本文關鍵詞：基于ArcEngine的白水縣蘋果信息管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

西北林學院學報2012，27(2)：203；208；JournalofNorthwestForest；doi：10．3969／j．issn．100卜7；毛曉利1，劉智勇2，毛洋3，周平4(1．西北農林；林科技大學水利與建筑工程學院，陜西楊陵71210；3．西安電子科技大學，陜西西安710126；4．；摘要：結合組件式地理信息系統(tǒng)(GIS)開發(fā)技術，；息管理系

西北林學院學報2012，27(2)：203

208

Journal of Northwest Forestry University

doi：10．3969／j．issn．100卜7461．2012．02．40

毛曉利1，劉智勇2，毛 洋3，周 平4 (1．西北農林科技大學林學院，陜西楊陵712100；2．西北農

林科技大學水利與建筑工程學院，陜西楊陵712100；

3．西安電子科技大學，陜西西安710126；4．廣東省林業(yè)科學研究院，廣東廣州510520)

摘要：結合組件式地理信息系統(tǒng)(GIS)開發(fā)技術，基于Visual Studio 2008(C#語言)開發(fā)平 臺， 以ArcEngine9．3組件為開發(fā)工具，并在ArcCatalog中建立用于存儲系統(tǒng)所需的空間和屬 性數(shù)據(jù) 的Personal Geodatabase數(shù)據(jù)庫，采用嵌入式集成方式，開發(fā)出基于GIS的白水縣蘋果信

息管理系 統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能夠對白水縣蘋果信息資源進行查詢、統(tǒng)計分析、生成相關報表等，還能 進行病蟲 害防治分析及對未來產量進行預測，實現(xiàn)了對白水蘋果資源高效、科學、準確的管理，為相

關部S'l提 供科學的決策依據(jù)。 關鍵詞：蘋果；GIS；ArcEngine；信息管理系統(tǒng) 中圖分類號：$661．139 文獻標志碼：A 文章編號：1001—7461(2012)02—0203—06 of Apple Information Design and Implementation Management System

Based on ArcEngine in Baishui County

MAO Xiao-lil，LIU Zhi-yon92，，MAO Yan93，ZHOU Pin94

(1．College of Forestry，NorthwestA&F University，gangling，Shaanxi 712100，China；2．College of Water Resource and

ArchitecturalEngineering，NorthwestA&F University，gangling，Shaanxi 712100，China；3．XidianUniversity，Xi'an，

Shaanxi 710126。China：4．Guangdong Academy of Forestry，Guangzhou，Guangdong 510520，China)

Abstract：According to the ComGIS development technology，the information management system for apple

production in Baishui County，Shaanxi Province，China was developed based on Visual Studio 2008 devel— opment platform and ArcEngine9．3 component was constructed．The spatial data and attribute data were stored in the Personal Geodatabase(in to query，statisti— ArcCatalog)．This system could be used not only

in Baishui，and generate the related state—

cally analyze the apple production information and

ments，but also to predict the future apple outputs and control pests．This system will help the related de— partments to manage the information and more efficiently and accurately． apple

Key words：apple；GIS；ArcEngine；information management system 白水縣處于關中平原與陜北高原的過渡地帶， 化和科學化，沒有一個有效的管理系統(tǒng)來管理白水 屬

于大陸性季風氣候，光照充足，降雨適中，日溫差 的蘋果信息數(shù)據(jù)及果園數(shù)據(jù)。本研究充分采用GIS 較大，土層深厚，具有蘋果生產最優(yōu)越的自然資源條 技術，通過ESRI公司推出的ArcEngine開發(fā)工具， 件，被譽為“蘋果之鄉(xiāng)”，同時也是國家命名的蘋果 在Visual Studio 2008集成開發(fā)環(huán)境下建立白水 縣 20強縣之一[1_2|。白水縣蘋果已經成為白水縣的主 蘋果資源管理軟件系統(tǒng)，用于管理白水縣蘋果資源

