3S技術(shù)在精品水果地理省情調(diào)查中的應(yīng)用

廖廷宇

摘要 介紹了運(yùn)用RS技術(shù)獲取的高分辨率遙感影像，制作精品水果調(diào)查工作底圖；利用GPS技術(shù)采集和移動(dòng)GIS進(jìn)行精品水果的外業(yè)調(diào)查和信息采集；并運(yùn)用GIS技術(shù)對(duì)調(diào)查獲取的圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行建庫(kù)、集成管理和統(tǒng)計(jì)分析，獲取全省精品水果相關(guān)信息。該研究可為各級(jí)政府及其相關(guān)部門提供科學(xué)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為下一步產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展、精準(zhǔn)施策、精準(zhǔn)管理奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 RS；GPS；GIS；地理省情調(diào)查；精品水果調(diào)查；影像；數(shù)據(jù)庫(kù)

中圖分類號(hào) S127 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2018）22-0185-05

Abstract This paper introduced the high resolution remote sensing image obtained by RS technology， and made the base map of fine fruit survey. Using GPS technology to collect and mobile GIS to carry out the field investigation and information collection of fine fruits.Moreover， GIS technology was used to build database， integrate management and statistical analysis of the data and attribute data obtained by the survey， and obtain the relevant information of the provincial fine fruit.The study can provide scientific and accurate data for governments at all levels and related departments， laying a foundation for the development of industrial clusters， precise application and accurate management.

Key words RS；GPS；GIS；Geographical survey；Investigation of fine fruit；Image；Database

2017年1月的《2017年貴州省政府工作報(bào)告》中提出：“深入推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革。堅(jiān)持質(zhì)量興農(nóng)，著力建設(shè)綠色優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品大省。更加注重調(diào)整結(jié)構(gòu)，以市場(chǎng)為導(dǎo)向，穩(wěn)定糧食產(chǎn)量，大力發(fā)展特色種植業(yè)，新增‘三品一標(biāo)種植面積700萬(wàn)畝?！睘榕遒F州省特色種植業(yè)的家底，省政府做出了調(diào)查4種精品水果的任務(wù)安排。在這次全省的大規(guī)模精品水果省情調(diào)查統(tǒng)計(jì)中，為高效準(zhǔn)確完成此項(xiàng)任務(wù)，就需要整合、有效利用3S現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)技術(shù)。

1 3S及3S集成技術(shù)和地理省情調(diào)查

1.1 3S及3S集成技術(shù)

3S技術(shù)是RS、GPS、GIS的總稱。RS技術(shù)即遙感技術(shù)（remote sensing，簡(jiǎn)稱RS），是在不直接接觸的情況下，對(duì)目標(biāo)物或自然現(xiàn)象遠(yuǎn)距離感知的一門探測(cè)技術(shù)，具體是指在高空或外層空間的各種平臺(tái)上，運(yùn)用各種傳感器獲取反映地表特征的各種數(shù)據(jù)，通過(guò)傳輸、變換和處理，提取有用信息，實(shí)現(xiàn)研究地物空間形狀、位置、性質(zhì)、變化及其與環(huán)境相互關(guān)系的一門現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)科學(xué)[1]。

GPS又稱全球定位系統(tǒng)（global positioning system，簡(jiǎn)稱GPS），是美國(guó)從20世紀(jì)70年代開始研制，于1994年全面建成，具有海、陸、空全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。GPS是由空間星座、地面控制和用戶設(shè)備3部分構(gòu)成的[2]。GPS測(cè)量技術(shù)能夠快速、高效、準(zhǔn)確地提供點(diǎn)、線、面要素的精確三維坐標(biāo)以及其他相關(guān)信息，具有全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn)。GIS是指地理信息系統(tǒng)，是一種以采集、存儲(chǔ)、管理、分析和描述整個(gè)或部分地球表面（包括大氣層在內(nèi)）與空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)[3]。

3S集成技術(shù)指的是全球定位系統(tǒng)（GPS）、遙感（RS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）三大技術(shù)的集成。近年來(lái)，國(guó)際上3S的研究和應(yīng)用開始向集成化（或綜合化）方向發(fā)展[4]。

