基于天地圖的農業(yè)一張圖系統設計與實現

楊鐸

摘? 要：該文在農業(yè)一張圖的概念基礎上，深入探討了農作物遙感監(jiān)測的技術流程，基于天地圖調用高分辨率的影像地圖服務，研發(fā)了農業(yè)一張圖系統，集成近10年的信息數據提供信息共享服務。系統將數據采集、空間分析和決策過程匯聚于一個系統中，為農作物分類與識別、監(jiān)測與展示提供新的技術手段。

關鍵詞：農業(yè)一張圖? 天地圖? 遙感監(jiān)測? 信息共享

中圖分類號：P208 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）01（a）-0005-02

某市農業(yè)信息化建設發(fā)展緩慢，農作物監(jiān)測具有信息化程度較低、監(jiān)測手段單一、成果數據不規(guī)范、成果信息數據共享性差等問題。為迫切解決上述問題，把握區(qū)域內農業(yè)賴以持續(xù)發(fā)展的農業(yè)資源數量和質量，科學制定發(fā)展規(guī)劃，需要一套較好的農業(yè)遙感監(jiān)測系統，用于農業(yè)資源信息的采集、加工、分析、統計、監(jiān)測、研究、決策，為農作物監(jiān)測提供技術手段。

1? 總體設計

數據是信息系統的靈魂，高效的信息采集工具能夠提升信息收集的速度和質量，因農作物分布具有面積廣、地物復雜的特點，使用遙感監(jiān)測手段可加快農作物數據的獲取速度;又因為農作物的空間分布特性，需要精確、細致的空間定位信息，使用衛(wèi)星導航定位可為農作物定點采樣提供高精度定位信息;農作物各類信息的再加工和空間分析，有助于農業(yè)資源調查與管理、農業(yè)區(qū)劃和決策，使用地理信息技術可使農業(yè)資源管理、評價結果更加科學和直觀?；谝陨嫌^點，該文借助遙感、高精度定位、地理信息系統等技術，設計了農業(yè)一張圖系統，該系統貫穿農業(yè)資源信息采集、加工、分析、監(jiān)測、研究、統計、決策、上報的整個過程。農業(yè)一張圖系統總體架構如圖1所示。

2? 農作物遙感監(jiān)測

農作物遙感監(jiān)測的過程大部分是信息采集加工的過程，而農作物信息的采集加工幾乎占據了從農作物數據采集加工、分析、監(jiān)測到統計、決策等一整個業(yè)務流的70%時長。該市農作物還有以下幾個特點。

（1）品類多樣，包括了水稻、大豆、玉米、蔗糖、桑蠶等主要經濟作物。

（2）地形獨特，包括3種農業(yè)地域類型區(qū)。東北部巖溶河谷丘陵糧食、經作區(qū)，西北部峰叢洼地農、林生態(tài)發(fā)展區(qū)，南部峰林谷地農、林復合發(fā)展區(qū)。

農作物遙感監(jiān)測是一項費時費力的工程，它需要一套嚴密的流程加以控制。根據以上條件，宜基于不同的農作物建立農作物種植面積監(jiān)測抽樣外推模型，選取不同農業(yè)地域類型區(qū)的樣方點，利用農作物特征庫中存儲的遙感特征信息和不同時期的農作物種植區(qū)遙感數據，對農作物種植情況進行多時相的信息提取和面積監(jiān)測，為相關部門提供農作物種植監(jiān)測參考信息。農作物種植面積監(jiān)測流程如下。

（1）建立農作物種植面積監(jiān)測抽樣外推模型;（2）利用抽樣外推模型，在全市農作物監(jiān)測區(qū)內布設遙感監(jiān)測樣區(qū)和地面調查樣方;（3）進行地面樣方調查，結合遙感影像特征建立農作物遙感解譯標志庫;（4）采取自動分類與人機交互方式進行農作物識別與分類;（5）利用地面樣方調查成果，對遙感監(jiān)測結果進行修正;（6）計算全市農作物種植面積的相對變化率。

