“3S” 技術(shù)在張家港市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的初步應(yīng)用

王科峰

[摘 要] 為加快推進(jìn)我市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程，推動(dòng)3S技術(shù)在我市在應(yīng)用研究，我們?cè)谑形姓拇罅χС窒?，逐步在全市范圍?nèi)開(kāi)展了3S技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用研究。應(yīng)用研究中，依托南京大學(xué)生命科技學(xué)院的技術(shù)支持，我市首先著步于3S技術(shù)對(duì)于大宗作物稻、麥的面積和產(chǎn)量估測(cè)，技術(shù)上以與小麥和水稻相關(guān)性較好的生長(zhǎng)期的衛(wèi)片資料為基礎(chǔ)，建立了關(guān)鍵生育期的小麥和水稻面積、單產(chǎn)遙感估測(cè)模型。通過(guò)三年對(duì)稻、麥面積和產(chǎn)量的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，目前面積估測(cè)精度已達(dá)到98.04%，產(chǎn)量估測(cè)精度也達(dá)到了93.61%。初步實(shí)現(xiàn)了在家知曉大面積的未來(lái)辦公的理想模式，也為3S技術(shù)向生產(chǎn)力監(jiān)測(cè)、土地利用變化等方面繼續(xù)拓展。

[關(guān)鍵詞] 3S技術(shù) 面積產(chǎn)量估測(cè) 估測(cè)精度

[中圖分類號(hào)] S127 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1003-1650 （2014）11-0070-02

一般，人們常把遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）的一體化集成系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為3S技術(shù)（RS—GPS—GIS）。由于RS，GIS與GPS的一體化集成與推廣應(yīng)用，能使農(nóng)作物信息的收集、定位、傳輸、存儲(chǔ)、加工處理、管理、分析和空間數(shù)據(jù)可視化、資料共享成為一個(gè)整體的信息系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)。據(jù)南京大學(xué)生命科學(xué)院多年研究，利用3S技術(shù)，可克服僅用遙感技術(shù)估測(cè)面積與產(chǎn)量過(guò)程中所遇到的一些技術(shù)難題，如多時(shí)相光譜資料不易集成復(fù)合，各類空間數(shù)據(jù)難以定位、顯示和加工處理，種植作物面積難以自動(dòng)提取及估產(chǎn)誤差過(guò)大等科學(xué)問(wèn)題，并可做到農(nóng)作物種植面積和產(chǎn)量等信息的收集、存儲(chǔ)、管理和分析評(píng)價(jià)等，更加實(shí)時(shí)、快速和精度高，從而為農(nóng)學(xué)和農(nóng)業(yè)系統(tǒng)管理，提供了一個(gè)全新的研究手段和科學(xué)創(chuàng)新平臺(tái)。為此，我們?cè)谀暇┐髮W(xué)生命科技學(xué)院的技術(shù)支持下，逐步在全市范圍內(nèi)開(kāi)展了3S技術(shù)對(duì)大宗作物稻、麥的面積和產(chǎn)量估測(cè)。

一、“3S”面積產(chǎn)量估測(cè)的技術(shù)應(yīng)用

1.技術(shù)原理

3S面積產(chǎn)量估測(cè)的技術(shù)原理，就是利用GIS建立空間信息系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)硬件、軟件及網(wǎng)絡(luò)等支持下，對(duì)有關(guān)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理：輸入、儲(chǔ)存、查詢檢索、處理、分析、顯示、更新和提供應(yīng)用的技術(shù)系統(tǒng)；利用RS，使用光學(xué)或電子光學(xué)儀器接受地面物體反射或輻射的電磁波信號(hào)，并以圖象膠片或數(shù)據(jù)磁帶形式或記錄下來(lái)，形成數(shù)字影像，該影象傳送到地面，經(jīng)過(guò)各種矯正后進(jìn)行影象分類解釋，最后獲取所需信息；利用GPS全球定位系統(tǒng)進(jìn)行大地測(cè)量、農(nóng)業(yè)資源勘察等多種學(xué)科作業(yè)，通過(guò)RS、GIS與GPS的一體化集成，正確分析、快速估測(cè)本市主要農(nóng)作物種植面積和產(chǎn)量研究。利用“3S“的集成技術(shù)，我市建立“3S”技術(shù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)EMT信息與MODIS信息、及多時(shí)相“天地”資料的有機(jī)結(jié)合，通過(guò)農(nóng)作物遙感綠度值（NDVI、RVI和PVI），植被蓋度和不同生育期產(chǎn)量資料相關(guān)性建立，經(jīng)過(guò)一系列農(nóng)人物種類識(shí)別、分層、播種面積提取方法研究和農(nóng)學(xué)產(chǎn)量趨勢(shì)分析基礎(chǔ)上，進(jìn)行農(nóng)作物生長(zhǎng)分析、長(zhǎng)勢(shì)遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與空間數(shù)據(jù)的加工與處理及圖件制作，進(jìn)而在人機(jī)交互方式下，構(gòu)建各類單產(chǎn)估測(cè)與預(yù)報(bào)模型及可運(yùn)行技術(shù)與決策支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)利用“3S”技術(shù)快速、精確、客觀估測(cè)和預(yù)報(bào)大面積農(nóng)作稱產(chǎn)量的目標(biāo)，并最終對(duì)其估產(chǎn)精度及應(yīng)用效果，做出科學(xué)分析與評(píng)價(jià)。