1.2 地理省情調(diào)查

地理國(guó)情是關(guān)于國(guó)土疆域、地形地貌、地表覆蓋、江河湖泊、交通網(wǎng)絡(luò)、城鎮(zhèn)、人口與生產(chǎn)力、資源環(huán)境、災(zāi)害等空間分布和時(shí)空變化的基本國(guó)情[5]，是空間化、可視化的國(guó)情信息，是從地理空間角度分析、研究、描述和反映一個(gè)國(guó)家自然、經(jīng)濟(jì)、人文的國(guó)情信息[6]。包括國(guó)土疆域情況、地理區(qū)域特征、地形地貌特征、道路交通網(wǎng)絡(luò)、江河湖海分布、土地利用和地表覆蓋、城市布局和城鎮(zhèn)化擴(kuò)張、自然環(huán)境與災(zāi)害分布、環(huán)境與生態(tài)狀況、生產(chǎn)力空間布局等基本情況[6]。

地理國(guó)情普查是一項(xiàng)重大的國(guó)情國(guó)力調(diào)查，是全面獲取地理國(guó)情信息的重要手段，是掌握地表自然、生態(tài)以及人類活動(dòng)基本情況的基礎(chǔ)性工作[7]。地理省情調(diào)查則是在地理國(guó)情調(diào)查的基礎(chǔ)上展開，查清省級(jí)專題資源在地理空間分布情況及其特征，為省級(jí)政府各部門決策提供服務(wù)和支持。

2 精品水果地理省情調(diào)查的背景及意義

《2017年貴州省政府工作報(bào)告》中提出：“深入推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革。堅(jiān)持質(zhì)量興農(nóng)，著力建設(shè)綠色優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品大省。更加注重調(diào)整結(jié)構(gòu)，以市場(chǎng)為導(dǎo)向，穩(wěn)定糧食產(chǎn)量，大力發(fā)展特色種植業(yè)。更加注重形成規(guī)模，加快農(nóng)村土地規(guī)范有序流轉(zhuǎn)，因地制宜大力培育和引進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)。促進(jìn)全省農(nóng)產(chǎn)品調(diào)結(jié)構(gòu)、上規(guī)模、創(chuàng)品牌?！?/p>

省政府通知要求，由省國(guó)土資源廳、省農(nóng)委、省扶貧辦等有關(guān)部門和單位，采用航拍等技術(shù)手段，精確調(diào)查統(tǒng)計(jì)全省火龍果、藍(lán)莓、獼猴桃、刺梨這4種精品特色水果的種植區(qū)域、種植面積及其相關(guān)屬性和地理位置信息，并指導(dǎo)各地認(rèn)真抓好特種種植、養(yǎng)殖，帶動(dòng)農(nóng)民脫貧增收。

精品水果調(diào)查是一項(xiàng)地理省情專題調(diào)查。通過(guò)精確調(diào)查4種精品水果種植情況，為動(dòng)態(tài)管理精品水果資源、宣傳促銷精品水果產(chǎn)品、招商推介精品水果項(xiàng)目提供科學(xué)依據(jù)，助力省招商引資和精品水果產(chǎn)業(yè)發(fā)展，助推全省精準(zhǔn)扶貧工作。

為此，項(xiàng)目組織實(shí)施單位根據(jù)要求，充分發(fā)揮國(guó)土空間大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，依托地理國(guó)情普查成果，利用現(xiàn)代測(cè)繪地理信息技術(shù)和高分辨率衛(wèi)星影像，開展精品水果調(diào)查工作，實(shí)現(xiàn)精品水果種植調(diào)查的精確空間定位，精準(zhǔn)面積統(tǒng)計(jì)。

3 精品水果地理省情調(diào)查總體技術(shù)路線

精品水果地理省情調(diào)查總體分為5個(gè)部分：準(zhǔn)備階段、調(diào)查工作底圖、外業(yè)調(diào)查、內(nèi)業(yè)編輯及建庫(kù)、成果統(tǒng)計(jì)，其總體技術(shù)路線見圖1。

