本文是一篇农业管理论文，本文以 Andriod 智能手机作为终端，土壤养分信息作为基础数据，通过 Web 服务，克里金插值法，移动 GIS 研发了测土配方施肥辅助决策系统。本文分别从系统的需求分析、理论知识、技术要求、施肥模型的选择与计算以及数据库的分类与构建等方面进行了详细的研究。
1 绪论
1.1 研究背景和意义
我国是农业大国，农业为我们的生产生活提供了必需品，是我国社会经济与社会发展的重要基础，也是国家安全和国民经济稳定的重要保障。研究表明，化肥在提高农作物的品质和产量中起着重要作用，能弥补土壤中养分含量的不足，是当前提高农作物产量最直接、最普遍的措施（高梅红等，2017）。但目前我国大部分地区仍采用传统的耕作方式，这种方式不仅无法保证作物的产量，还会因化肥的过量使用导致投入成本过高及环境污染等问题（褚彩虹，2012）。随着科技的发展，施肥技术不断更新，相关问题逐步得到了解决。
上世纪 80 年代，各类新兴技术不断崛起，促进了农业的发展。西方国家将互联网技术、农业工程技术、自动化技术等集成组合为精准农业技术，并在当时得到广泛应用（夏波，2007）。其核心是通过测定作物的实际生产情况来确定化肥等物质的投入量，进而改善化肥滥用的问题。同时精准农业技术的提出也是对传统作物生产经营方式的一种升级，使人们对农业现代化的认识产生了重大转变（贺庆荣，2010）。随着“精准农业”概念的提出，农业专家系统成为研究热点（李春龙等，2014）。农业专家系统是根据试验获得的各种数据及模型应用于农业生产的智能系统。农业专家系统以电脑及各类移动设备作为载体广泛应用于农业领域，向用户传播各类现代农业及高新技术的最新成果（冯绍振，2017）。它拥有高层次、多方面的研究理论和实践经验，能帮助用户做出合理的农业推断，并以形象、直观的方式向使用者提供各种与农业技术相关的咨询和决策（姜丽娜等，2012）。
........................
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
国外研究测土配方施肥系统要早于中国，早在 19 世纪 40 年代，被誉为“农业化学之父”的德国化学家 J.V.Libig 总结前人研究成果，提出腐质营养学说，对矿质元素的分配理论进行了详细的阐述，打开了人们研究测土配方施肥技术的大门（Nugroho A P etal，2013）。英国科学家 Lawes 在洛桑试验站进行肥料定位试验，探索施用化肥的科学用法，通过研究化肥养分含量组成、作物产量以及土壤肥力来确定作物所需肥料，为后来科学施肥奠定了坚实的基础（刘春生，
2006）。同时期美国人勃莱提出“作物产量与土壤养分存在关联性”的问题，勃莱认为可通过建立相应数学关系式对其展开详细研究（Adamchuk V I et al，2005）。他提出的勃莱 1 号和勃莱 2 号土壤有效磷提取剂，对以后的发展有着至关重要的作用。
20 世纪 30 年代后，前德意志联邦共和国成立了土壤养分检测站，检测土壤养分含量，为当地农户提供施肥指导意见，促进了农业的发展。同时期，各国专家开始在土壤肥力，肥料养分含量以及施肥时间等方面做了更为深入地研究，提出了多种科学解释方法，其中用于测试土壤有效磷的 Bary 和 Morgan 法，到现在依然有着重要作用（高祥照等，2005）。20 世纪 40 年代，在西方已经达成施肥前先测土壤养分含量的共识，前苏联建立了土壤养分含量分析室，用于分析土壤中养分含量。英国农业部针耕地进行划区施肥指导，并保证耕地数据的实时更新（Carneiro F M et al，2016）。20 世纪 60 年代，印度雷蒙诺斯通过研究农作物在土壤中的养分吸收量与其产量的关系，提出了作物的目标产量法，并在当时的农场进行试验，且取得了成功。同时期，美国也建立了比较完善的测土配方施肥体系，在各州政府设立专门的部门用来测试土壤养分含量，并探究肥料的适宜性、施肥量、施肥方法以及施肥时间等细节。在当时，美国的测土配方施肥技术已经比较普及（López-Riquelme J et al，2017）。加拿大从实际国情上出发，发展测土配方施肥技术，成立了钾磷研究所和磷肥有限公司（Li Qi et al，2017）。日本在施肥上将重心放在了科学施肥与精准施肥上，建立了全国施肥计划方案与施肥体系，还为农户制定了农作物施肥指导手册，研发了测土配方施肥专家系统，极大地提高了农作物的产量（韩青瑞，2006）。
.......................
