杨凌数字节水农业系统研究
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摘要
节水农业是一个永久的世界性课题，尤其是发展中国家节水农业的任务更为艰巨。我国农业用水占总用水量的72％，所以农业节水是整个社会节水的重点领域。我国政府近年来非常重视节水农业，各种传统节水技术及先进的现代节水技术在我国农业节水中发挥了巨大的作用。在传统节水技术的提升和现代节水技术发展的同时，各种高科技开始应用于农业节水之中。本文主要探索了“3S”技术在节水农业中的应用技术，并获得了初步的成果。
本研究以杨凌为研究对象，以国家重大专项863课题：“西北半湿润渠灌类型区节水农业综合技术体系集成与示范”为技术依托，开展了“杨凌数字节水农业”的专题研究。该研究以方法探索为主，目的是在“西北半湿润渠灌类型区节水农业综合技术体系集成与示范”课题实施区以该课题的研究内容为主，建立杨凌数字节水农业研究平台，主要包括示范区的数据库、图形库和智能决策库的构建，为今后的精确灌溉、节水管理、节水型种植结构的调整等研究奠定基础。
本文按照软件系统的设计方法对杨凌数字节水农业系统做了需求分析，借助现有商业地理信息系统软件采集、处理数据，利用面向对象的编程语言实现具有专业分析功能的模块，在北京超图公司SuperMap Object 地理信息系统软件开发平台上开发自己的系统，集成专业分析功能模块，实现了具有初步决策功能的杨凌数字节水农业系统平台。
完成的工作和研究的主要成果有：
（1）探索了“3S”技术在节水农业中的应用，即数字节水技术，它是以丰富、精确的数据和专家智能系统来指导传统节水技术的实施、节水规划与决策。
（2）构建了杨凌数字节水农业系统平台，按软件工程学系统设计、建设的方法，进行了系统的需求分析、数据库设计和模型库设计等工作，形成了数字节水农业较系统的分析报告，对于其它地区建设数字节水农业平台有很好的示范、借鉴作用；提出了数字节水农业决策模型库的框架；探索了专业模型建立的方法，利用交叉学科研究的思路，对专业需求分析、数学建模、编程实现和系统集成四个方面作了深入地分析，其方法具有普遍使用价值。
（3）通过以杨凌为例，进行系统建设，提出了一套较适合于我国灌区农村进行数
字节水农业建设的技术方法，为以后节水农业数字化、信息化提供了有价值的参考。摸索出一套适合于我国农村的数据采集方法，具有推广价值。
Agricultural water-saving is a permanent cosmopolitan problem. The task of water-saving is more formidable especially in developing countries. The stress field of water saving is agriculture because it accounts for 72% of total water dosage. Our government has taken the agricultural water-saving seriously in recent years. Diversified traditional and modern water-saving technologies have exerted a tremendous effect on our country. Different high-tech begin to apply to the agricultural water-saving while the traditional technology is updating and modern technology is developing. In this paper, application technology of GIS, RS and GPS used in agricultural water-saving is researched. Some tentative phase productions have been acquired.
The research object is Yangling. In this paper, the special topic of digital agricultural water-saving in Yangling has been researched based on the technology of the national 863 Program of Integration and Demonstration of Water Saving Agricultural Comprehensive Technological System in the Zone of Northwest Semi-humid Channel Irrigation. The paper gives priority to the contents. The system of digital water-saving in Yangling is made of the database, graphical and model base. It will lay a foundation for the research of precision irrigation, water-saving manage and adjustment to planting framework.
The requirement analysis was made by the design method of the software engineering. The data was collected and disposed through the software of GIS. The modules provided with the function of specialty analysis were implemented with the programming language of facing-objects. The system was completed on the flat of GIS software named of SuperMap launched by the Company of SuperMap in Beijing. Then, the modules were integrated in the system and the flat with the primary function of decision-making was completed.
Working and productions gained by this paper included:
(1) Applications of GIS, RS and GPS used in the water-saving was researched. We name it digital water-saving which supervises the implement, design and decision-making of water-saving.
(2) Flat of digital agricultural water-saving in Yangling was formed. The working included the acquirement analysis, design of database and model. The analysis report which has good reference effect on the similar system constructed in other areas was
formed. The frame of digital agricultural water-saving decision-making model was put forward. The method of building special models was researched, such as special acquirement analysis, math modeling, programming and system integration. The method is of universal employing value.
(3) A set of methods fitting for the digital agricultural water-saving construction was put forward through taking the Yangling as an example. It gives the reference to the later digital agricultural water-saving. And, a set of methods of data collection fitting for the country was researched.
