的研究。在研究中，他们系统地收集了该州4 8 年内的历史草地蝗虫发生资料，) r 利 ：1 g i s 技术将每年的蝗虫分布图与行政区界线图相迭置，历史上蝗灾发生的具体位置则借助g p s 予以 确定。在此基础上，编制了该州“蝗虫成灾频率图”。结果发现：在4 8 年内，怀俄明州有6 3 的地 区蝗虫的密度不足1 0 头m 2 ，即未超过所确定的应予防亍f i 标准；】8 的地区有5 1 0 年发生虫害； 仅有4 的地区在1 0 年以上发生虫灾。在较为严重的虫火区，4 8 年内有2 1 年成灾。最为严重的 虫灾分别发生t1 9 4 7 年和1 9 8 7 年，面积均超过4 0 0 万h 1 2 ；最不严蕈的虫灾发生于1 9 4 4 年和 1 9 8 9 1 9 9 4 年问，面积也都不足3 0 万h m 2 。此外，他们还利用g i s 技术对地形( 高程) 、土壤、降 水及潜在蒸发蒸腾等与蝗虫发生有关的参数进行了综合分析，即开展生境类型对蝗灾可能爆发 的“敏感性”分忻，其目的是找出应优先考虑进行蝗虫防治的地点。由于他们的研究对蝗虫潜在 发生的地点和范围能作山估计，因i f _ 研究成果具有很高的实用价值。 在 丁沙漠蝗预测的g i s 系统方面，迄今较为成熟的一个系统是联合囤粮农组织( f a o ) f j m a g o r 等h ”所研制的沙漠蝗预警管理系统( s w a r m s ) 。此系统n ，对全球或火区域尺度的沙摸蝗 的动态进行预测。该系统运行于s u n s p a r c l 0i 作站上，以a r c i n f o 为软件平台，并附有数据 库管理软f t 二i n g r e s 。此系统还与卫星地而接收站及因特网相连接。利j | 此系统，测报人员不仅 可更有效地对蝗虫及其有关生境参数数据进行管理和分析，而且随着野外实地收集资料质量的 进一步改善还可对蝗虫的发生迸彳_ j ：预警。 1 2 2 国内g | s g p s 在蝗灾管理中的应用现状 国内蝗灾管理中，g i s g p s 的应川研究比较少。到目前，比较成功的一个例子是张洪亮、 倪绍祥等人在g i s 的支持下对青海湖地区草地蝗虫发生进行了相关研究，庄a r c h l f o 和a r cv i e w 地理信息系统的支持下，进行草地蝗虫发生的地形分析( 包括海拔高度、坡度与坡向) 【4 ，草 地蝗虫发生与月均温的相关性分析1 5 ”。蒋建军、倪绍祥等人又对青海湖草地蝗虫生境进行了分 类研究9 “。 中国农业大学信息学院2 0 0 0 年开始的蝗虫灾害信息管理研究，设计出了基本的蝗灾管 理系统框架，并完成基本的m i s 系统功能。但是也存在很多不足：1 数据采集系统由于g p s 与计算机的数据传输存在技术瓶颈，尚处在理论构想阶段。2 在利川无线通讯管理蝗虫灾害信 息方面山于硬件和软件技术原因，尚未得以在系统中使用。3 系统采用基础矢量图件只有行政 界，缺少道路水系等高线等关键要素，不能反映地形和水文等特征，不利于蝗灾的调奄和防治 工作的开展。4 在空问数据的管理方面由于采用文件式管理模，使得空间数据出现凌乱冗余 现象，并且在实时数据管理方面不能满足需求。这几方面的缺陷使得改系统不能很好的满足蝗 灾治理工作，不能投入实际应用。 