基于GIS的湖南省數字漁業信息系統

王冬武　何志剛　伍遠安

摘要：以建立湖南省數字漁業信息系統為目標，使用組件式地理信息系統（GIS）軟件SuperMap iserver JAVA 為開發平臺，服務端采用C#.Net，客戶端采用Action Script，通過面向對象和組件式開發技術，建立數字漁業基礎信息空間與屬性數據庫。主要介紹了湖南省數字漁業信息系統開發的總體目標、系統的總體體系結構、功能模塊，以及利用Supermap iserver JAVA組件對象進行地理信息系統開發的基本過程。最后，以湖南省原良種場分布情況為例，展示該信息系統中漁業信息與地理信息結合的實現過程。此信息系統能夠直觀展現湖南省漁業基礎數據的地域分布規律，從而有助于提高漁業信息管理和服務的技術水平，具有良好的應用前景。

關鍵詞：數字漁業信息系統；組件式GIS；集成開發；Supermap

中圖分類號：S127 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）07-0431-04

湖南省漁業信息化建設基礎條件優越，產業前景廣闊。湖南省素稱“魚米之鄉”，水域面積約130萬hm2，可養殖水域60萬hm2；2013年漁業產量234萬t，產值310億元，居全國淡水養殖量第5位。湖南省漁業是市場化最早、競爭最充分的傳統產業，是大農業中信息要素最活躍、信息需求最迫切的產業之一[1]。

湖南省水產科學研究所對湖南省所有水域面積、養殖權人、養殖品種等相關信息進行摸底調查，積累了非常重要的漁業基礎資料，并撰寫發布了《湖南省水域灘涂規劃（2015—2020年）》，為省政府決策部門、各級漁業管理部門、科研院所提供了許多有價值的信息服務[2]。但是，相關的漁業基礎信息依然采用簡單的數據表格呈現方式，在數據的可視與實效性、數據的開發利用、數據的深化延伸方面均不能適應目前漁業高速發展的需要[3]。

漁業信息化建設的重中之重即以地理信息系統技術為核心的漁業在線管理系統[4]。地理信息系統（geographic information system，GIS）是在計算機硬、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統[5]。漁業信息基礎數據絕大多數與空間地理位置緊密相關，為了靈活、有效地利用漁業信息資源，有必要將GIS應用于漁業基礎信息的管理與服務[6-7]。

1 材料與方法

全面考慮開發成本和效率、系統兼容與可擴展性等諸多因素，本系統的GIS平臺選用超圖公司的SuperMap iserver JAVA 6R，服務端數據統計及導出采用C#.Net（Visual Studio 2010），服務端數據發布采用JAVA（Eclipse），客戶端采用Action Script（Flash Builder 4.6）進行開發[8-9]。

1.1 主要開發目標

系統建設開發的主要目標是：按照“平臺上移、服務下延、資源整合、統一標準”的基本原則，基于.Net平臺，通過 C# 等高級編程語言，使用Visual Studio、Action Script和SuperMap iserver JAVA 6R等基礎開發工具，設計和開發湖南省數字漁業GIS信息系統，省、市、縣3級用戶在線對六大專題數據進行管理操作，通過專題數據中的空間信息，結合GIS的功能來實現水域灘涂養殖證出圖、分區域統計分析等功能，促進湖南省漁業產業管理現代化與信息化[10]。

1.2 系統建立目標

（1）通過湖南省地理信息公眾服務平臺與6個漁業專題數據庫的關聯，實現在地圖上方便地查詢、添加、修改、統計全省及各縣級的漁業基礎數據，按照標準格式輸出分析報表。（2）通過運用SuperMap iserver JAVA 6R組件開發功能，專門生成6種專題地圖和統計圖表，使用戶能形象直觀地了解農業部水產健康養殖示范場、湖南省水生動物種質保護區、湖南省原良種場及苗種場以及湖南省休閑漁業等分布情況，更好地分析漁業基礎信息。（3）將地理信息系統與水域灘涂養殖證界至圖制圖相結合，通過在線高分辨率地圖對養殖池塘進行查詢、定位、測量、繪制、截屏、打印，可以實現網上直接打印。（4）將漁業漁政管理和公共服務等網站整合融入到地理信息系統中，方便用戶在1個界面中實現多種功能操作。（5）建立完善的應用系統安全和數據安全，確保數據的安全性和一致性；充分考慮新增功能的加入以及地圖、數據的更新和維護機制，保證系統可持續發展。

