“3S” 技术在张家港市农业生产上的初步应用

王科峰

[摘 要] 为加快推进我市现代农业的发展进程，推动3S技术在我市在应用研究，我们在市委市政府的大力支持下，逐步在全市范围内开展了3S技术在农业生产上的应用研究。应用研究中，依托南京大学生命科技学院的技术支持，我市首先着步于3S技术对于大宗作物稻、麦的面积和产量估测，技术上以与小麦和水稻相关性较好的生长期的卫片资料为基础，建立了关键生育期的小麦和水稻面积、单产遥感估测模型。通过三年对稻、麦面积和产量的动态监测，目前面积估测精度已达到98.04%，产量估测精度也达到了93.61%。初步实现了在家知晓大面积的未来办公的理想模式，也为3S技术向生产力监测、土地利用变化等方面继续拓展。

[关键词] 3S技术 面积产量估测 估测精度

[中图分类号] S127 [文献标识码] A [文章编号] 1003-1650 （2014）11-0070-02

一般，人们常把遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）的一体化集成系统，简称为3S技术（RS—GPS—GIS）。由于RS，GIS与GPS的一体化集成与推广应用，能使农作物信息的收集、定位、传输、存储、加工处理、管理、分析和空间数据可视化、资料共享成为一个整体的信息系统与网络。据南京大学生命科学院多年研究，利用3S技术，可克服仅用遥感技术估测面积与产量过程中所遇到的一些技术难题，如多时相光谱资料不易集成复合，各类空间数据难以定位、显示和加工处理，种植作物面积难以自动提取及估产误差过大等科学问题，并可做到农作物种植面积和产量等信息的收集、存储、管理和分析评价等，更加实时、快速和精度高，从而为农学和农业系统管理，提供了一个全新的研究手段和科学创新平台。为此，我们在南京大学生命科技学院的技术支持下，逐步在全市范围内开展了3S技术对大宗作物稻、麦的面积和产量估测。

一、“3S”面积产量估测的技术应用

1.技术原理

3S面积产量估测的技术原理，就是利用GIS建立空间信息系统，在计算机硬件、软件及网络等支持下，对有关空间数据进行预处理：输入、储存、查询检索、处理、分析、显示、更新和提供应用的技术系统；利用RS，使用光学或电子光学仪器接受地面物体反射或辐射的电磁波信号，并以图象胶片或数据磁带形式或记录下来，形成数字影像，该影象传送到地面，经过各种矫正后进行影象分类解释，最后获取所需信息；利用GPS全球定位系统进行大地测量、农业资源勘察等多种学科作业，通过RS、GIS与GPS的一体化集成，正确分析、快速估测本市主要农作物种植面积和产量研究。利用“3S“的集成技术，我市建立“3S”技术系统，实现EMT信息与MODIS信息、及多时相“天地”资料的有机结合，通过农作物遥感绿度值（NDVI、RVI和PVI），植被盖度和不同生育期产量资料相关性建立，经过一系列农人物种类识别、分层、播种面积提取方法研究和农学产量趋势分析基础上，进行农作物生长分析、长势遥感动态监测与空间数据的加工与处理及图件制作，进而在人机交互方式下，构建各类单产估测与预报模型及可运行技术与决策支持系统，实现利用“3S”技术快速、精确、客观估测和预报大面积农作称产量的目标，并最终对其估产精度及应用效果，做出科学分析与评价。

2.技术路线

2.1建立工作站

在南京大学的技术指导下，建立了室内工作站、农业数据集成系统和安装了相应加工软件（ARDAS6.0T和ARCINF8.0），初步实现了3S系统的横向集成，为进一步开展农作物种植面积监测和产量估测提供了研究平台。

2.2收集相关资料

在收集的我市土地利用现状图的基础上，图上确定了样地和样点，获取了定点的经纬度和高程资料，进行作物种类分类，做出种植作物大面积遥感绿度指数NDVI平均分布图。

3.图片资料的预处理

依据南京大学生命学院购买的卫片作为遥感图片资料，通过数据格式转换、投影坐标类型转换、地理校正、辐射校正等进行前期数据预处理。

4.农作物种植面积估测的计算

通过详实的地面实际样条调查，对土地利用图上划分为农田的地区进行调查，并对其中面积较大的地块进行准确定位后，通过非监督分类选择可能为小麦、水稻的像元，再进行研究区域叠加后，准确地提取出小麦、水稻的面积。

