基于GIS组件的农田空间信息管理系统的开发研究

发布时间：2017-04-09 09:18

  本文关键词：基于GIS组件的农田空间信息管理系统的开发研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 本研究是在“现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室(中国农业大学)精细农业研究中心”和“中国农业大学信息与电气工程学院农业电气化与自动化国家级重点学科”所提供的研究环境与物质保障下完成的。国家发展计划委员会与北京市政府批准立项的“高技术产业化示范工程项目北京精准农业示范工程(编号A00300100584)”为课题研究提供了经费支持和田间试验条件。 在精细农业的研究、试验与实施过程中涉及到大量关于农田环境与作物生长情况的数据。由于这些数据一般都具有空间分布上的特性，要分析与处理这些数据，普通的关系型数据库已不能满足需要，因此需要开发一种田间信息系统，或者称之为农田地理信息系统，来对田间数据进行分析与处理，并对农田信息进行管理。本课题根据我国发展精细农业的需要，在对空间信息处理技术研究的基础上，进行了农田地理信息系统的设计与开发等方面的研究工作，其中主要包括： 1．按照现代软件工程的管理方法，分析和研究了农田地理信息系统的开发模型与开发方式，提出了采用螺旋式模型，以通用高级编程语言结合地理信息系统组件的系统开发方案。 2．比较分析了农田电子地图的主要测绘技术，设计了GPS测绘中单点重复定位——求平均，以及连续定位——移动平均等定位数据的处理方法。 3．选用了7参数布尔莎模型进行WGS-1984空间直角坐标系与北京1954空间直角坐标系之间的转换；使用了高斯-克里格投影进行大地坐标系与平面直角坐标系之间的转换。 4．研究了应用遥感图像作为参考底图进行电子地图更新的方法。遥感图像的几何校正采用一个二次多项式模型实现，来消除平移、缩放、旋转、仿射与弯曲等图像变形；遥感图像的坐标配准采用参数文件的方法进行。 5．在对田间土壤采样方法研究与分析的基础上，设计了一种参考已有的农田土壤信息，来分析土壤参数的分布变化规律，并在农田中的关键位置设置采样点的指导采样方法。此方法通过空间搜索与判断，来了解土壤参数在农田中变化的剧烈程度，并以此作为确定指导采样点位置的依据。 6．在田间信息分布图生成与插值方法的研究方面，设计了用于生成产量分布图具有数据过滤功能的局部平均法；并选用了一种带有平滑参数IDW插值方法；该方法可以有效的防止插值结果中出现数值突然变化的奇异点。 7．研究了模糊综合评价方法与分层聚类分析在农田管理区划分中的应用。两种方法的分类结果虽然有些局部差别，但是从整体来看其结果基本一致。 8．提出了一种确定目标产量的方法。该方法首先分析作物产量的限制因素；然后确定在这一因素的制约下，田间不同小区的最大可能产量，并以此作为目标产量，绘制出目标产量分布图。 9．在冬小麦变量施肥处方的确定过程中，根据作物的生长特点与需肥规律，选用了一种平衡施肥模型。该模型考虑了目标产量、土壤养分含量、肥料的有效含量以及肥料的利用率，，并且还能够根据耕地的不同产量水平与具体情况对施肥量进行调整。 在北京精准农业示范区，对设计开发的农田地理信息、系统进行了GPS测绘、坐标系转换、电 中国农业大学博士学位论文 摘要 一 子地图更新、土壤采样规划、田间信息分布图与作物产量分布图生成、农田管理区划分、目标产 量图生成、变量施肥处方图生成以及基本信息管理等方面的测试与实际工作。结果表明系统运行 稳定，能够作为田间数据处理与农田信息管理的一种工具，为精细农业的研究与实践提供支持。
【关键词】：精细农业 农田地理信息系统 空间信息处理 作物定位管理 软件开发
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TP311.52
【目录】：