1.3 系統的基本結構框架

考慮到目前辦公網絡化以及漁業信息基礎資料數據的保密性，系統的體系結構采用B/S結構（Browser/Server，瀏覽器/服務器模式）在公共網絡運行，不同的客戶端通過Internet訪問服務器，實行用戶分級授權模式。

B/S結構是Web興起后的一種網絡結構模式，Web瀏覽器是客戶端最主要的應用軟件。這種模式統一了客戶端，將系統功能實現的核心部分集中到服務器上，簡化了系統的開發、維護和使用?？蛻魴C上只要安裝1個瀏覽器（Browser），如Internet Explorer（本系統因使用Action Script開發客戶端，客戶機還需要安裝Flash Player），服務器安裝SQL Server等數據庫。瀏覽器通過Web Server 同數據庫進行數據交互[11]。

系統設計主要采用經典的模塊化和結構化設計方法。按照邏輯結構劃分為3個層次：數據源層、數據接口層和業務邏輯層。數據源層主要負責與服務端的數據服務進行交互操作，同時也可直接對數據庫進行操作，由漁業信息基礎數據庫服務器和地理信息公共服務平臺組成；數據接口層采用Windows Form方式，負責用戶的可見界面；業務邏輯層主要對數據業務邏輯處理，實現系統登錄控制、專題管理、統計分析、地圖獲取等具體業務[12]。

按照功能劃分為地圖數據管理、養殖證出圖、專題數據管理、統計分析和系統管理功能等5個模塊。地圖數據管理模塊主要實現地圖導入、地圖定位、地圖測量、地圖數據獲取、書簽、標注和保存等功能；養殖證出圖模塊主要實現地圖數據定位測量后截取、出圖參數設置以及打印等功能；專題數據管理模塊利用SuperMap iserver JAVA 6R組件，對專題地圖進行添加、修改、刪除、查詢、導出、編輯和統計等功能；統計分析功能模塊實現數據顯示、統計報表生成、統計圖表生成、模型分析等功能；系統管理功能模塊則對系統整合資源進行管理，并對字典、用戶、日志和個人參數進行管理及設置[13]。系統邏輯結構如圖1所示。

1.4 數據庫設計

湖南省數字漁業信息系統的基礎來源于數據庫，數據庫設計是否合理對于湖南省數字漁業信息系統的建設起著決定性的作用。按照系統結構需要，數據庫建設分為地理信息數據庫和漁業基礎信息數據庫2個部分。

地理信息數據庫是地理信息系統中最基本、最重要的組成部分，其功能是對空間數據的管理和查詢檢索，并對專題數據進行集成、展示并分析。地理信息數據庫包括電子地圖與衛星影像，其中電子地圖比例為1 ∶ 10 000，來源于湖南省地理信息公共服務平臺，囊括7 741幅實體數據庫、全省影像電子地圖、全省DEM暈渲電子地圖、全省標準的地名數據140余萬條，經脫密技術處理后的空間數據平面位置精度滿足國家測繪局50～80 m要求。電子地圖包括全省各市、縣的區域、邊界和名稱等，湖南省地圖為5～17級，市級地圖為18～20級，每類專題數據均采用矢量數據格式，根據其特征以點、線、面、文本等形式劃分為若干圖層，地圖位置坐標數據及屬性數據均存放在空間數據庫中。湖南省內高清衛星影像已實現80%覆蓋，預計到2016年實現100%全覆蓋[14]。