以上的研究表明，利用g i s 和g p s 进行野外数据采集和农业害虫防治在国外已经得到了比 中国农业人学坝一卜论文 绪论 鞍j 一泛| 鼋瘫鹚，在国内也存定的蹬究遴壤。毽是，觚隧上的 | 究孛发税，翻潮3 s 铰零洽理 蜱灾方而主要垌于灾后数据调查和分析，对于蝗灾发生的时效性关注不足，但是蜱灾【卜j 效洼很 慢，需要及时实施防治措施，才能肯效控制蝗灾。 根据我们所悫资辩，无线逆讯技术在蝗灾管理：1 ： 乍中的惠蠲还十分罕见。基于g s m 网的 惹信息服务加上g p s 定霞模块# i 甄为蘩急灾害信患获敬撬供灏瞬恐鼹萃睢方法。本研究为懿灾嚣 理系统提供了无线短信息传输紧急灾害信息的途径，为防治对时效性要求很高的蝗虫灾害赢得 了宝贵时间。 本研究携鞫垂勺是：结合蝗灾管理工作瓣实薅培况，在吸取藏大研究裁渠豹基础上，完成 g p s g i s s m s 蝗灾管理技术路线，并由戴开发一套蝗灾管毽系统，鬟离辫内的蝗灾治璃农乎。 4 申爝农业大学须士论文系统分析与设计 2 1 系统需求分析 第2 章系统分析与设计 系统需求分析烂蝗灾管理系缆开发的关键工作阶段。通过对工作模式流心的深入分析，获 取具体逻辑模型，从功能上确定蝗灾监测的要求，定义蝗灾管理系统的逻辑功能，猷指导系统 的设计与开笈。 对丁蝗灾的管理t 佧从管理角色米说一般分为国家级防控中心、省级防控中心和县级防控 中心三级。国家级精控中心一般负责从整体上镣理太区域的灾情监控与防治方$ 原则；省级防 控巾心一般负责本省的灾情监控和具体的防渝方法并向国家级防控中心汇报术省的灾害发生辩i 防治壤提：蕊县级防控站划负费共体瀚灾愤数攮聚集一j 撵并向国家级黪控中心翱省级瞻控峙】心 及时报告灾情。蝗灾的符理工作体系结构如图2 1 所示 蝗灾管珲、| 务流程 添 塾缬防挖+ 国家级防控中心 骚 囊竣骆 篮 眷舞麓稚 一 。l ，“”r “篝 p 心可 镬接向嘲 l 薮 hr | 确 蓐控串 蕊 家及防豁 心霓嚣直 豁 中心j 匕搬 省缀防控中心 省级酗控中心省级防控中心 接昔拌熙 l箍挥瘩瓣| “嚣控巾 。 l 蕊 f 饕嚣防谨中心i 盛搿鞴蓑l ；舟 数鼍王 巍玷挣中一舟 i 照撩防挣中心pl 晏瓤酶捧中心| 珏绪黼捧_ 巾心| ：囝 图2 一i 蝗灾的管理工作体系结构匿 从上翻可隧褥知，对于蝗灾镑理工作，主要分为灾情数摄的采集鄹卜报、防治攒箍方案的 确定和指挥防治等几个主要j 二作步骤。对于数据采集一】= 作主要是在县级防控站以及f 属防螅站 避行，而数据的上报可根据不同的需要，由县级防控站向省级防控中心或者商接向国家级防控 中心直接上报。在这个工作体系中，省级防控中心可以收集辖嚣内的灾情数搬并对灾情作出防 治指挥的万案，同时省级防控中心还承掇向国家级防控中心上报数据的工作。国家级防控中心 是蝗灾管理： 作 零系中数最高级别，它的主要：i ：馋是婺体监控全国的灾害发生情擞，共对十分 严遵紧急的灾害直接作出防治方案和指挥防治工作。由于数据采集t 作分布檄广，很多由乡级 防蟪员进 ? ，焉爱豹软件篷将嚣常大，潮对这一级别的工作往务主要燕采集数据，傲不负责 r v 圈农业人学硕上论文 系统分析与设计 灾情的分析指挥，将数据采集的功能分离出来作为一个子系统，不但可以减轻系统开发维护费 用，也可以更好的满足现实需要，让基层使用人员更加彝易方便。 