貴州農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)遙感調(diào)查監(jiān)測(cè)與3S技術(shù)在茶產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用

賀 書(shū)，曾 潔

(貴州省第一測(cè)繪院 信息遙感分院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

貴州省位于云貴高原東部，地勢(shì)呈西高東低之勢(shì)，自中部向北、東、南三面傾斜，平均海拔1 100 m左右。境內(nèi)高原山地居多，其中92.5%的面積為山地和丘陵，是全國(guó)唯一一個(gè)沒(méi)有平原支撐的省份，素有八山一水一分田之說(shuō)。貴州山地特色農(nóng)業(yè)品類豐富，發(fā)展迅速，在鄉(xiāng)村振興中發(fā)揮著重要作用。貴州省88個(gè)縣(市、區(qū))中，近半數(shù)縣(市、區(qū))均有茶葉的種植、加工和銷(xiāo)售，最近5年貴州茶葉產(chǎn)銷(xiāo)量穩(wěn)居全國(guó)前列，茶產(chǎn)業(yè)已成為貴州省重要農(nóng)業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)[1]。但目前貴州各類農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)底數(shù)不清、管理模式還較粗放，老舊的臺(tái)賬化管理已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前信息化社會(huì)發(fā)展的需求。3S技術(shù)在測(cè)繪、基礎(chǔ)建設(shè)方面應(yīng)用較早，隨著技術(shù)的推廣，在農(nóng)業(yè)、林業(yè)方面也得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[2-5]。龔龑等[6]針對(duì)無(wú)人機(jī)遙感油菜估產(chǎn)問(wèn)題，提出基于全約束混合像元分析方法的油菜估產(chǎn)模型，進(jìn)行油菜估產(chǎn)研究。為充分利用現(xiàn)代遙感與地理信息技術(shù)，在貴州省范圍內(nèi)開(kāi)展農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整遙感調(diào)查監(jiān)測(cè)工作，將各類農(nóng)作物種植地塊空間化、信息化，從而為相關(guān)職能部門(mén)科學(xué)布局農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，分析研判農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)形勢(shì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支撐依據(jù)。

1 貴州農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)遙感調(diào)查監(jiān)測(cè)內(nèi)容與方法

1.1 監(jiān)測(cè)對(duì)象與范圍

基于貴州省農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的發(fā)展需求，根據(jù)實(shí)際目標(biāo)，監(jiān)測(cè)對(duì)象主要涉及貴州省12個(gè)特色優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，糧食、經(jīng)濟(jì)作物在33.3 hm2以上集中連片壩區(qū)的分布發(fā)展情況(表1)。

表1 監(jiān)測(cè)對(duì)象采集范圍

1)12個(gè)特色優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)涉及21個(gè)對(duì)象。分別為茶產(chǎn)業(yè)，食用菌產(chǎn)業(yè)，蔬菜產(chǎn)業(yè)，牛羊產(chǎn)業(yè)中的牛、羊，特色林業(yè)中的竹、油茶，水果產(chǎn)業(yè)中的獼猴桃、百香果、藍(lán)莓、火龍果，生豬產(chǎn)業(yè)，中藥材產(chǎn)業(yè)中的鉤藤、太子參、薏苡，刺梨，生態(tài)漁業(yè)，辣椒產(chǎn)業(yè)，生態(tài)家禽產(chǎn)業(yè)的雞、鴨、鵝。監(jiān)測(cè)內(nèi)容為種植面積或養(yǎng)殖規(guī)模及分布情況。

2)糧食、經(jīng)濟(jì)作物涉及4個(gè)監(jiān)測(cè)對(duì)象。分別為水稻、玉米、酒用高粱、烤煙。監(jiān)測(cè)內(nèi)容為種植面積及分布情況。

1.2 監(jiān)測(cè)方法與技術(shù)路線

所有監(jiān)測(cè)對(duì)象均為貴州省范圍監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)以空間矢量化形式展現(xiàn)，其中豬、牛、羊、雞、鴨、鵝，生態(tài)漁業(yè)以養(yǎng)殖場(chǎng)點(diǎn)狀形式上圖，其余監(jiān)測(cè)對(duì)象均以面狀圖斑方式上圖。

結(jié)合收集到的2020年最新專題資料以及影像數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)和生產(chǎn)工作，通過(guò)平板、圖紙等手段進(jìn)行外業(yè)調(diào)查與核實(shí)。利用2019年農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整遙感監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)、2020年最新壩區(qū)范圍數(shù)據(jù)和最新農(nóng)業(yè)專題資料，經(jīng)過(guò)處理、提取，基于數(shù)字正射影像，結(jié)合項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)范圍和對(duì)象、外業(yè)采集的監(jiān)測(cè)對(duì)象樣本，按照監(jiān)測(cè)內(nèi)容及指標(biāo)相關(guān)要求，采用多源信息輔助判讀解譯、外業(yè)調(diào)查與核實(shí)等技術(shù)手段，獲取監(jiān)測(cè)對(duì)象的空間地理位置、主要作物類型等屬性信息，建立2020年農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)(圖1)。