漁業基礎信息數據庫采用湖南省畜牧水產局提供的漁業基礎信息數據并經過規范化處理。漁業基礎信息數據庫包含湖南省養殖水域數據表、湖南省龍頭企業數據表、湖南省休閑漁業數據表、湖南省種質保護區數據表、湖南省農業部健康養殖示范場數據表和湖南省原良種苗種場數據表等，數據表存儲為Microsoft Access格式，數據的查詢和處理采用軟件SQL Server 2008來實現。湖南省養殖水域數據庫通過地區代碼字段與地理信息數據庫建立聯系，通過字段名稱的統一，為今后針對數據庫的修改、擴充提供了便利條件。

本系統通過在線調用方式將電子地圖與專題數據進行無縫集成。本系統所用到的行政區劃數據包括省、市、縣、鎮、村5級，其中省、市、縣3級為空間面數據，鎮、村2級為空間點數據。

2 系統設計關鍵性技術

2.1 組件式GIS技術

GIS軟件的模型包含若干功能單元，諸如空間數據獲取、坐標轉換、圖形編輯、數據存儲、數據查詢、數據分析、制圖表示等，所有功能放在1個控件中會導致效率低下。組件式GIS將GIS的各大功能模塊劃分為若干個控件，單獨控件完成各自不同的功能。所有GIS控件之間以及與其他非GIS控件之間，能夠借助可視化的軟件開發工具集成，最終得到GIS應用系統[15]。

本系統通過action script調用SuperMap iserver for flex程序文件，編程開發來實現各種功能，具體步驟如下：（1）建立flash builder項目，嵌入SuperMap iserver for flex對象類型庫；（2）建立iserver for flex對象，并建立相應控件之間的聯系；（3）調用iserver for flex對象和其他action script對象方法和屬性完成GIS應用軟件功能；（4）釋放iserver for flex對象級變量，關閉相應的資源。

2.2 圖表軟件Javascript Charts

Javascript Charts是立陶宛Amcharts公司出品的圖表組件開發軟件，主要用來生成基于flash的各種復雜的圖表。Amcharts 支持柱狀圖、條形圖、線形圖、面積圖、燭臺圖和雷達圖等圖形，Amcharts可以從簡單的CSV或XML文件提取數據，也可以從動態數據讀取生成，比如PHP、NET、Ruby on Rails和Perl，以及其他許多編程語言。通過Amcharts提供的各種屬性或方法來控制生成的圖形，可以無縫地融入到應用程序中[16]。

2.3 湖南省數字漁業信息系統安全技術

隨著信息技術的發展，信息安全問題變得愈加重要和嚴峻，而服務式GIS的廣泛應用使得GIS服務安全得到了更多的關注，GIS應用更多地從單機轉向了網絡應用，而GIS功能更多地實現由客戶端轉向了服務器端。本系統在安全性方面主要采取以下策略實現GIS服務系統的安全。（1）保護系統安全。采取物理安全、軟件升級、病毒防護和定期備份等措施對服務所在系統予以保護，以使其免遭物理攻擊和惡意網絡的破壞；通過已有的安全架構，保護軟件及硬件，如通過防火墻來阻止惡意的Internet用戶訪問局域網絡。（2）保護服務管理安全。通過設置管理員賬戶，保證只有管理員有權限對服務進行發布、編輯、刪除等管理操作。通過日志記錄用戶對服務的所有管理操作。（3）保護服務安全。服務管理器中提供安全模塊，通過基于用戶身份識別的認證和授權，實現對服務的訪問控制。（4）保護用戶安全。采用用戶權限管理、登陸驗證和數據加密技術。所有專題數據進行權限控制管理，根據行政區劃劃分所屬權限，不同用戶只能對其所屬級別行政區劃下的專題數據進行瀏覽、管理操作。用戶信息通過MD5加密，保證用戶信息的安全[17]。

