赣南脐橙种植区土壤营养地理信息系统
引言 ........................................................................ 1 1.需求分析................................................................... 1 1.1项目背景 ............................................................... 2 1.2参考资料 ............................................................... 2 1.3功能需求 ............................................................... 2 1.4性能需求 ............................................................... 2 2.系统分析................................................................... 3 2.1组织结构分析 ........................................................... 3 2.1.1总体结构 ............................................................ 3 2.1.2空间数据管理模块 .................................................... 4 2.1.3属性数据管理模块 .................................................... 4 2.1.4应用模块 ............................................................ 5 2.1.5数据输出模块 ........................................................ 6 2.2业务分析和业务流程图 ................................................... 6 2.2.1业务分析 ............................................................ 6 2.2.2业务流程图 .......................................................... 7 2.3数据流程分析和数据流程图 ............................................... 7 2.3.1数据流程分析 ........................................................ 7 2.3.2数据流程图 .......................................................... 8 2.4数据字典 ............................................................... 8 2.4.1数据项 .............................................................. 8 2.4.2数据结构 ............................................................ 9 2.4.3数据流 ............................................................. 10 2.4.4数据存储 ........................................................... 10 2.4.5处理过程 ........................................................... 11 2.4.6外部实体 ........................................................... 11 3.系统设计.................................................................. 12 3.1系统架构 .............................................................. 12 3.1.1 系统架构的选择 ..................................................... 12 3.1.2 系统架构的配置 ..................................................... 12 3.2.系统功能设计 .......................................................... 13 3.2.1系统功能结构图 ..................................................... 13 3.3.输入输出设计 .......................................................... 13 3.3.1输入输出设计的意义 ................................................. 13 3.3.2输入设计 ........................................................... 13 3.3.3输出设计 ........................................................... 14 3.3.4本系统输入输出方式 ................................................. 15 3.4.数据库设计 ............................................................ 15 3.4.1空间数据库设计 ..................................................... 15 3.4.1.1 空间数据库结构设计 .............................................. 15 3.4.2空间数据库物理设计 ................................................ 16 3.4.3土壤属性数据库设计 ................................................ 17 3.5代码设计 ............................................................ 177 3.5.1代码设计的原则 .................................................... 17
