虞 豹，李 波，歐 毅，王克曉

（重慶市農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)科技信息研究所，重慶 401329）

鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是全面推進鄉(xiāng)村振興的重要舉措，也是建設數(shù)字中國的重要步驟[1]。近年來，中央層面陸續(xù)出臺了一系列相關(guān)意見、計劃和方案，支持鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化發(fā)展[2]。推動新一代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營深度融合，高質(zhì)量、高水平、數(shù)字化的鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級已成為推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的內(nèi)在要求[3]。當前，我國正處在從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時期，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展離不開新一代信息技術(shù)的應用。以5G 移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、3S、大數(shù)據(jù)、云計算等為代表的數(shù)字技術(shù)層出不窮[4]，并逐漸融入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個場景中，深刻改變著傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營方式，推動農(nóng)業(yè)不斷向精準化、智能化、高效化的方向發(fā)展。

3S 技術(shù)包括遙感技術(shù)(Remote Sensing，RS)、地理信息系統(tǒng)(Geographical information System，GIS)、全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)[5]，是融合多技術(shù)、多學科的綜合應用技術(shù)[6]。我國從20 世紀80 年代起，開始推動3S 技術(shù)在農(nóng)業(yè)農(nóng)村領域應用[7]，主要運用于農(nóng)業(yè)規(guī)劃、設計、管理、生產(chǎn)、決策過程中信息的精準獲取。目前，3S 技術(shù)已成為推動“數(shù)字鄉(xiāng)村”建設和“數(shù)字農(nóng)業(yè)”發(fā)展的重要手段。本文在總結(jié)3S技術(shù)在鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化中的作用的基礎上，以重慶市潼南區(qū)為例，通過介紹3S技術(shù)在鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化過程中的應用實踐，為重慶鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化提檔升級提供參考依據(jù)。

1 鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化中的3S技術(shù)

鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化建設是3S技術(shù)在農(nóng)業(yè)農(nóng)村建設方面的典型應用之一。將3S技術(shù)引入到鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化研究和實踐中，可使各類農(nóng)業(yè)資源信息管理和生產(chǎn)經(jīng)營工作向科學性、實時性、空間性等方面轉(zhuǎn)變。

1.1 GIS在鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化中的應用

GIS 是對有關(guān)地理數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)，其優(yōu)點是能夠精準、快速組合各類要素地圖，并進行疊加分析，解決復雜場景下的決策和管理問題。GIS 在鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化上應用較為廣泛，具體應用體現(xiàn)在以下幾方面：

1）在數(shù)據(jù)獲取上：通過GIS 對信息進行分析處理，利用相關(guān)信息確定各類用地的具體范圍，能夠?qū)⑼恋匦畔⒓皶r準確地反映出來，保證了數(shù)據(jù)的相對完整，為今后的數(shù)字鄉(xiāng)村建設提供參考。

2）在規(guī)劃編制上：利用GIS能夠?qū)⑧l(xiāng)村土地資源信息庫與本區(qū)域土地利用的不同情況相結(jié)合，針對性地進行適合現(xiàn)階段發(fā)展需求的鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化規(guī)劃，避免主觀因素對鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化工作造成的影響，保障鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化工作的科學性和合理性。

3）在成果應用上：GIS技術(shù)能夠有效地加強信息和數(shù)據(jù)的科學性和合理性，通過對鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)進行數(shù)字化改造、建設，提高公眾參與度，可以有效檢驗成果應用的落實情況，為完善鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化建設提供支持。

1.2 RS在鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化中的應用

鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)作為農(nóng)村民生的重要基礎，其生產(chǎn)穩(wěn)定性將直接影響到農(nóng)業(yè)發(fā)展質(zhì)量，進而影響到農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展。將RS 技術(shù)應用到產(chǎn)業(yè)動態(tài)化監(jiān)測活動中，可及時了解農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)作物長勢、農(nóng)作物病蟲害蔓延等情況，為農(nóng)業(yè)管理活動提供可靠依據(jù)。具體應用體現(xiàn)在以下幾方面：

1）作物長勢監(jiān)測。遙感具有周期性獲取目標電磁波譜的特點，通過建立遙感植被指數(shù)和葉面積指數(shù)的數(shù)學模型，可監(jiān)測作物長勢，進而根據(jù)作物長勢情況估測作物產(chǎn)量。

2）土壤水分含量和分布監(jiān)測。在植被條件和非植被條件下，熱紅外波段對水分反應非常敏感，利用熱紅外波段遙感監(jiān)測土壤和植被水分十分有效。不同熱慣量條件下，遙感光譜間的差異性表現(xiàn)明顯，通過建立熱慣量與土壤水分間的數(shù)學模型，能夠監(jiān)測土壤水分含量和分布狀況。

