云南省是我国主要的甘蔗产区及糖料基地，甘蔗和食糖产量位居全国第二；同时甘蔗产业也是该地区的经济支柱，而蔗区艰苦的自然条件、粗放的生产管理、落后的科技推广应用等都制约着蔗糖产业的发展，需借助信息技术来改造提升传统蔗糖产业^[1-2]。地理信息系统具有分析和处理海量地理数据、空间分析和计算等功能^[3]，为各类资源的管理提供了重要的技术支持，特别是在农业应用领域，为农业提供资源信息数字化^[4]。随着计算机技术的飞速发展，地理信息系统(geographic information system, GIS)也日趋完善和成熟，并已应用于国民生产的各个领域，在农业领域所涉及的对象主要包括水稻^[5-7]、玉米^[8]、大豆^[9]、小麦^[10]、棉花^[11-12]等，在甘蔗行业的应用上国内研究最多的是广西蔗区，开发了农务管理系统^[13]，而国外主要分布在南非^[14]、澳大利亚^[15]、泰国^[16]等国家，其中泰国研发了甘蔗信息管理系统(Sugarcane Information and Management System, SIMS)。

结合云南省甘蔗产区的纬度、海拔及地形地貌特点，建立特有的蔗区地理信息系统，可让用户了解蔗区实际种植布局，并提供不同的蔗区信息(种植面积、总产量及土壤养分等)，实现对蔗区种植分布的可视化，为蔗区管理部门搭建一个能够对甘蔗信息进行综合系统管理和有效分析的平台，为甘蔗产业管理和发展提供决策参考。本文将对蔗区地理信息系统的架构设计、功能模块及技术实现进行详细介绍。

1 蔗区地理信息系统的设计与开发

蔗区地理信息系统采用基于Windows操作系统的可视化集成开发工具Microsoft Visual C++ 6.0，应用大型商用关系数据库Microsoft SQL Server 2000，研究和开发了集甘蔗产业和计算机技术于一体的地理信息系统，实现了地理信息系统基本的功能，同时提供空间分析和查询功能，并能够根据甘蔗的实际生产过程作出决策及统计分析，为甘蔗产业的管理和发展提供技术支持^[17-20]。

1.1 开发运行环境

开发环境：采用Windows XP操作系统，同时利用Microsoft SQL Server 2000关系数据库做后台，Microsoft SQL Server 2000是扩充性能满足系统开发者分布式需求的数据库管理系统，几乎可应用于所有的操作环境，并提供了其他软件连接的接口，集成程度高^[21-22]。

开发工具：本着提高开发效率，减少开发周期的宗旨，本系统采用了目前较流行的可视化开发工具Microsoft Visual C++ 6.0，该工具提供了强大的集成组件功能，操作方便，开发效率高，并且能够为地图的应用提供强大的平台^[23]。

1.2 系统结构功能设计

由于完善蔗区管理对于提高甘蔗产量、实现可视化管理具有重要影响，同时各方面的技术和需求也在不断发展和增加，因此本系统的设计需具有较强的灵活性、可操作性及通用性。

依据设计原则和实现目的，蔗区地理信息系统主要包括显示操作、基本信息、数据查询、专题地图、统计分析、权限管理及帮助7个模块，其主要功能模块结构如图 1所示。

1.2.1 显示操作模块

显示操作模块是对地图进行基本的操作，提供基本地图浏览功能，包括地图浏览与图层控制。其中地图浏览功能主要提供放大、缩小、漫游、选择、中心、测距等基本窗口操作；图层控制功能包括：图层显示颜色与符号设置、图层操作与否、图层可视与否、图层顺序改变等。

1.2.2 基本信息模块

蔗区基础数据具有动态性及时空性，利用此系统的基本信息模块可为蔗区管理人员及政府部门提供蔗区基础数据，主要是对蔗区基础数据进行管理、数据更新、备份等，通过连接后台数据库实现对蔗区数据(品种数据、种植信息数据、土壤数据、气象数据、地理数据等)的读取、添加、修改、删除及清除等操作，保证系统数据、信息的准确性、及时性和可靠性，实现蔗区基础数据的规范化管理。

1.2.3 数据查询模块

数据查询模块向用户提供可视化的数据查询界面，主要是根据用户的需求，对基础数据库进行检索、分析，提供地图的各类信息。本系统中设置了精确查询和模糊查询两种功能模块，精确查询是通过输入信息，其查询结果精确定位到地图上，并显示其详细的属性信息；模糊查询则是根据关键字检索出与之相关的信息，方便用户直观地查看所需的信息，满足不同的应用需求。