3.5.2系统所需代码设计 .................................................. 17 4.系统实施与测试 ............................................................ 18 4.1系统配置 ............................................................. 18 4.2系统测试 ............................................................. 19 4.2.1系统登录测试 .................................................... 19 4.2.2新用户创建测试 .................................................. 19 4.3性能测试 ............................................................. 20 4.4测试结果评价 ......................................................... 20
引言：
“万物土中生”，土壤无可非议的成为人类赖以生存与发展的极其重要的物
质基础。我国是农业大国，又是人口大国，土壤资源态势的点滴变化，影响到我国经济改革发展的进程。一方面，耕地资源和后备耕地资源严重不足，耕地、林地和草地人均占有量分别仅为世界平均值的 1/3、 1/5、 1/4，且随着社会经济的高速发展，城镇和交通等非农业用地还会有很大的需求，耕地数量在逐步减少。另一方面，工业化的高速发展，人们对土地的索取强度急剧加大，生态环境问题突出，水土流失、沙化、污染等导致土壤严重退化，土壤质量也逐步下降。如何采取有效措施，遏制当前土壤资源不利态势的变化，保障粮食供应和保护生态环境，就必须掌握土壤与土地退化及全球环境变化的时空变异规律和过程，从而为防止土地退化和全球环境恶化做出正确的决策和规划。而精确及时的土壤、土地和生态环境信息数据是科学规划和决策的基础和依据，建立一个能够不断 修改，便于检索，便于操作，便于国内不同学科及国际交流的土壤与土地数据库，这是世界各国土壤、土地和环保科学家的共同认识和一致呼吁。
赣州是全世界脐橙种植面积最大的城市，因此对土壤的要求更加高，因此，需要一个更加全面的系统来统计记录种植区土壤的营养问题。以县为单位收集土壤普查资料和动态监测资料，建立包括土壤类型、土壤肥力、肥料使用、作物类型及产量等有关土壤与农业信息系统，将分散的数据收集整理，研究不同生产条件下土壤质量与养分状况、变化规律和变异情况。并可广泛应用于对土壤生产力、土壤退化、土壤侵蚀、土壤环境容量、作物栽培的土壤适宜性、绿色食品生产基地选择等仍需进行深入研究。目前，需要解决的是，各种来源土壤数据的标准化、针对特定目的地评价模型的开发以及友好的、可视化的用户资料输入输出管理界面。
1、需求分析
1.1项目背景
脐橙是甜橙的一个品种群，是柑橘的一个特殊类型，因其果顶内生有次生果（脐）而得名。脐橙因鲜食品质优良，素有“柑橘珍品”、“果中之王”的美誉。其种植区域主要分布在北纬35°以南至南纬35°以北的20多个国家。但因其对气候条件要求较高，全球优质脐橙产区不多，仅形成了美国加州、欧洲的西班牙、南半球的南非和澳大利亚、中国的赣南－湘南－桂北和三峡库区等主要产区。
赣州是中国最适宜脐橙种植的地区之一，上世纪70年代开始试种脐橙，80年代初，中国科学院南方山区综合考察队在赣南实地考察一年后得出科考报告：“赣南发展柑橘气候得天独厚，应成为我国柑橘商品生产重要基地”，时任中共中央总书记的胡耀邦通过信件指示赣南要大力发展柑橘生产。自1981年从华中农业大学引种纽荷尔等8个脐橙良种以来，赣州历届党委政府常抓不懈，广大果农艰苦奋斗，全市上下齐心协力，利用山地开发种果，不与粮食争地，先后大力实施“山上再造”、“兴果富民”、“建设世界著名脐橙主产区”、“培植超百亿元产业集群”、“建设全国乃至世界有影响力和市场话语权的脐橙产业基地”等战略举措，赣南脐橙产业逐渐从一个单纯的种植业发展成为一个集种植生产、仓储物流、精深加工等于一体的产业集群，成为全国水果产业发展的一面旗帜和
我国加入WTO之后抵御国外脐橙入侵的“桥头堡”，在世界水果行业中占有一席之地，是全国农产品行业品牌影响大、产业体系完整、幅射带动广、具备现代农业特征的先行示范产业。
2011年全市果业产业集群总产值达60亿元，其中果品销售收入25亿元。全市有脐橙种植户24万户，从业人员70万人，果农人均果业收入达2700元，其中宁都、安远、信丰、寻乌、瑞金市、会昌、密溪村、石城产量、质量最为突出。如今，赣南脐橙已被列为全国十一大优势农产品之一，为国家地理标志保护产品，荣获“中华名果”荣誉称号。赣南脐橙不仅牢牢占据了国内脐橙消费高端市场，还漂洋过海，远销国际市场。果业已成为农民收入的重要来源，成为致富一方百姓的富民产业，成为赣州农村全面实现小康目标的甜蜜希望。
2013年赣州市共有果业总面积282万亩，其中脐橙面积183万亩；水果年总产量194万吨，其中脐橙产量150万吨。赣州已经成为脐橙种植面积世界第一，年产量世界第三、全国最大的脐橙主产区。规模种植带来的经济效益、社会效益日益凸显，果业成为农民致富的重要来源。全市果业实现年总产值80亿元，其中，果农鲜果销售收入40亿元，全市果农人均果业收入5000元。果业的发展让全市25万户果业种植户70万果农受益，解决了近100万农村劳动力就业。
随着赣南脐橙品牌越来越深入人心，为了种植出品质更高的脐橙，就必须对脐橙种植区的土壤进行更加全面的管理， 赣南脐橙种植区土壤营养地理信息系统应运而生。同时依靠现代信息技术，也将把赣南脐橙从生产到消费者手中的产业链管理得更完善。
1.2参考资料
西北农林科技大学《陕西省土壤信息系统建立初步研究》 赣州市人民政府: 赣南脐橙产业发展情况报告
1.3功能需求
依据目前对赣南脐橙种植区土壤营养是提出的问题，赣南脐橙种植区土壤营养地理信息系统所要实现的功能分别为：
① 基本功能 ② 土壤肥力评价 ③ 土壤侵蚀强度分析 ④ 土壤资源利用 ⑤ 施肥决策 ⑥ 帮助功能
1.4性能需求
1、可扩展性
系统中控制部件(软、硬件)采用模块式结构、模组式交换矩阵、内部总线
化等技术措施，可方便灵活的进行扩充，充分保证系统将来的适应性。 2、灵活性
系统采用硬件编解码，可调节图像质量与带宽占用，可根据用户需求调节帧数、分辨率、图像质量等。多种图像浏览方式，系统支持基于浏览器技术的网络浏览功能，可以方便灵活的使用。 3、开放性
系统兼容性强，能与现有其他监控系统互融，提供完整的维护业务平台。 4、完善性 用户界面
