吉林雨養玉米作物長勢監測系統設計與實現

王景發 壽春光

摘要：建立吉林雨養玉米作物長勢監測系統對指導區域農業生產活動具有重要意義。研發的此款軟件系統，可將吉林省省域范圍內的多時間、多空間分辨率衛星影像，樣地成像高光譜影像，土壤有機質、養分含量等本底數據，利用數據庫管理技術實現對吉林省雨養玉米生產區柵格與矢量數據的動態檢測與管理，以GIS空間顯示與部分組件開發功能為基礎，實現對吉林省不同生態區雨養玉米作物長勢的動態監測。該系統有助于及時掌握作物生長狀況、為準確預報作物病蟲草害發生狀況提供決策信息，對作物產量估算與區域糧食安全具有重要價值。

關鍵詞：玉米;GIS;吉林省;二次開發

中圖分類號：S22文獻標識碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20190615003

引言

數字農業要求作物生產達到最優化，即需要根據作物長勢來調節田間施肥、灌溉管理等措施，以實現高效產出目的[1，2]。在作物生長發育期內，不同生長階段，作物內部的營養成分與細胞結構，以及作物的冠層結構與尺度都會呈現出周期性的變化特征，而這些變化特征都將反映在影像數據的光譜特征上，給遙感作物監測提供物理基礎[3，4]，學者基于植被指數等方法開展了相關作物長勢監測工作，并取得大量成果[5]。玉米在我國的種植面積和總產量都是最大的作物，可用于食用、飼料、工業與能源，對保障國家糧食安全與改善人民生活具有重要作用和價值。作為我國玉米主產區，吉林省玉米單產量和總產量水平均高于大部分省（直轄市、自治區），但總體來說，目前針對農情監測，仍主要依靠局部樣點的實地調查，存在信息量不足、監測具有滯后性的特點。尚缺少吉林省雨養玉米作物遙感監測集成系統，實現田間作物長勢的快速遙感監測。因此，本研究通過集成吉林省多時空分辨率遙感影像、典型地點高光譜測量、土壤質量專題矢量數據等，基于數據庫技術與地理信息系統顯示功能，實現對吉林省雨養玉米種植區作物長勢的監測與管理。借助該系統可及時掌握作物生長狀況、準確預報作物病蟲草害發生狀況，對國家糧食安全具有重要價值。

1軟件設計

1.1軟件設計思路

吉林雨養玉米作物長勢監測系統開發總體路線共分為5層，由基礎底層到管理高層分別為地理信息系統基礎組件、玉米遙感影像動態監測應用組件、綜合服務層和用戶實操客戶端。其中，基礎GIS組件提供多時、空分辨率影像數據、地面高光譜遙感數據、種植區面積矢量數據、環境本底信息的管理、可視化表達等功能;玉米遙感影像動態監測應用組件是該監測系統的核心構件，主要基于組件設計技術，在通用地理信息系統組件平臺基礎上封裝作物長勢遙感識別與監測功能;綜合服務層可實現玉米長勢信息、變換監測數據的管理、可視化、輸出等服務[6]。本系統以吉林省雨養玉米作物長勢專題信息為管理對象，在地圖數據基礎上，通過數據庫管理技術與GIS顯示功能對吉林省雨養玉米作物長勢進行展示與預警，實現吉林省雨養玉米田間長勢監測的信息化管理。

1.2設計方案

在吉林雨養玉米作物長勢監測系統中，將B/S模式與C/S模式相結合，從而集成二者優勢。C/S部分采用的是Microsoft Visual Studio. NET 2010，而B/S部分采用Java、HTML、JavaScript等主流網絡語言。用戶實操客戶端采用Flex控件，選用Oracle 11g作為該系統的數據庫管理平臺[7]，通過空間數據引擎，實現海量數據的快速存儲與檢索。

2軟件介紹

2.1系統簡介

吉林雨養玉米作物長勢監測系統利用數據庫和GIS技術，對吉林省玉米長勢信息的遙感柵格和環境本底矢量地理空間數據進行管理。基于地理信息系統動態顯示功能，可實現玉米田間長勢的動態顯示與變化檢測功能。

2.2系統特征

該系統基于SQL SEVER與Arc SDE技術相結合形式，采用C#匯編語言，架構ArcGIS Engine組件進行編碼，開發效率高，系統界面交互友好[8]。

2.3系統功能

系統功能通過吉林雨養玉米作物長勢監測應用組件和iServer空間服務擴展實現玉米田間長勢狀態的顯示與發布。主要功能有，遙感影像疊加與動態顯示、作物長勢信息顯示、專題矢量數據圖層管理與顯示，地圖文檔輸出等。

2.4運行環境

硬件需求，Intel（R）_ Core（TM）_i5_ CPU_ @_2.50GH處理器;4G以上內存;1T以上硬盤;軟件需求，Windows7/windows8/windows10操作系統，ArcGIS Engine10.2運行。

3功能實現

3.1主視圖窗口

主視圖窗口用于顯示添加的各類具有地理參考信息的數據，包括衛星遙感影像、地面高光譜測量數據、矢量專題數據等。針對視圖窗口，提供了簡單圖像操作功能，如對比度調整、亮度調整、假彩色合成、密度分割等。在窗口中右鍵快捷菜單，也可實現專題圖層屬性信息的快速查看。

3.2文件菜單與編輯菜單

文件菜單包含新建、保存、打開等二級菜單，主要用于新建、保存、打開作物長勢的地圖文檔，其中，添加數據功能可以添加img、tiff、shp、Raster等多種格式數據。此外，還包括編輯、數據處理、動態顯示與幫助等菜單。

3.3吉林雨養玉米作物長勢屬性查詢

吉林雨養玉米作物長勢屬性查詢包括作物種植查詢、健康狀況查詢、環境本地現狀查詢、農業措施查詢等功能[10]。屬性查詢可基于SQL語言按條件進行檢索，也可以是用戶在下拉框或復選框中篩選，查詢結構可以在地圖文檔中高亮顯示，也可對數據進行導出。

3.4吉林雨養玉米作物長勢數據輸出

吉林雨養玉米作物長勢數據輸出包括輸出專題圖件，以及專題數據。專題圖件為作物不同生育期的長勢圖譜，圖譜包含地圖比例尺、指北針、房里網、圖例等地圖要素;專題數據包括指定地理范圍、屬性篩選后的作物長勢差異斑塊矢量數據、環境本底要素矢量數據、作物面積等統計數據。

4結論

本文以吉林省雨養春玉米長勢動態監測為目標，將多時空遙感數據與矢量專題數據相結合，基于數據庫技術與地理信息系統顯示功能，研發了吉林雨養玉米作物長勢監測系統。該系統能實現玉米不同生育期長勢信息的動態顯示、專題信息的屬性查詢、專題圖件的輸出等。該系統實現了對吉林省雨養玉米作物長勢的動態顯示與管理，為及時掌握作物生長狀況、準確預報作物病蟲草害發生狀況提供決策服務，為吉林省雨養玉米集約規模化豐產增效技術集成與示范提供服務。

參考文獻

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[10] 陳銘，楊達. 基于數字圖像的夏玉米長勢遠程監測系統研究[J].科技資訊，2011（25）：169-170.

作者簡介：王景發（1997-），男，碩士研究生，研究方向：景觀生態遙感研究。