农业解决方案（PDF64页）

EsriEsriEsri我国是一个有着悠久农业传统的国家，农业也一直是关乎国计民生的基础产业。建国初期，“农业现代化”即成为建设社会主义强国的主要任务之一，成为新中国几代人共同的奋斗目标。什么是现代农业？现代农业有着丰富内涵，并随着实践的发展而不断深化。在上世纪50-70年代，现代农业强调农业装备技术水平：人们认为现代农业是机械化、电气化、水利化、化学化。80年代后，则更多地是强调生产经营方式的变化：科学化、集约化、商品化、社会化、产业化。新世纪后，对现代农业较为普遍的理解是：通过现代信息技术的促进，加快转变农业增长方式，实现农业高效、可持续发展。2007年中央1号文件对现代农业做出了科学的表述和概括：用现代物质条件装备农业，用现代科学技术改造农业，用现代产业体系提升农业，用现代经营形式推进农业，用现代发展理念引领农业，用培育新型农民发展农业，提高农业水利化、机械化和信息化水平，提高土地产出率、资源利用率和农业劳动生产率，提高农业素质、效益和竞争力。目前，网络通讯、信息电子、自动控制等技术已经覆盖到所有支撑农业发展的技术装备和设施中，在宏观决策、生产经营、公众服务等多个领域发挥了不可替代的作用——农业信息化已成为现代农业的重要标志。在波澜壮阔的信息化浪潮中，地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS）无疑是一道独特的风景。以空间信息为核心的GIS，通过直观的图形界面，帮助用户便捷地完成数据处理、存贮、检索、分析。甫一出世，便倍受欢迎。在不到40年的时间里，GIS便由一门科学技术迅速发展为一个全球性的庞大产业。我国GIS应用起步较早，上世纪七十年代末，联合国FAO、UNDP等机构在中国建立了一个遥感应用培训中心，开始了3S技术的研究。三十年来，GIS技术在农业领域的应用逐步深入：从农业资源调查、区划，到作物长势估产、防灾减灾；从耕地质量分析、病虫害防治，到农产品安全追溯，农业经济形势监测，GIS无不发挥着重要的作用。ArcGIS作为全球领先的GIS平台软件，在我国种植业、畜牧业、渔业等各专业中得到了广泛的应用，成为各核心业务的支撑平台。如农业部遥感中心“全国农业资源与区划基础数据库信息共享系统”、农业部种植业司的“县域耕地资源管理信息系统”（全国推广到县）、全国畜牧总站的“草原工程区上图制图系统”（全国推广到县）、北京市农业局的“3S农业宏观决策支持系统”、上海市农委的“应急指挥系统”、广州市农业局“农业地理信息系统”等等。当前，我国正处于传统农业向现代农业转变的重要历史阶段，党的十七大报告就旗帜鲜明地提出：“加强农业基础地位，走中国特色农业现代化道路”。这将是一项长期而重大的任务，同时也是一项开创性的伟大事业。我们有理由相信：方兴未艾的GIS必将迎来一个更为广阔的发展空间！我们也有理由相信：性能卓越的ArcGIS必将成为我国建设现代农业的重要推手！目录农业地理信息系统解决方案Esri中国（北京）有限公司Esri中国（北京）有限公司农业地理信息系统解决方案农业地理信息系统解决方案Esri中国（北京）有限公司农业地理信息系统（简称农业GIS）也称为农业GIS应用系统，数字农业空间信息平台等，是将地理信息系统（GIS）、遥感（RS）、全球定位系统（GPS）、计算机、自动化、通信和网络等技术与地理学、农学、生态学、植物生理学、土壤学等基础学科紧密地结合起来，形成一个包括对农作物、土地、土壤从宏观与微观的监测，农作物生长发育状况及其环境要素的现状进行定期的信息获取以及动态分析和诊断预测，耕作措施和管理方案等在内的信息系统。目标是将传统的农业生产管理提高到一个以快速调查和监测、适时诊断和分析、高效决策和管理为标志的全新的与信息时代相适应的现代化农业的新阶段。