本系统采用Windows的通用图形界面，对用户友好，且对鼠标和键盘提供支持。 界面具有一致性，能提供简单的错误处理，信息反馈，并且操作可逆。 软件需求 1.服务器
Windows2000/2003/2008server；Microsoft.NET Framework2.0；Microsoft SQL Server 2008； 2.客户端
Windows XP；Microsoft SQL .NET Framework2.0 3.开发平台
Windows XP ;Visual Studio 2005; Microsoft.NET Framework2.0;Microsoft SQL Server 2008； 硬件需求
Intel或AMD平台，CPU1.0GHz以上，内存256 M以上，硬盘10G以上。 通讯接口
2.系统分析
2.1组织结构分析
2.1.1总体结构
本系统主要分成4个模块，分别是空间数据管理模块、属性数据管理模块、应用模块、数据输出模块。各个模块之间相互联系。
2.1.2空间数据管理模块
空间数据模块主要是通过与卫星系统、当地气象局、土壤探测仪等相关系统联系，从其中导入卫星图，更加直观的查看种植区土壤的营养情况，例如酸碱度，微量元素的含量等。通过第三方获得种植区土壤的具体情况。该模块主要分为：
2.1.3属性数据管理模块
属性数据模块主要是对种植区土壤的具体属性的一些管理，例如：种植区土壤的酸碱性，是否适合种植脐橙。在这一模块好包括气象局所提供的数据、农业生产统计的信息、社会经济数据库。通过对这些数据的更新管理，为下一步进行脐橙种植区的土壤营养管理打好基础。
2.1.4应用模块
应用模块的功能主要是结合空间数据模块和属性数据模块对脐橙种植区土壤的肥力、侵蚀程度、种植区的地形、种植区土壤可利用资源的多少进行科学直观的分析，从而给出科学的土壤治理情况以及对种植区土壤的施肥决策。在这个模块包括了5个小模块，分别是：土壤肥力评价、土壤侵蚀程度评价、数字地形分析、土壤资源利用评价、施肥决策。
（1）土壤肥力评价模块：该模块可以根据各种土壤类型及养分特征进行分析，对土地的肥力水平进行量化，进行土地肥力评价，提出合理的施肥措施和施肥方案。
（2）数字地形分析模块：利用数字高程数据，读取坡度、坡向、海拔高度等信息，结合土壤类型数据，并将数据库中的土壤剖面特征与属性联系起来，分析土壤类型与坡度、坡向和海拔高度的相关关系。
（3）土壤侵蚀强度评价模块：可从数据库提取土壤侵蚀因子，根据种植区的地形、气候等资料对研究区土壤侵蚀强度进行分析评价，为该地区的水土保持工作提供一定的理论依据和基本资料。
（4）土壤资源利用评价模块：该模块按照土壤类型、土壤肥力、土地利用现状、经济技术发展水平等因子的组合状况，进行各因子权重分配和复合计算，对土地适宜性及农业后备用地资源进行评价。土壤资源评价是合理开发利用国土资源的重要前提，也是为制定土壤合理利用规划提供科学依据的基础。
2.1.5数据输出模块
这一模主要是将所收集的数据通过输出设备输出。数据输出模块包括空间数据的输出和属性数据的输出两个部分。空间数据输出主要是将空间数据以专题图的形式输出至打印机或将当前范围以图片的形式输出，图片格式如：JPG(JPEG、BMP、TIFF)。属
性数据输出是以数据报表的形式输出至打印机。
2.2业务分析和业务流程图
2.2.1业务分析
工作人员通过土壤探测仪和数据库技术对赣南脐橙的种植区土壤信息的手机、传递、存储、加工、维护和使用，建立脐橙种植区土壤信息数据库。然后在
利用系统的数据采集功能，进行属性的增加、删除、改动等。赣南脐橙种植区管理人员将土壤资料建立数据库后，为各级维护和管理部门提供规范的基础技术资料，进一步提高决策的实时性、科学性，有助于生产管理单位对种植区土壤质量变化、施肥咨询等多方位的信息服务。
2.2.2业务流程图
2.3数据流程分析和数据流程图
2.3.1数据流程分析
种植农户可以通过本系统的客户端注册用户，完善个人信息，同时上传种植区土壤的详细情况，然后自动生成系统分析数据。工作人员可以通过数据库查询相关数据进行种植区土壤情况分析。工作人员根据分析情况给出合理的土壤治理决策以及种植区土壤施肥决策。同时种植农户也可以通过本系统查询有关种植区土壤的酸碱情况，并且可以查询到一下种植的小知识小资料等。
2.3.2数据流程图
2.4数据字典
2.4.1数据项
数据项是不可再分的数据单位。
2.4.2数据结构
2.4.3数据流
2.4.4数据存储
2.4.5处理过程
2.4.6外部实体
3.系统设计
3.1系统架构
3.1.1 系统架构的选择
根据系统分析和对数据的预测分析，我们决定采用B/S结构的框架进行开发，这样有利于系统集中管理，同时也可以降低子系统资源的消耗，并且提高了开发的效率。
3.1.2 系统架构的配置
根据系统架构的选择，逻辑三层、物理三层的B/S架构，那么就可以确定至少需要两台服务器（一台Web服务器，一台为数据库服务器）。同时还需要预先安装支持客户端程序的运行环境/解释器等应用系统软件、与数据库连接的驱
3.2.系统功能设计
3.2.1系统功能结构图
3.3.输入输出设计
3.3.1输入输出设计的意义
输入输出设计是管理信息系统与用户的界面，一般而言，输入输出 设计对
于系统开发人员并不重要，但对用户来说，却显得尤为重要。
1、它是一个组织系统形象(Cooperation Identify System, CIS)的具体体现； 2、它能够为用户建立良好的工作环境，激发用户努力学习、主动工作的热情； 3、符合用户习惯，方便用户操作，使目标系统易于为用户所接受。 4、为用户提供易读易懂的信息形态。
3.3.2输入设计
输入界面是管理信息系统与用户之间交互的纽带，设计的任务是根 据具体业务要求，确定适当的输入形式，使管理信息系统获取管理工作 中产生的正确的信息。输入设计的目的是提高输入效率，减少输入错误。 （1）输入设计的设计原则：
控制输入量。尽可能利用计算
减少输入延迟。批量输入、周转文件输入 减少输入错误。采用多种校验方法和验证技术 避免额外步骤。
简化输入过程。 （2）输入设计的内容： 1）输入设备选择。
输入设计首先要确定输入设备的类型和输入介质，目前常用的输入设备有以下几种:
键盘--磁盘输入装置。 光电阅读器。 终端输入。
2）输入数据正确性校验。 常用校对方式有：
人工校对； 二次键入校对；
根据输入数据之间的逻辑关系校对；
用程序设计实现校对； 3）输入设计的评价
输入界面是否明晰、美观、大方； 是否便于填写，符合工作习惯；
是否便于操作；
是否有保证输入数据正确性的校验措施。
3.3.3输出设计
输出设计的任务是使管理信息系统输出满足用户需求的信息。输出 设计的目的是为了正确及时反映和组成用于管理各部门需要的信息。信 息能够满足用户需要，直接关系到系统的使用效果和系统的成功与否。 （1）输出设计的内容：
输出信息使用情况。信息的使用者、使用目的、信息量、输出周期、有效期、保管方法和输出份数。
输出信息内容。输出项目、精度、信息形式(文字、数字)。 输出格式。表格、报告、图形等。
输出设备和介质。设备如：打印机、显示器等；介质如：磁盘、磁带、纸张（普通、专用）等。 （2）输出设计的方法
