基于天地图的农业一张图系统设计与实现

杨铎

摘  要：该文在农业一张图的概念基础上，深入探讨了农作物遥感监测的技术流程，基于天地图调用高分辨率的影像地图服务，研发了农业一张图系统，集成近10年的信息数据提供信息共享服务。系统将数据采集、空间分析和决策过程汇聚于一个系统中，为农作物分类与识别、监测与展示提供新的技术手段。

关键词：农业一张图  天地图  遥感监测  信息共享

中图分类号：P208    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）01（a）-0005-02

某市农业信息化建设发展缓慢，农作物监测具有信息化程度较低、监测手段单一、成果数据不规范、成果信息数据共享性差等问题。为迫切解决上述问题，把握区域内农业赖以持续发展的农业资源数量和质量，科学制定发展规划，需要一套较好的农业遥感监测系统，用于农业资源信息的采集、加工、分析、统计、监测、研究、决策，为农作物监测提供技术手段。

1  总体设计

数据是信息系统的灵魂，高效的信息采集工具能够提升信息收集的速度和质量，因农作物分布具有面积广、地物复杂的特点，使用遥感监测手段可加快农作物数据的获取速度;又因为农作物的空间分布特性，需要精确、细致的空间定位信息，使用卫星导航定位可为农作物定点采样提供高精度定位信息;农作物各类信息的再加工和空间分析，有助于农业资源调查与管理、农业区划和决策，使用地理信息技术可使农业资源管理、评价结果更加科学和直观。基于以上观点，该文借助遥感、高精度定位、地理信息系统等技术，设计了农业一张图系统，该系统贯穿农业资源信息采集、加工、分析、监测、研究、统计、决策、上报的整个过程。农业一张图系统总体架构如图1所示。

2  农作物遥感监测

农作物遥感监测的过程大部分是信息采集加工的过程，而农作物信息的采集加工几乎占据了从农作物数据采集加工、分析、监测到统计、决策等一整个业务流的70%时长。该市农作物还有以下几个特点。

（1）品类多样，包括了水稻、大豆、玉米、蔗糖、桑蚕等主要经济作物。

（2）地形独特，包括3种农业地域类型区。东北部岩溶河谷丘陵粮食、经作区，西北部峰丛洼地农、林生态发展区，南部峰林谷地农、林复合发展区。

农作物遥感监测是一项费时费力的工程，它需要一套严密的流程加以控制。根据以上条件，宜基于不同的农作物建立农作物种植面积监测抽样外推模型，选取不同农业地域类型区的样方点，利用农作物特征库中存储的遥感特征信息和不同时期的农作物种植区遥感数据，对农作物种植情况进行多时相的信息提取和面积监测，为相关部门提供农作物种植监测参考信息。农作物种植面积监测流程如下。

（1）建立农作物种植面积监测抽样外推模型;（2）利用抽样外推模型，在全市农作物监测区内布设遥感监测样区和地面调查样方;（3）进行地面样方调查，结合遥感影像特征建立农作物遥感解译标志库;（4）采取自动分类与人机交互方式进行农作物识别与分类;（5）利用地面样方调查成果，对遥感监测结果进行修正;（6）计算全市农作物种植面积的相对变化率。

2.1 布设农作物遥感监测样方

农作物遥感监测样方具有两个方面的作用：一方面，农作物种植样本区提供了农作物地面观测数据样本（位置、葉面积指数、植被指数、生育期、植株高度等）;另一方面，样本区的遥感数据提供了研究其光谱特征、纹理等方面的特征信息。以上信息是农作物地面观测数据、遥感特征数据以及农作物相关性研究的依据。样方选择应具有典型性、代表性和全面性。为此利用GPS在终端采集系统上在全市设立了农作物地面样方数量178个，每个地面样方100亩左右。根据地形状况，适当调整样方大小，每个样方不得小于300m×300m。

2.2 设置遥感监测时间窗口

考虑到农作物的不同物候生长特性，宜选取适合于农作物生长时期的遥感影像，对农作物样本区遥感特征进行分析，并进行遥感监测，其监测频率也不一样。比如：水稻一年监测2次，早稻监测时间为每年的5月10～20日，晚稻检测时间为每年的8月10～25日;甘蔗一年监测1次，监测时间为每年的5月10～20日;玉米一年监测2次，春玉米监测时间为每年的4月20～30日，秋玉米监测时间为每年的8月20～30日;蚕桑一年监测1次，监测时间为每年的5月10～20日等。

2.3 监测方法

基于农作物遥感特征库，充分利用国产高分辨率卫星影像数据（高分二号、北京二号），结合地面样方调查结果，使用适宜的方法对不同时期的农作物种植区进行识别与分类，提取监测区内相邻两年指定农作物种植面积的空间分布及数量，计算监测全市主要农作物种植面积相对变化率，具体如图2所示。

3  系统实现

农业一张图系统采用B/S架构，遵循OGC标准，以rest服务方式提供农业监测信息服务。系统包括了农业资源分析、农作物种植监测、区域农业发展规划研究、现代特色农业、信息采集和上报等子模块，同时提供桌面浏览器端和移动端应用，以满足室内数据分析和室外数据采集用户的需要。桌面浏览器端集成了了国土、水利、气候等与农业密切相关的信息，调用天地图影像底图服务，为用户提供在线的、实时的地图使用服务，同时将近10年的农作物信息以及作物遥感监测、农情监测信息展示在网络地图上。移动端提供野外导航和农业信息采集功能，提供农作物基本信息采集和上传功能。以下是农业一张图系统的部分功能。

（1）农业资源分析。农业资源分析，实现了农业专题数据与地图数据空间叠加与耦合，它承载了耕地、气候、谁资源、交通等多种图件，为农业日常业务处理和领导决策提供了形象直观、功能齐全和集中统一的管理平台。（2）样方监测。样方监测，实现了样方监测数据的上图与查询。（3）数据统计分析。将每年上报的农业数据进行汇总统计，然后以柱状图、饼状图、折线图的形式表现出来。（4）区域农业发展和现代农业。利用GIS空间分析技术，对地理空间进行多维度的分析，为区域农业分析决策提供新的解决办法，便于制定决策、进行科学和政策的标准评价。图3为样方检测。

4  结语

农业一张图系统将3S技术应用于农业遥感监测。调用天地图影像底图服务为野外数据采集和室内数据分析提供了基础的底图服务支撑，带有GPS位置定位导航功能的移动端为数据采集提供了精确的位置信息，使用高分辨率的国产遥感影像，为大面积的农作物监测缩短了作业周期。系统将数据采集、空间分析和决策过程汇聚于一个系统中，提升了农作物监测获取数据的速度和效率，使得农业成果信息数据共享进一步加强，空间分析和决策丰富了农业发展规划的手段。

参考文献

[1] 郭琳，王飞，张寅，等.农业遥感监测业务管理系统设计与实现[J].农业信息与电气技术，2013，29（3）：132-138.

[2] 蒋裕良，覃勇荣，贺庆梅，等.学院景观植物调查及区系地理分析[J].贵州农业科学，2014（1）：180-184.

[3] 陈怀亮，李颖，张卫红.农作物长势遥感监测业务化应用与研究进展[J].气象与环境科学，2015，38（1）：95-102.