第三章-农业数据库及管理信息系统PPT课件

1 第二章农业数据库及管理信息系统 第一节农业数据库的概念与特征 第四节数据库技术基础 第三节农业数据库 管理信息 系统的研制与应用 第二节农业管理信息系统的概念与特征 结束 2 概述 农业信息数据库 AgriculturalDatabase 的建设是农业信息技术工作的基础 目前 国内农 林 水 气 土地和环境等部门都在开展信息技术应用工作 而任何部门开展这项工作的第一步就是建立基础数据库 为避免低水平的重复 特别是要发挥数据库的作用 关键是保持数据库内容的现实性 而各种环境资源状况是不断变化的 必须及时更新以保持数据库内容的现实性 否则数据库就不能发挥作用 因此 将农 林 水 土地等部门都需要的一些基础数据库 例如将农业资源信息 社会经济信息和科技信息等集中起来 统一建设农业信息综合基础数据库 由一个部门负责建设 管理 各部门共享 可节省大量资金 并可集中力量维护以保持其现势性 这是开展农业信息技术工作的关键 3 第一节农业数据库的概念与特征 返回 结束 二 数据库的概念与结构 三 农业数据库系统的特征 一 农业数据库的定义 4 农业数据库定义 农业数据库是一种有组织地动态地存储 管理 重复利用 分析预测一系列有密切联系的农业方面的数据集合 数据库 的计算机系统 主要包括农业资源信息数据库 农业生产资源信息数据库 农业技术信息数据库 农产品市场信息数据库 农业政策法规数据库 农业机构数据库等 返回 5 一 数据库的概念与结构 一 数据库的概念与结构 二 数据库的功能和特性 三 数据库管理系统 四 数据库管理员 返回 结束 6 一 数据库的概念与结构 数据库系统是基于数据库的计算机应用系统 它包括了以数据为主体的数据库和管理数据库系统的系统软件DBMS 还包括了支持数据库系统的计算机硬件环境和操作系统环境 管理和使用数据库系统的人 方便使用和管理系统的各种技术说明书和使用说明书 返回 7 数据库 数据库管理系统和数据库系统是三个不同的概念 数据库强调的是数据数据库管理系统强调的是系统软件数据库管理员是指负责数据库全面管理工作的人 数据库系统 8 二 数据库的功能和特性 数据库的功能和特性主要有 数据库是相互关联的数据的集合 用综合的方法组织数据 可降低数据的冗余度 实现数据共享 具有较高的独立性 数据库技术能够保证数据是安全的 可靠的 能最大限度地保证数据的正确性和完整性 数据库中的数据可以并发使用并能同时保证数据的一致性 上述数据库的各种功能和特性并不是数据库中的数据所固有的 它是靠管理或支持数据库的系统软件 数据库管理系统 DBMS 提供的 数据库管理系统具有数据库的定义 操纵 查询 控制和通信功能 返回 9 三 数据库管理系统 数据库管理系统是为数据库的建立 使用和维护而配置的软件 它建立在操作系统的基础上 对数据库进行统一的管理和控制 用户使用的各种数据库命令以及应用程序的执行都要通过数据库管理系统 数据库管理系统还承担着数据库的维护工作 按照数据库管理员所规定的要求 保证数据库的安全性和完整性 数据库管理系统 DBMS 可以被定义为是可以用来管理并与数据库相互作用的工具 大多数DBMS可完成以下功能 存储数据 建立并维护数据结构 允许多个用户并发访问 加强安全性和保密性 允许提取和操作已存储的数据 实现数据录入和数据加载 提供对指定数据快速提取的高效索引机制 提供不同记录的一致性 通过备份和恢复过程保证数据免遭丢失 10 不同类型的DBMS 1 层次DBMS以树形结构存储数据 它假定数据之间的父 子关系 树的顶端称为根 它可能有很多后代 后代又有任意多个下一代等等 层次数据库现在已经消失 2 网络DBMS以记录和链接的形式存储数据 这样的系统使多对多关系比层次DBMS更灵活 网络DBMS非常快而且存储效率很高 网络数据库管理系统允许使用复杂的数据结构 但非常不方便并要求繁重冗长的设计 3 关系DBMS RDBMS 具备数据库可能有的最简单结构 在RDBMS中 数据被组织成表 而表又由记录组成 记录由字段 域 组成 每个字段对应一个数据项 如果表又有一个或多个共同字段 则两个以上的表可能链接 联结 在一起 RDBMS易于使用并在过去几十年中流行开来 4 面向对象的DBMS用于处理数字和词之类的数据 近几年 已出现面向对象的DBMS 这些系统可以处理视频 图像 图片之类的对象 返回 11 四 数据库管理员 专门用来对数据库中的数据进行管理和维护的人叫做数据库管理员 简称DBA 主要职能包括 负责数据库核心及其开发工具的安装和升级 为数据库系统分配存储空间并规划未来的存储需求 一旦开发者设计了应用 DBA负责建立基本的数据库存储结构 协助开发者建立基本的对象 表 视图 索引 如果需要 协助开发者修改数据结构 负责注册用户并维护系统的安全性 监控用户对数据库的存取 监控并优化数据库的性能 负责数据库系统的备份和恢复 返回 12 三 农业数据库系统的特征 信息 物质和能量构成世界的三大资源 农业信息浩如烟海 要使各种信息变成能为农业服务的信息资源 将信息加工成数据库 建立起农业数据库系统是目前最普遍 最实用的方法 在计算机应用程序的支持下 可方便地查询 检索 农业数据库系统主要包括 农业资源信息数据库系统农业生产资料信息数据库系统农业技术信息数据库系统农产品市场信息数据库系统农业政策法规数据库系统农业机构数据库系统 