《空间分析技术在农村农业信息建模中的应用》
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中图分类: | S126 |
完成/联系人 | |
完成单位: | 山东省农业科学院科技信息工程技术研究中心 |
科研日期: | 2011 |
研究行业: | |
研究主题: | 农村,农业信息,空间分析,综合应用, |
传媒
①课题来源与背景 山东省科技发展计划重大项目“数字化农业信息服务平台的开发与应用”(2004GG1109031),院基金项目“智能化农业信息服务平台研建与开发应用”(2006YCG016)和“不同尺度农业信息的空间变异研究”(2005YQ021)。 ②技术原理及性能指标 成果综合运用空间分析技术、结合地统计原理、空间自相关模型、L-THIA模型、多时相遥感影像解译方法、XML技术、Web Service/WebGIS技术、R软件技术系统等多角度地开展了农村农业信息建模的应用,在技术应用层面上突出开源和原创,将空间分析技术和农学知识相融合,强调空间分析技术在自然和社会经济属性的交叉性和渗透性应用。 成果较好地完成了合同要求的指标,并在某些方面有所延伸。成果建成了数据量超过500万条的农村农业信息数据库,重点建成了包含影像、地理实体、专题地图和详细的注记等农业生产空间信息数据库。研发了基于空间数据的信息服务平台,在解决海量空间数据网络高效调度技术、空间信息与文本信息融合技术、大范围网络地形三维可视化技术、网站式空间信息发布技术和空间信息搜索技术等关键技术上有突破。获得专利2项。研制了陵县济麦22农产品地理标志与空间辅助决策系统等9个软件著作权,形成了一系列集成技术体系、测度体系、优化模式和农业面源污染预警和防控系统,发表学术论文59篇,27篇被SCI、EI和ISTP收录,8篇被SCI收录,3篇获得较高奖励。 ③技术的创造性与先进性 该成果将空间分析技术和农学知识相融合,系统研究了土壤-作物系统框架下济麦22拔节期点尺度的土壤养分(N、P、K、SOM等)含量、干物质产量、土壤水分特性和叶绿素含量的空间变异特征,实现了影响济麦22产量影响因子的有效分类,建成了济麦22测土配方数据库,拓展了测土配方信息化向作物的延伸,有针对性地进行土壤-济麦22系统的耦合关联研究和集成示范,形成了尺度作用下济麦22农学变量和土壤特性变量的空间变异模式一套,初步构建了基于区域的济麦22无损监测技术体系。该成果设计并提炼了依据花生不同生育期进行精细灌溉的技术体系,具有重要的理论和应用价值。运用自组织映射技术和非线性建模研究了花生产量和生长性状变量的定量关系,比较分析了品种、环境以及二者互作对于花生产量的影响规律,提高了花生调优栽培信息化水平。 该成果技术应用层面上突出开源和原创,强调空间分析技术在自然和社会经济属性的交叉性和渗透性应用。以黄河三角洲垦利县为研究区,综合潜水埋深、矿化度、土壤有机质含量、灌溉因素、地形地貌等因素,实现了盐渍化预警信息从底层编程到网络的发布。成果以大沽河流域为例,在3S技术支持下,系统地进行了该流域农业面源污染信息负荷与监测信息系统构建研究。基于大沽河流域三个时相(2000年、2005年、2009年)的ETM+遥感影像,获得了该流域1:10万土地利用覆盖图和动态变化图,基于“水体、低密度居民地、高密度居民地、草地、森林、耕地、工厂”等土地利用状况的空间分布格局,集成地形、土壤、水系等面状资料,在比较流域模型基础上,选取L-THIA模型进行大沽河流域农业面源污染评价,全面系统地开展了N、P、K等12种农业面源污染物在流域区的空间评价,研制了农业面源污染监测与预警系统平台,为流域区农业面源污染信息的有效监测和预警预测提供了完整的技术支撑。成果立足于遥感影像解译过程中的不确定性,以ETM+影像为实例,引入了免疫学习算法进行解译,提高了影像信息提取的准确性和自动化程度。 成果形成了点尺度-农田尺度-村镇尺度-乡镇尺度-百强县区域尺度群/黄河三角洲区域经济体尺度-省域单元尺度的系列研究。研发了基于GIS的村镇综合信息服务系统,基于WebGIS村镇农业信息服务系统,村镇政务管理和土地管理信息系统,分析了乡镇尺度和百强县区域尺度群的农业经济信息空间竞争力格局,研发了黄河三角洲农业产业结构的优化系统,架构了基于agent的黄河三角洲地区农村农业信息的分布式GIS系统,并探索了黄河三角洲高效生态经济区农村农业信息服务的梯度性、层次性和服务半径,提出了平推式和倾斜式发展模式是黄河三角洲区域经济体产业发展新模式。成果还筛选了空间分析技术在农业中应用有价值的断面,开展了山东省91个县域单元农产品产量的时空预测研究、农业科技文献情报资源的空间邻接性分析,为农产品数量预测和集约化农业信息技术联盟提供了广阔的思路。 ④技术的成熟程度,适用范围和安全性 与国内外同类研究成果相比,本成果技术处于成熟应用阶段。在农村农业信息技术研究及集成示范和精准农业领域,大面积推广成果形成的管理系统、技术模式,测度体系、服务系统、预警体系和固化的技术硬件装置,具有安全性。 ⑤应用情况及存在的问题 沉淀下来的技术模式,测度体系、服务系统、预警体系和固化的技术硬件装置产生了较好的经济、生态和社会效益,成果的部分内容在陵县和黄河三角洲部分区域集成示范应用5万公顷,直接经济效益达10000万元。 农村农业信息化的总体服务水平,创新农村农业信息服务模式有待进一步提高。精准农业实施关键技术与集成示范和农村农业信息研究系统如何与土壤—作物—大气系统耦合关联是一个很重要的问题,建议国家和省对于这方面的研究给予支持。 ⑥历年获奖情况
作用意义 获得山东省农业科学院科技进步二等奖1项和山东省科技情报科学技术奖奖励委员会三等奖1项。 建成的500万条的农村农业信息数据库具有重要的实用价值和应用前景。尺度作用下济麦22农学变量和土壤特性变量的空间变异模式和基于区域的济麦22无损监测技术体系、不同生育期土壤水分的区域模拟以及精细灌溉的技术体系将空间分析技术和农学知识相融合,提高了小麦、花生调优栽培信息化水平。基于agent的黄河三角洲地区农村农业信息的分布式GIS构建系统,黄河三角洲高效生态经济区农村农业信息服务的梯度性、层次性和服务半径有利于黄河三角洲区域经济体产业发展新模式的运行。研发的基于GIS的村镇综合信息服务系统,基于WebGIS村镇农业信息服务系统,村镇政务管理和土地管理信息系统,提高了农村农业信息的智能化水平。农业面源污染监测与预警系统平台,为流域区农业面源污染信息的有效监测和预警预测提供了完整的技术支撑。
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