2 1 1 蝗灾野外数据采集系统需求分析 数据是蝗灾管理系统的基础，我制对蝗灾的监测雨i 管理都是建立在对灾害数据的分析之上 的。在蝗灾数据采集，f ：作中，数据包括标志灾害发生地点的位置数据和标志灾害发生状况的专 业属性数据。所以，野外数据采集系统的结构也分为地理数据采集和专业数据采集两大功能模 块。 对于野外数据采集系统中的地理位置数据即g p s 手持机采集的经纬度地理数据的管理，主 要是通过从g p s 手持机中直接通过串口通讯的方式导入到计算机中，然后将经纬度数据存入特 定的数据库中。同时，g p s 手持机中存储的经纬度信息以外的其他对采集系统有川的数据，如 日j j j 数据、高度数据、航点标记、航线标记等数据也都将被存储至系统的数据库。 野外数据采集系统中的专业属性数据的采集丰要是通过两种方式存储在系统的数据库中 篇种方式是通过该系统的使川人员在野外手工记录后，回剑窄山将其与相应的地理位置对应 输入数据库：第二种方式是通过笔记本i b 脑l 毗某作人员直接在野外进行数据的输入。蝗灾的专 业数据主要包括灾害的级别、地理环境、水文状况等。通过实际1 作检验，第二种方式由于野 外采集的t 作特点，操作人员在灾害发生地不是很方使进行电脑操作，同日j 笔记本电脑的电源 限制也不允许在野外氏日j 问进行操作，冈此，根据野外数据采集工作的需求出发，第- q , 方式， 南g p s 手持机定位加上人工记录的方式比较适合野外数据采集上作的需求。 2 1 2 蝗灾管理系统需求分析 蝗灾管理主要是对野外数据采集系统所采集到的数据进行管理利应用，如对灾情作出判定、 针对灾情作出防治方案和具体指挥措施。 对于灾情作山判定，可以根据不同的灾害情况，做出判定。以蝗灾为例，考虑到蝗灾的特 点，灾情的严重程度是由成虫密度、虫蝻密度、不同龄期的蝗虫密度共同决定的，在判定工作 刚首先妥杖据所采集的数据确定灾吾处十那个阶段，然后在判定它的严重栏度。 防治方案的做出也要综合多种数据，如灾害的严重程度、灾区的生态状况和灾区的地理环 境。对于不同时期的灾害，系统会提供不同的防治方案，供管理决策参考。作防治方案的同时 还应考虑防治方案对灾区生态环境的影响、当地的地形以及人文情况是否允许该防治方案。 蝗灾对时效性要求非常高，往往一到两天灾害就会发生非常大的变化，因此，对灾害管理 的时效性要求也非常高，管理决策部门常常会需要灾害时实动态的信息。 蝗灾的具体防治措施包括防治的方式，是通过药物防治或是通过生物防治。如果采用飞机 治蝗，则需要根据不同的地形和环境情况，作出航线导航飞机进行施药。 中国农业人学颧_ ：论文 系统分析与设计 2 2 数据库分析与设计 蝗灾有其孕育、发生、发塍、转化的时间与空间，蝗灾发生的环境背浸信息对丁蝗灾监测、 评翁零 防泛决策邈 & 重要。 1 3 n 魏，恁瑗空间信息在蝗灾釜潮中i i 有l 常耋要戆地位。瞧灾营 理信息系统在g t s 的支持下嚣台蝗灾数谢炎型可建立多种地理空间数据库和属性鼗据库。 2 2 1 野外数据采集系统数据库设计 野外数据采集系统的数据主要分为g p s 位簧数据和数据采集 员所采集的专业属性数据， 而对于整个系统来说，需耍一个完整、统的数据库，因此，在进行数据库设计时囚考虑到地 理数据拳l 专业数据的统一性。