要經濟支柱之一，目前各種基于微觀的病蟲害防治 數(shù)據(jù)，包括白水縣每一塊蘋果園的位置、權屬、面積、 和

林分管理技術已經得到了充分利用和推廣，但是 品種、投入、產出、病蟲害防治、歷史變遷等，并分別 基于 宏觀的資源調查、統(tǒng)計和分析尚未實現(xiàn)計算機 以農戶、行政村、行政鄉(xiāng)和整個縣為單位對蘋果資源

03 22 基金項目：西北農林科技大學校專項。 作者簡介：毛曉利，男，副 收稿日期：2011,02—23修回日期：2011

教授，博士，主要從事遙感與地理信息系統(tǒng)研究。E—mail：xlma0668@yahoo．corn．cn

基于ArcEngine的白水縣蘋果信息管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

resources

resources

204

西北林學院學報 27卷

的全方面進行統(tǒng)計和比較，自動輸出各種統(tǒng)計報表

析功能。主要目標有以下4點。(1)規(guī)劃方面：充

結合GIS技術對白水蘋果規(guī)劃的資料進行

分 和專題圖件，為相關決策部門提供準確詳實的圖文 科學有 資料，為白水縣蘋果產業(yè)助力。 1

效的管理，提高資料查詢檢索速度并保證準確性。 (2)銷售方面：根據(jù)蘋果面積、品種、樹齡等指標精準

ArcEngine簡介

預測某一年份的蘋果產量，為白水蘋果銷售提供科

ArcEngine是ESRI公司推出的組件式GIS二 學的預測數(shù)據(jù)。(3)管理方面：可以為各個果農提供

準確、直觀的數(shù)據(jù)，使白水蘋果管理實現(xiàn)現(xiàn)代化，通 過互聯(lián)網(wǎng)向社會提供無償或有償?shù)男畔⒎⻊铡?4) 輔助決策方面：及時提供白水蘋果生長、管理以及病 蟲害防治、銷售等方面的信息，支持政府的科學 決策。 序中的業(yè)務邏輯中，而不必從頭開始建立 2．2系統(tǒng)總體架構 集[4]。ArcEngine的開發(fā)人員

系統(tǒng)采用c／s(客戶機／服務器)3層結構，分

次開發(fā)工具口]。ArcEngine作為一個用戶建立自定 義獨立地理信息系統(tǒng)應用程序的平臺，不但提供了 強大的空間分析功能，并將其空間分析功能嵌入到 新開發(fā)的應用軟件中，也支持多種應用程序接口 (API)，允許開發(fā)者精力集中到解決他們的應用程 GIS功能

允許使用許多道具、

及可視化控件集(提供豐富的三維顯示和三維分析 功能)。ArcEngine對象倉庫提供基礎服務、數(shù)據(jù)訪 空間數(shù)據(jù)格式和強大的符號庫系統(tǒng)。ArcEngine支 持多種開發(fā)語言(如．NET、Java和C++)，它允許 圍的工具對這些對象進行編程，無需開發(fā) 門的語言，所有的用戶

開發(fā)控件都可以像ActiveX控件、NET視窗控件和

Visual

為 事件和方法，豐富的GIS軟件空間分析組件集合以 數(shù)據(jù)層、應用層和服務層(圖1)。數(shù)據(jù)層主要存儲白

水縣蘋果相關的屬性數(shù)據(jù)和空問數(shù)據(jù)以及用于軟件

管理的用戶數(shù)據(jù)等。服務層主要是依靠系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 支持。應用層是在數(shù)據(jù)層和服務層的支持下，通過 人機交互界面進行相關的處理與分析。 使用大范 2．3系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計 人員去學習一門新的或者專 2．3．1數(shù)據(jù)字典的設計 數(shù)據(jù)字典主要內容包括 數(shù)據(jù)的名稱、定義、數(shù)據(jù)類型、邏輯長度、關系、屬性、 數(shù)據(jù)說明等，是關于數(shù)據(jù)集要素值、數(shù)據(jù)集描述及 數(shù)據(jù)產品等字典形式的文件集，即數(shù)據(jù)字典中存儲