3）農(nóng)業(yè)災害防治。結(jié)合RS 技術(shù)提供的監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以初步了解病蟲害、氣候條件帶來的影響，通過GIS 進行快速整合，從而確定這些災害帶來的影響情況，及時制定相應的扶助政策和防治策略，從而降低災害問題帶來的負面影響。

1.3 GPS在鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化中的應用

GPS 提供全天候的定位、授時、測速等功能，可直接參與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過程。GPS 在鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化中的應用，可以提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、優(yōu)化資源利用、增加農(nóng)產(chǎn)品附加值。其具體應用體現(xiàn)在以下幾方面：

1）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精準管理?？梢岳肎PS 技術(shù)確定準確的地理位置，幫助規(guī)劃土地利用、種植作物和施肥等農(nóng)業(yè)活動。通過GPS 定位可以進行土壤檢測和采樣，精確了解土壤的養(yǎng)分含量和水分狀態(tài)，從而合理施肥和灌溉，提高農(nóng)作物的生產(chǎn)效益。

2）農(nóng)業(yè)機械精確作業(yè)。農(nóng)業(yè)機械配備GPS 導航系統(tǒng)可以實現(xiàn)精確作業(yè)，比如播種、施肥、噴灑等。通過GPS 技術(shù)可以控制農(nóng)機的行進路線和速度，確保作業(yè)的準確性和均勻性，提高農(nóng)機的作業(yè)效率，降低資源浪費。

3）農(nóng)產(chǎn)品安全溯源。利用GPS 技術(shù)可以追溯農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)和流通信息，包括種植區(qū)域、施肥情況、采摘時間等，有助于確保食品安全，提高消費者對農(nóng)產(chǎn)品的信任度。

2 潼南區(qū)鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化建設研究

2.1 潼南區(qū)概況

潼南區(qū)位于重慶市西北部，東經(jīng)105°31'41″～106°00'20″、北緯29°47'33″～30°26'28″，面積1 583 km2，轄23 個鎮(zhèn)街。屬重慶淺丘地區(qū)，海拔一般在300～450 m 之間。屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，氣候溫和，雨量充沛，日照充足。年平均氣溫17.9 ℃，年均降雨量為990 mm，年平均日照時數(shù)為1 228.4 h。

2.2 鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化建設思路

以農(nóng)業(yè)資源數(shù)字化、產(chǎn)業(yè)監(jiān)測精準化和數(shù)據(jù)共享智能化為目的，融合3S、計算機、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)，開展農(nóng)業(yè)資源、農(nóng)情遙感監(jiān)測、信息傳播可視化等關(guān)鍵技術(shù)研究，集成數(shù)字農(nóng)田、田塊檔案、三維地形、衛(wèi)星影像、農(nóng)情監(jiān)測、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)數(shù)據(jù)資源，開發(fā)基于Web GIS 的數(shù)據(jù)共享管理平臺，推進鄉(xiāng)村農(nóng)業(yè)資源整合和產(chǎn)業(yè)精準管理。

圖1 潼南區(qū)鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化建設思路

2.3 鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化建設內(nèi)容

利用第三次全國土地調(diào)查和農(nóng)業(yè)統(tǒng)計等數(shù)據(jù)，基于3S 等現(xiàn)代信息化技術(shù)，組織開展耕地資源數(shù)字化、農(nóng)情監(jiān)測智能化、鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)可視化等方面建設，進而推進潼南區(qū)鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與管理的信息化和數(shù)字化奠定理論與技術(shù)基礎。

2.3.1 鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)資源數(shù)字化

利用農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)確權(quán)登記、永久基本農(nóng)田劃定、高標準農(nóng)田上圖入庫、耕地質(zhì)量調(diào)查監(jiān)測、糧食生產(chǎn)功能區(qū)和重要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)保護區(qū)劃定、設施農(nóng)用地備案等數(shù)據(jù)，建設全區(qū)耕地基本信息數(shù)據(jù)庫。結(jié)合農(nóng)業(yè)補貼發(fā)放、投入品監(jiān)管、新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體信息直報、家庭農(nóng)場名錄等系統(tǒng)，完善經(jīng)營主體身份、就業(yè)、生產(chǎn)管理、補貼發(fā)放、監(jiān)管檢查、投入品使用、培訓營銷等多種信息為一體的基礎數(shù)據(jù)，逐步實現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體全覆蓋，生產(chǎn)經(jīng)營信息動態(tài)監(jiān)測。利用第三次全國土地調(diào)查、衛(wèi)星遙感等數(shù)據(jù)信息，結(jié)合房地一體的宅基地使用權(quán)確權(quán)登記頒證、農(nóng)村宅基地和農(nóng)房利用現(xiàn)狀調(diào)查等資料，構(gòu)建全區(qū)農(nóng)村宅基地數(shù)據(jù)庫。建立集體資產(chǎn)登記、保管、使用、處置等管理電子臺賬，推進農(nóng)村集體資產(chǎn)清產(chǎn)核資信息數(shù)字化。