本研究以杨凌为研究对象，以国家重大专项863课题：“西北半湿润渠灌类型区节水农业综合技术体系集成与示范”为技术依托，开展了“杨凌数字节水农业”的专题研究。该研究以方法探索为主，目的是在“西北半湿润渠灌类型区节水农业综合技术体系集成与示范”课题实施区以该课题的研究内容为主，建立杨凌数字节水农业研究平台，主要包括示范区的数据库、图形库和智能决策库的构建，为今后的精确灌溉、节水管理、节水型种植结构的调整等研究奠定基础。
本文按照软件系统的设计方法对杨凌数字节水农业系统做了需求分析，借助现有商业地理信息系统软件采集、处理数据，利用面向对象的编程语言实现具有专业分析功能的模块，在北京超图公司SuperMap Object 地理信息系统软件开发平台上开发自己的系统，集成专业分析功能模块，实现了具有初步决策功能的杨凌数字节水农业系统平台。
完成的工作和研究的主要成果有：
（1）探索了“3S”技术在节水农业中的应用，即数字节水技术，它是以丰富、精确的数据和专家智能系统来指导传统节水技术的实施、节水规划与决策。
（2）构建了杨凌数字节水农业系统平台，按软件工程学系统设计、建设的方法，进行了系统的需求分析、数据库设计和模型库设计等工作，形成了数字节水农业较系统的分析报告，对于其它地区建设数字节水农业平台有很好的示范、借鉴作用；提出了数字节水农业决策模型库的框架；探索了专业模型建立的方法，利用交叉学科研究的思路，对专业需求分析、数学建模、编程实现和系统集成四个方面作了深入地分析，其方法具有普遍使用价值。
（3）通过以杨凌为例，进行系统建设，提出了一套较适合于我国灌区农村进行数
字节水农业建设的技术方法，为以后节水农业数字化、信息化提供了有价值的参考。摸索出一套适合于我国农村的数据采集方法，具有推广价值。
Agricultural water-saving is a permanent cosmopolitan problem. The task of water-saving is more formidable especially in developing countries. The stress field of water saving is agriculture because it accounts for 72% of total water dosage. Our government has taken the agricultural water-saving seriously in recent years. Diversified traditional and modern water-saving technologies have exerted a tremendous effect on our country. Different high-tech begin to apply to the agricultural water-saving while the traditional technology is updating and modern technology is developing. In this paper, application technology of GIS, RS and GPS used in agricultural water-saving is researched. Some tentative phase productions have been acquired.
The research object is Yangling. In this paper, the special topic of digital agricultural water-saving in Yangling has been researched based on the technology of the national 863 Program of Integration and Demonstration of Water Saving Agricultural Comprehensive Technological System in the Zone of Northwest Semi-humid Channel Irrigation. The paper gives priority to the contents. The system of digital water-saving in Yangling is made of the database, graphical and model base. It will lay a foundation for the research of precision irrigation, water-saving manage and adjustment to planting framework.
The requirement analysis was made by the design method of the software engineering. The data was collected and disposed through the software of GIS. The modules provided with the function of specialty analysis were implemented with the programming language of facing-objects. The system was completed on the flat of GIS software named of SuperMap launched by the Company of SuperMap in Beijing. Then, the modules were integrated in the system and the flat with the primary function of decision-making was completed.
Working and productions gained by this paper included:
(1) Applications of GIS, RS and GPS used in the water-saving was researched. We name it digital water-saving which supervises the implement, design and decision-making of water-saving.
(2) Flat of digital agricultural water-saving in Yangling was formed. The working included the acquirement analysis, design of database and model. The analysis report which has good reference effect on the similar system constructed in other areas was
formed. The frame of digital agricultural water-saving decision-making model was put forward. The method of building special models was researched, such as special acquirement analysis, math modeling, programming and system integration. The method is of universal employing value.
(3) A set of methods fitting for the digital agricultural water-saving construction was put forward through taking the Yangling as an example. It gives the reference to the later digital agricultural water-saving. And, a set of methods of data collection fitting for the country was researched.