13 一 农业数据库的分类 二 建立农业数据库的要求 三 农业数据库技术发展趋势 结束 返回 14 1 农业数据库 从适用范围上可分为以下几类 1 农业资源库 又包括地理资源库 即把国家的水土资源进行科学归类而形成的资源库 种质资源库 包括植物 动物 昆虫 微生物的整个生物群体 基因资源库 是育种工程的重要保证 人力资源库 人力资源是资源中最重要的组成部分 2 农业技术库 从科研到科普 从种植到养殖再到市场等农业产业化的全过程的技术 3 农业统计库 又包括企业与产品库 包含从企业到产品 再从产品到市场的信息链 生产信息统计库 包含农业产业生产过程中产生的大量数据 农业气象资料库 包含为农业生产服务提供的天气现象记载 15 2 农业应用的主要数据库类型 1 大型关系数据库 2 小型关系数据库 3 全文检索型数据库 返回 结束 16 主要使用的产品有SYBASE ORACLE 采用Client Server结构 支持多用户查询 主要应用于科技文献管理 科技项目管理等 返回 17 主要使用的产品有DBASE FOXBASE FOXPRO 运行在单机上 由各个职能部门使用 数据基本上不共享 主要应用于各部门内部管理 如人事档案 工资发放 固定资产 业绩考核等系统 返回 18 主要使用的产品有TRS全文检索系统 全文检索系统与传统的关系数据库系统在存储及管理方式上有所不同 它是将整篇文章以文件形式存储 检索时可以文件中的任何一个字 词或词组来检索 特别适合大量文件检索及管理 易于维护 在农业系统 全文检索系统主要应用于存储和管理不断增长的科技文献资料 公文档案 政策法规及简报等资料 返回 19 二 建立农业数据库的要求 建立一个农业数据库需要来自多学科的知识和大量的繁琐劳动 不是简单的构思就能设计出理想的结构来的 需要跨学科的合作 通过一段时间的开发试验运行 满足安全适用等要求以后才能投入市场 向社会提供服务 1 安全在数据处理系统的选型方面要注意安全 要注意黑客和国家资源机密的无意识泄密 2 系统一个国家 一个行业 一个地区和企业在建立数据库的时候要考虑到系统性 整体性 连贯性 减少资源和财力的浪费 假如国家建国家的 地方建地方的 这样会引起资源的严重浪费 目前我国信息化的主要问题就是在这里 一条相同的中文信息能在几十个或几百个站点出现 3 方便向用户提供多种检索方式的选择 满足用户的不同需求 在数据库升级方面也要考虑周到 要考虑到将来的更新换代和功能扩充的需要 不能因为数据量和结构的因素而影响使用和降低访问速度 4 全面信息量上要全面系统 有行业特征和区域特征 不能盲目扩大数据库的收录范围和对象 影响数据库的建库质量 5 准确对录入信息的准确率是数据库质量的又一重要指标 没有准确性也就失去利用的价值 在大量信息的情况下 保证信息的准确性是建库的难点所在 返回 20 三 农业数据库技术发展趋势 数据库技术与产品的发展总是与计算机技术的发展密切相关的 从主机 Mainframe 到Client Server到现在的Internet Intranet及网络计算 数据库总是站在技术发展的前列 数据库的发展也总是伴随着新技术 新领域的产生而发展的 数据库可以按不同领域来划分 如数据库应用于地理环境就有空间数据库 数据库应用于科学工程就是科学工程数据库 数据库与其他新技术结合而产生的诸如面向对象数据库 分布式数据库 多媒体数据库等等 这些正是目前数据库研究的热点及发展的趋势 21 1 分布式数据库 随着计算机网络通讯技术的不断发展和应用 数据存储的分布性需求日益迫切 即需要把数据分散存储在许多网络节点上 因此对分布式数据的管理和访问就成为数据库技术必须解决的问题 由于一个事务所涉及的数据可能分布在多个结点上 这就要求数据库系统具备一个优化的分布查询策略 通过分布式来实现数据共享 分布式数据库系统正是为解决这些问题而设计的 目前分布式数据库系统主要应用在证券交易和银行清算系统中 今后随着网络技术的发展 分布式数据库将会得到日益广泛的应用 22 2 多媒体数据库 多媒体数据库是能够管理数值 文字 表格 图形 图像 声音等多种信息媒体的数据库系统 近年来 大容量光盘 高速CPU 高速数字信号处理器 DSP 以及宽带网络等硬件技术的发展为多媒体技术的应用奠定了基础 在农业领域 多媒体数据库的应用有着广阔的前景 如建立主要病虫害数据库等 23 3 面向对象数据库 面向对象数据库 ODBC 系统是数据库技术与面向对象技术相结合的产物 尽管数据库技术不断发展 新的产品层出不穷 人们对数据库系统的定义却依然没有改变 即数据库系统就是对数据进行存储和管理的系统 但不同的是 以前数据库管理的数据类型和现在有着很大的区别 以前数据类型很简单 而现在对数据的概念作了很大的扩充 传统数据 对象 甚至知识都可以作为数据库管理 存储的对象 人们要求数据库系统不仅能处理以前的简单数据类型 还能处理包括声音 图形 图像 动画等多种音频 视频信息 面向对象技术的发展给人们解决这些问题增加了新的思路 因此为了支持日益多样的应用类型 面向对象数据库技术是必然的趋势 24 4 进一步适应Internet发展 当前数据库技术离不开的主题就是Internet 因特网 Internet的产生与发展彻底改变了人们的工作和生活方式 它标志着一个新的信息时代的来临 