2.3.2 鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化

利用農(nóng)業(yè)遙感和傳統(tǒng)人工采集系統(tǒng)結(jié)合，對鄉(xiāng)村土地利用變化進行監(jiān)測，及時了解如農(nóng)作物耕作面積（覆蓋度）、撂荒、休耕或輪作面積等動態(tài)變化信息，為鄉(xiāng)村耕地、草場、水域等權(quán)屬的確定和格局變化監(jiān)測提供空間數(shù)據(jù)；為鄉(xiāng)村農(nóng)業(yè)提供耕作面積、品質(zhì)、產(chǎn)量、長勢、墑情、災情、病情監(jiān)測，實現(xiàn)農(nóng)作物生長過程全方位監(jiān)控，并基于遙感提供的播種、長勢、病蟲害、產(chǎn)品品質(zhì)與估產(chǎn)方面的大數(shù)據(jù)信息，為農(nóng)民提供未來農(nóng)產(chǎn)品市場預測等信息；通過遙感技術(shù)全面、實時地對鄉(xiāng)村土地、水和大氣資源的健康狀況進行監(jiān)測。

2.3.3 鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)服務數(shù)字化

通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、知識圖譜、深度學習、三維可視化、GIS 服務等技術(shù)的應用，打通鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)發(fā)展中生產(chǎn)、經(jīng)營、管理、民生、服務之間的壁壘，研建基于地理信息系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字管理系統(tǒng)平臺，有力推進了數(shù)字技術(shù)在鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)管理領域更深層的應用。

3 “3S”技術(shù)在潼南區(qū)鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化中的探索

3.1 鄉(xiāng)村農(nóng)業(yè)資源數(shù)字化建設

以潼南區(qū)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)的農(nóng)業(yè)資源作為研究對象，通過GIS 軟件，將農(nóng)學、地理學、信息學與農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展專業(yè)知識有機結(jié)合，通過收集大量的潼南區(qū)農(nóng)業(yè)資源基礎數(shù)據(jù)，建成集空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)于一體的農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)潼南區(qū)農(nóng)業(yè)資源快捷查詢、屬性瀏覽、面積統(tǒng)計等。在此基礎上，通過點位圖的生成、空間數(shù)據(jù)的分析、圖形渲染、分級處理等構(gòu)建農(nóng)業(yè)資源專題地圖，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)的有效管理和合理利用奠定基礎。

圖2 鄉(xiāng)村農(nóng)業(yè)資源數(shù)字建設技術(shù)路線

3.1.1 土地資源數(shù)字化建設

利用第三次全國國土調(diào)查數(shù)據(jù)，在構(gòu)建潼南區(qū)土地資源信息數(shù)據(jù)庫基礎上，借助GIS 空間分析功能，定量分析和開展專題圖制作，包括耕地、園地、林地、草地、商服用地、工礦倉儲用地、住宅用地、公共管理與公共服務用地、特殊用地、交通運輸用地、水域及水利設施用地、其他用地等。

3.1.2 生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)字化建設

利用Arc GIS、MAPGIS 等軟件和手持GPS 等儀器設備，采用人工標注和現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集方式，對潼南區(qū)農(nóng)業(yè)企業(yè)、家庭農(nóng)場、農(nóng)業(yè)合作社、鄉(xiāng)村民宿、農(nóng)地交易、現(xiàn)代園區(qū)、示范基地等生產(chǎn)經(jīng)營不具有空間屬性和要素屬性的數(shù)據(jù)進行處理和分析。

3.1.3 社會服務數(shù)字化建設

聚焦鄉(xiāng)村生產(chǎn)需求，融合3S 技術(shù)，對農(nóng)資服務、農(nóng)機、公共服務、培訓基地等場所及儀器設備存放地點進行數(shù)字化處理，形成專題圖，對社會服務領域進行智能化、高效化的改造和優(yōu)化，提供更便捷、精準、個性化的服務。