引文
[1] 徐冠华. 我国节水灌溉技术的现状、问题与发展对策. 中国农业科技导报，第一卷 1999，4
[2] 许迪.现代节水农业技术研究进展与发展趋势.http://www.nceib.iwhr.com,2003-11-18
[3] 汪有科,马孝义等.“十五”国家节水农业重大科技专项技术集成与示范类课题示范区建设实施方案.2003-3-1
[4] 李旭祥.GIS在环境科学与工程中的应用．北京：电子工业出版社，2003年1月第1版
[5] 承继成,林晖等.数字地球导论.北京：科学出版社. 2000年1月第1版
[6] 康绍忠，许迪.我国现代农业节水高新技术发展战略的思考.中国农村水利水电，2001,第10期
[7] 梅安新，彭望琭等.遥感导论．北京：高等教育出版社. 2001年7月第1版
[8] 陈述彭.遥感大辞典. 北京：科学出版社. 1990，10
[9] 陈钦峦等．遥感与像片判读．北京：高等教育出版社. 1988
[10]吕国楷等编．遥感概论．修订版．北京：高等教育出版社. 1995
[11]王润生.图像理解.长沙：国防科技大学出版社.1995
[12]叶树华，任志远编著.遥感概论. 西安：陕西科学技术出版社. 1993，2
[13]张永生，王仁礼. 遥感动态监测．北京：解放军出版社. 1999，7
[14]黄杏元，马劲松，汤勤.地理信息系统概论.修订版. 北京：高等教育出版社. 2001年12月第2版
[15]边馥苓. 地理信息系统原理和方法. 北京：测绘出版社. 1996
[16]陈俊、宫鹏.实用地理信息系统——成功地理信息系统的建设与管理.北京：科学出版社.1998
[17]陈述彭、鲁学军、周成虎.地理信息系统导论.北京：科学出版社. 1999
[18]龚健雅.当代GIS的若干理论与技术.武汉：武汉测绘大学出版社. 1999
[19]李德仁、龚健雅、边馥苓.地理信息系统导论.北京：测绘出版社. 1993
[20]李军，周成虎.地球空间数据元数据标准初探.地理科学进展.1998，第4期
[21]程承旗，马廷，任伏虎．地理元数据软件支撑模式的分析与设计．测绘科学．2001，第4期
[22]腾寿威，艾少红等.GIS数据共享的研究. 网上资料
[23]李德仁，王伟等.数据、标准和软件——试论发展我国地理信息产业德若干问题．中国图象图形学报.1999，第1期
[24]赵永平，承继成.地理空间元数据标准研究.信息技术标准化. 1998，第1期
[25]沈体雁，程承旗.地理元数据技术体系系统德设计与实现.武汉测绘科技大学学报.1999,第4期
[26]宋关福，钟耳顺.组件式地理信息系统研究与开发. 中国图象图形学报.1998，第4期
[27]刘南.WEB GIS原理及应用
[28]陈常松.我国GIS技术应用现状德调查与分析.测绘科技动态，1996，1
[29]陈军.GIS空间数据模型的基本问题与学术前沿.地理学报，1998，27（4）
[30]龚健雅.当代GIS的若干理论和技术. 武汉测绘科技大学学报，1999
[31]毋海河，龚健雅.GIS空间数据结构与处理技术.测绘出版社，1997
[32]王劲峰，李连发，葛咏.地理信息空间分析的理论体系探讨.地理学报，55(1)
[33]周成虎，鲁学军.对地球信息科学的思考.地理学报，1998(4)
[34]汪懋华.“精细农业”发展与工程技术创新.农业工程学报，1999，15(1)
[35]李德仁.“3S”技术与农业发展.网上资料
[36]汪懋华．“精细农作”——知识经济时代的农田精耕细作技术.见由光召主编．“科技进步与学科发展论文集(上册)．北京：中国科学技术出版社，1998
[37]王海江、王波.基于GIS的区域间作物合理灌溉模型研究.科技通报，第17卷 第2期 2001，3
[38]黄跃进、杨军.基于GIS技术的节水灌溉区划研究.中国农村水利水电，1999年第12期
[39] 卢麾、田富强、胡和平、唐勇.基于遗传算法和GIS技术的灌溉决策支持系统.水利水电技术，第33卷 2002年第7期
[40] 胡和平、李民、杨诗秀、何长德、周凯、艾尼瓦尔.用直接估算法确定区域潜水蒸发量.灌溉排水.1999.18（2）
[41] 李靖、傅骅、顾世祥.基于地理信息系统的灌区用水管理系统初步研究.农业工程学报，第17卷 第6期 2001年11月
[42]吴信才等编著.地理信息系统设计与实现. 北京：电子工业出版社，2002年3月第1版
[43]李代平编著.软件工程．北京：冶金工业出版社，2002年8月第1版.