在系统设计阶段，设计人员应给出系统输出的说明，这个说明既是 将来编程人员在软件开发中进行实际输出设计的依据，也是用户评价系 统实用性的依据。因此，设计人员要能选择合适的输出方法，并以清楚 的方式表达出来。 输出主要有以下几种:
表格信息。 图形信息。 图标。 （3）输出设计评价：
能否为用户提供及时、准确、全面的信息服务； 是否便于阅读和理解，符合用户的习惯； 是否充分考虑和利用了输出设备的功能；
是否为今后的发展预留一定的余地。
3.3.4本系统输入输出方式
本系统所要用的输入输出方式主要有： 1）键盘输入
通过键盘将有关脐橙的所有信息输入系统中。
2）A/D和D/A（模-数和数-模）转换
因为我们的脐橙具有条形码，顾客可以通过扫描条形码来进行脐橙的相关信息的查询。这种方式需要相应的检测设备以及这种设备与计算机的接口部件啦完成数据录入工作，也需要通过人机界面进行一些人工的参与，单系统的运行效率与检测设备有很大的关系，输入数据的正确性、准确性及运行效率主要是靠提高检测设备的可靠性和保证设备的检测精度来实现。另外，操作人员需制定相应的操作规范和管理制度。
3.4.数据库设计
3.4.1空间数据库设计
3.4.1.1 空间数据库结构设计
（1）数据组织：土壤信息数据库的构建利用了空间数据在空间上和时间上连续无缝的特性，把土壤信息所涉及到的信息分层、分项目来进行组织。把同一类型，具有相同实体意义的空间要素存放在一起，构成数据库中的一个专题数据层;同一时间段内的各种专题数据，构成数据库中的一个所有的项目，构成了整个土壤信息数据库。使用这种数据组织方式，可以充分使用地理信息系统海量数据的管理能力，用 GIS 技术来展现土壤信息数据的实际情况。
（2）数据分层：土壤信息空间数据库不仅包含地理要素的属性数据，还包含地理要素的空间定位数据。具有拓朴关系的空间地理实体是地理信息系统研究的主要对象，它们具有点、线、面 3 种基本要素特征和一定的空间作用域。空间数据库设计时，按照空间地理实体的要素特征分成不同的数据层，其中土地利用现状图分层方案见下表。
每个图层是系统对地理实体进行空间运算和空间分析的基本单位，定义了实体的内容与边界。为了能准确地描述区域内的自然地理或社会现象，提高各种数据的输入速度、管理水平和使用效率，在数据库设计时，需要借助许多变量因子来表达并区分专题要素数据，对专题要素进行分类与编码。考虑到今后系统信息必须满足共享性和快速更新的要求，因此数据分类与编码应遵循通用性、唯一性、易操作性和可扩充性，既要保证区分各类专题要素，又要便于数据的输入及类型的合并、抽取与概化。
3.4.2空间数据库物理设计
数据库物理设计的任务是使数据库逻辑结构能在实际的物理存贮设备上得以实现，建立一个具有较好性能的物理数据库。数据库物理设计主要解决以下三个问题：恰当的分配存贮空间；决定数据的物理表示；确定存贮结构。存贮空间的分配应遵循两个原则：
1）存取频度高的数据存储在快速、随即设备上，存取频度低的数据存储在慢速设备上；
2）相互依赖性强的数据应尽量存储在相邻的空间上。
存储结构的选择与应用要求有密切的联系。对批处理应用的数据，一般以顺序方式组织数据为好；对于随机应用的数据，则以直接方式或索引方式比较好，同时用指针连接法建立数据间的联系。物理设计在很大程度上与选用的数据库管理系统有关。设计中应根据实际需要，选用系统所提供的功能。
本系统建立前的数据处理主要在 Arcgis9.0 中进行编辑处理，然后在 ARC/INFOR Workstation 中进行图幅编辑：包括边界的修改，结点的删除、移动，行政代码的添加等等。由于比例尺的关系，一个研究区往往有多幅分幅地图，因此 Arcgis9.0 中的 Arc Toolbox 提供了常用的图幅拼接功能。
3.4.3土壤属性数据库设计
数据库结构主要有三种：层次数据库结构、网状数据库结构和关系数据库结构。关系数据库结构以数据表的形式组织数据，便于数据的查询、检索与更新，
因此，本系统选择关系数据库结构进行属性数据库设计。
数据库的标准化是学术交流的前提，因此本数据库的单位采用国际通用的计量单位。第二次土壤普查部分单位的使用已经不符合国际标准，例如阳离子交换量Cmol(+)/百克土改为Cmol(+)/千克土，原有数值小数点往前移一位，原来浓度单位PPM改(mg/kg)，数值不变。由于数据测定的研究机构不同，部分数值对小数点后保留的位数不同，本数据库库将采用统一的标准，方便计算机读写。
3.5代码设计
3.5.1代码设计的原则
代码设计是处理对象的代号或表示符号，其主要目的是方便计算机排序、检索、查找等处理。代码设计的关键是方便用户，并且满足业务要求。本系统代码的原则有：
1.要考虑的是编码的标准化，尽量按照有关的国际标准、国家标准、部门或行业的标准进行设计。
2.要考虑容易修改，当某段代码、某个变量或某个函数在特点、条件或代表的实体关系改变时，容易进行必要的修改。 3.要考虑结构简洁，代码的长度涉及到存储空间的占用和信息处理的速度。而且影响代码输入的出错率，所以，早满足当前需要和扩充要求的前提下应该尽量结构简单，长度要短。 4.考虑代码值的唯一性。
3.5.2系统所需代码设计
赣南脐橙土壤营养地理信息系统代码设计是根据本系统的特色，结合实际的需要，在结合使用者以及客户的各种需求而设计出来的。所设计的代码结构如下： 1.土壤类型编号
土壤编号选用两个字母和一个为数字，代表了土壤的种类，取值范围为1～99。
2.肥料编号
由一位字母和4位数字构成。
3.数字地形
数字类型选用两个数字代表地形编码。
4.土壤侵蚀
土壤侵蚀编码选用两个字母表示。
5.管理员代码
管理员员代码有三部分组成，第一部分为管理员进入公司的时间，第二部分为管理员种类，第三部分为管理员的代号。由9位数字构成。
管理员进入公司时间
4.系统实施与测试
4.1系统配置
系统的配置决定开发过程中软硬件的分布和配比。本系统是逻辑双层、物理双层的C/S架构，则至少需要一服务器（数据库服务器）。因为C/S架构中客户端软件不仅包含客户端程序。还需要预先安装支持客户端程序的运行时环境/解
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释器等应用系统软件、与数据库连接的驱动程序、支持界面显示的图表专用的工具等。所以采用Visual Studio 2005开发C/S架构程序，还需要在客户端预装.NET 2.0以上版本的运行时环境。
4.2系统测试
4.2.1系统登录测试
可以通过此页面进行系统登录。
4.2.2新用户创建测试
通过此页面可以注册新用户。
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4.3性能测试
系统完成后，经过多人测试。测试基本操作可以快速查询。
4.4测试结果评价
功能测试，系统各个功能运行正常、稳定。系统整体连接合理，基本符合工作需要，可以转入正常运行。
性能测试结果证明，系统运行稳定，响应速度正常，符合工作需要。数据库安全性较高，能正常识别各种非法输入。
测试流程设计合理，测试数据类型丰富，测试结果有较高可信度。
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赣南脐橙种植区土壤营养地理信息系统