目前Internet的使用人数已突破了1亿 为了顺应Internet这一新的潮流 主流数据库厂商如IBM Sybase Informix Oracle等不断地为广大用户和企业提供基于Internet的解决方案 并把以Internet为核心作为数据库发展的重要战略 数据库对Internet的支持将使人们能以交互式手段在全球范围内实现网上事务处理 数据库技术从诞生到现在 其发展极为迅速 随着人类步人信息化社会的进程加快 信息服务在信息产业中所占比重将不断增加 这将会进一步促进数据库技术的发展与应用 返回 25 管理信息系统不只是计算机的应用 而是计算机与管理的融合 管理信息系统涉及管理 信息和系统 构建一个系统是一个复杂的管理系统工程 它涉及多方面的基础 这些基础包括概念基础 学科基础和技术基础 概念基础告诉我们管理信息系统是什么 学科基础告诉我们开发MIS应具备怎样的知识和能力结构 技术基础告诉我们作为开发者应具有哪些计算机和网络等方面的基本知识 第二节农业管理信息系统的概念与特征 26 一 管理信息系统的概念与结构 二 农业管理信息系统的特点 返回 返回 27 一 管理信息系统的概念与结构 一 管理信息系统的概念及产生和发展 二 管理信息系统的特点 三 管理信息系统结构 四 管理信息系统的开发过程 五 管理信息系统的发展趋势 返回 28 一 管理信息系统的概念及产生和发展 管理信息系统是一个不断发展的新兴学科 随着科技的进步MIS的定义也在不断更新 20世纪50年代到60年代 这一阶段的管理信息系统主要以处理单项事务为主 20世纪70年代 数据处理已经从单一的业务处理发展为功能比较完善 综合性较强的管理信息系统 这一时期的处理方式已发展为面向终端的联机处理 29 20世纪80年代 随着数据库技术与计算机网络技术的进步 管理信息系统逐步走向成熟 进入决策支持系统发展阶段 同时人工智能的发展 导致专家系统技术在管理信息系统中的应用 日益激烈的竞争 多变的市场供需 企业迫切要求缩短产品的设计与生产周期 使管理信息系统与CAD CAM相结合 向一体化的计算机集成制造系统 ComputerIntegratedManufacturingSystems CIMS 发展 另外 一些企业的生产过程控制由分散向集中发展 控制系统引入管理机制与管理信息系统沟通 从而向更为综合的测量 控制 管理一体化的管理信息系统发展 在一个国家范围内 管理信息系统是否广泛应用 不仅表明国家现代科学技术的发展水平 而且标志着国家信息化程度 30 我国自20世纪80年代开发应用管理信息系统以来 取得了较好效果 目前已广泛应用于经营管理的各个领域 在不同的部门和不同的层次上参与和支持着各种经营 决策 扮演着非常重要的角色 取得了较好的社会效益和经济效益 返回 返回 31 二 管理信息系统的特点 管理信息系统由人 硬件和软件构成 具有信息处理 事务处理 预测 计划 控制和辅助决策的功能 MIS具有 综合性和动态性3个特点 人 机系统 利用计算机强大的信息处理能力和存储能力 这既是管理现代化的客观要求 也是管理信息系统的基本特点 一个好的MIS必然是一个人机协调 高效率的系统 系统开发需要各方面人才 可靠数据要靠人组织和输入 信息的输出 系统的维护都离不开人 综合性 反映在以下三个方面 1 多学科交叉MIS开发是一个综合运用系统论 信息论 控制论 行为科学 计算机技术和通信技术的过程 2 多种人才结合多学科交叉决定了系统开发是多方面人才结合的 相互渗透的过程 也是一个培养复合型人才的过程 3 软件和硬件的集成MIS从表面上看是计算机硬件系统和应用软件系统的集成 而实际上是一个软技术 包括思想 方法 机构 观念等 和硬技术的集成 MIS的动态性表现在 MIS开发从系统请求开始 经过系统调查 可行性分析 系统分析 系统设计 系统实施 系统运行和维护等阶段 进入实用状态 随着环境的变化 系统又会产生新的需求 从而导致新的系统开发 因此 系统的维护与开发处在连续不断的动态过程之中 否则系统就没有生命力 32 三 管理信息系统结构 管理信息系统结构是指系统的各组成部分及相互之间的关系 由于管理信息系统的内部组织方式的不同 它可以设计成不同的结构 其中最重要的是概念结构 物理结构 层次结构 功能结构和多级结构 返回 33 1 管理信息系统的概念结构 信息源 信息处理器 信息管理者 信息接受者 管理信息系统 内信息源是指企业内部生产经营活动所产生的数据 外信息源是指来自企业外部环境的数据 信息处理器担负着信息的传输 加工 转换 处理和保存等任务 它由信息采集 信息加工变换 信息传输 信息存储等装置组成 其主要功能是获取信息 并且对其进行加工 转换 然后将信息提供给用户 信息接受者 信息管理者负责管理信息系统的开发与运行工作 负责系统中各个组成部分的协调配合 使之成为一个有机的整体 在实际的管理信息系统中 由于具有不同的组织形式和信息处理模式 因此具有不尽相同的结构 但其概念结构却是相同的 信息接受者也就是信息使用者 他们利用信息进行各项管理决策 返回 34 2 管理信息系统的物理结构 从构成管理信息系统的物理组成来看 它包括硬件 软件 数据库 操作规程和操作人员等组成部分 硬件是指组成管理系统的有关装置 主要是指计算机及通信设备 软件包括系统软件和应用软件 数据库是指数据文件的集合 