3S技術在精品水果地理省情調查中的應用

廖廷宇

摘要 介紹了運用RS技術獲取的高分辨率遙感影像，制作精品水果調查工作底圖；利用GPS技術采集和移動GIS進行精品水果的外業調查和信息采集；并運用GIS技術對調查獲取的圖形數據和屬性數據進行建庫、集成管理和統計分析，獲取全省精品水果相關信息。該研究可為各級政府及其相關部門提供科學準確的數據，為下一步產業集群發展、精準施策、精準管理奠定基礎。

關鍵詞 RS；GPS；GIS；地理省情調查；精品水果調查；影像；數據庫

中圖分類號 S127 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）22-0185-05

Abstract This paper introduced the high resolution remote sensing image obtained by RS technology， and made the base map of fine fruit survey. Using GPS technology to collect and mobile GIS to carry out the field investigation and information collection of fine fruits.Moreover， GIS technology was used to build database， integrate management and statistical analysis of the data and attribute data obtained by the survey， and obtain the relevant information of the provincial fine fruit.The study can provide scientific and accurate data for governments at all levels and related departments， laying a foundation for the development of industrial clusters， precise application and accurate management.

Key words RS；GPS；GIS；Geographical survey；Investigation of fine fruit；Image；Database

2017年1月的《2017年貴州省政府工作報告》中提出：“深入推進農業供給側結構性改革。堅持質量興農，著力建設綠色優質農產品大省。更加注重調整結構，以市場為導向，穩定糧食產量，大力發展特色種植業，新增‘三品一標種植面積700萬畝?！睘榕遒F州省特色種植業的家底，省政府做出了調查4種精品水果的任務安排。在這次全省的大規模精品水果省情調查統計中，為高效準確完成此項任務，就需要整合、有效利用3S現代測繪技術技術。

1 3S及3S集成技術和地理省情調查

1.1 3S及3S集成技術

3S技術是RS、GPS、GIS的總稱。RS技術即遙感技術（remote sensing，簡稱RS），是在不直接接觸的情況下，對目標物或自然現象遠距離感知的一門探測技術，具體是指在高空或外層空間的各種平臺上，運用各種傳感器獲取反映地表特征的各種數據，通過傳輸、變換和處理，提取有用信息，實現研究地物空間形狀、位置、性質、變化及其與環境相互關系的一門現代應用技術科學[1]。

GPS又稱全球定位系統（global positioning system，簡稱GPS），是美國從20世紀70年代開始研制，于1994年全面建成，具有海、陸、空全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統。GPS是由空間星座、地面控制和用戶設備3部分構成的[2]。GPS測量技術能夠快速、高效、準確地提供點、線、面要素的精確三維坐標以及其他相關信息，具有全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點。GIS是指地理信息系統，是一種以采集、存儲、管理、分析和描述整個或部分地球表面（包括大氣層在內）與空間和地理分布有關的數據的信息系統[3]。

3S集成技術指的是全球定位系統（GPS）、遙感（RS）和地理信息系統（GIS）三大技術的集成。近年來，國際上3S的研究和應用開始向集成化（或綜合化）方向發展[4]。

1.2 地理省情調查

地理國情是關于國土疆域、地形地貌、地表覆蓋、江河湖泊、交通網絡、城鎮、人口與生產力、資源環境、災害等空間分布和時空變化的基本國情[5]，是空間化、可視化的國情信息，是從地理空間角度分析、研究、描述和反映一個國家自然、經濟、人文的國情信息[6]。包括國土疆域情況、地理區域特征、地形地貌特征、道路交通網絡、江河湖海分布、土地利用和地表覆蓋、城市布局和城鎮化擴張、自然環境與災害分布、環境與生態狀況、生產力空間布局等基本情況[6]。

地理國情普查是一項重大的國情國力調查，是全面獲取地理國情信息的重要手段，是掌握地表自然、生態以及人類活動基本情況的基礎性工作[7]。地理省情調查則是在地理國情調查的基礎上展開，查清省級專題資源在地理空間分布情況及其特征，為省級政府各部門決策提供服務和支持。

2 精品水果地理省情調查的背景及意義

《2017年貴州省政府工作報告》中提出：“深入推進農業供給側結構性改革。堅持質量興農，著力建設綠色優質農產品大省。更加注重調整結構，以市場為導向，穩定糧食產量，大力發展特色種植業。更加注重形成規模，加快農村土地規范有序流轉，因地制宜大力培育和引進農業產業龍頭企業。促進全省農產品調結構、上規模、創品牌?！?/p>

省政府通知要求，由省國土資源廳、省農委、省扶貧辦等有關部門和單位，采用航拍等技術手段，精確調查統計全省火龍果、藍莓、獼猴桃、刺梨這4種精品特色水果的種植區域、種植面積及其相關屬性和地理位置信息，并指導各地認真抓好特種種植、養殖，帶動農民脫貧增收。