20世纪70年代GIS开始应用于农业，在土地资源调查、土地资源评价和农业资源管理、规划等方面取得重大进展，随着90年代计算机技术的发展和农业信息化程度的提高，GIS在农业领域的应用不断普及和深入，广泛应用于区域农业可持续发展研究、土地的农作物适宜性评价、农业生产管理、农田土壤侵蚀与保护研究、农业生产潜力研究、农业系统模拟与仿真研究，农业生态系统监测、区域农业资源调查、规划、管理及农业投入产出效益与环境保护、病虫害防治。近年来，以信息技术与农业技术有机结合为特征的“数字农业”得到了迅速发展，GIS与GPS、RS、DSS（决策支持系统）、Internet等高新技术结合，成为数字农业技术体系的核心技术，尤其在“精准农业”中得到了广泛应用。世界范围内，很多国家的农业部门都在使用Esri公司的ArcGIS技术，共享农业数据，提高作物产量，准确作物估产等。通过在他们的业务中应用GIS技术，可以更有效的管理资源，开放数据服务，传播农业数据和交互式地图。农民和农业技术人员使用GIS，通过创建农田信息报告和地图来更好地管理农田，能够从空间思维的角度来审视自己的业务流程。另外ArcGIS强大的地理分析功能也为农业科研人员提供了一个可视化的农业生产条件模拟环境，可以从测量和监测数据快速分析问题原因。Esri中国（北京）有限公司农业地理信息系统解决方案根据“数字农业”建设的总体要求，信息系统的规划和设计首先必须统筹考虑，长远规划，建立统一的农业信息资源采集、应用和管理平台，防止重复建设和资源浪费，杜绝产生新的信息孤岛；其次是以资源整合为基础，分阶段进行，逐步完善。基于ArcGIS的农业地理信息系统整体设计遵从三层架构，数据层是核心、逻辑层是支撑、应用层是关键，同时还兼顾与其他信息系统的集成接口。数据库设计是农业地理信息系统有效运行和功能发挥的关键，除了系统控制结构、元数据结构等与软件开发相关的设计遵从整个数字农业基础平台数据库系统的设计外，系统的数据库设计主要包括基础地理数据库、影像数据库和业务数据库三方面，其中业务数据库的内容分类与结构设计非常关键。注：M/S结构是Mobile/Server，即移动端/服务器端结构2-1基于ArcGIS的农业地理信息系统结构示意图农业地理信息系统解决方案Esri中国（北京）有限公司基于关系型数据库（RDBMS）来进行空间数据的存储和管理，已经成为构建空间数据库的主流技术，ArcSDE技术是Esri公司开发的，面向关系型数据库的空间数据存储中间件，提供了矢量、栅格和属性数据的一体化数据库存储和管理，具有高效率和可伸缩性、与IT系统集成、版本和非版本编辑、支持跨平台和跨数据库等优点。ArcSDE将地理特征数据和属性数据统一地集成在关系型数据库管理系统（RDBMS）中，如Oracle，SQLServer等，利用从关系型数据库环境中继承的强大数据库管理功能对空间数据和属性数据进行统一而有效的管理。空间数据库内容主要包括：数字线划图（DLG）、数字栅格地图（DRG），以及地名数据（GN）、土地利用现状图、基本农田保护图、标准农田图、耕地地力调查和质量评价的系统成果图等。影像数据作为空间数据的一种载体，在地理信息领域中的地位变得越来越重要。正射影像本身具有多分辨率、多数据源和数据量巨大等特点，是国家空间数据基础设施和数字地球的重要组成部分。ArcGIS存储影像和栅格数据主要有3种方式：作为文件系统中的文件存储；以GeoDatabase形式存储；或者在GeoDatabase中管理而在文件系统中存储。在ArcGIS10中，推荐2种管理影像和栅格数据的模型：栅格数据集（Rasterdataset）和镶嵌数据集（Mosaicdataset），其中镶嵌数据集是栅格数据的集合，支持影像的动态镶嵌，动态处理，轻松实现一种数据多种影像产品。业务数据主要是以县、乡为行政单元的土地、水、气候、人口和农业经济等农业资源数据，以及基本农田划区定界、标准农田、土地二轮承包、农业决策专家知识库、耕地地力调查与质量评价研究中的土壤养分、重金属和农药残留等。制定元数据库、数据字典和数据表结构系列，同时制订配套的属性数据采集标准与规范，并以此为基础设计属性数据库。