3.2 3S技術(shù)在農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測中的應用

在綜合考慮潼南區(qū)地形特點和種植結(jié)構(gòu)的基礎上，融合RS 和GIS 技術(shù)，經(jīng)過對潼南區(qū)水稻、玉米、油菜、柑橘等主要種植作物物候調(diào)查，遙感生產(chǎn)經(jīng)驗總結(jié)和多種數(shù)據(jù)的對比分析，提出一套基于“分目標、分區(qū)域、分數(shù)據(jù)、分技術(shù)”的“四分”技術(shù)方法，開展作物分布、長勢、產(chǎn)量及病蟲害、氣象災害、環(huán)境質(zhì)量等遙感監(jiān)測。

圖3 農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測總體路線

3.2.1 作物分布遙感監(jiān)測

采用國產(chǎn)高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過GPS 定位系統(tǒng)，開展潼南區(qū)主要農(nóng)作物實地樣本采集記錄工作，建立作物遙感影像解譯標志。利用遙感監(jiān)督自動分類方法，提取潼南區(qū)水稻、玉米、油菜、柑橘、花椒等作物空間分布。

3.2.2 作物長勢遙感監(jiān)測

通過對潼南區(qū)的不同作物生育期地面時序?qū)崪y農(nóng)學數(shù)據(jù)與遙感反演的NDVI、EVI、LAI 等參數(shù)的比對分析，建立作物長勢指標與遙感參數(shù)的定量關(guān)系模型，利用重慶市潼南區(qū)行政區(qū)劃矢量，對長勢分布圖進行統(tǒng)計。

3.2.3 作物災害遙感監(jiān)測

收集多源衛(wèi)星遙感影像，結(jié)合GIS 和人工智能技術(shù)，對農(nóng)作物的生長情況、土地利用狀況、氣象變化等因素進行綜合分析，利用作物遭受災害前后光譜特征的變化，判斷作物生長是否存在異常情況和災害風險，進行災害解譯和評估。

3.3 3S技術(shù)在鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化服務系統(tǒng)建設中的應用

以潼南區(qū)行政全域1 583 km2范圍為技術(shù)示范推廣應用區(qū)域，基于3S技術(shù)的產(chǎn)業(yè)數(shù)字化研發(fā)成果，開展潼南全域范圍內(nèi)土地資源、農(nóng)情信息、生產(chǎn)經(jīng)營、社會化服務的數(shù)字化工作，構(gòu)建了潼南區(qū)“1+4”的鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化服務系統(tǒng)平臺。

3.3.1 平臺模塊

平臺主要有鄉(xiāng)村資源、鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)、鄉(xiāng)村經(jīng)營、鄉(xiāng)村服務等4 個功能模塊。其中，鄉(xiāng)村資源展示鄉(xiāng)村土地利用現(xiàn)狀、鄉(xiāng)村土地利用規(guī)劃、資源監(jiān)測；鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)展示鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)分布現(xiàn)狀（包括種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、加工業(yè)、農(nóng)業(yè)旅游業(yè)等）及農(nóng)情遙感監(jiān)測；鄉(xiāng)村經(jīng)營綜合分析農(nóng)業(yè)企業(yè)、家庭農(nóng)場、鄉(xiāng)村民宿和合作社等經(jīng)營主體的基本情況、分布、營收、土地流轉(zhuǎn)面積、就業(yè)人數(shù)等數(shù)據(jù)，綜合展示農(nóng)業(yè)企業(yè)、家庭農(nóng)場、農(nóng)業(yè)合作社、鄉(xiāng)村民宿、農(nóng)地交易等；鄉(xiāng)村服務包括農(nóng)資服務、農(nóng)機監(jiān)管、公共服務、農(nóng)技培訓等。

3.3.2 數(shù)據(jù)管理

建立鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)管理服務平臺信息數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫的管理需要滿足對鄉(xiāng)村信息的采集、加工、使用、查詢等要求，鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字管理服務平臺信息定期更新，確保平臺系統(tǒng)信息的準確性。

圖4 平臺體系總體架構(gòu)圖

3.3.3 數(shù)據(jù)可視化

基于地理信息系統(tǒng)平臺，以基礎地理信息數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，運用傾斜攝影測量技術(shù)，設計和制作數(shù)字鄉(xiāng)村全景圖，將大量的數(shù)據(jù)信息通過圖表、圖形、地圖等視覺化的方式呈現(xiàn)出來，便于更直觀、快速地理解和分析數(shù)據(jù)的特點和趨勢。

4 結(jié)語

隨著數(shù)字技術(shù)的不斷革新，3S 技術(shù)在農(nóng)業(yè)農(nóng)村領域的應用廣度和深度不斷擴展，為鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)字化帶來了翻天覆地的變化。目前，我國3S技術(shù)在大規(guī)模推廣應用上，還存在技術(shù)體系不完善、成本過高的問題，下一步將以此次探索為契機，加強相關(guān)研究和實踐，進一步深化和完善鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級技術(shù)理論。