精品水果調查是一項地理省情專題調查。通過精確調查4種精品水果種植情況，為動態管理精品水果資源、宣傳促銷精品水果產品、招商推介精品水果項目提供科學依據，助力省招商引資和精品水果產業發展，助推全省精準扶貧工作。

為此，項目組織實施單位根據要求，充分發揮國土空間大數據的優勢，依托地理國情普查成果，利用現代測繪地理信息技術和高分辨率衛星影像，開展精品水果調查工作，實現精品水果種植調查的精確空間定位，精準面積統計。

3 精品水果地理省情調查總體技術路線

精品水果地理省情調查總體分為5個部分：準備階段、調查工作底圖、外業調查、內業編輯及建庫、成果統計，其總體技術路線見圖1。

4 3S技術在精品水果地理省情調查中的具體應用

4.1 衛星遙感影像、數字航空影像和全景影像的應用

以覆蓋全省的全國地理國情普查影像（包括衛星遙感影像和數字航空影像）作為此次調查工作的基礎影像。該影像可為調查統計工作提供更精準、更直觀的定位，為內業生產、外業調查人員提供便利的參考底圖，外業人員可快速、高效地準確定位，獲取坐標等基本信息，提高外業工作效率。若在地理國情普查中因影像質量原因，不能準確反映4種精品水果范圍的，酌情補充現勢性好、優于1 m的衛星遙感影像。

4.1.1 遙感影像的利用。

精品水果調查采用的影像：2010—2013年高分辨率衛星影像，絕大部分為2013年影像，少量為2010—2012年影像；分辨率為0.2 m的數字航空影像（圖2、3）。

4.1.2 全景影像采集。

每個縣區外業調查工作完成后，根據該縣區調查水果種類、種植面積等情況，選取能夠反映當地種植情況全貌的區域，利用專業無人機進行全景影像數據采集（圖4），然后應用全景影像處理軟件生成360°全景影像，以反映實地種植的全貌。

4.2 GPS應用于調查區域的位置定位和圖斑邊界采集

對于在遙感影像上無法確定邊界的精品水果圖斑，利用貴州省衛星連續運行參考站系統（GZCORS），攜帶GPS接收機進行RTK作業，采集圖斑邊界拐點，勾繪圖斑邊界?；蚶脕喢准塆PS接收機，進行圖斑位置定位，采集圖斑邊界。

4.3 GIS在數據采集、編輯、建庫和統計分析中的應用

4.3.1 利用GIS制作工作底圖。

利用GIS軟件加載覆蓋全省的第一次全國地理國情普查影像和可應用于此次調查的最新影像資料，結合省內全國第一次地理國情普查成果，從地理國情普查成果數據中分離出園地數據[8]，與原始影像疊合，檢查剔除明顯不符合此次調查指標的信息，并進行合并與刪除，同時在地理國情中提取交通、水系、城鎮、地名等數據。根據省農委、省扶貧辦、省林業提供的4種精品水果種植統計數據，在圖上進行初步的位置定位。

將處理好的影像資料、整理好的園地信息、精品水果基本位置信息以及提出的交通、水系、城鎮、地名等數據疊加后，以縣為單位進行裁切、分層分塊、整飾后制作成外業工作底圖[9]。

4.3.2 利用移動GIS外業調查。利用外業調查電子平板，安裝相應的移動GIS軟件，載入外業調查工作底圖，同時攜帶高精度手持GPS設備，開展外業調查。外業調查采用“群專結合”的方法。外業作業人員利用制作的工作底圖，到各縣區相關部門進行工作對接，收集當地4種精品水果種植的資料，并在工作底圖上進行標注，確定調查的具體區域和地點，規劃調查路線，并依靠當地熟悉精品水果種植情況的工作人員帶領，根據調查指標要求進行逐塊調查[10]。在相關人員配合下，到實地利用影像圖定位，確認調查邊界和拐點，再利用高精度GPS測量拐點坐標，并進行實地量算。外業調查清楚標注種植水果的品種、種植狀態。調查圖上標注量測的拐點及圖解的拐點，形成封閉的地塊，并標注地塊編號和錄入相關屬性信息。

外業調查過程中對調查的每塊圖斑進行實地拍照佐證，并填寫相應的屬性。通過精準地塊位置調查、精準面積量算和實地照片佐證，為調查質量提供保證。

4.3.3 GIS內業數據整理。

外業調查工作完成后，交由內業進行數據整理、上圖。內業利用GIS軟件對圖斑進行編輯和拓撲處理、錄入調查屬性數據；對照航拍影像對外業拐點坐標進行逐一檢查，保證坐標完整無誤；根據外業采集數據、影像、照片對地塊邊界修改完善；整理相關水果屬性字段，并進行編號；檢查相關地塊的完整性和拓撲關系，為導入數據庫做好充分準備[11]。具體工作是：

①對外業航拍影像進行正射糾正或拼接處理。②內業工作人員對照航拍影像對外業拐點坐標進行逐一檢查，保證坐標完整無誤。③內業地塊邊界需根據外業草圖標繪的界線，結合影像的田土坎、相關影像紋理等信息進行綜合判定，修改完善地塊邊界數據。④4種精品水果屬性信息根據外業調查情況，按照相關數據標準精確上圖，并進行編號。⑤檢查相關地塊的完整性和拓撲關系。