5.农作物种植估测单产模型的建立

根据生态、种植条件和均匀性，选择小麦和水稻地面监测点样点各22个，以小麦和水稻产量相关性较好的生长期的卫片资料为基础，建立关键生育期小麦和水稻的单产遥感估测模型。

二、“3S”面积和产量估测的初步成效

1.面积产量精度

1.1估测面积精度

就我市整个地区来看，遥感估测面积和地面调查面积，无论是小麦，还是水稻，差异均小于3%，即估测农作物种植面积的精度在97%以上；其中，小麦估测差异为3.51%，而水稻为-7.21%，即遥感估测作物面积与地面统计面积相比，小麦为97.60%，水稻为98.48%。

1.2估测产量精度

从全市地区来看，遥感估测面积和地面调查面积，无论是小麦，还是水稻，差异均小于10%，即估测农作物种植面积的精度在90%以上，与遥感估测作物面积与地面统计面积相比，小麦为93.55%，水稻为93.67%。

2.社会经济效益

3S技术在稻麦面积产量估测的初步应用成功后，今后必将逐步改变我市的三局测产格局，在提高面积及产量的精度的同时，很大程度地减少人力物力，降低了农业投入支出，实现了较好的经济效益。今后，在加快推进我市的现代农业发展进程中，通过“3S”技术在我市多方位的拓展，将会有效地促进我市农业生产的发展和技术的提高，实现农业信息的加工处理、资料存储与信息共享，提高信息的使用效率和信息的网络化管理，为我市农业生产实现信息化和现代化提供有力保障。

三、应用经验启示

1.强化技术合作基础

3S技术应用的技术依托单位南京大学的二位博士生导师，是国内从事“3S”技术应用的学科带头人和教育部跨世纪优秀骨干教师，同时也是该领域国际上享有盛名的著名学者。通过二位导师的技术支持，运用了国内较成功的经验和国际上先进的技术，建立了一套快速准确客观的小麦水稻大面积估产和产量预报、长势监测和生产力预测预警系统，做到小麦、水稻信息实时监测，同时通过二年验证，实现小麦、水稻种植面积快速估测，其估测精度达到90%以上，基本找到科学的农作物长势遥感监测、生产力预测预警和产量预报办法，实现了对我市小麦、水稻长势监测与诊断及大面积遥感估产，其总产估精度达到了85%以上。

2.加强地面调查和卫星监测的紧密结合

在我市，实地选择8个主要种植农作物乡镇（常阴沙管理区、塘桥镇、凤凰镇、南丰镇、杨舍镇、锦丰镇、大新镇、金港镇）作为试验样地，并选择了22个测点进行了2年地面农作物种植环境和农学参数的观测，在作物分类的基础上定点定期开展了地面观测和卫星资料收集等工作。通过对上半年小麦区，下半年水稻区分8期地面定点观测，详细测定作物的高度、密度、盖度和鲜重产量，并拍摄了数字图像、做了等级农学评价、收获时的大面积产量调查和精度核实工作，确保了3S系统的面积估测精度在90%以上、产量估测精度在85%以上。

四、今后发展思路

虽然应用3S技术，对我市小麦、水稻种植面积的产量有了较为精确的估测，但监测我市大面积生产仍需要继续逐步地深入研究应用，为此，我站在今后的发展思路上，将要继续拓展3S技术的应用面，设想是在3年内，分别以“土地利用/覆盖变化”、“农业生产力卫星监测”和“农业土地利用驱动力及粮食安全分析”为主要研究方向，深化3S系统监测功能，为我市及早实现农业信息管理现代化创造一个良好的技术平台。

参考文献

[1]李建龙主编，信息农业生态学[M]，北京：化学工业出版社，2004；

[2]李建龙，蒋平，戴若兰，RS、GPST和GIS集成系统在新疆北部天然草地估产技术中的应用进展[J]，生态学报，1998，18（5）：504～510

[3]干晓宇，李建龙，刘旭等，南京市绿地结构变化的遥感监测及驱动力分析[J]，南京林业大学学报，2007，31（3）：73～74