火致关系如蹦2 - 2 图2 - 2 野外数据采集系统数据库关系图 对予数攥采集系统麓受鬣数据管理，麓者栗蠲了关系型熬据痒蒋缀成父鼙建形熬掇始坐标 数据存入数撼库，然后通过番个坐标点之问的相互关系，如组成关系，掭扑关系等，动态的形 成需要的欠撼闰形数据。运样，可以解决矢量数据与业属性数据分离的问题，同时挝高丫系 统的数据的共享和交换能力。详细设计如到2 - 3 图2 3 野外数据采集系统数据库详细设计 一；j 墨习 中国农业大学鞭士论文 系统分橱与设计 2 2 2 灾害管理系统数据艨设计 蝗灾管理系统的数据主臻分为地理数据和专业数据，其中地理数摒分为基础地理倒秸和灾 害发生避静g p s 定位鼗耀懿及s m s 袭据：专超效摆又分为；瘸溅鼗疆、历史数据、惫态数摇 绸成，它是该系统的基础支撑。如图2 - 4 所示： 图2 - 4炎管管理系统数罐库荚暮雷 蝗火管理系统中，基础地理嘲件有两部分组成，+ 部分是以1 ：2 5 万的全国基础地理数字 阁f 二为底圈，共有7 个要素。另一部分是采娜便携式g p s 手持帆实地确定蝗虫发生区的地面控 嚣锢点，获铝遗蕊控制点的瑟确境理坐标，款| 瓤在1 ：2 5 万的全国墓璃蟪瑗鼗字圈髂土勾绘禹蝗 虫发生i 父的范黼。将勾绘纳果进行汇总叠加，生成1 ：2 5 万某个地区或者全国蝗虫发生区现状 分布l 刳，并牛成相应的久鼓俐彤库。 历史数据是建立重点蝗聪的蝗灾发生稷黢与发生疆i 积、发生时间、发生频率、现状的信息 数据库，这黧缝灾发生的历史舞l 识信息将对浚系统运行疆灾预报超列十分重要的箨掰。 属性数据烂在矢量数据的基础上，给矢餐数据所指定的地理位雀添加蝗区的水文特征、植 被的种类、土壤类型、该地区蝗虫的天敌种类以及该地区蝗虫的种类组成，这些属性信息是该 系统箨出蝗灾 = 鬟掇的数据基锻。 对手管理系统的实时灾芬矢鼙数据昀管瑶，我们首先考虑捌与采集系统所存储的数撵的一 效性，因此，对于实时灾害矢量数据的存储，在管理系统中我们也采用了关系型数据库管理数 撼的思想，为采壤系统的数槲提供了一组数据接口，使得所采集到的数据能够无损的保存在管 瑾蓑缓貔鼗据痒中。疑霹对生戒熬矢量强澎，存继在系缓瓣空润数据瘴中。 整个蝗灾管理系统的运停，是| 三 数据为基础面展开的，芄内涵式及时数菇在系统融的一个 传递的过程。同时，数据流稷也反映了项目管理的实施过稷。妇下图2 - 5 所示： 8 中国农业大学顺卜论文系统分析与设计 2 3 系统体系结构的设计 图2 - 5 蝗灾管理数据漉程 2 3 。1 蝗灾野孙数据采集聚统的设计 蝗灾野外数据采集系统涉及界面的表达垮交互、数据的组织存取处残、算法的实现等二i ： 作。根据三层结构( 3 一t i e r ) 思想，我们将野外数据采集系统设计为人机界面交互层、业务逻 辑墨、数据鼹务毖三爱，热翻2 - 2 掰示。 人视秀丽交互层负责界蕊瓣表达、与用户盼变互工佧，如欠量图形酶生成参鼗指定、对篷 形窗口的漫游新i 放、计算结果的图表化显示年n 专业属性信息的录入等等。业务逻辑层则根据采 集1 作的需求缎织存储和处理数据，如：将用户修改的图形数据按照数据库定义的规则存入相 瘴豹表中，缨织参与撼蛰诗雾疆黪螨时数摆裘等等。鼗攥瑕务鬟矧受羹空鬻鼗纂痒、缓瞧与矢 篷数据的管璎1 ：作。