浅谈地理信息系统在农业领域的应用(陈伟)

学号：2009010412哈尔滨师范大学学士学位论文题目浅谈地理信息系统在农业领域的应用学生陈伟指导教师王颖讲师年级2009级专业地理信息系统系别地理信息科学系学院地理科学学院哈尔滨师范大学学士学位论文开题报告论文题目浅谈地理信息系统在农业领域的应用学生姓名陈伟指导教师王颖讲师年级2009级专业地理信息系统2013年3月说明本表需在指导教师和有关领导审查批准的情况下，要求学生认真填写。说明课题的来源（自拟题目或指导教师承担的科研任务）、课题研究的目的和意义、课题在国内外研究现状和发展趋势。若课题因故变动时，应向指导教师提出申请，提交题目变动论证报告。课题来源：自拟题目课题研究的目的和意义：我国是农业大国，实现农业的可持续发展事关全局。GIS处理空间问题的超强能力可以支持和促进农业的可持续发展，因此，应该更好的推进GIS在农业中的应用和研究工作，使GIS更好的为农业的发展服务。国内外同类课题研究现状及发展趋势：当前，农业正朝着集约化、现代化、数字化的方向发展，随之产生了大量与地理属性有关的空间数据，使得传统数据管理系统逐渐暴露出其在管理和应用上的局限性。而正在快速发展并被广泛应用于各行各业的地理信息系统(GIS)可以满足农业快速发展的要求，很好的服务于农业。GIS特有的空间信息管理与处理加工能力可以为农业的快速发展提供必要的技术支持。目前GIS已应用在农用地分等、农业气候区划、农业生态环境的监测和分析、农作物估产和监测中、精细农业中以及农业领域其他方面。GIS在我国农业领域的应用研究已经初具规模，逐渐缩小了同发达国家的差距，但是仍然存在以下不足：①GIS应用于农业领域还仅限于局部地区，没有大规模的推广，而且GIS的应用步伐还远落后于当前的研究进度。②没有进行系统性的应用研究工作，仅是深入研究了GIS在某一方面的或某些方面的应用，使得该技术的应用比较零散、不具规模。随着GIS技术的不断发展，其在我国农业领域的应用范围和程度也将不断扩大和加深，应用前景如下：集成专家系统与地理信息系统、建立基于“3S”的空间决策支持系统、进行GIS应用模型的开发、建立基于WEBGIS的应用系统。课题研究的主要内容和方法，研究过程中的主要问题和解决办法：综述地理信息系统(GIS)的概念、特点以及GIS的发展过程和应用领域。深入讨论了GIS在农业资源与调查、土地评价与利用、农业气候区划、农业生态环境研究、农业灾害的预测与控制、农作物估产与监测、精确农业等方面的应用现状。阐述了GIS在农业领域应用研究中存在的问题，并对GIS在农业领域未来的发展趋势进行了展望。课题研究起止时间和进度安排：课题研究时间：2012年12月—2013年5月进度安排时间：选题时间2012年12月1日—2013年2月28日搜集资料2013年3月1日—2013年3月15日论文写作2013年3月16日—2013年3月31日修改论文2013年4月1日—2013年4月30日提交论文2013年5月课题研究所需主要设备、仪器及药品：计算机、互联网外出调研主要单位，访问学者姓名：无指导教师审查意见：指导教师（签字）年月教研室（研究室）评审意见：____________教研室（研究室）主任（签字）年月院（系）审查意见：____________院（系）主任（签字）年月学士学位论文题目浅谈地理信息系统在农业领域的应用学生陈伟指导教师王颖讲师年级2009级专业地理信息系统系别地理信息科学系学院地理科学学院哈尔滨师范大学2013年5月浅谈地理信息系统在农业领域的发展陈伟摘要：综述地理信息系统(GIS)的概念、特点以及GIS的发展过程和应用领域。深入讨论了GIS在农业资源与调查、土地评价与利用、农业气候区划、农业生态环境研究、农业灾害的预测与控制、农作物估产与监测、精确农业等方面的应用现状。阐述了GIS在农业领域应用研究中存在的问题,并对GIS在农业领域未来的发展趋势进行了展望。