操作规程指运行管理信息系统的有关说明书 通常包括用户手册 计算机系统操作手册以及数输据入设计手册等 操作人员指系统分析员 程序员 数据管理员 计算机操作员 系统管理员以及其他有关人员 只要上述物理组成部分合理地组织起来 就可顺利完成管理信息系统的各项功能 如信息处理 数据维护及系统操作等 返回 35 3 管理信息系统的层次结构 由于管理活动可以分为战略层 战术层和作业层3个不同的层次 因此管理信息系统具有层次结构 1 战略层管理信息系统 它是为企业制定战略计划服务的 其管理活动涉及企业的总体目标和长远发展规划 2 战术层管理信息系统 它主要是为各个部门负责人提供信息服务 以保证他们在管理控制活动中能够正确地制定各项计划 3 作业层管理信息系统 它是为有效利用现有资源和设备所展开的各项管理活动 主要包括作业控制和业务处理两大部分 返回 36 4 管理信息系统的功能结构 企业的管理组织结构可以划分为若干部门 而各个部门又具有一定的业务功能 因此管理信息系统也可按照管理组织的功能来建立 返回 37 5 管理信息系统的多级结构 多级结构是指将层次结构和功能结构按一定的方式结合 形成的一种管理信息系统结构 根据结合的方式不同 它又可分成如下3种形式 1 横向多级结构 它是一种将同一管理层次的不同管理功能结合在一起形成的管理信息系统结构 2 纵向多级结构 它是指把同一管理功能的不同管理层次结合在一起形成的管理信息系统结构 3 纵横综合的多级结构 它是将纵向多级结构和横向多级结构综合到一起形成一个完全一体化的管理信息系统结构 返回 38 四 管理信息系统的开发过程 一般的软件系统开发主要包含以下几个主要阶段 1 概要设计一般应由既懂业务又有软件开发经验的人员完成 概要设计一般由流程图所构成 但它并不能直接用作编码 只是通过流程图实现了应用软件的各个主要功能 2 详细设计是由软件开发人员根据要求设计给出 3 程序编码一旦详细设计完成 程序员就可以根据详细设计的流程图编写程序 4 系统测试编码完成以后 开始进行测试 在测试前要写出具体的测试计划 根据测试计划进行测试 测试计划按照代码行数来确定测试点的个数 测试分单体测试和总体测试两部分 所谓单体测试就是当程序员完成了自己的那一部分编码任务后 将所完成的模块加入到整个工程中 然后只测试自己的那一部分 而总体测试就是对整个工程按照测试计划进行测试 5 系统运行与改进从详细设计到总体测试各个阶段 都包括该功能的检查部分 比如当编码完成以后 还需要对代码进行检查 检查代码的质量与正确性 返回 39 五 管理信息系统的发展趋势 数据库技术 网络技术 管理科学 软件工程 集成电路等科学技术的更新换代推动着管理信息系统的发展 数据库管理的数据的复杂度和数据量都在迅速增长 计算机硬件平台的发展仍然实践着摩尔定律 各种科学管理模型的研究及推广 尤其是互联网的出现 极大地改变了管理信息系统的应用环境 向管理信息系统提出了前所未有的技术挑战 从这些变化中可以归纳出管理信息系统发展所呈现出的如下趋势 40 1 向高可靠性 高性能 可伸缩性和高安全性发展2 向网络管理信息系统发展3 与多媒体技术更好地融合4 协同应用5 测 控 管一体化6 向战略管理系统 SIS 过渡 返回 结束 41 1 向高可靠性 高性能 可伸缩性和高安全性发展 信息是最宝贵的资源 管理信息系统是信息的集散中心与加工中心 其可靠性和性能是领导人非常关心的问题 稍有不慎就会造成巨大的经济损失 甚至会引起法律纠纷 最典型的例子就是证券交易系统 如果在一个行情来临的时候 由于交易量的猛增 数据库系统的处理能力不足 导致交易系统崩溃 将会给证券公司和股民造成巨大的损失 在互联网环境下还要考虑支持成千上万个用户同时存取不间断运行的要求 因此管理信息系统必须具备联机数据备份 容错 容灾以及信息安全措施等 管理信息系统的稳定和高性能是技术上永恒的追求 此外 从管理信息系统发展的角度看 一个系统的可扩展能力也是非常重要的 由于业务的扩大 原来的系统规模和能力已经不再适应新的要求的时候 不是重新更换更高档次的机器 而是在原有的基础上增加新的设备 如处理器 存储器等 从而达到分散负载的目的 系统的安全性是另一个重要的课题 普通的基于授权的机制已经不能满足许多应用的要求 新的基于角色的授权机制以及广些安全功能要素 如存储隐通道分析 标记 加密 推理控制等 在一些应用中成为切实的需要 返回 返回 42 2 向网络管理信息系统发展 网络管理信息系统 NMIS 要支持互联网环境下的应用 要支持信息系统间 互联互访 要实现不同数据库间的数据交换和共享 要处理以XML类型的数据为代表的网上数据 甚至要考虑无线通讯发展带来的革命性的变化 与传统的管理信息系统相比 互联网环境下的管理信息系统要具备处理更大量的数据以及为更多的用户提供服务的能力 要提供对长事务的有效支持 要提供对XML类型数据的快速存取的有效支持 这也就是在MIS基础上发展起来的NMIS 返回 43 XML 是eXtensibleMarkupLanguage 可扩展的置标语言 的缩写 是W3C组织于1998年2月发布的标准 W3C组织制定XML标准的初衷是 定义一种互联网上交换数据的标准 W3C采取了简化SGML的策略 在SGML基础上 去掉语法定义部分 适当简化DTD部分 并增加了部分互联网的特殊成分 