的是關于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)(元數(shù)據(jù))。數(shù)據(jù)字典作為管理 數(shù)據(jù)的基礎，不僅僅只作為數(shù)據(jù)結構的描述文檔，

問、地圖顯示、地圖分析及開發(fā)控件，并支持廣泛的 庫和模型庫為白水縣蘋果信息管理和分析提供方法

JavaBeans一樣的使用。

2

系統(tǒng)總體設計

2．1系統(tǒng)設計需求分析

白水縣蘋果管理信息系統(tǒng)要求能滿足不同地理

還能描述更為詳細的數(shù)據(jù)內容。本系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù) 位置蘋果屬性及產量、病蟲害狀況、水肥管理等具有 字典基本信息包括：數(shù)據(jù)項名稱、字段類型、字段長 空間地理信息管理的要求，同時具有強大的空間分 度、小數(shù)位數(shù)、是否為空、備注說明及代碼索引號等。

應

用 層

-一一一一-一●●-一--一一一一一-一一一一_一一__一一_--一一一-一一一一_-_ _一一一一-一一_一-一_一一__一-一_一__’一一--一●一一_一__，__^--★一-一一一一一

ShapefiMqr式數(shù)據(jù)

數(shù) 據(jù) 層

Access 2003

存儲

圖1 系統(tǒng)總體架構圖

Fig．1 Overall framework of the system

第2期

毛曉利等：基于ArcEngine的白水縣蘋果信息管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

205

2．3．2數(shù)據(jù)庫的設計 根據(jù)研究區(qū)域數(shù)據(jù)的特點， 水縣行政區(qū)劃圖、道路交通圖、果園斑塊圖及河流湖 在

ArcCatalog中新建Personal Geodatabase文件用 泊圖等(圖2)。為避免數(shù)據(jù)的冗余和沖突，將與圖 于數(shù)據(jù)管理，數(shù)據(jù)庫主要有空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩 形關聯(lián)的屬性數(shù)據(jù)存儲到空間數(shù)據(jù)表中，并將空間 部 分組成，并遵循可靠性、可擴展性、可維護性等原 數(shù)據(jù)統(tǒng)一集中在ArcMap中，保存為mxd文件，便 則

[5書]。屬性數(shù)據(jù)表主要包括果園基本數(shù)據(jù)表、果樹 于ArcEngine控件讀入，而系統(tǒng)相關的屬性數(shù)據(jù)以 類 型表、果農表、病蟲害類型表以及與空間圖形數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)表的形式存儲到Personal Geodatabase中，即 關

聯(lián)的屬性表�？臻g數(shù)據(jù)(Featureclass)主要為白 不再單獨創(chuàng)建屬性數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)庫

空間數(shù)據(jù) 屬性數(shù)據(jù)

特征數(shù)據(jù)集 數(shù)據(jù)表

特征類

行政區(qū)劃圖

道路交通圖

果園斑塊圖 河流湖泊圖

圖2數(shù)據(jù)庫設計

圖

Fig．2 Design of database 2．4系統(tǒng)結構圖設計 用戶最近打開過的mxd文件供用戶選擇打開。

該 根據(jù)系統(tǒng)設計的目標和原則，并充分考慮到系 模塊同時也提供專題圖制作和打印輸出功能。

統(tǒng)的完整性和功能性，系統(tǒng)主要由文件操作模塊、數(shù) 2．5．3數(shù)據(jù)檢查模塊為保證數(shù)據(jù)的完整性、一致

據(jù)檢查模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、產量預測模塊、報表統(tǒng) 性和準確性，該模塊實現(xiàn)對加載的白水縣蘋果信息

計圖模塊、制圖輸出模塊、系統(tǒng)管理模塊及GIS操 數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)檢查，這些檢查包括：空值檢查、值范 作 模塊構成(圖3)。 圍檢查、唯一性檢查、一致性檢查、面積檢查、銳角檢