关键词：地理信息系统；农业应用；发展趋势；地理信息系统(GeographicInformationSystem,GIS)的概念最早出现于20世纪60年代,其主要作用是用于自然资源的管理和规划的研究。经过几十年的发展，地理信息系统不但成为一门新兴的交叉学科，也成为一个依托地理空间数据库、采用地理模型分析方法、适时提供多种空间的和动态的地理信息的技术系统。目前,地理信息系统已广泛应用于国防、城市规划、交通运输、人口及商业管理、军事、教育等多个领域[1,2]。美国及一些发达国家地理信息系统的应用已遍及环境保护、资源保护、灾害预测、投资评价、政府管理等众多领域[3,4]。近年来，随着我国经济的迅速发展和计算机应用水平的不断提高，地理信息系统也逐步得到重视和发展，在城市规划、土地利用、测绘、环保等领域发挥了重要作用，取得了良好的经济和社会效益。与此同时，GIS凭借其特有的空间信息管理与处理加工能力，为农业现代化及其可持续发展提供强有力的技术支持。1.GIS及其发展与应用1.1GIS地理信息系统（GeographicInformationSystems，简称G1S）是一种采集、存储管理、分析、显示与应用整个或部分地球表面与空间和地理分布有关数据的计算系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术，是一门集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科。它以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的、动态的地理信息，为地理研究、地理决策服务。目前已被广泛应用于城市规划、交通运输、农业生产等诸多领域。它不但与全球定位系统（GPS）和遥感（RS）相结合，构成“3S”集成系统，而且与CAD、多媒体、通信、因特网、办公自动化、虚拟现实等技术相结合，构成了综合的信息技术。根据上述概念可以看出，GIS具有如下3个特征：(1)具有采集、管理、分析和输出多种理信息的能力；(2)以地理研究和地理决策为目的,以地理模型方法为手段,具有区域空间分析动态预测的能力；(3)在计算机系统的支持下,完成空间地理数据管理、分析和决策。计算机持是地理信息系统的重要特征，使地理信息系统能够快速、精确、综合地对复杂的地理统进行空间定位和动态分析过程。1.2GIS的发展简史从20世纪60年代初建立GIS概念迄今,概括起来大致有以下几个阶段[5]。(1)起步阶段:20世纪60年代为GIS的起步阶段,注重于空间数据的地学处理。在这个时期，主要是由少数专家和政府左右着GIS的发展。(2)发展成熟阶段：20世纪70至80年代是GIS的发展时期。发达国家政府迫切需要应用GIS来解决自然资源开发、国土规划及环境保护等领域日益严重的各种问题，再加上计算机技术迅速发展，使得GIS在这一时期取得了飞速发展，并且有商业化实用系统进入市场。(3)普及应用阶段：20世纪90年代，GIS已经成为许多机构尤其是政府决策部门必备的工作系统。与此同时，社会对GIS的认识普遍提高，这也使得GIS的应用更加扩大和深化。进入21世纪，随着GIS理论、方法和技术的成熟，其应用更加普及，目前涉及的领域已达100多个，并且从狭义的土地资源管理进入了广义的地理空间性质的自然资源管理、城市规划、生态建设及环境保护等诸多社会领域。我国的地理信息系统出现于20世纪80年代初,从第七个五年计划开始进入发展阶段，20世纪90年代起步入快速发展阶段。随着理论、方法和技术的迅速发展，我国的GIS研究和应用正逐步形成独立的行业，并具备了走向产业化的条件。1.3GIS的应用近10年来，地理信息系统技术飞速发展，功能不断完善，越来越显示出其应用领域的广泛、生命力的强大以及应用前景的广阔，并成为地理学的“第三代语言”[6]。GIS的应用已渗透到社会各个方面，涉及到所有相关的空间信息领域，诸如农业、林业、水利、土地、资源环境等。具体应用包括自然资源管理、农工商业布局、政治经济分析、城市土地规划、工程设计管理以及科教文体、国防科技、金融交通、公共设施等领域。