1.2.4 专题地图模块

专题地图模块可根据用户的需求，对数据进行计算和筛选，从而生成所需要的统计图，如产量分布、面积比例、土壤肥力等专题图，将复杂繁多的数据信息转化为直观的空间图表，便于总览变化趋势及作出相应预测，为甘蔗生长状况汇总上报提供便捷。

1.2.5 统计分析模块

统计分析模块主要提供了数据统计、报表输出等功能。数据统计分析模块能够根据甘蔗的特性，选取时间、品种、产量、区域等指标对数据进行加工及分类汇总统计，完成统计分析，同时输出系统用户所需的各种统计报表，以提高工作效率和辅助决策。

1.3 数据库结构设计

数据库设计是根据用户的需求，在数据库管理系统中，设计数据库的结构和建立数据库的过程^[24-25]。为了能够提高数据运行效率，此系统的数据库利用空间数据和属性数据分别管理，并遵循可靠性、可扩展性、可维护性等原则^[26-27]。空间数据采用GIS软件进行管理，主要存储系统的地图空间信息；属性数据是与系统目标功能密切相关的大量文字、数表信息数据，主要采用4种形式，即图形、图像、文字、表格等进行管理，具体属性数据有：蔗农种蔗数据(蔗农代码、蔗农姓名、种蔗面积、种蔗品种、种蔗时间、蔗地海拔、片区代码、片区名称、预计产量、种蔗年份、机械化种植面积、机械化收获面积等)、蔗区气象数据(年份、乡镇名、村名、气象站点、年均降雨量、年均温度、积温等)、蔗区地理数据(乡镇名、村名、经度范围、纬度范围、海拔、到县城距离、到最近糖厂距离等)。

2 蔗区地理信息系统的实现

蔗区地理信息系统运用Microsoft Visual C++ 6.0开发平台，采用Microsoft SQL server 2000数据库，应用系统通过ActiveXData Objects接口进行数据库访问，同时使用桌面GIS软件MapInfo的MapX 4.0进行二次开发，实现甘蔗产量、品种、土壤肥力等数据的查询和浏览，数据资源的统计、分析及输出，为甘蔗品种区划、产量预测提供决策支持，从而实现蔗区智能化和信息化管理。本系统以云南省的部分县市地图为底图，结合其基础数据，实现系统的基本功能，开发完成后在Windows平台下运行，各项功能模块基本能满足用户需求，并于2015年获得软件著作权认证(2015SR007084, V1.0)。

3 结论与讨论

本系统结合甘蔗的特性，利用GIS、计算机技术及数据库技术建立了蔗区地理信息系统，主要实现了甘蔗种植空间分布的可视化，甘蔗生产空间数据的存储管理，甘蔗生产数据报表与空间分布信息的整合，通过图文并茂的方式为蔗区管理部门提供蔗区的系统化管理。与国内外的其他类似信息管理系统^{[16, 28-30]}对比，本系统的开发侧重点在于查询功能，充分利用GIS、计算机技术及数据库技术等，能完成各类数据(品种、种植信息、土壤等)的入库统计，同时实现地图的各种空间数据的可视化管理。用户只需通过信息显示模块，可对历史数据进行更改和删除操作，实现对甘蔗种植的动态监测，对甘蔗种植提供辅助决策支持。本系统在开发的过程中，设置了权限管理，为系统的正常运转提供安全保障；同时各模块独立存在，随时可对系统进行扩充和完善，方便系统的维护和管理。

此系统目前只是实现基本的功能模块，处于初步应用阶段，其开发空间还很大，子模块还有待研究，在实际应用中还存在不足之处，主要体现在：(1)在对数据库的设计中，各属性数据之间缺乏紧密联系，造成了大量的数据冗余及系统资源浪费，从而影响了系统的查询及检索效率；(2)本系统中尚未涉及到RS和监测模型，还有待继续完善。

因此在此系统V1.0版本的基础上，还需继续完善各项功能，形成更加成熟的系统，并有待进一步的推广应用。

本系统以甘蔗为研究对象，结合其特性及云南特殊的地理位置，设计并开发了甘蔗地理信息系统平台，实现数据的快速采集、空间定位、蔗区管理信息的动态更新；可为蔗区管理人员及政府部门等提供准确、全面的地图变化信息，为蔗区信息查询、管理、决策等提供科学依据。此外，文中提出建立蔗区多源空间数据库，该数据库不仅可以满足蔗区地理信息系统的需要，也能够为其他行业的相关业务提供数据。本系统仅是基于甘蔗信息进行管理，使其管理更加实用化及智能化，为农业地理信息系统做了初步探索，今后如能将系统应用于其他作物，必将为农业领域提供一个有用的平台。