引言 ........................................................................ 1 1.需求分析................................................................... 1 1.1项目背景 ............................................................... 2 1.2参考资料 ............................................................... 2 1.3功能需求 ............................................................... 2 1.4性能需求 ............................................................... 2 2.系统分析................................................................... 3 2.1组织结构分析 ........................................................... 3 2.1.1总体结构 ............................................................ 3 2.1.2空间数据管理模块 .................................................... 4 2.1.3属性数据管理模块 .................................................... 4 2.1.4应用模块 ............................................................ 5 2.1.5数据输出模块 ........................................................ 6 2.2业务分析和业务流程图 ................................................... 6 2.2.1业务分析 ............................................................ 6 2.2.2业务流程图 .......................................................... 7 2.3数据流程分析和数据流程图 ............................................... 7 2.3.1数据流程分析 ........................................................ 7 2.3.2数据流程图 .......................................................... 8 2.4数据字典 ............................................................... 8 2.4.1数据项 .............................................................. 8 2.4.2数据结构 ............................................................ 9 2.4.3数据流 ............................................................. 10 2.4.4数据存储 ........................................................... 10 2.4.5处理过程 ........................................................... 11 2.4.6外部实体 ........................................................... 11 3.系统设计.................................................................. 12 3.1系统架构 .............................................................. 12 3.1.1 系统架构的选择 ..................................................... 12 3.1.2 系统架构的配置 ..................................................... 12 3.2.系统功能设计 .......................................................... 13 3.2.1系统功能结构图 ..................................................... 13 3.3.输入输出设计 .......................................................... 13 3.3.1输入输出设计的意义 ................................................. 13 3.3.2输入设计 ........................................................... 13 3.3.3输出设计 ........................................................... 14 3.3.4本系统输入输出方式 ................................................. 15 3.4.数据库设计 ............................................................ 15 3.4.1空间数据库设计 ..................................................... 15 3.4.1.1 空间数据库结构设计 .............................................. 15 3.4.2空间数据库物理设计 ................................................ 16 3.4.3土壤属性数据库设计 ................................................ 17 3.5代码设计 ............................................................ 177 3.5.1代码设计的原则 .................................................... 17