3 結果與分析

湖南省數字漁業信息系統基于地理信息公共服務平臺，將漁業基礎信息數據與空間地理緊密結合，為行業主管部門創新現代漁業管理提供了有效的數據和技術支撐，為漁業業務部門操作提供極大便利和快捷幫助，也為行業從業人員提供多種地理漁業方面的特色服務。

3.1 地圖數據管理功能

實現地圖顯示、地圖平移、地圖縮放、地圖重置、地圖切換、地圖截圖等地圖功能；實現對地圖的區域選擇、放大、縮小、漫游、全幅顯示等操作；實現根據坐標定位、地名搜索定位以及地區導航定位等操作。實現地圖距離測量和面積測量，通過多邊形測量或手繪多邊形測量，精確測定池塘或其他目標物的面積；通過調用地圖控件的方法，實現地圖的導出，根據用戶的需要可以選擇將地圖保存為jpg格式的圖片或直接打印[18]。系統衛星影像見圖2。

3.2 水域灘涂養殖證界至圖繪制

基層操作人員登錄湖南省數字漁業信息系統后，可以方便地使用系統提供的測量、打印功能，從而輕松實現繪制“水域灘涂養殖證界至圖”功能。通過矢量地圖和衛星地圖的結合使用，可以判斷池塘的真實形狀，然后通過測量功能繪制出池塘形狀，在網上連接打印機即可實現出圖功能。水域灘涂養殖證界至圖所需要的標題、比例尺、面積、日期、單位、四至坐標均可通過系統自動生成（圖3），也可選擇性修改。湖南省數字漁業信息系統中數據出圖功能的推廣，預計將減少基層人員繪制“水域灘涂養殖證界至圖”80%的工作量，減少大量的人力、物力、財力消耗。

3.3 統計分析及專題圖制作功能

通過地圖空間數據與屬性數據的關聯，根據規范的報表

格式制作統計報表，并實現報表的導出及打印功能；使用 Amcharts 組件，根據用戶的要求生成各種統計圖表，從而能直觀地了解和分析漁業基礎信息。系統同時提供了范圍圖、柱狀圖、標簽圖等常用專題制圖模式，并提供圖例的編輯顯示功能，用戶可以方便地對專題信息的顯示定制范圍圖、柱狀圖、標簽圖等專題地圖[19]。圖4為湖南省各市養殖水域數量（個）餅狀專題圖示例。

3.4 系統應用實例

通過湖南省數字漁業信息系統，用戶可以形象直觀地對養殖水域的位置、面積、養殖權人等水域信息進行管理，可以對湖南省128個農業部健康養殖示范場和420個原良種場及苗種場進行安全管理，一旦出現重大疫情和傳染病害，可以第一時間在地圖上畫出隔離區、緩沖區和安全區，供決策分析參考；可以對湖南省26個水產種質資源保護區進行可視化資源保護管理，在地圖上直觀地劃分核心保護區和實驗保護區，以及標注保護對象的產卵場、索餌場、越冬場及洄游通道；可以對湖南省928個休閑漁業場所進行實時定位，了解垂釣品種、場地照片和視頻，滿足不同用戶對數字漁業信息和地理信息的雙重需要[20]。圖5為湖南省原良種場分布示例。

4 結論

應用Supermap iserver JAVA技術結合數據庫技術開發了基于GIS的湖南省數字漁業信息系統，主要是為了提高湖南省漁業基礎信息管理和服務的水平。系統利用GIS處理空間信息的特點，克服了以往漁業行業信息管理過程中結果顯示不直觀、缺乏空間屬性的缺陷，實現了漁業信息管理與服務的實時可視化。應用開發的湖南省數字漁業信息系統，不同用戶可以輕松方便地實現漁業信息和空間地理結合方面的操作，隨著系統功能完善和地圖版本的更新，未來將會在全省漁業管理中得到廣泛的應用。通過湖南地數字漁業信息系統的開發，可以有效整合現有漁業資源，充分發揮信息流對產業發展的推動作用，為產業決策、行業管理、技術服務、產品流通及質量安全監管提供新的操作平臺，具有廣泛的社會需求和發展前景。

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