在野外数据采集系统体象结梅中，完成一项完整的数据采集任务一般需要 经过如下几个过程：从g p s 数据中提取相关的信息，经业务逻辑层的组织t 处理，提交给界面 服务层：用户交互设定参数厉樽经业务逻辑艨的组织处理将计算所需的参数表存入数掘库中； 蒸焉瘟动矢羹 作蔼算法程痔，算法程序攫撂攀先戆约定飘稳应浆表中获毅诗算蜃焉数据，缝运 算将结果数据袋存入数据库中；其后启动业务逻辑处理程序( 专业属性数据的录入和图形重新 拓扑) ，它从数据库中提取出计算结果并提交给界面服务层，使计算结果以图文结台的方式展现 9 巾毽农业犬学硬，l + 论文系统分辑与鞋计 给川广】。 璺2 - 5 鼗据慕纂系统体系结糖鞠 野外数据采集系统的功能分为g p s 数据导入、灾区地图生成、地阁编辑、属性录入和其他 等j 0 拿功藏模块。系统结构强粕淄2 - 6 所示： 辩轿鼗箍菜囊系统秘 | 、_ 一- lg p s 蒙搬导九灾蜓地翔垒壤地麟翁辑属社荣 其它功能 图2 - 6z 野外数据采集系统功能结构 g p s 数据导入功能将遣理空闰鼗据的胰g p s 手持褫导a 计葬辊系统麓功缝。该功能穰块是 系统的数据来源，它保证了数据原始存德。该功能模块宪戒g p s 数据的收集i 。作，出于涉及硬 中 之间的通讯，觚技术艺考虑，渡模块的设计憝整个数据采集系统的技术难点。 灾区地图生成功能完成了数据从数据库记求到矢量图的转换。单纯的数据库记录对于系统 使用者来溉只是一条条文字记录和表格，菲常不直蕊。也不利于用户对数据准确性的检验，而 如果将这条条文字记录和表格都转换为图形，用户就可以徽直观的对灾区采集的准确性做出 检验，也利于专娥属性的泶入。该功能模块就完成了数据从文本记录茔4 矢量豳犟的转换。 地图编辑功能提供了用户对g p s 采集的原始麴据的修改。用户避过对图形的添加、删除尊1 移动的编辑工作，然后将图形数据的修改保存到原始的数据库记录，实际完成了对g p s 采集原 始数据的修改。该功能模块就完成了熬握的检缝工 乍，从技术上考虑，该模块豹设计是整个数 据采集系统的技术难点。 属性聚入功戴提供穷；| 户争业壤性数提的录入。与缀多数攥录入系统不弱，本系绞采取了翻 0 中圈农业人学颂士论文 系统分析与设计 文羹会蕊录入方式。焉产霹塔逶过系统垂动菝取霪妥透露数据录入髫斑的翁鹃，纛该翻旋缡鹳 与专业属性数据的编码是唯一的并一一对应，从而完成对争业属性数据的泶入。该功能模块支 持专业属性数据的录入，从系统功能e 考虑，该模块是整个数据采集系统的核心。 2 3 2 蝗灾繁遴系统耱设计 本系统采川g t s 、m i s 羊s m s 技术，建立蝗灾管理系统。系统的主嚣需求是对野外数据采 集系统所采集翻热据进行鹜理和应用。蓠先系统需要对采集豹数据进行存糖，然后根据应潮 的需求对数据进行整理彝分辨，魏灾情粼磷帮灾害数据褒诲，并且可以避步报据需求锻出防 治方案。 蝗灾管嫂系统主要包括包括历史数据管理子系统、灾情判别子系统、防治指挥予系统、灾 害菇患查诲予篆缓和紧急精撼蓝测子系绞等凡个子系统。如f 圈2 7 新豕： 表抄_ 茏害静，i 系筑 蘩囊敲姑管理1 l 麦传制j j i jr 聚缝| | 骑衍揖粹f 系境 | 囊囊情息矗诲ff 纂霪饽况箍剃于 | 蜱它砖德 图2 7 蝗灾管理系统功畿结构 历史数瓣管理子系统主臻功疑是对历雯土灾害需发生i 照灾害熬掇翁嚣避，壹予壤灾豹特定 圉莱，灾害的发生往往有一定的规律性私延续性，因此，掰史灾害发生情况对我们舫淤灾害有 十分重要的指导意义。 