王科峰

[摘 要] 為加快推進我市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展進程，推動3S技術在我市在應用研究，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技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應用研究。應用研究中，依托南京大學生命科技學院的技術支持，我市首先著步于3S技術對于大宗作物稻、麥的面積和產(chǎn)量估測，技術上以與小麥和水稻相關性較好的生長期的衛(wèi)片資料為基礎，建立了關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到98.04%，產(chǎn)量估測精度也達到了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技術向生產(chǎn)力監(jiān)測、土地利用變化等方面繼續(xù)拓展。

[關鍵詞] 3S技術 面積產(chǎn)量估測 估測精度

[中圖分類號] S127 [文獻標識碼] A [文章編號] 1003-1650 （2014）11-0070-02

一般，人們常把遙感技術（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（RS—GPS—GIS）。由于RS，GIS與GPS的一體化集成與推廣應用，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。據(jù)南京大學生命科學院多年研究，利用3S技術，可克服僅用遙感技術估測面積與產(chǎn)量過程中所遇到的一些技術難題，如多時相光譜資料不易集成復合，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創(chuàng)新平臺。為此，我們在南京大學生命科技學院的技術支持下，逐步在全市范圍內(nèi)開展了3S技術對大宗作物稻、麥的面積和產(chǎn)量估測。

一、“3S”面積產(chǎn)量估測的技術應用

1.技術原理

3S面積產(chǎn)量估測的技術原理，就是利用GIS建立空間信息系統(tǒng)，在計算機硬件、軟件及網(wǎng)絡等支持下，對有關空間數(shù)據(jù)進行預處理：輸入、儲存、查詢檢索、處理、分析、顯示、更新和提供應用的技術系統(tǒng)；利用RS，使用光學或電子光學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)進行大地測量、農(nóng)業(yè)資源勘察等多種學科作業(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，我市建立“3S”技術系統(tǒng)，實現(xiàn)EMT信息與MODIS信息、及多時相“天地”資料的有機結合，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)學產(chǎn)量趨勢分析基礎上，進行農(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，進而在人機交互方式下，構建各類單產(chǎn)估測與預報模型及可運行技術與決策支持系統(tǒng)，實現(xiàn)利用“3S”技術快速、精確、客觀估測和預報大面積農(nóng)作稱產(chǎn)量的目標，并最終對其估產(chǎn)精度及應用效果，做出科學分析與評價。

2.技術路線

2.1建立工作站

在南京大學的技術指導下，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收集相關資料

在收集的我市土地利用現(xiàn)狀圖的基礎上，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.圖片資料的預處理

依據(jù)南京大學生命學院購買的衛(wèi)片作為遙感圖片資料，通過數(shù)據(jù)格式轉換、投影坐標類型轉換、地理校正、輻射校正等進行前期數(shù)據(jù)預處理。

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)進行調(diào)查，并對其中面積較大的地塊進行準確定位后，通過非監(jiān)督分類選擇可能為小麥、水稻的像元，再進行研究區(qū)域疊加后，準確地提取出小麥、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)量相關性較好的生長期的衛(wèi)片資料為基礎，建立關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)濟效益

3S技術在稻麥面積產(chǎn)量估測的初步應用成功后，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)濟效益。今后，在加快推進我市的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展進程中，通過“3S”技術在我市多方位的拓展，將會有效地促進我市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和技術的提高，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、應用經(jīng)驗啟示

1.強化技術合作基礎

3S技術應用的技術依托單位南京大學的二位博士生導師，是國內(nèi)從事“3S”技術應用的學科帶頭人和教育部跨世紀優(yōu)秀骨干教師，同時也是該領域國際上享有盛名的著名學者。通過二位導師的技術支持，運用了國內(nèi)較成功的經(jīng)驗和國際上先進的技術，建立了一套快速準確客觀的小麥水稻大面積估產(chǎn)和產(chǎn)量預報、長勢監(jiān)測和生產(chǎn)力預測預警系統(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，其估測精度達到90%以上，基本找到科學的農(nóng)作物長勢遙感監(jiān)測、生產(chǎn)力預測預警和產(chǎn)量預報辦法，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)估精度達到了85%以上。

2.加強地面調(diào)查和衛(wèi)星監(jiān)測的緊密結合

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個測點進行了2年地面農(nóng)作物種植環(huán)境和農(nóng)學參數(shù)的觀測，在作物分類的基礎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

雖然應用3S技術，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技術的應用面，設想是在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)造一個良好的技術平臺。

參考文獻

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