2.1 布設農作物遙感監(jiān)測樣方

農作物遙感監(jiān)測樣方具有兩個方面的作用：一方面，農作物種植樣本區(qū)提供了農作物地面觀測數據樣本（位置、葉面積指數、植被指數、生育期、植株高度等）;另一方面，樣本區(qū)的遙感數據提供了研究其光譜特征、紋理等方面的特征信息。以上信息是農作物地面觀測數據、遙感特征數據以及農作物相關性研究的依據。樣方選擇應具有典型性、代表性和全面性。為此利用GPS在終端采集系統上在全市設立了農作物地面樣方數量178個，每個地面樣方100畝左右。根據地形狀況，適當調整樣方大小，每個樣方不得小于300m×300m。

2.2 設置遙感監(jiān)測時間窗口

考慮到農作物的不同物候生長特性，宜選取適合于農作物生長時期的遙感影像，對農作物樣本區(qū)遙感特征進行分析，并進行遙感監(jiān)測，其監(jiān)測頻率也不一樣。比如：水稻一年監(jiān)測2次，早稻監(jiān)測時間為每年的5月10～20日，晚稻檢測時間為每年的8月10～25日;甘蔗一年監(jiān)測1次，監(jiān)測時間為每年的5月10～20日;玉米一年監(jiān)測2次，春玉米監(jiān)測時間為每年的4月20～30日，秋玉米監(jiān)測時間為每年的8月20～30日;蠶桑一年監(jiān)測1次，監(jiān)測時間為每年的5月10～20日等。

2.3 監(jiān)測方法

基于農作物遙感特征庫，充分利用國產高分辨率衛(wèi)星影像數據（高分二號、北京二號），結合地面樣方調查結果，使用適宜的方法對不同時期的農作物種植區(qū)進行識別與分類，提取監(jiān)測區(qū)內相鄰兩年指定農作物種植面積的空間分布及數量，計算監(jiān)測全市主要農作物種植面積相對變化率，具體如圖2所示。

3? 系統實現

農業(yè)一張圖系統采用B/S架構，遵循OGC標準，以rest服務方式提供農業(yè)監(jiān)測信息服務。系統包括了農業(yè)資源分析、農作物種植監(jiān)測、區(qū)域農業(yè)發(fā)展規(guī)劃研究、現代特色農業(yè)、信息采集和上報等子模塊，同時提供桌面瀏覽器端和移動端應用，以滿足室內數據分析和室外數據采集用戶的需要。桌面瀏覽器端集成了了國土、水利、氣候等與農業(yè)密切相關的信息，調用天地圖影像底圖服務，為用戶提供在線的、實時的地圖使用服務，同時將近10年的農作物信息以及作物遙感監(jiān)測、農情監(jiān)測信息展示在網絡地圖上。移動端提供野外導航和農業(yè)信息采集功能，提供農作物基本信息采集和上傳功能。以下是農業(yè)一張圖系統的部分功能。

（1）農業(yè)資源分析。農業(yè)資源分析，實現了農業(yè)專題數據與地圖數據空間疊加與耦合，它承載了耕地、氣候、誰資源、交通等多種圖件，為農業(yè)日常業(yè)務處理和領導決策提供了形象直觀、功能齊全和集中統一的管理平臺。（2）樣方監(jiān)測。樣方監(jiān)測，實現了樣方監(jiān)測數據的上圖與查詢。（3）數據統計分析。將每年上報的農業(yè)數據進行匯總統計，然后以柱狀圖、餅狀圖、折線圖的形式表現出來。（4）區(qū)域農業(yè)發(fā)展和現代農業(yè)。利用GIS空間分析技術，對地理空間進行多維度的分析，為區(qū)域農業(yè)分析決策提供新的解決辦法，便于制定決策、進行科學和政策的標準評價。圖3為樣方檢測。

4? 結語

農業(yè)一張圖系統將3S技術應用于農業(yè)遙感監(jiān)測。調用天地圖影像底圖服務為野外數據采集和室內數據分析提供了基礎的底圖服務支撐，帶有GPS位置定位導航功能的移動端為數據采集提供了精確的位置信息，使用高分辨率的國產遙感影像，為大面積的農作物監(jiān)測縮短了作業(yè)周期。系統將數據采集、空間分析和決策過程匯聚于一個系統中，提升了農作物監(jiān)測獲取數據的速度和效率，使得農業(yè)成果信息數據共享進一步加強，空間分析和決策豐富了農業(yè)發(fā)展規(guī)劃的手段。

參考文獻

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