灾情判圳子系统的主要功能是对数摆袋集系统所采集的原婚数据进行分橱，根据灾害 匀特 点，确定出灾害游严重程魔。蝗灾翁特点决定灾害戆严委程凄往茬是奄缀多陶素奘弼决定麓， 所以就需要根据不同的特点建立不同的模测，用来判别不同灾害的严煎聪度。 防治指摔子系统的主臻功能是根据灾情，系统自动做出应对措施，譬如采取什么样的防治 方法、麓药的 9 类和防治的溅确靛受。丽该功能的实现又釉灾害发生严燕度期剐子系统、采集 系统所采集躺数据辛霹袋系。龟防治指舞子系统确定出葭滁辩准确霞美最，系统麓谚生成辊俸 业航线图，指导飞机精准施舒防治蝗虫。 灾害信息齑询子系统主藏提供灾害情况的查询。根据用户的需求，磷询方式包括在图形上 直接点击套询该建区翅应懿壤瞧信息，或者道过条传套海褥巅满足条件静灾害发生塘区，然盖 在地图上找剥稽应的地区。 紧急情? 兄监测子系统用于对灾害信息联求时实监测的情况下。考虑到中国移动的g s m 网 的覆盖范围，紧急情况监测予系统采用短信服务( s m s ) 为平台，州短倍的方式时实传送灾情。 所发送静短臻内容主要包撬灾害戆霞羞帮灾害鳇严重稳度，薮壤这些信惑霹毁为灾害滤及霹跨 治起到很重戮的作用。 其它功能主要包括图形撼本操作和帮助功能。 观测数据莱集模块、历史信息输入模块和生态状况倍，媳输入模块是发肇程度评估模块期坊 l 中国农业人学面琵l 论文系统分析与设计 治技术模块鹳数据基礁。发生程度评靛予系统出发生程发决策模块翻校擎瘴缀痰。在发童三程度 子系统作灾情分析前，首先模型库根据瑚户进行决策分析时所调鹏的应削分析模型，向数据 库系统提山数据需求圾存储格式要求。g p s 导航子系统由防治技术模块组成。在发生张度。r 系统手# 出蝗灾发生程度分折焉，导航子系统将得到蝗灾发生瞧糖确地理坐标鞠l 发生情况，此时 系统会缝合j ：囊擞蝗灾发生清溅盼出搿药方案，然后警航税涟药。数据输出子系统鸯数姑奔e 蕾 模块和打印模块组成。整个系统各个功能樾块之间的i ：作流程和数据通信如下幽2 - 8 所示； 2 3 3 各个系统之间的关繇 国2 8 功麓横块之翘船工作滚程鞫数据通信 针对数字纯蝗虫发生区簿理信息系统的实骣闻题，运过对实际运 亍王捧渡程进行分末野，以 及对实际工作耍求综合提炼，概括抽象出技术运作系统稳流程圈( 冕圈2 。1 ) 。在以往孵系统管 理中，通常魁图形与属性数据分离，在本系统中，数字化地图的生成过税中，将蝗区的专业属 性数据与地理属性相结合，利用地块i d 号将属性数据与空间数据相关联，并且在主要的数据 袭中热a 对润矮性，扶两实琨历史鼗据与赛时数据兹袋系。 数字他蠛史发生区管理系统的总体逻辑结构是：以芙系型数据库嚣矬系统为数秣基础，通 过人机交互系统构筑蝗虫灾害防治决策指挥系统的运行环境，有效的实现属性信息的输入、蝗 灾程度的辨别、飞机的导航喷药等全面操作功能。系统的总体结构如图2 。6 所示。 2 中田农业人学硕一l 论文 系统分析1 啦汁 蝗灾管 数据库系统 区亟 医麴二 图2 - 9数字化蝗虫发生区管理系统总体结构 对应4 啐灾的管理l 作体系结构，整个系统由全固指挥中心、各省植保站和县级观测站三级 绷成。各个不同的系统模块运行在不同的级别上。