因此 XML也是一种置标语言 基本上是SGML的一个子集 因为XML也有DTD 所以XML也可以作为派生其它置标语言的元语言 44 3 与多媒体技术更好地融合 在传统的MIS上采用多媒体技术 增加了信息种类 如图形 图像 动画 视频等全新的信息内容 使管理信息系统更加丰富多彩 更加贴近现实社会 返回 45 4 协同应用 新一代管理信息系统面向行业应用领域要求 开发丰富的数据库 网络等应用构件 通过与生产过程控制 电子政务等领域的应用构件捆绑 形成面向行业的管理信息系统 满足应用需求 协同发展数据库 网络等应用构件 已成为当今管理信息系统发展的新趋势 返回 46 5 测 控 管一体化 随着社会的发展 科技的进步 市场的竞争以及社会信息量的急剧增加 管理信息系统也必须随之发展进步 不能停留在原有的 单纯的被动接受信息 而应当转化为主动的 立体化和全方位的传递信息 市场的竞争主体为保持自己的竞争优势 对信息加工处理的深度和广度也有更新的要求 对流通领域的信息从指令性和条规性逐步转化成咨询性和统计性 对信息的采集 加工和传播由被动式走向主动式 在管理方面既有宏观规划能力 又有微观的调控和监控能力 另一方面 原有的管理信息系统还没有很好地将生产一线的测 控有机地结合在一起 因此社会效益和经济效益不太明显 随着当代信息技术的进步和生产社会化的发展 使得国家 地区 部门 企业接受的信息是全方位 立体型信息 已不再局限于办公室 而且对信息的传递要求更迅速 更可靠 对信息的利用要求更广泛 对信息的加工处理除了定性分析外 还要求在精确的定量分析的基础上 提高工作的科学性 预见性 这就对目前的管理信息系统提出了新的要求 同时 也对管理信息系统的发展指明了新的方向 这个发展的新方向就是测 控 管一体化 这种将测量 控制 管理融为一体的系统设计思想使得管理信息系统从办公室走向了生产第一线 从事务型处理方式转向为智能型处理方式 从而提高经济效益 增加企业的市场竞争能力 返回 47 6 向战略管理系统 SIS 过渡 随着中国加入WTO MIS将从原来单一的信息系统 单一的服务范围逐渐向更低的成本和更大的商业范围转移 使政府机关 企事业单位在新的经济环境中有充足的服务能力 应对全球化市场竞争的挑战 管理信息系统 MIS 将逐步向战略管理系统 SIS 过渡 返回 返回 48 二 农业管理信息系统的特征 农业管理信息系统是收集和加工农业系统管理过程中的有关信息 为管理决策过程提供帮助的信息处理系统 可根据管理目的而建立 在数据支持下进行与农业相关的事务处理 信息服务和辅助管理决策 建立适合农业自身具体需要的计算机辅助决策支持系统 及时进行模拟决策 通过信息网络 及时了解市场信息 政策信息 按照市场需求选择生产和合理销售产品 以发挥自身优势 取得最佳的经济效益 还可用于保护生态环境和减少农业灾害损失 大力推动信息技术在农业领域的应用 逐步建立覆盖全国的农业综合信息系统和与现阶段农村生产力水平相适应的网络体系 建立分层 分类的农业管理信息系统 农业科技信息系统 专家系统 农副产品销售系统 决策支持系统 动态监测和预警系统及相关数据库 为农业的宏观管理和生产经营提供信息服务和支撑 返回 49 第三节农业数据库系统及管理信息系统的研制与应用 一 农业数据库的研制 结束 返回 二 农业管理信息系统的研制 三 农业数据库及管理信息系统的应用 50 一 农业数据库的研制 一 农业信息综合基础数据库的设计 返回 结束 二 农业信息综合基础数据库的数据内容 分类与编码 三 农业信息综合基础数据库的建立 四 数据库的维护与更新 五 数据标准化与规范化 51 一 农业信息综合基础数据库的设计 1 数据库的设计目标 返回 结束 2 数据库的数据分析 3 数据库的概念设计 4 数据库的逻辑结构设计 52 1 数据库的设计目标 1 数据的完整性和正确性 2 一致性 通用性和简洁性 3 数据的现势性 4 快速查询能力 5 数据维护和更新能力 返回 结束 53 完整性是指保证数据的完整无缺 即完整地表达事物与研究目标相关的所有属性 如农业信息数据库内的很多信息为地理信息 如土壤类型 应当将表达点 线 面之间拓扑关系的数据全部包含在空间数据之内 正确性是指正确表达事物本来的特征 它是数据质量的保证 如地理信息的数据应当能够准确地表达地表上各类地物的空间位置及其相应属性 为此 必须采用严格的检验措施和数据质量监控方法 54 所谓一致性就是对于同一事物或同一类事物在数据库中采用同一数据格式与数据编码 如土地利用现状图和土壤图中的同一个村庄或河流应采用同一个数据编码 通用性是指在信息系统运作过程中 对于同一事物有多种数据表达方式并存 例如对于同一图件 在系统中矢量格式数据与栅格格式数据并存 有时需要进行转换 但是作为最后信息的产品必须考虑数据表达方式的通用性与标准化 例如标准化编码 符合第一范式的数据库文件格式等 使数据库可以与其他系统相兼容 简洁性是指在不破坏数据完整性的前提下 数据表达方式应当尽量简洁明了 数据表达简洁性越高 数据冗余度就越低 系统运行效率也可以得到提高 55 这是保持数据库生命力的标志 为了不断反映现实世界的真实情况 必须通过良好的数据供应网络和数据共享方式 随时存人变化中的动态信息 以便及时向领导和有关部门提供可靠的信息 如土地利用现状图变更较大 通过遥感手段 