吉林雨养玉米作物长势监测系统设计与实现

王景发 寿春光

摘要：建立吉林雨养玉米作物长势监测系统对指导区域农业生产活动具有重要意义。研发的此款软件系统，可将吉林省省域范围内的多时间、多空间分辨率卫星影像，样地成像高光谱影像，土壤有机质、养分含量等本底数据，利用数据库管理技术实现对吉林省雨养玉米生产区栅格与矢量数据的动态检测与管理，以GIS空间显示与部分组件开发功能为基础，实现对吉林省不同生态区雨养玉米作物长势的动态监测。该系统有助于及时掌握作物生长状况、为准确预报作物病虫草害发生状况提供决策信息，对作物产量估算与区域粮食安全具有重要价值。

关键词：玉米;GIS;吉林省;二次开发

中图分类号：S22文献标识码：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20190615003

引言

數字农业要求作物生产达到最优化，即需要根据作物长势来调节田间施肥、灌溉管理等措施，以实现高效产出目的[1，2]。在作物生长发育期内，不同生长阶段，作物内部的营养成分与细胞结构，以及作物的冠层结构与尺度都会呈现出周期性的变化特征，而这些变化特征都将反映在影像数据的光谱特征上，给遥感作物监测提供物理基础[3，4]，学者基于植被指数等方法开展了相关作物长势监测工作，并取得大量成果[5]。玉米在我国的种植面积和总产量都是最大的作物，可用于食用、饲料、工业与能源，对保障国家粮食安全与改善人民生活具有重要作用和价值。作为我国玉米主产区，吉林省玉米单产量和总产量水平均高于大部分省（直辖市、自治区），但总体来说，目前针对农情监测，仍主要依靠局部样点的实地调查，存在信息量不足、监测具有滞后性的特点。尚缺少吉林省雨养玉米作物遥感监测集成系统，实现田间作物长势的快速遥感监测。因此，本研究通过集成吉林省多时空分辨率遥感影像、典型地点高光谱测量、土壤质量专题矢量数据等，基于数据库技术与地理信息系统显示功能，实现对吉林省雨养玉米种植区作物长势的监测与管理。借助该系统可及时掌握作物生长状况、准确预报作物病虫草害发生状况，对国家粮食安全具有重要价值。

1软件设计

1.1软件设计思路

吉林雨养玉米作物长势监测系统开发总体路线共分为5层，由基础底层到管理高层分别为地理信息系统基础组件、玉米遥感影像动态监测应用组件、综合服务层和用户实操客户端。其中，基础GIS组件提供多时、空分辨率影像数据、地面高光谱遥感数据、种植区面积矢量数据、环境本底信息的管理、可视化表达等功能;玉米遥感影像动态监测应用组件是该监测系统的核心构件，主要基于组件设计技术，在通用地理信息系统组件平台基础上封装作物长势遥感识别与监测功能;综合服务层可实现玉米长势信息、变换监测数据的管理、可视化、输出等服务[6]。本系统以吉林省雨养玉米作物长势专题信息为管理对象，在地图数据基础上，通过数据库管理技术与GIS显示功能对吉林省雨养玉米作物长势进行展示与预警，实现吉林省雨养玉米田间长势监测的信息化管理。

1.2设计方案

在吉林雨养玉米作物长势监测系统中，将B/S模式与C/S模式相结合，从而集成二者优势。C/S部分采用的是Microsoft Visual Studio. NET 2010，而B/S部分采用Java、HTML、JavaScript等主流网络语言。用户实操客户端采用Flex控件，选用Oracle 11g作为该系统的数据库管理平台[7]，通过空间数据引擎，实现海量数据的快速存储与检索。

2软件介绍

2.1系统简介

吉林雨养玉米作物长势监测系统利用数据库和GIS技术，对吉林省玉米长势信息的遥感栅格和环境本底矢量地理空间数据进行管理。基于地理信息系统动态显示功能，可实现玉米田间长势的动态显示与变化检测功能。