系统维护数据库主要是初始化参数的设置，用户信息、日志信息的存储等。通过ArcGIS，外业调查人员很容易结合遥感数据和GPS定位信息来采集和更新数Esri中国（北京）有限公司农业地理信息系统解决方案据，数据丰富的农业信息数据库在农业资源利用，水利资源设施建设，防洪抗旱等都发挥着非常重要的作用。系统在设计上采用了C/S（客户端/服务器），B/S（浏览器/服务器）和M/S（移动端/服务器）的一体化设计，将三种体系进行有机整合，基于统一数据源，提供共享的数据通道，在不同应用场合发挥三种结构各自的技术优势，使系统的整体优势明显，而且在保证系统较高的技术水准的同时增加了表现性和实用性。基于ArcGISDesktop和ArcGISEngine构建的C/S结构下的桌面GIS应用系统，具备信息查询、信息分析、专题制图、辅助决策等功能，主要运行在农业部门内部网络上，为各级管理部门及指挥中心提供专业、强大的GIS应用服务。利用ArcGISServer构建的B/S结构下的服务器GIS应用系统，可以部署在政务网上，为各个农业部门和相关单位提供专题服务；还可以部署在互联网上，通过互联网和浏览器向社会大众提供相关的农业专题信息，包括与地图结合的农产品信息的显示、查询、统计、分析、打印出图等应用。建立在M/S结构下的移动GIS应用系统，可以选择ArcPad或ArcGISMobile作为GIS支持模块，结合业务进行定制后实现以下功能：一、在野外工作现场可以通过手持移动终端进行信息采集、录入、并及时通过网络与指挥中心进行数据同步；二、在野外直接查询检索服务器上的数据，把丰富的室内GIS信息带到野外，建立起室内外信息的交互；三、在面对突发灾害时，移动GIS系统有力的支撑了事件快速响应、分析、处理预2-2农业地理信息系统数据库构成示意图农业地理信息系统解决方案Esri中国（北京）有限公司案，应急指挥中心根据移动终端的上传信息，及时采取有效措施，通过建立有现场的有效信息连接，控制事态发展，提供信息化整体管理水平。应用层主要由各个应用子系统组成，对于每个子系统都是结合统一的地理空间数据和软件开发平台，方便实现与大系统的无缝集成。ArcGIS实际应用非常广泛，也非常重要，这就需要软件支撑平台具有一流的系统稳定性和技术先进性，根据当前GIS以及IT技术发展的趋势ArcGIS创新性的提出了5大飞跃：协同GIS：Web2.0时代GIS由共享到协同的飞跃三维GIS：真正3D建模、编辑、分析能力的飞跃一体化GIS：影像和GIS双剑合璧，RS+GIS价值整合的飞跃时空GIS：由三维空间向四维空间的飞跃云GIS：全球唯一支持云架构的平台，GIS向云端的飞跃在这里我们把ArcGIS的应用归纳为以下几个方面：农业资源与区划、种植业管理、畜牧草原、渔业水产、精准农业、农产品安全、农业灾害预防等，应用的具体介绍见下一章。Esri中国（北京）有限公司农业地理信息系统解决方案ArcGISArcGIS在农业的应用不是固定不变的，可以随着应用的深入而不断扩展，由于农业地理信息系统整体功能设计采用模块化结构，未来新增加应用也方便快捷。农业资源包括自然资源和社会经济资源，可分成土地、水、气候、人口和农业经济资源五大类，通过ArcGIS可以对指定区域的农业资源实现可视化管理，包括报表定制、查询、专题图显示与打印输出、基本统计与趋势模型分析和基本辅助决策等功能。农业资源具有自然性、社会性、区域性、多源性、多时态性等特征，现阶段应用GIS进行的主要资源调查包括：土地资源调查，粮食生产潜力的调查，遥感地面监测等。资源调查是一项技术性较强的工作，具有严格的工作程序和方法，一般可以分为四个阶段：准备工作、外业调绘、内业工作和检查验收。准备工作阶段，利用ArcGIS，通过行政区划或空间查询快速整理出调查地区的工作底图（地形图、遥感影像等）、各种专业图件和文字资料，提高准备工作的效率，另外通过ArcGISServer的使用还能减少纸质图件的制作、传输和分发；图3-1农业资源调查野外作业数