3.5.2系统所需代码设计 .................................................. 17 4.系统实施与测试 ............................................................ 18 4.1系统配置 ............................................................. 18 4.2系统测试 ............................................................. 19 4.2.1系统登录测试 .................................................... 19 4.2.2新用户创建测试 .................................................. 19 4.3性能测试 ............................................................. 20 4.4测试结果评价 ......................................................... 20
引言：
“万物土中生”，土壤无可非议的成为人类赖以生存与发展的极其重要的物
质基础。我国是农业大国，又是人口大国，土壤资源态势的点滴变化，影响到我国经济改革发展的进程。一方面，耕地资源和后备耕地资源严重不足，耕地、林地和草地人均占有量分别仅为世界平均值的 1/3、 1/5、 1/4，且随着社会经济的高速发展，城镇和交通等非农业用地还会有很大的需求，耕地数量在逐步减少。另一方面，工业化的高速发展，人们对土地的索取强度急剧加大，生态环境问题突出，水土流失、沙化、污染等导致土壤严重退化，土壤质量也逐步下降。如何采取有效措施，遏制当前土壤资源不利态势的变化，保障粮食供应和保护生态环境，就必须掌握土壤与土地退化及全球环境变化的时空变异规律和过程，从而为防止土地退化和全球环境恶化做出正确的决策和规划。而精确及时的土壤、土地和生态环境信息数据是科学规划和决策的基础和依据，建立一个能够不断 修改，便于检索，便于操作，便于国内不同学科及国际交流的土壤与土地数据库，这是世界各国土壤、土地和环保科学家的共同认识和一致呼吁。
赣州是全世界脐橙种植面积最大的城市，因此对土壤的要求更加高，因此，需要一个更加全面的系统来统计记录种植区土壤的营养问题。以县为单位收集土壤普查资料和动态监测资料，建立包括土壤类型、土壤肥力、肥料使用、作物类型及产量等有关土壤与农业信息系统，将分散的数据收集整理，研究不同生产条件下土壤质量与养分状况、变化规律和变异情况。并可广泛应用于对土壤生产力、土壤退化、土壤侵蚀、土壤环境容量、作物栽培的土壤适宜性、绿色食品生产基地选择等仍需进行深入研究。目前，需要解决的是，各种来源土壤数据的标准化、针对特定目的地评价模型的开发以及友好的、可视化的用户资料输入输出管理界面。
1、需求分析
1.1项目背景
脐橙是甜橙的一个品种群，是柑橘的一个特殊类型，因其果顶内生有次生果（脐）而得名。脐橙因鲜食品质优良，素有“柑橘珍品”、“果中之王”的美誉。其种植区域主要分布在北纬35°以南至南纬35°以北的20多个国家。但因其对气候条件要求较高，全球优质脐橙产区不多，仅形成了美国加州、欧洲的西班牙、南半球的南非和澳大利亚、中国的赣南－湘南－桂北和三峡库区等主要产区。
赣州是中国最适宜脐橙种植的地区之一，上世纪70年代开始试种脐橙，80年代初，中国科学院南方山区综合考察队在赣南实地考察一年后得出科考报告：“赣南发展柑橘气候得天独厚，应成为我国柑橘商品生产重要基地”，时任中共中央总书记的胡耀邦通过信件指示赣南要大力发展柑橘生产。自1981年从华中农业大学引种纽荷尔等8个脐橙良种以来，赣州历届党委政府常抓不懈，广大果农艰苦奋斗，全市上下齐心协力，利用山地开发种果，不与粮食争地，先后大力实施“山上再造”、“兴果富民”、“建设世界著名脐橙主产区”、“培植超百亿元产业集群”、“建设全国乃至世界有影响力和市场话语权的脐橙产业基地”等战略举措，赣南脐橙产业逐渐从一个单纯的种植业发展成为一个集种植生产、仓储物流、精深加工等于一体的产业集群，成为全国水果产业发展的一面旗帜和
我国加入WTO之后抵御国外脐橙入侵的“桥头堡”，在世界水果行业中占有一席之地，是全国农产品行业品牌影响大、产业体系完整、幅射带动广、具备现代农业特征的先行示范产业。
2011年全市果业产业集群总产值达60亿元，其中果品销售收入25亿元。全市有脐橙种植户24万户，从业人员70万人，果农人均果业收入达2700元，其中宁都、安远、信丰、寻乌、瑞金市、会昌、密溪村、石城产量、质量最为突出。如今，赣南脐橙已被列为全国十一大优势农产品之一，为国家地理标志保护产品，荣获“中华名果”荣誉称号。赣南脐橙不仅牢牢占据了国内脐橙消费高端市场，还漂洋过海，远销国际市场。果业已成为农民收入的重要来源，成为致富一方百姓的富民产业，成为赣州农村全面实现小康目标的甜蜜希望。
2013年赣州市共有果业总面积282万亩，其中脐橙面积183万亩；水果年总产量194万吨，其中脐橙产量150万吨。赣州已经成为脐橙种植面积世界第一，年产量世界第三、全国最大的脐橙主产区。规模种植带来的经济效益、社会效益日益凸显，果业成为农民致富的重要来源。全市果业实现年总产值80亿元，其中，果农鲜果销售收入40亿元，全市果农人均果业收入5000元。果业的发展让全市25万户果业种植户70万果农受益，解决了近100万农村劳动力就业。
随着赣南脐橙品牌越来越深入人心，为了种植出品质更高的脐橙，就必须对脐橙种植区的土壤进行更加全面的管理， 赣南脐橙种植区土壤营养地理信息系统应运而生。同时依靠现代信息技术，也将把赣南脐橙从生产到消费者手中的产业链管理得更完善。
1.2参考资料
西北农林科技大学《陕西省土壤信息系统建立初步研究》 赣州市人民政府: 赣南脐橙产业发展情况报告
1.3功能需求
依据目前对赣南脐橙种植区土壤营养是提出的问题，赣南脐橙种植区土壤营养地理信息系统所要实现的功能分别为：
① 基本功能 ② 土壤肥力评价 ③ 土壤侵蚀强度分析 ④ 土壤资源利用 ⑤ 施肥决策 ⑥ 帮助功能
1.4性能需求
1、可扩展性
系统中控制部件(软、硬件)采用模块式结构、模组式交换矩阵、内部总线
化等技术措施，可方便灵活的进行扩充，充分保证系统将来的适应性。 2、灵活性
系统采用硬件编解码，可调节图像质量与带宽占用，可根据用户需求调节帧数、分辨率、图像质量等。多种图像浏览方式，系统支持基于浏览器技术的网络浏览功能，可以方便灵活的使用。 3、开放性
系统兼容性强，能与现有其他监控系统互融，提供完整的维护业务平台。 4、完善性 用户界面