实地调查和有关部门的变更纠正 使土地利用现状数据反映实际情况 56 在目前的地理信息系统软件环境下 提高空间数据的查询速度的关键在于设计合理的数据结构和数据文件组织形式 并且预测查询目标和设计查询过程 农业信息基础数据库建成后 需达到有关信息的快速方便的查询 包括条件查询和非条件查询 通过图斑查询属性和通过属性查询图斑的双向查询等 57 5 数据维护和更新能力 这也是保证数据库具有生命力的重要因素 除了数据库管理系统提供数据维护和更新能力之外 重要的是保证数据源的更新措施 制定合理的资料加工方法和新的数据入库和插人的技术路径 而且必须配备专人从事数据库的维护和更新 因此 为了避免低水平的重复与人力 物理 财力的浪费而建立的综合基础数据库 其中部分数据处在不断的动态调整和变化中 应及时掌握实际情况 对现有数据进行更新 58 2 数据库的数据分析 数据是农业信息综合基础数据库的物质基础 也是进行一切操作和分析的前提 在用户需求的基础上 针对数据库的任务 进一步掌握数据情况 提出所需资料的范围和内容 进行资料的有计划搜集 分析研究什么样的数据能变换成所需要的信息 这些数据中哪些已经收集齐全 哪些不全 然后对现有数据形式 精度 流通程度等作进一步分析 并确定它们的可能性和所有数据的收集方法 收集的数据应具有权威性 科学性和现势性 农业信息综合基础数据库的数据分析的主要内容包括确定数据来源 数据类型 数据编辑 数据数量和质量 数据采集和输入方式 分析专题数据的组织结构 数据的利用等级和可更新程度等 59 3 数据库的概念设计 概念设计的目标是产生反映用户需求的数据库概念结构 概念结构是独立于数据库逻辑结构和具体的数据库管理系统的 关于现实世界用户需求的 纯粹 描述 是用户 数据库设计者和数据库管理者之间的主要界面 具有易理解 易反映需求变动 易向各种具体数据模型转换等特点 60 E R模型 进行概念设计最常用的是著名的E R方法 采用E R模型 实体 联系模型 Entity RelationshipModel 进行数据库设计的方法称为E R方法 E R模型是一种重要的数据模型 它结构简单 语义表现力丰富 描述力强 同时又能方便地转换为其他经常使用的网状 层次或关系模型 所以 在数据库设计中得到广泛应用 61 4 数据库的逻辑结构设计 对未来入库的全体数据进行综合分析 并做合理布局性技术安排 最后见之于数据集合的结构性实施方案 称为数据库的逻辑结构设计 逻辑结构设计的目标是从概念结构导出以特定数据库管理系统 DatabaseManagementSystem DBMS 规定表示的数据库逻辑结构 这种转换一般可分为两步进行 首先从概念结构按一定规则导出以关系式 网络式或层次数据模型表示的逻辑模型 其次是根据特定的DBMS的规定 从逻辑模型导出DBMS支持的数据库逻辑模式 62 实例 农业信息综合基础数据库的逻辑设计 进行农业信息综合基础数据库的逻辑设计 是有效地进行农业资源信息获取 管理与加工分析的手段 在此之前 首先要分析构成地理实体诸要素的数据表达方式 地理要素的数据表示主要有三方面内容 即空间信息 属性信息与关系信息的表示 其中地理要素的空间特性是描述地理数据的关键 在了解地理数据的主要形式后 可对数据库概念模型进行具体的划分和细化 特别要结合系统开发所采用的软件所提供的数据结构 如采用ArcInfo为建立农业信息综合基础数据库的主要软件平台 则数据库逻辑结构设计的过程 就是把该数据库的概念模型转换为Arclnfo系统中数据模型的过程 63 二 农业信息综合基础数据库的数据内容 分类与编码 1 数据库的内容2 数据分类与编码 64 1 数据库的内容 1 农业信息综合基础数据库的数据源 65 1 农业信息综合基础数据库的数据源 指建立农业信息综合基础数据库所需要的和所能用的各种类型数据的来源 农业资源信息综合基础数据库的数据源可概括为3种类型 地图 遥感资料 全球定位系统数据等其他资料 66 地图是最主要也是最重要的数据元 包括地形图等普通图和各种专题图 67 遥感资料包括卫星遥感资料和航空遥感资料等 它是数据库更新的主要数据源 是数据库现势的保证 68 其他数据除GPS定位数据外 包括 各种统计图表 统计数据 包括统计年鉴 文献文字报告 法律法规文件等方面的数据 各种实地调查与测量数据 如气象观测数据 水文观测数据 土壤定位观测数据 肥料长期定位试验数据 土壤调查数据 电子数据等 各种统计数据通常可以输入到属性数据库 并 附着 在空间数据框架之上 当前 还存在多种应用软件 多种系统的计算机文件数据 以及数字地形数据 数字正射影像数据等 这是一种综合性数据资料 当前有全国1 100万和1 25万电子地图 1 5万电子地图也已经在制作 这类数据可直接进入农业信息综合基础数据库 69 2 农业信息综合基础数据库的内容 农业信息综合基础数据库的内容及其详细程度与建库范围直接相关 省级数据库 县级数据库 70 省级数据库 范围与比例尺 因地区不同而有较大差异 根据已有研究成果 省级数据库建议做到县级 其中省 自治区 范围为1 50万 地 市 范围为1 25万 县 市 范围为1 5万 内容与作用 基本内容包括地形图 行政图 交通图 水系图 土壤图 土地资源类型图 耕地分布图 植被和土地利用图 气候图 以及各类区划 规划 文字资料和社会经济数据等 