• 第一章 引言12-22
• 1.1 精细农业技术思想的形成与发展12-14
• 1.2 精细农业主要支持技术14-16
• 1.2.1 用于农田数据快速采集的先进传感技术14-15
• 1.2.2 3S空间信息技术15
• 1.2.3 作物生产管理决策支持系统15-16
• 1.2.4 变量作业智能化农业机械16
• 1.2.5 系统集成技术16
• 1.3 农田地理信息系统的作用16-17
• 1.4 相关研究的发展现状17-20
• 1.4.1 FIS系统17-18
• 1.4.2 VRF-ISDSS系统18
• 1.4.3 AGIS系统18-19
• 1.4.4 SGIS系统19-20
• 1.4.5 GreenStar、FieldStar与AFS系统20
• 1.5 课题研究目标与主要研究内容20-22
• 第二章 系统分析与设计22-37
• 2.1 软件工程主要思想22-24
• 2.2 软件系统的开发模型24-25
• 2.3 系统功能分析与设计25-27
• 2.4 系统结构设计27-28
• 2.5 系统数据分析28-33
• 2.5.1 GPS数据29-30
• 2.5.2 遥感图像30-31
• 2.5.3 地理信息系统文件31-32
• 2.5.4 外部数据库文件32
• 2.5.5 田间采样数据32-33
• 2.6 系统开发方式33-36
• 2.7 系统开发环境36
• 2.7.1 VISUAL BASIC编程语言36
• 2.7.2 MapObjects制图与GIS功能组件36
• 2.8 小结36-37
• 第三章 农田地理信息库的建立37-50
• 3.1 农田电子地图测绘37-41
• 3.1.1 电子地图主要测绘方法37-38
• 3.1.2 GPS田间测绘38
• 3.1.3 GPS数据处理38-41
• 3.2 坐标系转换41-47
• 3.2.1 常用坐标系统41-43
• 3.2.2 大地坐标系与空间直角坐标系转换43
• 3.2.3 WGS1984坐标系与北京1954坐标系转换43-44
• 3.2.4 大地坐标系与平面直角坐标系转换44-47
• 3.3 基于遥感图像的地图更新47-48
• 3.3.1 RS图像几何校正47
• 3.3.2 RS图像坐标配准47-48
• 3.4 属性数据管理48-49
• 3.4.1 属性数据输入48
• 3.4.2 外部数据文件的连接48-49
• 3.5 小结49-50
• 第四章 田间数据分析与农田信息管理50-74
• 4.1 统计分析50-51
• 4.2 相关分析51-52
• 4.3 空间插值分析52-62
• 4.3.1 主要空间插值方法的比较与分析52-55
• 4.3.2 反距加权法(IDW)55-56
• 4.3.3 局部平均法56-58
• 4.3.4 分形理论与数字卷积滤波技术在空间插值中的应用58-62
• 4.4 缓冲区分析62
• 4.5 叠加分析62-63
• 4.6 模糊综合评价63-68
• 4.6.1 模糊综合评价的数学模型63-64
• 4.6.2 应用示例64-68
• 4.7 分层聚类分析68-71
• 4.7.1 分层聚类方法68-69
• 4.7.2 应用示例69-71
• 4.8 农田信息管理71-72
• 4.9 小结72-74
• 第五章 土壤采样规划74-84
• 5.1 主要土壤采样方法的比较与分析74-76
• 5.2 土壤栅格采样规划76
• 5.3 土壤指导采样规划76-83
• 5.3.1 指导采样的参考信息77-79
• 5.3.2 拟采样点的布置79
• 5.3.3 空间搜索判断与“贡献率”的计算79-80
• 5.3.4 应用示例80-83
• 5.4 小结83-84
• 第六章 冬小麦变量施肥决策支持84-97
• 6.1 冬小麦概述84-85
• 6.2 了解农田的产量状况85-88
• 6.2.1 冬小麦单产水平85-87
• 6.2.2 产量空间分布差异87-88
• 6.3 优化目标产量88-90
• 6.4 制定变量施肥管理措施90-92
• 6.5 应用示例92-96
• 6.6 小结96-97
• 第七章 系统应用97-108
• 7.1 系统界面97-98
• 7.2 示范农场地理信息库的建立98-99
• 7.3 基本农田信息管理99-100
• 7.4 田间土壤采样规划100
• 7.5 获得田间数据的统计特征100-103
• 7.6 寻找作物产量的限制因素103-106
• 7.7 生成田间信息分布图106
• 7.8 生成定位施药处方图106-107
• 7.9 小结107-108
• 第八章 结论与建议108-110
• 8.1 主要研究结论108-109
• 8.2 进一步研究的建议109-110
• 参考文献110-116
• 致谢116-117
• 附录 地块A、B、C田间采样数据117-128
• 作者简介128-129

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

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1 郑典萍;张立梅;刘刚;;激光平地辅助决策系统的开发研究[A];中国数字农业与农村信息化学术研究研讨会论文集[C];2005年

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1 庄卫东;东北黑土漫岗区大豆变量施肥播种技术研究[D];黑龙江八一农垦大学;2011年

2 谢蓉;农业经济运行动态监测系统研究与构建[D];华东师范大学;2011年

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1 刘柳;基于ArcEngine的云南省土壤污染空间分析系统[D];云南大学;2011年

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7 陈光;B/S模式耕地地力监测数据管理系统的设计与开发[D];华中农业大学;2009年

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  本文关键词：基于GIS组件的农田空间信息管理系统的开发研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：294943