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3S技術(shù)在我市在應(yīng)用研究，我們在市委市政府的大力支持下，逐步在全市范圍內(nèi)開展了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)對于大宗作物稻、麥的面積和產(chǎn)量估測，技術(shù)上以與小麥和水稻相關(guān)性較好的生長期的衛(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)遙感估測模型。通過三年對稻、麥面積和產(chǎn)量的動態(tài)監(jiān)測，目前面積估測精度已達(dá)到98.04%，產(chǎn)量估測精度也達(dá)到了93.61%。初步實現(xiàn)了在家知曉大面積的未來辦公的理想模式，也為3S技術(shù)向生產(chǎn)力監(jiān)測、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 估測精度

[中圖分類號] S127 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 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、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)估測面積與產(chǎn)量過程中所遇到的一些技術(shù)難題，如多時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提取及估產(chǎn)誤差過大等科學(xué)問題，并可做到農(nóng)作物種植面積和產(chǎn)量等信息的收集、存儲、管理和分析評價等，更加實時、快速和精度高，從而為農(nóng)學(xué)和農(nóng)業(yè)系統(tǒng)管理，提供了一個全新的研究手段和科學(xué)創(chuàng)新平臺。為此，我們在南京大學(xué)生命科技學(xué)院的技術(shù)支持下，逐步在全市范圍內(nèi)開展了3S技術(shù)對大宗作物稻、麥的面積和產(chǎn)量估測。

一、“3S”面積產(chǎn)量估測的技術(shù)應(yīng)用

1.技術(shù)原理

3S面積產(chǎn)量估測的技術(shù)原理，就是利用GIS建立空間信息系統(tǒng)，在計算機(jī)硬件、軟件及網(wǎng)絡(luò)等支持下，對有關(guān)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理：輸入、儲存、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，并以圖象膠片或數(shù)據(jù)磁帶形式或記錄下來，形成數(shù)字影像，該影象傳送到地面，經(jīng)過各種矯正后進(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)行大地測量、農(nóng)業(yè)資源勘察等多種學(xué)科作業(yè)，通過RS、GIS與GPS的一體化集成，正確分析、快速估測本市主要農(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)，實現(xiàn)EMT信息與MODIS信息、及多時相“天地”資料的有機(jī)結(jié)合，通過農(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)過一系列農(nóng)人物種類識別、分層、播種面積提取方法研究和農(nóng)學(xué)產(chǎn)量趨勢分析基礎(chǔ)上，進(jìn)行農(nóng)作物生長分析、長勢遙感動態(tài)監(jiān)測與空間數(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)估測與預(yù)報模型及可運行技術(shù)與決策支持系統(tǒng)，實現(xiàn)利用“3S”技術(shù)快速、精確、客觀估測和預(yù)報大面積農(nóng)作稱產(chǎn)量的目標(biāo)，并最終對其估產(chǎn)精度及應(yīng)用效果，做出科學(xué)分析與評價。

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），初步實現(xiàn)了3S系統(tǒng)的橫向集成，為進(jìn)一步開展農(nóng)作物種植面積監(jiān)測和產(chǎn)量估測提供了研究平臺。

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，獲取了定點的經(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)院購買的衛(wèi)片作為遙感圖片資料，通過數(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)作物種植面積估測的計算

通過詳實的地面實際樣條調(diào)查，對土地利用圖上劃分為農(nóng)田的地區(qū)進(jìn)行調(diào)查，并對其中面積較大的地塊進(jìn)行準(zhǔn)確定位后，通過非監(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)測點樣點各22個，以小麥和水稻產(chǎn)量相關(guān)性較好的生長期的衛(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)遙感估測模型。

二、“3S”面積和產(chǎn)量估測的初步成效

1.面積產(chǎn)量精度

1.1估測面積精度

就我市整個地區(qū)來看，遙感估測面積和地面調(diào)查面積，無論是小麥，還是水稻，差異均小于3%，即估測農(nóng)作物種植面積的精度在97%以上；其中，小麥估測差異為3.51%，而水稻為-7.21%，即遙感估測作物面積與地面統(tǒng)計面積相比，小麥為97.60%，水稻為98.48%。

1.2估測產(chǎn)量精度

從全市地區(qū)來看，遙感估測面積和地面調(diào)查面積，無論是小麥，還是水稻，差異均小于10%，即估測農(nóng)作物種植面積的精度在90%以上，與遙感估測作物面積與地面統(tǒng)計面積相比，小麥為93.55%，水稻為93.67%。

2.社會經(jīng)濟(jì)效益

3S技術(shù)在稻麥面積產(chǎn)量估測的初步應(yīng)用成功后，今后必將逐步改變我市的三局測產(chǎn)格局，在提高面積及產(chǎn)量的精度的同時，很大程度地減少人力物力，降低了農(nóng)業(yè)投入支出，實現(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“3S”技術(shù)在我市多方位的拓展，將會有效地促進(jìn)我市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)的提高，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息的加工處理、資料存儲與信息共享，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)實現(xiàn)信息化和現(xiàn)代化提供有力保障。

三、應(yīng)用經(jīng)驗啟示

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，同時也是該領(lǐng)域國際上享有盛名的著名學(xué)者。通過二位導(dǎo)師的技術(shù)支持，運用了國內(nèi)較成功的經(jīng)驗和國際上先進(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、長勢監(jiān)測和生產(chǎn)力預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)，做到小麥、水稻信息實時監(jiān)測，同時通過二年驗證，實現(xiàn)小麥、水稻種植面積快速估測，其估測精度達(dá)到90%以上，基本找到科學(xué)的農(nóng)作物長勢遙感監(jiān)測、生產(chǎn)力預(yù)測預(yù)警和產(chǎn)量預(yù)報辦法，實現(xiàn)了對我市小麥、水稻長勢監(jiān)測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)測的緊密結(jié)合

在我市，實地選擇8個主要種植農(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)）作為試驗樣地，并選擇了22個測點進(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，在作物分類的基礎(chǔ)上定點定期開展了地面觀測和衛(wèi)星資料收集等工作。通過對上半年小麥區(qū)，下半年水稻區(qū)分8期地面定點觀測，詳細(xì)測定作物的高度、密度、蓋度和鮮重產(chǎn)量，并拍攝了數(shù)字圖像、做了等級農(nóng)學(xué)評價、收獲時的大面積產(chǎn)量調(diào)查和精度核實工作，確保了3S系統(tǒng)的面積估測精度在90%以上、產(chǎn)量估測精度在85%以上。

四、今后發(fā)展思路

雖然應(yīng)用3S技術(shù)，對我市小麥、水稻種植面積的產(chǎn)量有了較為精確的估測，但監(jiān)測我市大面積生產(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”和“農(nóng)業(yè)土地利用驅(qū)動力及糧食安全分析”為主要研究方向，深化3S系統(tǒng)監(jiān)測功能，為我市及早實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息管理現(xiàn)代化創(chuàng)造一個良好的技術(shù)平臺。

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