圖1 遙感監(jiān)測(cè)總體技術(shù)路線

根據(jù)不同監(jiān)測(cè)對(duì)象分為兩個(gè)技術(shù)方法：一是對(duì)于采集為圖斑的監(jiān)測(cè)對(duì)象，結(jié)合收集到的2020年最新專題資料以及影像數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)圖斑預(yù)勾繪，同時(shí)通過(guò)平板、圖紙等手段進(jìn)行外業(yè)調(diào)查與核實(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，形成成果。二是對(duì)于采集為點(diǎn)的監(jiān)測(cè)對(duì)象，內(nèi)業(yè)可根據(jù)各地農(nóng)業(yè)、林業(yè)、產(chǎn)投公司等單位提供的資料信息將空間位置標(biāo)注，對(duì)不清楚位置的再交由外業(yè)進(jìn)行實(shí)地采集，完善成果數(shù)據(jù)。

2 3S技術(shù)在茶產(chǎn)業(yè)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用路徑

2.1 遙感影像及茶特征信息應(yīng)用

茶為多年生植物，種植行間距較寬且較為規(guī)整，在影像表現(xiàn)上具有一定特征信息，通過(guò)事先采集一定數(shù)量靶向樣本點(diǎn)，結(jié)合計(jì)算機(jī)深度學(xué)習(xí)語(yǔ)言，由計(jì)算機(jī)初步提取符合茶種植影像特征信息的茶葉種植區(qū)域(圖2)，結(jié)合2020年度最新的衛(wèi)星影像資料、貴州省0.2 m分辨率航空正射影像、行業(yè)部門(mén)專題矢量數(shù)據(jù)等資料，對(duì)初選出來(lái)的茶葉種植區(qū)域進(jìn)行人工判讀勾繪，進(jìn)一步確定茶葉種植圖斑的范圍和面積。

圖2 茶種植地塊影像紋理特征

利用遙感影像可為調(diào)查監(jiān)測(cè)工作提供更加精準(zhǔn)、直觀的定位，為內(nèi)業(yè)生產(chǎn)、外業(yè)調(diào)查人員提供便利的參考底圖，外業(yè)人員可快速、高效地準(zhǔn)確定位調(diào)查核查圖斑，從而大大提高外業(yè)工作效率。

2.2 地理信息系統(tǒng)應(yīng)用

運(yùn)用地理信息系統(tǒng)的疊加分析功能，疊加遙感影像，結(jié)合各地委辦局提供的行業(yè)專題資料，對(duì)能夠提取和勾繪的圖斑進(jìn)行預(yù)生成，將整理好的種植地塊基本位置信息以及提取出的交通、水系、城鎮(zhèn)、地名等數(shù)據(jù)疊加后，以縣(區(qū))為單位進(jìn)行裁剪、分層、整飾后制作成外業(yè)工作底圖(圖3)。

圖3 貴州省茶種植空間分布

外業(yè)調(diào)繪人員利用移動(dòng)GIS設(shè)備，在相關(guān)人員配合下，對(duì)茶葉種植地塊進(jìn)行實(shí)地核查，厘清種植地塊的種類、經(jīng)營(yíng)主體、是否套種等相關(guān)屬性信息，并拍照取證留存。

外業(yè)調(diào)查工作完成后，內(nèi)業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、上圖。內(nèi)業(yè)利用GIS軟件對(duì)茶葉種植圖斑進(jìn)行編輯和拓?fù)涮幚怼浫胝{(diào)查屬性數(shù)據(jù);以遙感影像為基礎(chǔ)，根據(jù)外業(yè)采集數(shù)據(jù)、影像、照片對(duì)地塊邊界進(jìn)行修飾完善;同時(shí)整理相關(guān)屬性字段，并進(jìn)行編號(hào);檢查種植地塊之間的完整性和拓?fù)潢P(guān)系，為后續(xù)建立數(shù)據(jù)庫(kù)、統(tǒng)計(jì)分析做好充分準(zhǔn)備。

2.3 衛(wèi)星定位系統(tǒng)應(yīng)用

茶產(chǎn)業(yè)種植大縣，單純依靠專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行調(diào)查采集耗時(shí)耗力，這時(shí)可充分發(fā)動(dòng)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村委基層人員，利用智能手機(jī)自帶定位模塊，開(kāi)發(fā)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)種植采集APP(圖4)進(jìn)行填報(bào)上傳，技術(shù)人員利用“內(nèi)外業(yè)協(xié)同系統(tǒng)”將基層人員采集上傳的茶種植信息從服務(wù)器端下載后，根據(jù)采集人員所攝照片(視頻)及定位點(diǎn)，結(jié)合最新遙感影像，對(duì)茶葉種植圖斑進(jìn)行勾繪和修正，對(duì)于仍無(wú)法確定邊界的種植作物圖斑，可利用貴州省衛(wèi)星連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)(GZ-CORS)，進(jìn)行RTK作業(yè)采集圖斑邊界拐點(diǎn)?；蛘呃脕喢准?jí)GPS接收機(jī)，進(jìn)行圖斑位置定位，采集茶葉圖斑邊界。

圖4 監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)APP操作界面

3 結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代測(cè)繪地理信息技術(shù)的不斷革新，3S技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用廣度和深度不斷被擴(kuò)展，以此次監(jiān)測(cè)調(diào)查農(nóng)作物種植種類和面積為契機(jī)，國(guó)土測(cè)繪部門(mén)應(yīng)加大同農(nóng)業(yè)部門(mén)的共商共建，為下一步農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、產(chǎn)量估算、病蟲(chóng)防治、生態(tài)宜種評(píng)估等方面合作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，此外雙方應(yīng)各自發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，充分利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查、農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)等資料，有效地將“智慧國(guó)土”與“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)”相結(jié)合，進(jìn)一步發(fā)揮3S技術(shù)在基礎(chǔ)性調(diào)查監(jiān)測(cè)中的強(qiáng)大作用。