4.3.4 GIS數據庫建庫。

在計算機上利用GIS軟件，對實地采集的水果種植數據進行檢查、整理、編輯后導入數據庫。入庫前需進行數據合并，并統一進行相關屬性和拓撲關系檢查，避免入庫錯誤。

為保證調查的統一性和延續性，此次調查精品水果內容與指標以地理國情普查內容指標園地類指標為基礎，并擴展到第4級分類。其數據庫按專題地理單元構建圖層，包括圖斑面層和照片點層。

4.3.5 GIS統計分析、成果圖件制作和輸出。利用GIS軟件，二次開發精品水果調查數據庫管理系統。利用數據庫管理系統，根據調查結果進行基本統計分析，編制成果報告，并制作相應成果圖件。

4.3.5.1 統計分析。

在完成數據庫建設的基礎上，分別按照種植類型，市州、區縣種植情況開展統計分析，制成統計成果表（圖5）。精品水果統計分析：按照省、市、縣、鄉4級行政區劃，以統計圖的形式對精品藍莓、火龍果、刺梨、獼猴桃進行基本統計（圖6）。此次調查首次實現全省范圍內火龍果、藍莓、獼猴桃、刺梨4種水果全面精準定位的調查，對全部面積大于1畝（1畝=667 m2）的種植地塊進行調查，準確全面地反映了4種精品水果的種植狀況。

經調查統計，同時弄清了全省4種精品水果相對集中連片種植萬畝以上、千畝以上的數量及位置；摸清了4種精品水果的管理管護情況，為今后的管理指明了方向。

4.3.5.2 成果圖件制作和輸出。以調查成果為基礎，結合基本統計報告內容，制作相

關成果圖件，提供直觀的分析效果圖。

5 調查結論與建議

5.1 調查結論

通過采用3S技術手段進行精品水果地理省情調查，得出如下結論：①利用3S技術手段開展調查，提高了精品水果地理省情調查的質量和效率。

②全省4種精品水果分布與當地氣候條件、土壤條件、水資源等條件相適應，但存在分布不均衡、管理不到位的情況。

③通過調查發現和統計分析，全省精品水果經營種植模式主要有個體種植、村

集體種植和公司+農戶種植，占比分別為31.3%、49.4%、19.3%。需要對幾種經營模式進行深入探索，為下一步精品水果種植的發展積累有益經驗。④此次調查采用現代測繪地理信息技術，效率高、質量好，對精品水果種植的區域、品種、面積、管理狀況、種植模式等進行了精準定位和量算統計，為下一步產業集群發展、精準施策、精準管理奠定了基礎。

5.2 建議

（1）此次主要是通過現代測繪地理信息技術手段對全省4種精品水果的種植區域、面積進行精準定位調查和面積統計，種植質量、產量、氣候、土壤條件以及涉及的農戶等不在調查范圍，建議相關部門及研究機構以此次調查成果數據為基礎，收集人口、土地、氣象等部門資料進行疊加，開展更加專業的分析，提高水果種植質量，促進農業產業結構調整。

（2）建議進一步分析全省精品水果幾種經營種植方式的效益狀況，開展經濟效益、土地集約利用效益、土地流轉等相

關課題研究，促進全省種植業的發展。

（3）建議對管理不善的種植地塊加強種植管理或調整種植結構。

（4）下一步需加強精品水果的常態化監測工作，對成果數據進行定期更新和維護，保證數據的時效性和利用價值。

參考文獻

[1]孫家抦.遙感原理與應用[M].2版.武漢：武漢大學出版社，2009.

[2]徐紹銓，張華海，楊志強，等.GPS測量原理及應用[M].3版.武漢：武漢大學出版社，1998.

[3]寧津生，陳俊勇，李德仁，等.測繪學概論[M].2版.武漢：武漢大學出版社，2008.

[4]王樹根.攝影測量原理與應用[M].武漢：武漢大學出版社，2009.

[5]李德仁，許厚澤，陳俊勇，等.關于做好地理國情監測的建議[R].2011.

[6]李建松.地理國情監測的內容與技術[R/OL].（2014-04-21）[2018-04-15]. https：//wenku.baidu.com/view/c439232c9b6648d7c0c74634.html.

[7]國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室.第一次全國地理國情普查實施方案[Z]. 2013.

[8]國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室.地理國情普查內容與指標：GDPJ 01—2013[S].北京：國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室，2013.

[9]國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室.地理國情普查底圖制作技術規定：GDPJ 10—2013[S].北京：國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室，2013.

[10]國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室.地理國情普查外業調查技術規定：GDPJ 11—2013[S].北京：國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室，2013.

[11]國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室.地理國情普查內業編輯與整理技術規定：GDPJ 12—2013（訂正本）[S].北京：國務院第一次全國地理國情普查領導小組辦公室，2013.