4 3S技術(shù)在精品水果地理省情調(diào)查中的具體應(yīng)用

4.1 衛(wèi)星遙感影像、數(shù)字航空影像和全景影像的應(yīng)用

以覆蓋全省的全國(guó)地理國(guó)情普查影像（包括衛(wèi)星遙感影像和數(shù)字航空影像）作為此次調(diào)查工作的基礎(chǔ)影像。該影像可為調(diào)查統(tǒng)計(jì)工作提供更精準(zhǔn)、更直觀的定位，為內(nèi)業(yè)生產(chǎn)、外業(yè)調(diào)查人員提供便利的參考底圖，外業(yè)人員可快速、高效地準(zhǔn)確定位，獲取坐標(biāo)等基本信息，提高外業(yè)工作效率。若在地理國(guó)情普查中因影像質(zhì)量原因，不能準(zhǔn)確反映4種精品水果范圍的，酌情補(bǔ)充現(xiàn)勢(shì)性好、優(yōu)于1 m的衛(wèi)星遙感影像。

4.1.1 遙感影像的利用。

精品水果調(diào)查采用的影像：2010—2013年高分辨率衛(wèi)星影像，絕大部分為2013年影像，少量為2010—2012年影像；分辨率為0.2 m的數(shù)字航空影像（圖2、3）。

4.1.2 全景影像采集。

每個(gè)縣區(qū)外業(yè)調(diào)查工作完成后，根據(jù)該縣區(qū)調(diào)查水果種類、種植面積等情況，選取能夠反映當(dāng)?shù)胤N植情況全貌的區(qū)域，利用專業(yè)無(wú)人機(jī)進(jìn)行全景影像數(shù)據(jù)采集（圖4），然后應(yīng)用全景影像處理軟件生成360°全景影像，以反映實(shí)地種植的全貌。

4.2 GPS應(yīng)用于調(diào)查區(qū)域的位置定位和圖斑邊界采集

對(duì)于在遙感影像上無(wú)法確定邊界的精品水果圖斑，利用貴州省衛(wèi)星連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（GZCORS），攜帶GPS接收機(jī)進(jìn)行RTK作業(yè)，采集圖斑邊界拐點(diǎn)，勾繪圖斑邊界?；蚶脕喢准?jí)GPS接收機(jī)，進(jìn)行圖斑位置定位，采集圖斑邊界。

4.3 GIS在數(shù)據(jù)采集、編輯、建庫(kù)和統(tǒng)計(jì)分析中的應(yīng)用

4.3.1 利用GIS制作工作底圖。

利用GIS軟件加載覆蓋全省的第一次全國(guó)地理國(guó)情普查影像和可應(yīng)用于此次調(diào)查的最新影像資料，結(jié)合省內(nèi)全國(guó)第一次地理國(guó)情普查成果，從地理國(guó)情普查成果數(shù)據(jù)中分離出園地?cái)?shù)據(jù)[8]，與原始影像疊合，檢查剔除明顯不符合此次調(diào)查指標(biāo)的信息，并進(jìn)行合并與刪除，同時(shí)在地理國(guó)情中提取交通、水系、城鎮(zhèn)、地名等數(shù)據(jù)。根據(jù)省農(nóng)委、省扶貧辦、省林業(yè)提供的4種精品水果種植統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在圖上進(jìn)行初步的位置定位。

將處理好的影像資料、整理好的園地信息、精品水果基本位置信息以及提出的交通、水系、城鎮(zhèn)、地名等數(shù)據(jù)疊加后，以縣為單位進(jìn)行裁切、分層分塊、整飾后制作成外業(yè)工作底圖[9]。

4.3.2 利用移動(dòng)GIS外業(yè)調(diào)查。利用外業(yè)調(diào)查電子平板，安裝相應(yīng)的移動(dòng)GIS軟件，載入外業(yè)調(diào)查工作底圖，同時(shí)攜帶高精度手持GPS設(shè)備，開展外業(yè)調(diào)查。外業(yè)調(diào)查采用“群專結(jié)合”的方法。外業(yè)作業(yè)人員利用制作的工作底圖，到各縣區(qū)相關(guān)部門進(jìn)行工作對(duì)接，收集當(dāng)?shù)?種精品水果種植的資料，并在工作底圖上進(jìn)行標(biāo)注，確定調(diào)查的具體區(qū)域和地點(diǎn)，規(guī)劃調(diào)查路線，并依靠當(dāng)?shù)厥煜ぞ匪N植情況的工作人員帶領(lǐng)，根據(jù)調(diào)查指標(biāo)要求進(jìn)行逐塊調(diào)查[10]。在相關(guān)人員配合下，到實(shí)地利用影像圖定位，確認(rèn)調(diào)查邊界和拐點(diǎn)，再利用高精度GPS測(cè)量拐點(diǎn)坐標(biāo)，并進(jìn)行實(shí)地量算。外業(yè)調(diào)查清楚標(biāo)注種植水果的品種、種植狀態(tài)。調(diào)查圖上標(biāo)注量測(cè)的拐點(diǎn)及圖解的拐點(diǎn)，形成封閉的地塊，并標(biāo)注地塊編號(hào)和錄入相關(guān)屬性信息。