2.2系统特征

该系统基于SQL SEVER与Arc SDE技术相结合形式，采用C#汇编语言，架构ArcGIS Engine组件进行编码，开发效率高，系统界面交互友好[8]。

2.3系统功能

系统功能通过吉林雨养玉米作物长势监测应用组件和iServer空间服务扩展实现玉米田间长势状态的显示与发布。主要功能有，遥感影像叠加与动态显示、作物长势信息显示、专题矢量数据图层管理与显示，地图文档输出等。

2.4运行环境

硬件需求，Intel（R）_ Core（TM）_i5_ CPU_ @_2.50GH处理器;4G以上内存;1T以上硬盘;软件需求，Windows7/windows8/windows10操作系统，ArcGIS Engine10.2运行。

3功能实现

3.1主视图窗口

主视图窗口用于显示添加的各类具有地理参考信息的数据，包括卫星遥感影像、地面高光谱测量数据、矢量专题数据等。针对视图窗口，提供了简单图像操作功能，如对比度调整、亮度调整、假彩色合成、密度分割等。在窗口中右键快捷菜单，也可实现专题图层属性信息的快速查看。

3.2文件菜单与编辑菜单

文件菜单包含新建、保存、打开等二级菜单，主要用于新建、保存、打开作物长势的地图文档，其中，添加数据功能可以添加img、tiff、shp、Raster等多种格式数据。此外，还包括编辑、数据处理、动态显示与帮助等菜单。

3.3吉林雨养玉米作物长势属性查询

吉林雨养玉米作物长势属性查询包括作物种植查询、健康状况查询、环境本地现状查询、农业措施查询等功能[10]。属性查询可基于SQL语言按条件进行检索，也可以是用户在下拉框或复选框中筛选，查询结构可以在地图文档中高亮显示，也可对数据进行导出。

3.4吉林雨养玉米作物长势数据输出

吉林雨养玉米作物长势数据输出包括输出专题图件，以及专题数据。专题图件为作物不同生育期的长势图谱，图谱包含地图比例尺、指北针、房里网、图例等地图要素;专题数据包括指定地理范围、属性筛选后的作物长势差异斑块矢量数据、环境本底要素矢量数据、作物面积等统计数据。

4结论

本文以吉林省雨养春玉米长势动态监测为目标，将多时空遥感数据与矢量专题数据相结合，基于数据库技术与地理信息系统显示功能，研发了吉林雨养玉米作物长势监测系统。该系统能实现玉米不同生育期长势信息的动态显示、专题信息的属性查询、专题图件的输出等。该系统实现了对吉林省雨养玉米作物长势的动态显示与管理，为及时掌握作物生长状况、准确预报作物病虫草害发生状况提供决策服务，为吉林省雨养玉米集约规模化丰产增效技术集成与示范提供服务。

参考文献

[1] 姜舒文. 基于3G网络的玉米生长环境监测系统的设计与实现[D].吉林农业大学，2012.

[2] 刘秀清. 玉米生长情况监测系统建设报告[J].中国农业信息，2014（03）：288.

[3] 韩悦婷. 基于opencv的玉米长势自动监测系统的设计[D].南京信息工程大学，2018.

[4] 卢健. 三维GIS在玉米精准作业模拟监测系统中的研究与应用[D].吉林农业大学，2017.

[5] 李莹，雷莹. 东北玉米水稻遥感监测系统可行性研究[J].农业与技术，2013，33（05）：136-137.

[6] 邵晓芳，李军，景宁. 空间数据库接口技术的研究[J].计算机工程与科学，2003，25（6）：87-89.

[7] 潘农菲. 基于Oracle Spatial的GIS空间数据处理及应用系统开发[J].计算机工程，2002，28（2）：278-279.

[8] 吴杰，陆锋，汤井田，程昌秀，袁正午. 基于OCCI 的空间数据库几何对象实现方法[J].地球信息科学，2003，12（4）：16-20.

[9] 赵方亮. 玉米营养监测系统的设计与实现[D].河南农业大学，2016.

[10] 陈铭，杨达. 基于数字图像的夏玉米长势远程监测系统研究[J].科技资讯，2011（25）：169-170.

作者简介：王景发（1997-），男，硕士研究生，研究方向：景观生态遥感研究。