吉林雨養(yǎng)玉米作物長勢監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

王景發(fā) 壽春光

摘要：建立吉林雨養(yǎng)玉米作物長勢監(jiān)測系統(tǒng)對指導區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動具有重要意義。研發(fā)的此款軟件系統(tǒng)，可將吉林省省域范圍內(nèi)的多時間、多空間分辨率衛(wèi)星影像，樣地成像高光譜影像，土壤有機質(zhì)、養(yǎng)分含量等本底數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)實現(xiàn)對吉林省雨養(yǎng)玉米生產(chǎn)區(qū)柵格與矢量數(shù)據(jù)的動態(tài)檢測與管理，以GIS空間顯示與部分組件開發(fā)功能為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對吉林省不同生態(tài)區(qū)雨養(yǎng)玉米作物長勢的動態(tài)監(jiān)測。該系統(tǒng)有助于及時掌握作物生長狀況、為準確預(yù)報作物病蟲草害發(fā)生狀況提供決策信息，對作物產(chǎn)量估算與區(qū)域糧食安全具有重要價值。

關(guān)鍵詞：玉米;GIS;吉林省;二次開發(fā)

中圖分類號：S22文獻標識碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20190615003

引言

數(shù)字農(nóng)業(yè)要求作物生產(chǎn)達到最優(yōu)化，即需要根據(jù)作物長勢來調(diào)節(jié)田間施肥、灌溉管理等措施，以實現(xiàn)高效產(chǎn)出目的[1，2]。在作物生長發(fā)育期內(nèi)，不同生長階段，作物內(nèi)部的營養(yǎng)成分與細胞結(jié)構(gòu)，以及作物的冠層結(jié)構(gòu)與尺度都會呈現(xiàn)出周期性的變化特征，而這些變化特征都將反映在影像數(shù)據(jù)的光譜特征上，給遙感作物監(jiān)測提供物理基礎(chǔ)[3，4]，學者基于植被指數(shù)等方法開展了相關(guān)作物長勢監(jiān)測工作，并取得大量成果[5]。玉米在我國的種植面積和總產(chǎn)量都是最大的作物，可用于食用、飼料、工業(yè)與能源，對保障國家糧食安全與改善人民生活具有重要作用和價值。作為我國玉米主產(chǎn)區(qū)，吉林省玉米單產(chǎn)量和總產(chǎn)量水平均高于大部分?。ㄖ陛犑?、自治區(qū)），但總體來說，目前針對農(nóng)情監(jiān)測，仍主要依靠局部樣點的實地調(diào)查，存在信息量不足、監(jiān)測具有滯后性的特點。尚缺少吉林省雨養(yǎng)玉米作物遙感監(jiān)測集成系統(tǒng)，實現(xiàn)田間作物長勢的快速遙感監(jiān)測。因此，本研究通過集成吉林省多時空分辨率遙感影像、典型地點高光譜測量、土壤質(zhì)量專題矢量數(shù)據(jù)等，基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)與地理信息系統(tǒng)顯示功能，實現(xiàn)對吉林省雨養(yǎng)玉米種植區(qū)作物長勢的監(jiān)測與管理。借助該系統(tǒng)可及時掌握作物生長狀況、準確預(yù)報作物病蟲草害發(fā)生狀況，對國家糧食安全具有重要價值。

1軟件設(shè)計

1.1軟件設(shè)計思路

吉林雨養(yǎng)玉米作物長勢監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)總體路線共分為5層，由基礎(chǔ)底層到管理高層分別為地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)組件、玉米遙感影像動態(tài)監(jiān)測應(yīng)用組件、綜合服務(wù)層和用戶實操客戶端。其中，基礎(chǔ)GIS組件提供多時、空分辨率影像數(shù)據(jù)、地面高光譜遙感數(shù)據(jù)、種植區(qū)面積矢量數(shù)據(jù)、環(huán)境本底信息的管理、可視化表達等功能;玉米遙感影像動態(tài)監(jiān)測應(yīng)用組件是該監(jiān)測系統(tǒng)的核心構(gòu)件，主要基于組件設(shè)計技術(shù)，在通用地理信息系統(tǒng)組件平臺基礎(chǔ)上封裝作物長勢遙感識別與監(jiān)測功能;綜合服務(wù)層可實現(xiàn)玉米長勢信息、變換監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理、可視化、輸出等服務(wù)[6]。本系統(tǒng)以吉林省雨養(yǎng)玉米作物長勢專題信息為管理對象，在地圖數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)與GIS顯示功能對吉林省雨養(yǎng)玉米作物長勢進行展示與預(yù)警，實現(xiàn)吉林省雨養(yǎng)玉米田間長勢監(jiān)測的信息化管理。