外業(yè)調(diào)查過(guò)程中對(duì)調(diào)查的每塊圖斑進(jìn)行實(shí)地拍照佐證，并填寫相應(yīng)的屬性。通過(guò)精準(zhǔn)地塊位置調(diào)查、精準(zhǔn)面積量算和實(shí)地照片佐證，為調(diào)查質(zhì)量提供保證。

4.3.3 GIS內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)整理。

外業(yè)調(diào)查工作完成后，交由內(nèi)業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、上圖。內(nèi)業(yè)利用GIS軟件對(duì)圖斑進(jìn)行編輯和拓?fù)涮幚?、錄入調(diào)查屬性數(shù)據(jù)；對(duì)照航拍影像對(duì)外業(yè)拐點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行逐一檢查，保證坐標(biāo)完整無(wú)誤；根據(jù)外業(yè)采集數(shù)據(jù)、影像、照片對(duì)地塊邊界修改完善；整理相關(guān)水果屬性字段，并進(jìn)行編號(hào)；檢查相關(guān)地塊的完整性和拓?fù)潢P(guān)系，為導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)做好充分準(zhǔn)備[11]。具體工作是：

①對(duì)外業(yè)航拍影像進(jìn)行正射糾正或拼接處理。②內(nèi)業(yè)工作人員對(duì)照航拍影像對(duì)外業(yè)拐點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行逐一檢查，保證坐標(biāo)完整無(wú)誤。③內(nèi)業(yè)地塊邊界需根據(jù)外業(yè)草圖標(biāo)繪的界線，結(jié)合影像的田土坎、相關(guān)影像紋理等信息進(jìn)行綜合判定，修改完善地塊邊界數(shù)據(jù)。④4種精品水果屬性信息根據(jù)外業(yè)調(diào)查情況，按照相關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)精確上圖，并進(jìn)行編號(hào)。⑤檢查相關(guān)地塊的完整性和拓?fù)潢P(guān)系。

4.3.4 GIS數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)。

在計(jì)算機(jī)上利用GIS軟件，對(duì)實(shí)地采集的水果種植數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查、整理、編輯后導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)。入庫(kù)前需進(jìn)行數(shù)據(jù)合并，并統(tǒng)一進(jìn)行相關(guān)屬性和拓?fù)潢P(guān)系檢查，避免入庫(kù)錯(cuò)誤。

為保證調(diào)查的統(tǒng)一性和延續(xù)性，此次調(diào)查精品水果內(nèi)容與指標(biāo)以地理國(guó)情普查內(nèi)容指標(biāo)園地類指標(biāo)為基礎(chǔ)，并擴(kuò)展到第4級(jí)分類。其數(shù)據(jù)庫(kù)按專題地理單元構(gòu)建圖層，包括圖斑面層和照片點(diǎn)層。

4.3.5 GIS統(tǒng)計(jì)分析、成果圖件制作和輸出。利用GIS軟件，二次開發(fā)精品水果調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。利用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，根據(jù)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行基本統(tǒng)計(jì)分析，編制成果報(bào)告，并制作相應(yīng)成果圖件。

4.3.5.1 統(tǒng)計(jì)分析。

在完成數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的基礎(chǔ)上，分別按照種植類型，市州、區(qū)縣種植情況開展統(tǒng)計(jì)分析，制成統(tǒng)計(jì)成果表（圖5）。精品水果統(tǒng)計(jì)分析：按照省、市、縣、鄉(xiāng)4級(jí)行政區(qū)劃，以統(tǒng)計(jì)圖的形式對(duì)精品藍(lán)莓、火龍果、刺梨、獼猴桃進(jìn)行基本統(tǒng)計(jì)（圖6）。此次調(diào)查首次實(shí)現(xiàn)全省范圍內(nèi)火龍果、藍(lán)莓、獼猴桃、刺梨4種水果全面精準(zhǔn)定位的調(diào)查，對(duì)全部面積大于1畝（1畝=667 m2）的種植地塊進(jìn)行調(diào)查，準(zhǔn)確全面地反映了4種精品水果的種植狀況。