2．5系統(tǒng)功能模塊設計 查、重疊檢查及自相交檢查等，并將檢查的結果保存

2．5．1 GIS常規(guī)操作模塊 模塊用以實現(xiàn)常規(guī)的 為文檔輸出。 GIS軟件操作功能，可對地圖進行放

2．5．4數(shù)據(jù)查詢模塊 根據(jù)業(yè)務需要，用戶可以 固定放大、固定縮小、向后 大、縮小、漫游、

根據(jù)指定的方式進行查詢。如按圖層查詢：根據(jù)用 等操作并查找所需的內 定位、向前定位、全圖顯示

容。需求不同對地圖所要求 戶所選的圖層(包括區(qū)縣圖、鄉(xiāng)鎮(zhèn)圖、村圖及果園 的信息詳細程度也就不

同，用戶可按任意比例尺來 圖)，遍歷圖層中的所有字段，再通過所選的字段進 顯示查看地圖。地圖測量 工具可使用戶通過鼠標操 行查詢，并在圖中高亮顯示出來。實現(xiàn)空間查詢： 作實現(xiàn)點位置、線長度、多 邊形周長與面積的測量。

讓用戶可以通過點選查詢、矩形查詢、圓形查詢、多

2．5．2 文件操作模塊 該模塊主要實現(xiàn)工程文件 變形查詢等空間范圍方式查詢數(shù)據(jù)，同時提供綜合 mxd文件的加載、編輯、保存和調用，并能進行圖層

查詢工具，該工具是利用對象之間的關聯(lián)實現(xiàn)圖層

管理，即向當前的mxd文件從地理數(shù)據(jù)庫中添加新 查詢以及sQL屬性查詢，達到直觀顯示空間信息 圖層、移出已有圖層、分組管理圖層，設置圖層是否 的位置、屬性信息的效果。通過選擇屬性表某一行

可選以及圖例管理等操作。用戶每次打開地圖進行 或多行記錄，可以使其對應空間信息高亮顯示。在

進行有選擇條件屬性查詢時，可以用SQL語句進 操作需要把當前地圖的比例、圖層的顯示順序、可視

性以及渲染屬性設置都將保存下來，該模塊“打開最 行條件查詢，得到自己所要的結果并顯示。 近文

檔”子菜單能夠調用系統(tǒng)配置INI文件存儲的

206

西北林學院學報 27

卷 GIS操作模塊 l產量預測及病蟲害防治模塊I 制圖輸出模塊 I系統(tǒng)管理模塊

藍 放 漫 鷹 馬 病 生 人 種 生 系 用 系

爾 產 產 統(tǒng) 大 游 眼 蟲 果 均 植 戶 統(tǒng)

產 圖 科 害 總 收 結 投 日 管 管 士

縮 全 夫 入 入 理 理 防 量 值 構

小 圖 測 模 治 圖 圖 圖 圖 圖 顯 量 型 功

皿 工 不 預 能 移 具 測

白水縣蘋果信息管理系統(tǒng)

文件操作模塊I I數(shù)據(jù)檢查模塊I 數(shù)據(jù)查詢模塊 l I報表統(tǒng)計模塊

投 導 添 保 空 唯 面 藍 逐 自 打 種 點 多 報 入入 加 存 值 積 級 邊 定 表 果 植 開 ／ ／ ／ ／ ／ 產 結 ／ 查 矩 形 義 屬 初 導 移 退 值 自 詢 形 查 查 性 始 量 構 收

入 出 除 出 范 致 相 詢 詢 表 化 報 報 數(shù) 圖 系 圍 性 交 圓 表 表 報 據(jù) 層 統(tǒng) 檢 檢 檢 查 表 庫 查 查 查 詢 圖3系統(tǒng)功能結構設 計

of the Fig．3 Design of function and system

2．5．5 報表統(tǒng)計模塊 該模塊實現(xiàn)由系統(tǒng)調用 理措施等[7]。傳統(tǒng)對蘋果產量預測的方法主要是灰 Visual Studio 2008報表控件和相關內部函數(shù)，在 色GM(1，1)模型，該模型具有所需數(shù)據(jù)少、計算簡

