GIS在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景展望

1、學 號 10290223 結(jié)課大論文專題gis應(yīng)用學生姓名葉佳婕班級10地理信息系統(tǒng)2班聯(lián)系方式績2013年4月26日gis在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景展望摘要綜述地理信息系統(tǒng)（gis）的概念、功能和特征以及gis的發(fā)展過程和應(yīng)用領(lǐng)域深入討論了gis在農(nóng)業(yè)資源調(diào)查與管理、農(nóng)業(yè)區(qū)劃、農(nóng)業(yè)土地適宜性評價、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境研究、農(nóng)業(yè)災(zāi)害預(yù)防、農(nóng)作物估產(chǎn)及精確農(nóng)業(yè)等方面的應(yīng)用現(xiàn)狀闡述了gis在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用研究的重要性及在推廣應(yīng)用中的限制因素，并對gis在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域未來的發(fā)展趨勢進行了展望。關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)（gis）；農(nóng)業(yè)應(yīng)用；精確農(nóng)業(yè)；3s技術(shù)引言當前，農(nóng)業(yè)正朝著集約化、現(xiàn)代化、數(shù)

2、字化的方向發(fā)展，隨之產(chǎn)生了大量與地理屬性有關(guān)的空間數(shù)據(jù)，使得傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)逐漸暴露出其在管理和應(yīng)用上的局限性。而正在快速發(fā)展并被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的地理信息系統(tǒng)（gis）可以滿足農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的要求，很好的服務(wù)于農(nóng)業(yè)。地理信息系統(tǒng)（gis）是以地理空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在計算機軟、硬件環(huán)境的支持下，對空間相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集、管理、操作、分析、模擬和顯示，并采用地理模型分析方法，適時提供多種空間和動態(tài)的地理信息，為地理研究、綜合評價、管理、定量分析和決策服務(wù)而建立起來的一類計算機應(yīng)用系統(tǒng)。gis特有的空間信息管理與處理加工能力可以為農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展提供必要的技術(shù)支持。1、 地理信息系統(tǒng)概述1.1 gis

3、的概念 地理信息系統(tǒng)是以采集、存儲、管理、分析、顯示和應(yīng)用整個或部分地球表面與空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)l，是集計算機科學、空間科學、地學、環(huán)境科學、管理科學于一體的新興邊緣學科，是未來全球信息高速公路的組成部分2。地理信息系統(tǒng)經(jīng)過近40多年的發(fā)展，已形成了較統(tǒng)一的功能結(jié)構(gòu)3：（1）數(shù)據(jù)的采集與編輯；（2）數(shù)據(jù)管理；（3）空間查詢與空間分析；（4）數(shù)據(jù)輸出。1.2 gis的功能作為地理信息自動處理與分析系統(tǒng)，gis的功能覆蓋了采集一分析一決策應(yīng)用的全過程。由于地理信息系統(tǒng)發(fā)展的多源性，其功能具有可擴充性和應(yīng)用的廣泛性。mauguire等按照地理信息

4、系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流程，將地理信息系統(tǒng)的功能分為5類10種：（1）采集、檢驗與編輯；（2）格式化、轉(zhuǎn)換、概化；（3）存儲與組織；（4）分析；（5）顯示。其中，分析功能中的空間分析與模型分析功能稱為地理信息系統(tǒng)高級功能。1.3 gis的特征（1）gis在分析處理問題中使用了空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)將兩者聯(lián)系在一起共同管理、分析和應(yīng)用，從而提供了認識地理現(xiàn)象的一種新的思維方式。 （2）以地理研究和地理決策為目的，以地理模型方法為手段，具有區(qū)域空間分析和動態(tài)預(yù)測的能力。 （3）在計算機系統(tǒng)支持下，快速、精確、綜合地進行地理定位和過程的動態(tài)分析，完成空間地理數(shù)據(jù)管理、分析、決策。 （4）實踐證

5、明，人的因素在地理信息系統(tǒng)的發(fā)展過程中具有越來越重要的影響作用gis的許多應(yīng)用問題已經(jīng)超出技術(shù)領(lǐng)域的范疇。41.4 gis的應(yīng)用領(lǐng)域地理信息系統(tǒng)功能的不斷完善，使其越來越顯示出它應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛和強大的生命力以及非常廣闊的應(yīng)用前景，并成為了地理學的“第三代語言”。其具體應(yīng)用領(lǐng)域涉及自然資源管理、土地管理、林業(yè)管理、農(nóng)業(yè)和土壤、地質(zhì)水文、市政管理、社會經(jīng)濟、景觀生態(tài)學、環(huán)保、水利、軍事、測繪、旅游等方面。52、 gis在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)是一個高度復(fù)雜的自然一社會復(fù)合體系，對資源環(huán)境的信賴性較重，系統(tǒng)內(nèi)各資源環(huán)境要素及其相對應(yīng)的社會經(jīng)濟狀態(tài)既有垂直變化也有水平差異，這也決定了其在時空中