2.技術(shù)路線

2.1建立工作站

在南京大學(xué)的技術(shù)指導(dǎo)下，建立了室內(nèi)工作站、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)和安裝了相應(yīng)加工軟件（ARDAS6.0T和ARCINF8.0），初步實(shí)現(xiàn)了3S系統(tǒng)的橫向集成，為進(jìn)一步開(kāi)展農(nóng)作物種植面積監(jiān)測(cè)和產(chǎn)量估測(cè)提供了研究平臺(tái)。

2.2收集相關(guān)資料

在收集的我市土地利用現(xiàn)狀圖的基礎(chǔ)上，圖上確定了樣地和樣點(diǎn)，獲取了定點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程資料，進(jìn)行作物種類分類，做出種植作物大面積遙感綠度指數(shù)NDVI平均分布圖。

3.圖片資料的預(yù)處理

依據(jù)南京大學(xué)生命學(xué)院購(gòu)買(mǎi)的衛(wèi)片作為遙感圖片資料，通過(guò)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、投影坐標(biāo)類型轉(zhuǎn)換、地理校正、輻射校正等進(jìn)行前期數(shù)據(jù)預(yù)處理。

4.農(nóng)作物種植面積估測(cè)的計(jì)算

通過(guò)詳實(shí)的地面實(shí)際樣條調(diào)查，對(duì)土地利用圖上劃分為農(nóng)田的地區(qū)進(jìn)行調(diào)查，并對(duì)其中面積較大的地塊進(jìn)行準(zhǔn)確定位后，通過(guò)非監(jiān)督分類選擇可能為小麥、水稻的像元，再進(jìn)行研究區(qū)域疊加后，準(zhǔn)確地提取出小麥、水稻的面積。

5.農(nóng)作物種植估測(cè)單產(chǎn)模型的建立

根據(jù)生態(tài)、種植條件和均勻性，選擇小麥和水稻地面監(jiān)測(cè)點(diǎn)樣點(diǎn)各22個(gè)，以小麥和水稻產(chǎn)量相關(guān)性較好的生長(zhǎng)期的衛(wèi)片資料為基礎(chǔ)，建立關(guān)鍵生育期小麥和水稻的單產(chǎn)遙感估測(cè)模型。

二、“3S”面積和產(chǎn)量估測(cè)的初步成效

1.面積產(chǎn)量精度

1.1估測(cè)面積精度

就我市整個(gè)地區(qū)來(lái)看，遙感估測(cè)面積和地面調(diào)查面積，無(wú)論是小麥，還是水稻，差異均小于3%，即估測(cè)農(nóng)作物種植面積的精度在97%以上；其中，小麥估測(cè)差異為3.51%，而水稻為-7.21%，即遙感估測(cè)作物面積與地面統(tǒng)計(jì)面積相比，小麥為97.60%，水稻為98.48%。

1.2估測(cè)產(chǎn)量精度

從全市地區(qū)來(lái)看，遙感估測(cè)面積和地面調(diào)查面積，無(wú)論是小麥，還是水稻，差異均小于10%，即估測(cè)農(nóng)作物種植面積的精度在90%以上，與遙感估測(cè)作物面積與地面統(tǒng)計(jì)面積相比，小麥為93.55%，水稻為93.67%。

2.社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

3S技術(shù)在稻麥面積產(chǎn)量估測(cè)的初步應(yīng)用成功后，今后必將逐步改變我市的三局測(cè)產(chǎn)格局，在提高面積及產(chǎn)量的精度的同時(shí)，很大程度地減少人力物力，降低了農(nóng)業(yè)投入支出，實(shí)現(xiàn)了較好的經(jīng)濟(jì)效益。今后，在加快推進(jìn)我市的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，通過(guò)“3S”技術(shù)在我市多方位的拓展，將會(huì)有效地促進(jìn)我市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)的提高，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息的加工處理、資料存儲(chǔ)與信息共享，提高信息的使用效率和信息的網(wǎng)絡(luò)化管理，為我市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)信息化和現(xiàn)代化提供有力保障。