2 需求分析
2.1 技术需求
系统的开发需用到克里金插值、移动 GIS、WebService 等技术。克里金插值通过将采样点数据插值以获取更多土壤养分信息；移动 GIS 应用于移动端用户的定位、图层操作浏览等内容；WebService 是前台用户与后台数据库的桥梁，实现数据互通。
2.1.1 克里金插值
克里金插值是利用一定的数学模型进行构建，依据协方差函数通过对随机过程/随机场进行空间建模和预测并生成栅格数据集的回归算法。在特定的随机过程，例如固有平稳过程中，克里金法能够给出最优线性无偏估计（Best Linear Unbiased Prediction，BLUP），因此在地统计学中也被称为空间最优线性无偏估计（Spatial BLUP）。克里金插值是在一定区域内对区域化变量的取值进行无偏、最优估计，是一种被优化的局部加权平均，是通过半方差图分析已知样本点，并赋与权重，从而求得未知点的数值。不仅可以生成一个面，还可以预测结果的精准度（陈婉露，2016）。
本实验将获取到的采样点养分信息通过克里金空间插值，生成实验区土壤养分信息的分布图，并应用于养分查询与施肥推荐。
2.1.2 移动 GIS
（1）概念
移动 GIS 是 GIS 界的最新成果，它是将无线网络技术、空间信息管理技术与移动设备相结合，通过应用空间信息管理技术在移动设备进行数据存储、分析、处理、显示的系统。国际将基于移动设备的 GIS（地理信息系统）+GPS（全球定位系统）+无线网络一体化的研究称作移动 GIS。
移动 GIS 是当下 GIS 界的热点话题，可分为广义移动 GIS 与狭义移动 GIS。
狭义移动 GIS 是在移动设备上独立运行，且拥有相应 GIS 功能的系统，不与服务器交互，属于离线交互模型。
广义移动 GIS 是 GIS 技术、GPS 技术、移动通讯、无线网络等技术的集成。是一种高度集成的系统。本文采用广义范畴上的移动 GIS。
移动 GIS 建立在无线网络技术的基础之上，与空间信息服务紧密相连，不仅是可移动的 GIS 系统，更是能为用户提供各类服务的系统。
............................
2.2 功能性需求
2.2.1 所需数据
系统所需数据包括土壤养分信息、行政区划、地理坐标等。
（1）土壤养分信息
土壤养分信息包括采集点与插值数据。
①采集点数据实验区土壤采集点数据，包括土肥站获取的土壤采样点养分信息、实验区土壤分布、土壤类型以及土壤利用率等相关数据。
②插值数据
对上述数据进行插值处理，将土壤类型分布以及行政区划图整合为实验区耕地资源管理图，后通过调用克里金插值将采样点信息插入到实验区土地资源管理图中，形成实验区土壤养分分布图。通过对整个区域养分数据的对比，用户可根据养分分布图来进行选择性的耕种。
（2）行政区划及地理坐标
以实验区行政区划矢量数据作为基本地理信息数据，包括行政区划图、土地面积及实验区所在地的具体经纬度等数据信息。
..........................
3 配方施肥模型的研建························· 17
3.1 施肥模型的研究································· 17
3.1.1 施肥模型参数··························· 17
3.1.2 施肥模型对比····························· 17
4 系统设计····································24
4.1 总体设计······················ 24
4.1.1 系统设计目标······························· 24
4.1.2 系统设计原则·································· 24
5 系统实现································35
5.1 后台管理的实现······························· 35
5.1.1 用户信息管理································· 35
5.1.2 土壤信息管理····························· 35
5 系统实现
5.1 后台管理的实现
后台管理主要为管理员管理后台的各项服务，具体为对用户信息的管理、土壤信息的管理、发布各类农业资讯以及各类作物施肥模型的更新。
5.1.1 用户信息管理
后台根据用户角色分为管理员与普通用户，用来管理用户账号、密码、地址等信息，通过编辑与删除操作保证用户信息的准确性。也可根据需要可添加或搜索用户，具体界面如图 18 所示：
.............................
6 总结与展望
6.1 总结
中国是农业大国，农业是我国第一产业，发展农业的重要问题就是提高农作物的产量。为了解决以上问题，经过专家们的长期实践研究，2005 年，测土配方施肥技术在我国开始进行研究与推广，由于当时国内科学技术未达到相应水平，因此未能取得很好的推广效果，农民也使用不上相应的测土配方施肥系统。随着近些年信息科学的高