由于GIS集采集、存储、管理、分析信息于一体，具有图形、图象、声音、文字等多种表达能力，是一种应用性极强的系统。迈入21世纪，“数字地球”战略计划将提到议事日程上来，而且国家可持续发展的实际要求也越来越紧迫，地理信息系统的应用势必会日益拓宽，迎来新一轮发展热潮。(1)城市规划方面：城市规划本身需要收集、处理、分析、展示大量与规划区域位置相关的空间和属性信息，从最初就与信息系统和地图密切联系[7]。因此，随着GIS飞速发展和广泛使用，GIS也越来越多地应用到城市规划领域，并不断从政府规划管理向教学科研及规划设计方面进行扩散。(2)交通管理方面:交通阻塞对环境质量和居民生活质量都会产生严重的影响。通过GIS,对城市交通状况进行实时监测和客观评估，为管理者进行正确决策提供客观依据，从而保证了及时排除交通堵塞、保证车辆畅通[8]。(3)自然资源管理方面:自然资源调查、区域环境监测、生态环境综合分析以及国土整治规划等工作在GIS的技术支持下，一改传统方法转而利用高科技手段，从而大大提高了效率和质量，并为对工作中取得的海量数据进：行进一步分析、评价提供了便捷条件。(4)环境保护方面：目前，国内已有5万多种化学危险品被广泛应用于工业、农业、科研和国防等领域，这些危险品在生产、储存、运输过程中随时可能发生事故，仅2002年国家环保总局统计的环境污染与破坏事故就达1921起,直接经济损失高达4千余万元[9]。利用先进的计算机数据库系统和GIS技术、以环境污染事故应急监测为工作主线、结合环境监测日常工作管理需求建立起的环境事故应急监测技术支持系统，完全有能力为环境事故应急监测提供直接、快速、便捷、准确的技术支持，是事故处理真实、有效的决策依据[10]。2地理信息系统在农业部门的应用现状分析2.1农业资源调查与管理农业资源是人们从事农业生产或农业经济活动所利用的各种物质与能量。农业资源调查就是针对农业资源的属性进行清查。GIS建立这些属性的空间和统计数据库，信息来源于土壤图、气候图、各种统计报表等。GIS将图形与数据库有机结合，可实现农业资源档案的计算机一体化，为农业资源自动化管理服务。利用GIS建成的信息系统较传统的数据库管理系统查询更科学、空间数据更及时，农业资源统计表和图形的同时输出使得信息更直观。2.2常用于农业土地评价与利用农用地评价工作繁琐，工作量大，需要大量的农用地资料。GIS以其强大的空间信息管理功能，减少了其工作量。在农用地评价信息管理、农用地自然质量评价、农用地经济评价以及农用地适宜性评价中发挥了重要作用。在土壤及土地评价信息系统中主要是将土壤及土地空间信息以一定格式输入GIS，利用GIS空间分析功能，特别是空间叠置分析模型，进行土壤及土地适宜性、质量的综合评估，为土地利用、规划、管理提供决策依据。如傅伯杰以延安地区为例，运用网络数据格式建立的土地资源评价信息系统[11]。S.P.Theocharopoulos在希腊利用GIS进行土地评价，产生了土壤、土地适宜性系列图和土地利用潜力图[12]。黄杏元根据GIS空间分析功能设计土地定级空间分析软件，自动完成城市土地分等定级[13]。尹君，许皋等对徐水县的主要作物水稻、小麦、玉米、谷子和花生、棉花进行的土地多宜性评价，通过评价图形反映不同作物适宜性的细微区域差异。在土地利用调查及动态监测中，主要将GIS与遥感结合，在GIS支持下辅助土地利用类型的信息提取，获取土地利用现状信息。利用GIS空间叠置分析摸型进行不同时期土地利用状况的叠加分析，监测土地利用变化，通过数据库和GIS支持下的土壤(地)适宜性评价分析及专家知识利用，建立土地利用决策模型，辅助土地利用决策。2.3在农业气候区划中的应用农业气候区划对农业、农村以及区域经济发展有重要的作用，因此进行农业气候区划是十分必要的。农业气候资源不仅在空间上有变化，而且随着时间的推移也是变化的。用传统的区划方法，缺乏直观的空间数据反映，也难以反应农业气候资源随着时间的变化而变化的特性。利用GIS技术可以充分考虑影响农业气候的因素，建立气候