[44]北京超图地理信息技术有限公司.理解SuperMap GIS.2003年3月
[45]北京超图地理信息技术有限公司.SuperMap系列产品安装指南.2002年12月
[46]来自http://www.esri.com
[47]来自http://www.intergraph.com
[48]来自http://www.mapinfo.com
[49]来自http://www.mapgis.com.cn
[50]来自http://www.geostar.com.cn
[51]邬伦，刘瑜等编著．地理信息系统－原理、方法和应用．北京：科学出版社. 2002
[52]王能斌编著．数据库系统原理. 北京：电子工业出版社，2000年1月第1版
[53]熊运章，宋松柏等编著. 计算机在农业水土工程中的应用.北京：清华大学出版社. 1999
[54]北京超图地理信息技术有限公司.理解SuperMap Objects 开发教程.2003年2月
[55]张尚弘，王兴奎等. VR_GIS技术在数字流域中的应用研究．网上资料
[56]王汝传，张登银，辛晨昀. 虚拟现实中3D图形建模方法的研究.计算机辅助工程. 2000，(4)
[57]张芹，谢隽毅，吴慧中，张正军. 火焰、烟、云等不规则物体的建模方法研究综述. 中国图象图形学报. 2000，5(3)
[58]张晶，邬伦. 虚拟现实地理信息系统的设计研究. 地理学与国土研究. 2002，18(2)
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[60]杨凌区水政水资源管理办公室，西北农业大学水利与建筑工程系.杨凌区水资源调查评价及开发利用现状分析.1993年3月
[61]C Steger,etl.Model-based road extraction from images. Automatic Extraction of Man-Made Objects form Aerial and Space Images. Monte Verta,1995,275-284
[62]D Geman, B Jedynak.An active testing model for tracking roads in satellite images.IEEE Trans.Pattern Analysis and Machine Intelligence,1996:18(1)1-14
[63]J Wang,W Liu.Road detection from multi-spectral satellite imagery.Candian Journal of Remote Sensing,1994:20(2)
[64]G Mehldau, R A Schowengerdt.A C extension for rule based image classification systems. Photogrammetric and Remote Sensing,1990:56(6)887-892
[65]J C Hinton.GIS and remote sensing integration for environmental applications. INT J GIS,1996:10(7)877-890
[66] C. Dana Tomlin，Geographic Information Systems and Cartographic Modeling，1990，Englewood Cliffs，New Jersey：Prentice-Hall Inc.
[67] Christopher B. Jones, Geographical Information Systems and Computer Cartography,1997, Addison Wesley Longman Ltd.
[68] Jonathan Raper，Three Dimensional Applications in Geographical Information Systems，1989，London: Taylor & Francis
[69] John F.Spencer, Jr.用于大地测量数据的空间大地元数据标准。测绘标准化，1998,14(38)：29－35.
[70]Bertin J.1979.Visual Perception and Cartographic Transcription, World Cartograpgy 15:17-27
[71]Chen J,Sun M and Zhou Q. 2000.Expression and Visualization for Cloverleaf Junction in a 3-dimensional City Model, Geoinformatica,4(4):375-386
[72]Du Q Y.1997.Liguistic characteristics and Automatic Understanding of Cartographic Information.In: Proceeding of the 18th International Cartographic Conference, Stockholm,357-364
[73]Egenhofer M.1993.A Model for Detailed Binary Topological Relationships.Geomatic,47(3):261-273
[74]Fischer M and Getis A.1997.Recent Developments in Spatial Analysis, Berlin:Springer
[75]Gold Christopher M.1995.A Spatial Data Structure Integrating GIS and Simulation in a Marine Envirnment.Marine Geodesy.18:213-228
[76]National Research Council. Precision Agriculture in the 21st Century.Geospatial and Information Technologies in Crop Management. National Academic Press,Washington,D.C.1997
[77]J K Schueller.Technology for precision agriculture. Proceedings of the First European Conference on Precision Agriculture.Warwick University,U.K.8-10,September 1997
[78]A B McBrathey and M J Pringle.Spatial variavility in soil-implications for precision agriculture.Proceedings of the First European Conference on Precision Agreculture,Warwick University,U.K.8-10,September 1997
[79]Kenneth A Sudduth.Engineering for precision agriculture-past.Accomplishments and future directions.USDA Agricultural Research Service,Copyright 1998,Society of Automative Engineers,Inc
[80]Faust N, et al. OpenGL VGIS [M]. In: Proceedings of SPIE. The International Society for Optical Engineering, 1996.
[2] 许迪.现代节水农业技术研究进展与发展趋势.http://www.nceib.iwhr.com,2003-11-18
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[4] 李旭祥.GIS在环境科学与工程中的应用．北京：电子工业出版社，2003年1月第1版
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[19]李德仁、龚健雅、边馥苓.地理信息系统导论.北京：测绘出版社. 1993
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[34]汪懋华.“精细农业”发展与工程技术创新.农业工程学报，1999，15(1)
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[39] 卢麾、田富强、胡和平、唐勇.基于遗传算法和GIS技术的灌溉决策支持系统.水利水电技术，第33卷 2002年第7期
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