經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，同時(shí)弄清了全省4種精品水果相對(duì)集中連片種植萬(wàn)畝以上、千畝以上的數(shù)量及位置；摸清了4種精品水果的管理管護(hù)情況，為今后的管理指明了方向。

4.3.5.2 成果圖件制作和輸出。以調(diào)查成果為基礎(chǔ)，結(jié)合基本統(tǒng)計(jì)報(bào)告內(nèi)容，制作相

關(guān)成果圖件，提供直觀的分析效果圖。

5 調(diào)查結(jié)論與建議

5.1 調(diào)查結(jié)論

通過(guò)采用3S技術(shù)手段進(jìn)行精品水果地理省情調(diào)查，得出如下結(jié)論：①利用3S技術(shù)手段開展調(diào)查，提高了精品水果地理省情調(diào)查的質(zhì)量和效率。

②全省4種精品水果分布與當(dāng)?shù)貧夂驐l件、土壤條件、水資源等條件相適應(yīng)，但存在分布不均衡、管理不到位的情況。

③通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)和統(tǒng)計(jì)分析，全省精品水果經(jīng)營(yíng)種植模式主要有個(gè)體種植、村

集體種植和公司+農(nóng)戶種植，占比分別為31.3%、49.4%、19.3%。需要對(duì)幾種經(jīng)營(yíng)模式進(jìn)行深入探索，為下一步精品水果種植的發(fā)展積累有益經(jīng)驗(yàn)。④此次調(diào)查采用現(xiàn)代測(cè)繪地理信息技術(shù)，效率高、質(zhì)量好，對(duì)精品水果種植的區(qū)域、品種、面積、管理狀況、種植模式等進(jìn)行了精準(zhǔn)定位和量算統(tǒng)計(jì)，為下一步產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展、精準(zhǔn)施策、精準(zhǔn)管理奠定了基礎(chǔ)。

5.2 建議

（1）此次主要是通過(guò)現(xiàn)代測(cè)繪地理信息技術(shù)手段對(duì)全省4種精品水果的種植區(qū)域、面積進(jìn)行精準(zhǔn)定位調(diào)查和面積統(tǒng)計(jì)，種植質(zhì)量、產(chǎn)量、氣候、土壤條件以及涉及的農(nóng)戶等不在調(diào)查范圍，建議相關(guān)部門及研究機(jī)構(gòu)以此次調(diào)查成果數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，收集人口、土地、氣象等部門資料進(jìn)行疊加，開展更加專業(yè)的分析，提高水果種植質(zhì)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。

（2）建議進(jìn)一步分析全省精品水果幾種經(jīng)營(yíng)種植方式的效益狀況，開展經(jīng)濟(jì)效益、土地集約利用效益、土地流轉(zhuǎn)等相

關(guān)課題研究，促進(jìn)全省種植業(yè)的發(fā)展。

（3）建議對(duì)管理不善的種植地塊加強(qiáng)種植管理或調(diào)整種植結(jié)構(gòu)。

（4）下一步需加強(qiáng)精品水果的常態(tài)化監(jiān)測(cè)工作，對(duì)成果數(shù)據(jù)進(jìn)行定期更新和維護(hù)，保證數(shù)據(jù)的時(shí)效性和利用價(jià)值。

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[10]國(guó)務(wù)院第一次全國(guó)地理國(guó)情普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.地理國(guó)情普查外業(yè)調(diào)查技術(shù)規(guī)定：GDPJ 11—2013[S].北京：國(guó)務(wù)院第一次全國(guó)地理國(guó)情普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，2013.

[11]國(guó)務(wù)院第一次全國(guó)地理國(guó)情普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.地理國(guó)情普查內(nèi)業(yè)編輯與整理技術(shù)規(guī)定：GDPJ 12—2013（訂正本）[S].北京：國(guó)務(wù)院第一次全國(guó)地理國(guó)情普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，2013.