本系统采用Windows的通用图形界面，对用户友好，且对鼠标和键盘提供支持。 界面具有一致性，能提供简单的错误处理，信息反馈，并且操作可逆。 软件需求 1.服务器
Windows2000/2003/2008server；Microsoft.NET Framework2.0；Microsoft SQL Server 2008； 2.客户端
Windows XP；Microsoft SQL .NET Framework2.0 3.开发平台
Windows XP ;Visual Studio 2005; Microsoft.NET Framework2.0;Microsoft SQL Server 2008； 硬件需求
Intel或AMD平台，CPU1.0GHz以上，内存256 M以上，硬盘10G以上。 通讯接口
2.系统分析
2.1组织结构分析
2.1.1总体结构
本系统主要分成4个模块，分别是空间数据管理模块、属性数据管理模块、应用模块、数据输出模块。各个模块之间相互联系。
2.1.2空间数据管理模块
空间数据模块主要是通过与卫星系统、当地气象局、土壤探测仪等相关系统联系，从其中导入卫星图，更加直观的查看种植区土壤的营养情况，例如酸碱度，微量元素的含量等。通过第三方获得种植区土壤的具体情况。该模块主要分为：
2.1.3属性数据管理模块
属性数据模块主要是对种植区土壤的具体属性的一些管理，例如：种植区土壤的酸碱性，是否适合种植脐橙。在这一模块好包括气象局所提供的数据、农业生产统计的信息、社会经济数据库。通过对这些数据的更新管理，为下一步进行脐橙种植区的土壤营养管理打好基础。
2.1.4应用模块
应用模块的功能主要是结合空间数据模块和属性数据模块对脐橙种植区土壤的肥力、侵蚀程度、种植区的地形、种植区土壤可利用资源的多少进行科学直观的分析，从而给出科学的土壤治理情况以及对种植区土壤的施肥决策。在这个模块包括了5个小模块，分别是：土壤肥力评价、土壤侵蚀程度评价、数字地形分析、土壤资源利用评价、施肥决策。
（1）土壤肥力评价模块：该模块可以根据各种土壤类型及养分特征进行分析，对土地的肥力水平进行量化，进行土地肥力评价，提出合理的施肥措施和施肥方案。
（2）数字地形分析模块：利用数字高程数据，读取坡度、坡向、海拔高度等信息，结合土壤类型数据，并将数据库中的土壤剖面特征与属性联系起来，分析土壤类型与坡度、坡向和海拔高度的相关关系。
（3）土壤侵蚀强度评价模块：可从数据库提取土壤侵蚀因子，根据种植区的地形、气候等资料对研究区土壤侵蚀强度进行分析评价，为该地区的水土保持工作提供一定的理论依据和基本资料。
（4）土壤资源利用评价模块：该模块按照土壤类型、土壤肥力、土地利用现状、经济技术发展水平等因子的组合状况，进行各因子权重分配和复合计算，对土地适宜性及农业后备用地资源进行评价。土壤资源评价是合理开发利用国土资源的重要前提，也是为制定土壤合理利用规划提供科学依据的基础。
2.1.5数据输出模块
这一模主要是将所收集的数据通过输出设备输出。数据输出模块包括空间数据的输出和属性数据的输出两个部分。空间数据输出主要是将空间数据以专题图的形式输出至打印机或将当前范围以图片的形式输出，图片格式如：JPG(JPEG、BMP、TIFF)。属
性数据输出是以数据报表的形式输出至打印机。
2.2业务分析和业务流程图
2.2.1业务分析
工作人员通过土壤探测仪和数据库技术对赣南脐橙的种植区土壤信息的手机、传递、存储、加工、维护和使用，建立脐橙种植区土壤信息数据库。然后在
利用系统的数据采集功能，进行属性的增加、删除、改动等。赣南脐橙种植区管理人员将土壤资料建立数据库后，为各级维护和管理部门提供规范的基础技术资料，进一步提高决策的实时性、科学性，有助于生产管理单位对种植区土壤质量变化、施肥咨询等多方位的信息服务。
2.2.2业务流程图
2.3数据流程分析和数据流程图
2.3.1数据流程分析
种植农户可以通过本系统的客户端注册用户，完善个人信息，同时上传种植区土壤的详细情况，然后自动生成系统分析数据。工作人员可以通过数据库查询相关数据进行种植区土壤情况分析。工作人员根据分析情况给出合理的土壤治理决策以及种植区土壤施肥决策。同时种植农户也可以通过本系统查询有关种植区土壤的酸碱情况，并且可以查询到一下种植的小知识小资料等。
2.3.2数据流程图
2.4数据字典
2.4.1数据项
数据项是不可再分的数据单位。
2.4.2数据结构
2.4.3数据流
2.4.4数据存储
2.4.5处理过程
2.4.6外部实体
3.系统设计
3.1系统架构
3.1.1 系统架构的选择
根据系统分析和对数据的预测分析，我们决定采用B/S结构的框架进行开发，这样有利于系统集中管理，同时也可以降低子系统资源的消耗，并且提高了开发的效率。
3.1.2 系统架构的配置
根据系统架构的选择，逻辑三层、物理三层的B/S架构，那么就可以确定至少需要两台服务器（一台Web服务器，一台为数据库服务器）。同时还需要预先安装支持客户端程序的运行环境/解释器等应用系统软件、与数据库连接的驱
3.2.系统功能设计
3.2.1系统功能结构图
3.3.输入输出设计
3.3.1输入输出设计的意义
输入输出设计是管理信息系统与用户的界面，一般而言，输入输出 设计对
于系统开发人员并不重要，但对用户来说，却显得尤为重要。
1、它是一个组织系统形象(Cooperation Identify System, CIS)的具体体现； 2、它能够为用户建立良好的工作环境，激发用户努力学习、主动工作的热情； 3、符合用户习惯，方便用户操作，使目标系统易于为用户所接受。 4、为用户提供易读易懂的信息形态。
3.3.2输入设计
输入界面是管理信息系统与用户之间交互的纽带，设计的任务是根 据具体业务要求，确定适当的输入形式，使管理信息系统获取管理工作 中产生的正确的信息。输入设计的目的是提高输入效率，减少输入错误。 （1）输入设计的设计原则：
控制输入量。尽可能利用计算
减少输入延迟。批量输入、周转文件输入 减少输入错误。采用多种校验方法和验证技术 避免额外步骤。
简化输入过程。 （2）输入设计的内容： 1）输入设备选择。
输入设计首先要确定输入设备的类型和输入介质，目前常用的输入设备有以下几种:
键盘--磁盘输入装置。 光电阅读器。 终端输入。
2）输入数据正确性校验。 常用校对方式有：
人工校对； 二次键入校对；
根据输入数据之间的逻辑关系校对；
用程序设计实现校对； 3）输入设计的评价
输入界面是否明晰、美观、大方； 是否便于填写，符合工作习惯；
是否便于操作；
是否有保证输入数据正确性的校验措施。
3.3.3输出设计
输出设计的任务是使管理信息系统输出满足用户需求的信息。输出 设计的目的是为了正确及时反映和组成用于管理各部门需要的信息。信 息能够满足用户需要，直接关系到系统的使用效果和系统的成功与否。 （1）输出设计的内容：
输出信息使用情况。信息的使用者、使用目的、信息量、输出周期、有效期、保管方法和输出份数。
输出信息内容。输出项目、精度、信息形式(文字、数字)。 输出格式。表格、报告、图形等。
输出设备和介质。设备如：打印机、显示器等；介质如：磁盘、磁带、纸张（普通、专用）等。 （2）输出设计的方法