1.2設(shè)計方案

在吉林雨養(yǎng)玉米作物長勢監(jiān)測系統(tǒng)中，將B/S模式與C/S模式相結(jié)合，從而集成二者優(yōu)勢。C/S部分采用的是Microsoft Visual Studio. NET 2010，而B/S部分采用Java、HTML、JavaScript等主流網(wǎng)絡(luò)語言。用戶實操客戶端采用Flex控件，選用Oracle 11g作為該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理平臺[7]，通過空間數(shù)據(jù)引擎，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的快速存儲與檢索。

2軟件介紹

2.1系統(tǒng)簡介

吉林雨養(yǎng)玉米作物長勢監(jiān)測系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)庫和GIS技術(shù)，對吉林省玉米長勢信息的遙感柵格和環(huán)境本底矢量地理空間數(shù)據(jù)進行管理?；诘乩硇畔⑾到y(tǒng)動態(tài)顯示功能，可實現(xiàn)玉米田間長勢的動態(tài)顯示與變化檢測功能。

2.2系統(tǒng)特征

該系統(tǒng)基于SQL SEVER與Arc SDE技術(shù)相結(jié)合形式，采用C#匯編語言，架構(gòu)ArcGIS Engine組件進行編碼，開發(fā)效率高，系統(tǒng)界面交互友好[8]。

2.3系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能通過吉林雨養(yǎng)玉米作物長勢監(jiān)測應(yīng)用組件和iServer空間服務(wù)擴展實現(xiàn)玉米田間長勢狀態(tài)的顯示與發(fā)布。主要功能有，遙感影像疊加與動態(tài)顯示、作物長勢信息顯示、專題矢量數(shù)據(jù)圖層管理與顯示，地圖文檔輸出等。

2.4運行環(huán)境

硬件需求，Intel（R）_ Core（TM）_i5_ CPU_ @_2.50GH處理器;4G以上內(nèi)存;1T以上硬盤;軟件需求，Windows7/windows8/windows10操作系統(tǒng)，ArcGIS Engine10.2運行。

3功能實現(xiàn)

3.1主視圖窗口

主視圖窗口用于顯示添加的各類具有地理參考信息的數(shù)據(jù)，包括衛(wèi)星遙感影像、地面高光譜測量數(shù)據(jù)、矢量專題數(shù)據(jù)等。針對視圖窗口，提供了簡單圖像操作功能，如對比度調(diào)整、亮度調(diào)整、假彩色合成、密度分割等。在窗口中右鍵快捷菜單，也可實現(xiàn)專題圖層屬性信息的快速查看。

3.2文件菜單與編輯菜單

文件菜單包含新建、保存、打開等二級菜單，主要用于新建、保存、打開作物長勢的地圖文檔，其中，添加數(shù)據(jù)功能可以添加img、tiff、shp、Raster等多種格式數(shù)據(jù)。此外，還包括編輯、數(shù)據(jù)處理、動態(tài)顯示與幫助等菜單。

3.3吉林雨養(yǎng)玉米作物長勢屬性查詢

吉林雨養(yǎng)玉米作物長勢屬性查詢包括作物種植查詢、健康狀況查詢、環(huán)境本地現(xiàn)狀查詢、農(nóng)業(yè)措施查詢等功能[10]。屬性查詢可基于SQL語言按條件進行檢索，也可以是用戶在下拉框或復(fù)選框中篩選，查詢結(jié)構(gòu)可以在地圖文檔中高亮顯示，也可對數(shù)據(jù)進行導出。

3.4吉林雨養(yǎng)玉米作物長勢數(shù)據(jù)輸出

吉林雨養(yǎng)玉米作物長勢數(shù)據(jù)輸出包括輸出專題圖件，以及專題數(shù)據(jù)。專題圖件為作物不同生育期的長勢圖譜，圖譜包含地圖比例尺、指北針、房里網(wǎng)、圖例等地圖要素;專題數(shù)據(jù)包括指定地理范圍、屬性篩選后的作物長勢差異斑塊矢量數(shù)據(jù)、環(huán)境本底要素矢量數(shù)據(jù)、作物面積等統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

4結(jié)論

本文以吉林省雨養(yǎng)春玉米長勢動態(tài)監(jiān)測為目標，將多時空遙感數(shù)據(jù)與矢量專題數(shù)據(jù)相結(jié)合，基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)與地理信息系統(tǒng)顯示功能，研發(fā)了吉林雨養(yǎng)玉米作物長勢監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實現(xiàn)玉米不同生育期長勢信息的動態(tài)顯示、專題信息的屬性查詢、專題圖件的輸出等。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對吉林省雨養(yǎng)玉米作物長勢的動態(tài)顯示與管理，為及時掌握作物生長狀況、準確預(yù)報作物病蟲草害發(fā)生狀況提供決策服務(wù)，為吉林省雨養(yǎng)玉米集約規(guī)?；S產(chǎn)增效技術(shù)集成與示范提供服務(wù)。

參考文獻

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作者簡介：王景發(fā)（1997-），男，碩士研究生，研究方向：景觀生態(tài)遙感研究。