如图2 7 所示： 葫勤菠 图2 1 0蝗灾管理系统运转模式图 县级应急站负责数据采集t 作，采集所得的数据通过i n t e m e t 以电子邮件或磁盘的方式进 行传输和汇总。野外数据采集系统运行在该模块上，县级应急站采用g p s 手持机采集灾害数据， 然后上传到省级植保站的管理系统。对于灾情紧急的数据，县级应急站直接通过手机短信的方 式直接向省级和国家级指挥中心发送灾情数据。 全国指挥中心从省级或县级防治部门获得灾情数据后作出灾情判别和防治方案，然后反馈 兰 挈 审薅农业大学碳士论文 系缱分辑譬设计 i i 剑省级植保站。在省级植保站的指导f ，导航飞机进行施药。 觚本翻中可隧看出，藏系统集圭也瑗信息系统技术、嘲络技术、至象逑使技术、密虫豁浓技 术于一体。县级成急站以采川1 j 最定位技术定时将灾害发生蚝丰| l 防治区进 丁= 数字化定位，j 计以 融络传输给省缀穑傈站，由省级植傈蚺蒋传给系统维护中心，在鼗字地图中勾面凼灾害发生医 的动态( 发生区域垌i 防治区域) 。以蝗灾为例，庄全国和各省级植保站的决繁f ，定出飞机防浩 蛾虫的隧域，形成e 机防治蝗虫作韭匿数字地图实时传输给e 机防治指挥部，以此飞祝采j n 全 球卫星定位系统导航，在蝗虫发生区赛施精礁施蛰防治，同时取代以往的人工地面打信号导航 的系统。 2 ，4 系统部分界面示倒 图2 - 1 1 设鼹g p s 数据导入参数 图2 - 1 2 羼性数据录a 4 图2 f 3 数据编辑功蘸 潮2 1 4 眉鼗撂采纂豢缝采集蝗秘静天津毒宣蝗匹强 图2 - 1 5 蝗灾发生级别分布图 5 图2 1 6 蝗灾管理系统查诲结粜界面 蚕2 - 1 7s m s 短信接筏器嚣 中国农q k 人学坝士论文象统空闸数摆管理研究 第3 章系统空间数据管理研究 3 。l 采焉a r c s d e 存储数据豹磐婺牲 3 1 1 来源复杂 在蝗灾管骥系统魏弼应 j 中我们发瑗，系统涉及列审问数据来源晓较复杂，主要分为鞋 下几类： 本系统采捌1 ：2 5 万数字专题地图，共有7 要素，分层如f 裘所示 ( 2 ) 遗遭g p s 撼定遮区。蠢为吾省寰避区域比较嘲定，为了漆王攀穷镬，备省臻g p s 终 宜蝗区域调查詹绘制成蝗区，以后的蝗灾调查和治理将主要集中于宜蝗区域中进行。吲为一旦 调查确定后宜蝗l x 域数年内将不再变动，所以这一层也作为底图供用户渊j ； j 。 ( 3 ) 用户添加的空间数据： 徭户在馊掰系统过程孛可缝嚣要调入其毡空润袭据强供参考，系籁露鬟提洪接疆以爱幅对 存储管理功毹。 ( 4 ) g p s 采集数据 g p s 采糍的数据经采集系统编辑、录入属性数据以后母入管理系统后，系统要提供按调查 对翔、导入时闻等生成实时数据圈屡，分别有样点窝壤鄹图斑翻屡，豁需要提供蟾时存髓 管理| 盖供森淘统计使角。 ( 5 ) 短消息生成空间数据 短消息被管理系统捕获以后，一方面在蔗统地图上面定位，发警报，另一方面需要有一 个记录以供疆商壹淘统计，这就需要存储瞥理。 3 1 2 数据黛很大 除了固定底图以外，随着g p s 和短信s m s 采集数据的逐步增多，数据量蒋非常碱火 中圈农业人学硕二卜论文系统空间数据管理研究 如何管理这么庞大的数据量是一个很人的问题。而a r c s d e 擅蚝丁大蕈空间数据的管理，冈此， 通过a r c s d e 空问数据库引擎管理空问数据是一个合理的选择。 