在系统设计阶段，设计人员应给出系统输出的说明，这个说明既是 将来编程人员在软件开发中进行实际输出设计的依据，也是用户评价系 统实用性的依据。因此，设计人员要能选择合适的输出方法，并以清楚 的方式表达出来。 输出主要有以下几种:
表格信息。 图形信息。 图标。 （3）输出设计评价：
能否为用户提供及时、准确、全面的信息服务； 是否便于阅读和理解，符合用户的习惯； 是否充分考虑和利用了输出设备的功能；
是否为今后的发展预留一定的余地。
3.3.4本系统输入输出方式
本系统所要用的输入输出方式主要有： 1）键盘输入
通过键盘将有关脐橙的所有信息输入系统中。
2）A/D和D/A（模-数和数-模）转换
因为我们的脐橙具有条形码，顾客可以通过扫描条形码来进行脐橙的相关信息的查询。这种方式需要相应的检测设备以及这种设备与计算机的接口部件啦完成数据录入工作，也需要通过人机界面进行一些人工的参与，单系统的运行效率与检测设备有很大的关系，输入数据的正确性、准确性及运行效率主要是靠提高检测设备的可靠性和保证设备的检测精度来实现。另外，操作人员需制定相应的操作规范和管理制度。
3.4.数据库设计
3.4.1空间数据库设计
3.4.1.1 空间数据库结构设计
（1）数据组织：土壤信息数据库的构建利用了空间数据在空间上和时间上连续无缝的特性，把土壤信息所涉及到的信息分层、分项目来进行组织。把同一类型，具有相同实体意义的空间要素存放在一起，构成数据库中的一个专题数据层;同一时间段内的各种专题数据，构成数据库中的一个所有的项目，构成了整个土壤信息数据库。使用这种数据组织方式，可以充分使用地理信息系统海量数据的管理能力，用 GIS 技术来展现土壤信息数据的实际情况。
（2）数据分层：土壤信息空间数据库不仅包含地理要素的属性数据，还包含地理要素的空间定位数据。具有拓朴关系的空间地理实体是地理信息系统研究的主要对象，它们具有点、线、面 3 种基本要素特征和一定的空间作用域。空间数据库设计时，按照空间地理实体的要素特征分成不同的数据层，其中土地利用现状图分层方案见下表。
每个图层是系统对地理实体进行空间运算和空间分析的基本单位，定义了实体的内容与边界。为了能准确地描述区域内的自然地理或社会现象，提高各种数据的输入速度、管理水平和使用效率，在数据库设计时，需要借助许多变量因子来表达并区分专题要素数据，对专题要素进行分类与编码。考虑到今后系统信息必须满足共享性和快速更新的要求，因此数据分类与编码应遵循通用性、唯一性、易操作性和可扩充性，既要保证区分各类专题要素，又要便于数据的输入及类型的合并、抽取与概化。
3.4.2空间数据库物理设计
数据库物理设计的任务是使数据库逻辑结构能在实际的物理存贮设备上得以实现，建立一个具有较好性能的物理数据库。数据库物理设计主要解决以下三个问题：恰当的分配存贮空间；决定数据的物理表示；确定存贮结构。存贮空间的分配应遵循两个原则：
1）存取频度高的数据存储在快速、随即设备上，存取频度低的数据存储在慢速设备上；
2）相互依赖性强的数据应尽量存储在相邻的空间上。
存储结构的选择与应用要求有密切的联系。对批处理应用的数据，一般以顺序方式组织数据为好；对于随机应用的数据，则以直接方式或索引方式比较好，同时用指针连接法建立数据间的联系。物理设计在很大程度上与选用的数据库管理系统有关。设计中应根据实际需要，选用系统所提供的功能。
本系统建立前的数据处理主要在 Arcgis9.0 中进行编辑处理，然后在 ARC/INFOR Workstation 中进行图幅编辑：包括边界的修改，结点的删除、移动，行政代码的添加等等。由于比例尺的关系，一个研究区往往有多幅分幅地图，因此 Arcgis9.0 中的 Arc Toolbox 提供了常用的图幅拼接功能。
3.4.3土壤属性数据库设计
数据库结构主要有三种：层次数据库结构、网状数据库结构和关系数据库结构。关系数据库结构以数据表的形式组织数据，便于数据的查询、检索与更新，
因此，本系统选择关系数据库结构进行属性数据库设计。
数据库的标准化是学术交流的前提，因此本数据库的单位采用国际通用的计量单位。第二次土壤普查部分单位的使用已经不符合国际标准，例如阳离子交换量Cmol(+)/百克土改为Cmol(+)/千克土，原有数值小数点往前移一位，原来浓度单位PPM改(mg/kg)，数值不变。由于数据测定的研究机构不同，部分数值对小数点后保留的位数不同，本数据库库将采用统一的标准，方便计算机读写。
3.5代码设计
3.5.1代码设计的原则
代码设计是处理对象的代号或表示符号，其主要目的是方便计算机排序、检索、查找等处理。代码设计的关键是方便用户，并且满足业务要求。本系统代码的原则有：
1.要考虑的是编码的标准化，尽量按照有关的国际标准、国家标准、部门或行业的标准进行设计。
2.要考虑容易修改，当某段代码、某个变量或某个函数在特点、条件或代表的实体关系改变时，容易进行必要的修改。 3.要考虑结构简洁，代码的长度涉及到存储空间的占用和信息处理的速度。而且影响代码输入的出错率，所以，早满足当前需要和扩充要求的前提下应该尽量结构简单，长度要短。 4.考虑代码值的唯一性。
3.5.2系统所需代码设计
赣南脐橙土壤营养地理信息系统代码设计是根据本系统的特色，结合实际的需要，在结合使用者以及客户的各种需求而设计出来的。所设计的代码结构如下： 1.土壤类型编号
土壤编号选用两个字母和一个为数字，代表了土壤的种类，取值范围为1～99。
2.肥料编号
由一位字母和4位数字构成。
3.数字地形
数字类型选用两个数字代表地形编码。
4.土壤侵蚀
土壤侵蚀编码选用两个字母表示。
5.管理员代码
管理员员代码有三部分组成，第一部分为管理员进入公司的时间，第二部分为管理员种类，第三部分为管理员的代号。由9位数字构成。
管理员进入公司时间
4.系统实施与测试
4.1系统配置
系统的配置决定开发过程中软硬件的分布和配比。本系统是逻辑双层、物理双层的C/S架构，则至少需要一服务器（数据库服务器）。因为C/S架构中客户端软件不仅包含客户端程序。还需要预先安装支持客户端程序的运行时环境/解
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释器等应用系统软件、与数据库连接的驱动程序、支持界面显示的图表专用的工具等。所以采用Visual Studio 2005开发C/S架构程序，还需要在客户端预装.NET 2.0以上版本的运行时环境。
4.2系统测试
4.2.1系统登录测试
可以通过此页面进行系统登录。
4.2.2新用户创建测试
通过此页面可以注册新用户。
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4.3性能测试
系统完成后，经过多人测试。测试基本操作可以快速查询。
4.4测试结果评价
功能测试，系统各个功能运行正常、稳定。系统整体连接合理，基本符合工作需要，可以转入正常运行。
性能测试结果证明，系统运行稳定，响应速度正常，符合工作需要。数据库安全性较高，能正常识别各种非法输入。
测试流程设计合理，测试数据类型丰富，测试结果有较高可信度。
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