三、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)啟示

1.強(qiáng)化技術(shù)合作基礎(chǔ)

3S技術(shù)應(yīng)用的技術(shù)依托單位南京大學(xué)的二位博士生導(dǎo)師，是國(guó)內(nèi)從事“3S”技術(shù)應(yīng)用的學(xué)科帶頭人和教育部跨世紀(jì)優(yōu)秀骨干教師，同時(shí)也是該領(lǐng)域國(guó)際上享有盛名的著名學(xué)者。通過(guò)二位導(dǎo)師的技術(shù)支持，運(yùn)用了國(guó)內(nèi)較成功的經(jīng)驗(yàn)和國(guó)際上先進(jìn)的技術(shù)，建立了一套快速準(zhǔn)確客觀的小麥水稻大面積估產(chǎn)和產(chǎn)量預(yù)報(bào)、長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)和生產(chǎn)力預(yù)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，做到小麥、水稻信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)通過(guò)二年驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)小麥、水稻種植面積快速估測(cè)，其估測(cè)精度達(dá)到90%以上，基本找到科學(xué)的農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)遙感監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)力預(yù)測(cè)預(yù)警和產(chǎn)量預(yù)報(bào)辦法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)我市小麥、水稻長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)與診斷及大面積遙感估產(chǎn)，其總產(chǎn)估精度達(dá)到了85%以上。

2.加強(qiáng)地面調(diào)查和衛(wèi)星監(jiān)測(cè)的緊密結(jié)合

在我市，實(shí)地選擇8個(gè)主要種植農(nóng)作物鄉(xiāng)鎮(zhèn)（常陰沙管理區(qū)、塘橋鎮(zhèn)、鳳凰鎮(zhèn)、南豐鎮(zhèn)、楊舍鎮(zhèn)、錦豐鎮(zhèn)、大新鎮(zhèn)、金港鎮(zhèn)）作為試驗(yàn)樣地，并選擇了22個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了2年地面農(nóng)作物種植環(huán)境和農(nóng)學(xué)參數(shù)的觀測(cè)，在作物分類的基礎(chǔ)上定點(diǎn)定期開(kāi)展了地面觀測(cè)和衛(wèi)星資料收集等工作。通過(guò)對(duì)上半年小麥區(qū)，下半年水稻區(qū)分8期地面定點(diǎn)觀測(cè)，詳細(xì)測(cè)定作物的高度、密度、蓋度和鮮重產(chǎn)量，并拍攝了數(shù)字圖像、做了等級(jí)農(nóng)學(xué)評(píng)價(jià)、收獲時(shí)的大面積產(chǎn)量調(diào)查和精度核實(shí)工作，確保了3S系統(tǒng)的面積估測(cè)精度在90%以上、產(chǎn)量估測(cè)精度在85%以上。

四、今后發(fā)展思路

雖然應(yīng)用3S技術(shù)，對(duì)我市小麥、水稻種植面積的產(chǎn)量有了較為精確的估測(cè)，但監(jiān)測(cè)我市大面積生產(chǎn)仍需要繼續(xù)逐步地深入研究應(yīng)用，為此，我站在今后的發(fā)展思路上，將要繼續(xù)拓展3S技術(shù)的應(yīng)用面，設(shè)想是在3年內(nèi)，分別以“土地利用/覆蓋變化”、“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力衛(wèi)星監(jiān)測(cè)”和“農(nóng)業(yè)土地利用驅(qū)動(dòng)力及糧食安全分析”為主要研究方向，深化3S系統(tǒng)監(jiān)測(cè)功能，為我市及早實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息管理現(xiàn)代化創(chuàng)造一個(gè)良好的技術(shù)平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)

[1]李建龍主編，信息農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004；

[2]李建龍，蔣平，戴若蘭，RS、GPST和GIS集成系統(tǒng)在新疆北部天然草地估產(chǎn)技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)展[J]，生態(tài)學(xué)報(bào)，1998，18（5）：504～510

[3]干曉宇，李建龍，劉旭等，南京市綠地結(jié)構(gòu)變化的遙感監(jiān)測(cè)及驅(qū)動(dòng)力分析[J]，南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，31（3）：73～74