3 1 3 用户对空间数据的管理需求复杂 用户币仅仅要能对现响数据进行简单的现实奄询，还需要能够选择时间段生成时实图层， 对某段历史内紧急蝗灾进行统计，对于从g p s 导入数据按导入时间分批次管理等等，对于空间 数据的管理要求比较复杂。 3 1 4 软件平台间的匹配 由于本系统采用的是a r c v i e w 平台，考虑软件平台问的兼容性，选择a r c s d e 卒间数据库引擎 是比较合适的。 3 2 a r e s d e 的基本原理 3 2 1 空间数据库引擎( s o e ) 概述 空间数据库引擎( s p a t i a ld a t a b a s ee n g i n e ) 是一种处丁应用程序和数据库管理系统之间的开 放且基丁标准的中间件披术，是商用g i s 软件用中间件技术与大型商用关系型数据库管理系统 ( r d b m s ) 的集成，是实现关系数据模型和关系扩展的重要方法。使i ；| 不同g i sj 商数据的客户 可以通过空间数据引擎将 身的数据提交给大型数据库，南人型数据库统一管理：同样，客户也 可以通过空间数据库引擎提供的用户和异种空间数据庠之间的数据接口，从r d b m s 中获取其 他类型g i s 的数据，井转化成客户可以使用的方式空间数据引擎成为各种格式不同空间数据山 入大型r d b m s 的转换通道。在网络中，s d e 允许一个点通过网络设备发布空间数据，为任何 客户从任何服务器、任何地点提供数据服务，实现了c s 结构的空问数据服务。 3 2 2a r c s d e 的功能简介 a r c s d e 是e s r i 空问数据库引擎的一个专业版本，主要是为现有的a r c l n f o 设汁，旨在帮 助a r c l n f o 将其数据和a r c s d e 软件的c s 技术相结合，不再需要数据复制和i 转换，为更多用 户提供了方便。a r c s d e 作为a r c l n f o 的扩展，基于两个服务器，s d ef o rc o v e r a g e 服务器羊s d e f o rd b m s 服务器，还包括五个s d e 客户连接。五个客户应川可以在不破坏数据的前提下同时 连接剑s d ef o r c o v e r a g e 服务器和s d ef o rd b m s 服务器，存取同样的数据。s d ef o rc o v e r a g e 服务器可以独立于d b m s 管理任何a r c l n f o 支持的矢量数据格式，如图3 1 所示。 强3 。1a k s d e 抟珐鞋示捌 如果a r c i n f o 已经使用了d b m s ，比如o r a c l e ，i n f o r m i x ，m ss q i 。s e v e r 、s y b a s e 或者i b m d b 2 ，那么a r e s d e 靛d b m s 鬏务器胃醴佟；l 镭嚣为耀貉客户端提供鼗据糕务。a r c s d e 穆 a r c l n f o 升级剑s d ec s 结构f ，同时l 担提供了使用用户本地d b m s 的s d e 的简便转换。 瞄3 - 2s d e 与关系型数据管理系统的结合 蘧常掰浚的s d e 就是d e m o n s t r a t i