主要作用是为建立环境资源信息系统等提供数据和图件信息 并做某些宏观分析与应用 返回 71 县级数据库 范围与比例尺 因自然条件和经济发达程度不同有较大差异 如浙江省的县级数据库范围建议做到村级 其中县 区 范围为1 5万 与省级接轨 镇 乡 范围为1 1万 村级范围为1 5000 内容与作用 基本内容与省级数据库相似 只是要求信息数据更加具体 例如植被 农业利用 要求有具体的作物结构和产量 土壤类型要求有具体的理化性质和养分性质等等 主要作用是为建立具有面向农业生产单位 含农户 技术咨询服务功能的信息系统提供数据库信息等 返回 72 2 数据分类与编码 数据的分类编码是对数据资料进行有效管理的重要依据 编码 Coding 的主要目的是节省计算机内存空间和便于用户理解使用 农业信息综合及在数据进入数据库之前必须进行编码 73 1 数据分类及其意义 自然界的事物或现象复杂 多样 而且多具渐变性 若不进行分类 就难以进行表示和管理 进而也就难以进行研究和运用 所谓分类 就是把不同的事物或现象分成不同的类别 如土地利用可分成耕地 园地 林地 交通用地 水域等 或把同一类别的事物或现象分成不同的等级 如把坡度分为平坡 35 六级 74 2 数据分类的基本原则 数据分类的原则是掌握好一个尺度 做到精度与工作量的统一 既能保证精度 又使工作量最小 分类过粗会影响将来数据分析的精度 分类过细则工作量很大 计算机的存储量也会加大 有时过细的分类在技术上也难以做到 75 3 数据编码的原则 编码是将经过分类的数据信息用适当的数码 字符串或数值 来表示 也称代码化 如前所述 农业信息综合基础数据库是一个空间数据库 它除具有一般事物性数据库中常见的数字 字符表示的数量和名称数据外 还必须管理具有空间定位和拓扑关系的地理空间特征数据 对于前一种数据来说 因为它们是描述性数据 且与几何空间参考系的选择无关 通常将其称为非几何属性数据 简称属性数据或属性 对于后者则是涉及地理实体在几何空间中的位置及其相互空间关系的数据 故称其为空间数据 又称为图形数据或几何数据 编码主要针对属性数据 76 完整性 综合性的信息系统涉及的面很广 应全面考虑有关的信息类型与分类 防止顾此失彼 简单性 编码越简单 人的记忆 操作也简单 计算机处理也方便 可扩充性 如果将来要增添新的内容 尽量不改变原有体系而实现扩充 既减少用户熟悉新体系的麻烦 也减少数据库的转换和处理软件的改动 识别性 用户看到编码时 凭经验就可知道事物的分类 并和其他事物产生对比 联想 唯一性 编码和分类一一对应 避免一个编码对应多种分类或多个编码对应一种分类 编码原则 77 分类编码的方法 数据分类编码的方法有多种多样 如层次分类编码法 顺序分类编码法等等 编码的表示方法即格式 通常有英文字母 数字或字母数字组合等 数据编码一般包括如下三个方面的内容 登记部分 用来标识属性的序号 可以是简单的连续编号 也可划分不同层次进行顺序编码 分类部分 用来标识属性的地理特征 可以采用多位代码来反映多种特征 控制部分 通过某些查错算法 对在编码录人和传递过程中的错误进行检查 特别是在属性数据较大的情况下具有重要意义 此外 还应该考虑文件编码 文件编码就是数据库的文件名 主要反映专题要素的意义 并符合操作系统的命令要求 78 数据分类与编码一定要考虑标准化问题 当然 标准化问题十分重要 它关系到信息系统能否顺利地健康发展 所以 应尽可能采用标准化的分类 编码系统 在选择标准时 应优先选择国颁标准 然后是部颁标准 再次是行业标准 79 数据编码举例 农业部门环境背景数据分类编码农业部门一级分类包括四类 其中 农业自然地理空间信息用01表示 农业土地资源用02表示 作物资源用03表示 农村社会与经济用04表示 所属二级 三级 四级分类用01 99数字表示 例如 水稻分布03 01 01 01 第一个01表示一级分类 作物资源 第二个01表示二级分类 全国主要作物资源 第三个01表示三级分类 农作物 第四个01表示四级分类 粮食作物 如在某类数据中分类不够详尽 可按照此标准进行相应的编码扩充 80 GB T13923 92国土基础信息数据分类与代码 制定的1 10000基础地理信息数据分类与代码方案 此方案把地形要素分为八大类 并依次细分为小类 一级 二级以及标码 分类代码采用五位数字层次码段组成 其结构为 返回 81 三 农业信息综合基础数据库的建立 1 数据输入 1 地图资料的输入 资料预处理 数字化图的检查及修改 统一的地理坐标 2 属性数据的输入 3 其他数据的输入 遥感数据的输入 GPS数据输入 电子数据的输入 4 属性数据与空间数据的连接与管理 2 数据入库 返回 82 二 农业管理信息系统 AMIS 的研制 AgriculturalManagementInformationSystem 土地资源信息系统 土壤资源信息系统 水资源信息系统 农业气候资源信息系统 肥料资源信息系统 农业种质资源信息系统 一 农业管理信息系统的类型 进入 二 83 1 土地资源信息系统 LandResourceInformationSystem LRIS 土地资源信息系统的发展可以追溯到20世纪60年代 1964年加拿大建立的加拿大地理信息系统 CGIS 是大家公认的世界上第一个土地资源信息系统 目前世界上许多发达国家 如美国 日本 