SQL命令和蘋果信息數(shù)據(jù)庫的支持下，實現(xiàn)了蘋 單等特點，因此被廣泛使用，但由于蘋果產量的時問 果 信息相關情況進行統(tǒng)計，形成報表上報，如蘋果產 數(shù)據(jù)序列經常表現(xiàn)一定的趨勢性和波動性，該模型

量、種植結構、生產投入、生產總值、人均收入等報 對隨機波動較大的數(shù)據(jù)序列擬合效果較差，預測精 表。 度較低，其預測的數(shù)據(jù)總是穩(wěn)定的上升趨勢，但實際 2．5．6制圖輸出模塊該模塊能將統(tǒng)計得到的蘋 的情況經常并非如此。BP神經網(wǎng)絡模型是近年來 果

產量、種植結構、生產投入、生產總值、人均收入等 比較流行的一種預測模型，一些學者[81的研究成果 數(shù) 據(jù)以圖表(包括直方圖、餅圖、柱狀圖、散點圖及折 表明，該模型具有網(wǎng)絡結構簡單、使用方便、較好的 線圖)

的形式輸出并保存到本地。 容忍噪聲能力等優(yōu)點，但該模型一般包含大量的自

2．5．7 系統(tǒng)管理模塊 系統(tǒng)管理功能主要包括系 由參數(shù)，容易過度訓練，對數(shù)據(jù)的預測精度較差。蘇

統(tǒng)代碼管理、數(shù)據(jù)上報、文件上傳、文檔資料下載等。 哲斌[91根據(jù)灰色GM(1，1)預測模型[10。121和馬爾科 用戶管理工具讓當前登錄用戶實現(xiàn)自身密碼的修 夫鏈[1 3。16]2種方法的優(yōu)點(前者可以主要用來揭示

改，在本系統(tǒng)中用戶主要有管理員用戶和一般用戶 出預測數(shù)據(jù)序列的發(fā)展變化總體趨勢，后者用來確 2個角色，管理員用戶不僅可以對數(shù)據(jù)內容進行瀏 定狀態(tài)的轉移規(guī)律)，將兩者有機的結合起來，形成

覽、管理，還可以對系統(tǒng)所有用戶成員進行添加、修 了灰色馬爾科夫預測模型，該模型提高了隨機波動 改、刪除等管理操作。一般用戶只能對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進 較大數(shù)據(jù)的預測精度，且該研究表明此模型能較好 行 瀏覽，不能進行修改和維護。 的對陜西省蘋果產量進行預測。此外，該模型已經

2．5．8產量預測及病蟲害防治模塊 成功應用于社會經濟系統(tǒng)中許多領域[17。1

2．5．8．1蘋果產量預測功能 蘋果產量的形成是 本系統(tǒng)根據(jù)蘇哲斌[91和邵靜[1婦等人的研究，采

一個非常復雜的生物學和生態(tài)學過程，主要影響因 用陜西省白水縣近5 a(2005—2009年)的蘋果產 量 素有樹種、樹形、施肥模式、灌溉條件、氣候條件、管 數(shù)據(jù)，先利用灰色GM(1，1)預測模型獲得蘋果

產量

、

、

、

、

-——

、

_——

、

structure

8|。

第2期

毛曉利等：基于ArcEngine的白水縣蘋果信息管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

207

可以看出影響產量的主要病蟲害及果園產量的損失 馬爾科夫鏈尋求系統(tǒng)的微觀波動的規(guī)律，進而對灰 色GM(1，1)模型預測的結果值進行修正，該方法減 程度，為用戶和相關部門提供決策支持。 小了預測 值與實際值之間的相對誤差，提高了蘋果 病蟲害影響區(qū)域預測功能。根據(jù)病蟲害的發(fā)展