澳大利亚 法国 德国 荷兰 意大利等 都花了大量的人力与财力从事土地资源信息系统的研究 建立起一些有影响的土地资源信息系统 土地资源信息系统主要在土地资源调查与监测 土地资源评价与规划 土地资源日常管理等方面得到应用 我国土地资源信息系统的研究是从20世纪70年代末开始的 通过30多年的努力 已经得到很好的发展与应用 返回 84 2 土壤资源信息系统 SoilResourceInformationSystem SRIS 土壤资源信息系统的发展始于1972年 加拿大首先建立了土壤数据库 英国 法国 美国 澳大利亚等国家及联合国粮农组织也相继建立 20世纪70年代末80年代初土壤信息系统已开始运用 进入20世纪80年代后 土壤信息系统的发展朝着促使土地数据库向规范化和全球化发展 促使土地信息系统向实用化和多用途发展 建立为农业生产服务的应用系统这三个方向发展 我国土壤工作者于20世纪80年代中期开始进行土壤数据库的建立 土壤信息系统的研制和应用 并取得了很大进展 返回 85 3 水资源信息系统WaterResourceInformationSystem WRIS 水资源信息系统 研究始于水资源与地理信息系统相结合的研究 已有20多年的历史 由于水资源变化的基本特征 使得GIS在水资源研究中的应用具有特别的意义和特殊的难度 GIS在水分配 水质监测 污染控制 防洪排涝等各方面的研究中都已成为非常有效的研究手段 返回 86 4 农业气候资源信息系统 AgriculturalClimateResourceInformationSystem 缩写ACRIS 气候作为农业生产的重要环境条件早已被人们所认识 但把气候作为一种资源来看待的时间则不长 气候条件或气候资源好坏的评价 往往是对特定的目的或目标而言 对于农业 这种好坏的评价就称为农业气候的分析与评价 随着农业气象 农学 土壤等科学研究的进一步深入 人们更加认识到作物的生长与产量形成是环境因子的复杂函数 国外从20世纪60年代初出现的各种各样的作物生长或产量模型 把特定气候环境条件与作物产量联系在一起 使农业气候资源评价有了一个定量的指标即作物产量 农业气候资源信息系统的研究可以说就是在这些研究基础上发展的 返回 87 5 肥料资源信息系统 FertilizerResourceInformationSystem FRIS 肥料资源信息系统包括肥料区域平衡预测与布局系统 肥料生产与流通管理信息系统 施肥信息系统等内容 目前对施肥信息系统的研究较多 它是由施肥模型和GIS相结合组成的 信息技术在施肥中的应用大致经历了施肥数据的计算 施肥数据库建立 专业模型的开发 施肥信息系统研制 以及正成为热点研究领域的精确施肥技术这样的一个发展过程 返回 88 6 农业种质资源信息系统 AgricultureGeneResourceInformationSystem AGRIS 农业种质资源信息系统也叫生物资源信息系统 农业种质资源包括动物资源 植物资源 微生物资源 基因资源等 返回 89 二 农业管理信息系统的组成及开发流程 1 农业管理信息系统的组成 2 农业管理信息系统的开发流程 进入 三 90 1 农业管理信息系统的组成 一个理想的农业管理信息系统包括土壤圈 生物圈 地圈 大气圈与水圈的信息 包括影响农业资源的各种自然因素与社会经济条件的信息 AMIS应由5个基本部分组成 即计算机硬件 计算机软件 数据 应用模型和系统的组织管理者 图2 3示意AMIS的主要构成 返回 91 1 计算机硬件 主要包括用于数据输入的数字化仪或扫描仪 用于数据处理和系统运行的计算机 用于图形输出的打印机 绘图仪和必要的网络设备 返回 92 2 计算机软件 可以直接采用商业GIS软件 如ArcInfo MapInfo 也可以进行二次开发 现在一般的商业GIS软件都有数据输入 处理 管理和分析等功能 如对AMIS进行二次开发 应根据系统的目的和任务 对系统的设计采用模块化 开放式的设计思路 提高系统的扩充性 兼容性 使系统成为一个真正技术先进 运行可靠 利用效率高的实用系统 返回 93 3 数据 按数据类型可包括土壤类型 土地利用类型等空间数据和土壤理化性质 地块权属等属性数据 按内容包括土壤资源 土地资源 水资源 气候资源 生物资源等数据 返回 94 4 应用模型 AMIS的主要目的是更好地指导农业实际生产 所以要从系统用户的应用目的出发 建立相应的应用模型 如土壤资源质量评价 土壤侵蚀评价 农用地评价等 返回 95 5 AMIS的组织管理者 可根据AMIS的使用对象分为管理部门生产单位科研单位 返回 96 软件 管理操作系统系统用户界面 图2 3示意AMIS的主要构成 土地资源 土壤资源 水资源 肥料资源 气候资源 生物资源 环境条件 资源信息 科技信息 社会经济信息 基础数据库 组织管理者 部门宏观决策 农户生产指导 农业分区 农地规划 灌溉调配 计量施肥 选种 种植选址 质量评估 返回 97 2 农业管理信息系统的开发流程 信息系统开发经常采用周期法 该方法将整个信息系统的开发过程分为若干阶段 预先规定每个阶段的目标和任务 按一定准则顺次完成 AMIS的开发可采用生命周期法 其开发过程分为下图所示的六个阶段 即可行性研究 系统分析 系统总体方案设计 系统技术方案分析 系统实施 系统评价与维护 同时 在每个阶段都进行