速度及影響范圍，利用緩存區(qū)分析工具進行半徑查 產量預測的精度。本系統(tǒng)將該模型運算公式及運算

過程寫人代碼中，提供可視化的馬爾科夫預測工具 詢，查詢結果將直觀展示病蟲害將要影響到的果園，

便于這些果園提前做好預防措施。

來實現(xiàn)對白水縣蘋果產量進行預測。

2．5．8．2病蟲害防治功能 系統(tǒng)根據(jù)存儲在數(shù)據(jù) 3 系統(tǒng)的實現(xiàn)與集成 庫中的病蟲害基本信息表數(shù)據(jù)(包括病蟲害名稱、果 樹的發(fā)病位置、發(fā)病周期及階段、適合病蟲害發(fā)生的 GIS組件式開發(fā)具有無縫集成、投資低、效率

高、開發(fā)周期短、可擴展性強等優(yōu)點，已經得到 地理環(huán)境、防治方法、預防手段及時間等)，分別實現(xiàn)

泛的應用。系統(tǒng)采用Visual Studio 2008作 了廣 針對治療服務的查詢功能、病蟲害評估功能、病蟲害

為集成 影響區(qū)域預測功能。 開發(fā)環(huán)境(基于Net Framework 3．0框架)，以

cEngine 9．3組件模型為開發(fā)工具進行開發(fā)，數(shù)據(jù)庫 害的 Ar— 針對防治服務的查詢功能。用戶可以根據(jù)病蟲

名稱，發(fā)病時間及位置(如果實、枝干、樹根等)， 采用ArcGIS提供的Personal Geodatabase數(shù)據(jù) 庫 發(fā)病癥狀等信息對病蟲害的治療及防治措施進行查 模型，并通過ActiveX數(shù)據(jù)對象(ADO．Net)訪

問底 詢，查詢結果為文字信息或者圖片介紹，用戶可與實 層數(shù)據(jù)，采用動態(tài)函數(shù)庫(DLL)的方式實現(xiàn) 數(shù)據(jù)傳 際情況進行對比和判斷。查詢的形式包括點擊地圖 遞和表現(xiàn)。系統(tǒng)運行如圖4所示，系統(tǒng)界面

的上方 查詢，用戶手動選擇諸如病蟲害名稱、發(fā)病時問及位 為菜單欄和GIS工具操作欄，系統(tǒng)界面的左 邊窗口 置等信息進行查詢，以及對癥狀或病蟲害形態(tài)特征 為數(shù)據(jù)組織窗口(TOC)，通過它可以控制空 間數(shù)據(jù) 的模糊查詢。 與屬性數(shù)據(jù)的顯示與關閉，右邊窗口為地圖顯示主 病蟲害評估功能。該功能可以根據(jù)實際的病蟲 窗口，主要用于空間數(shù)據(jù)的顯示與編輯。 害狀況生成各種專題圖，主要包括生成病蟲害分布 圖4 系統(tǒng)運行界面殛部分對話框窗口

Fig 4 Running interface ot the system

白水縣的蘋果資源落實到每一塊地，能夠快捷的查 4 結論

詢、預測、統(tǒng)計和分析白水縣蘋果信息資源并生成相

基于GIS技術，將ArcEngine控件和可視化的 關報表，便于管理與決策人員對相關信息全面的了 開發(fā)工具結合，可快速的實現(xiàn)組件重用，提高了編程 解和掌握。該系統(tǒng)實現(xiàn)了白水縣蘋果資源管理的數(shù)

效率，利用Personal Geodatabase實現(xiàn)高效地管理 字化和準確化，可為相關部門提供科學的決策依據(jù)。 空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。白水縣蘋果信息管理系統(tǒng)將

發(fā)展的趨勢和預測值，再利用基于隨機過程理論的

圖和各果園因病蟲害造成的產量損失分級圖，從中

　

　

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