6、的復(fù)雜性和變異性極強。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和方法面對這一復(fù)雜系統(tǒng)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，尤其是大量的空間信息數(shù)據(jù)，已越來越顯得“有心無力”，而與此同時，gis則憑借其特有的空間信息管理與處理加工能力成為了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化及其可持續(xù)發(fā)展強有力的技術(shù)支持。 在國外，20世紀70年代gis開始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，涉及土地資源調(diào)查、土地資源評價、農(nóng)業(yè)資源信息管理分析等方面。進入90年代，其應(yīng)用不斷深入和普及，主要用于區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究、農(nóng)作物種以及集成現(xiàn)代高新技術(shù)的“精確農(nóng)業(yè)”的研究與應(yīng)用等領(lǐng)域。 80年代中期，我國開始將gis應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，從最初的國土資源決策管理、農(nóng)業(yè)資源信息管理、區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃到現(xiàn)在的農(nóng)作物估產(chǎn)研

7、究、區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力研究、“精確農(nóng)業(yè)”等方面，都取得了很大成績，其中部分研究成果應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，還獲得了顯著的經(jīng)濟效益6。2.1 農(nóng)業(yè)資源調(diào)查與管理 農(nóng)業(yè)資源是人們從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或農(nóng)業(yè)經(jīng)濟活動所利用的各種物質(zhì)與能量。農(nóng)業(yè)資源調(diào)查就是針對農(nóng)業(yè)資源的屬性進行清查。gis建立這些屬性的空間和統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫，信息來源于土壤圖、氣候圖、各種統(tǒng)計報表等。gis將圖形與數(shù)據(jù)庫有機結(jié)合，可實現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源檔案的計算機一體化，為農(nóng)業(yè)資源自動化管理服務(wù)。利用gis建成的信息系統(tǒng)較傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)查詢更科學、空間數(shù)據(jù)更及時，農(nóng)業(yè)資源統(tǒng)計表和圖形的同時輸出使得信息更直觀。2.2 進行農(nóng)

8、業(yè)區(qū)劃 利用gis進行農(nóng)業(yè)區(qū)劃，可以將現(xiàn)在的自然資源、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)庫與gis結(jié)合，快速形成各種農(nóng)業(yè)區(qū)劃統(tǒng)計圖件。也可將遙感系統(tǒng)(rs)與gis相結(jié)合，利用rs的遙感結(jié)果，借助gis的先進功能對不同區(qū)劃方案進行動態(tài)模擬與評價，編繪出各種綜合評價圖、區(qū)劃圖等，直觀定量地顯示區(qū)劃結(jié)果。2.3 開展農(nóng)業(yè)土地適宜性評價 農(nóng)業(yè)土地適宜性評價是通過對農(nóng)用土地自然屬性的綜合鑒定，將農(nóng)用土地按質(zhì)量差異分級，以闡明在一定科學技術(shù)水平下，農(nóng)用土地在各種利用方式中的優(yōu)劣及對農(nóng)作物的相對適宜程度，是農(nóng)業(yè)土地利用決策的一項重要基礎(chǔ)性工作7。利用gis進行土壤適宜性評價就是將土壤類型、質(zhì)地、有機質(zhì)含量、氮磷鉀含量等土地空間

9、和屬性數(shù)據(jù)進行整合，依據(jù)各個因素對作物生長的重要性賦予權(quán)重，在地理信息系統(tǒng)中分析運算，生成土壤適宜性評價圖，也可根據(jù)實際情況建立數(shù)學模型，進行農(nóng)業(yè)土地適宜性的單因素評價和多因素綜合評價，實現(xiàn)土地適宜性的分級。2.4 開展農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境研究 地理信息系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境研究中應(yīng)用廣泛，主要有環(huán)境監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價與環(huán)境影響評價、環(huán)境預(yù)測規(guī)劃與生態(tài)管理以及面源污染防治等。就環(huán)境監(jiān)測而言，依據(jù)gis的模型功能，結(jié)合環(huán)境監(jiān)測日常工作需求，建立農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境模型，模擬區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的動態(tài)變化和發(fā)展趨勢，為決策和管理提供依據(jù);就環(huán)境質(zhì)量而言，由于污染源的區(qū)域性、污染物的流動性以及區(qū)域梯度變化，用gis作

10、為支持系統(tǒng)可使環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果更加科學和直觀。2.5 進行農(nóng)業(yè)災(zāi)害預(yù)測與控制 利用遙感、gis和計算機等技術(shù)對重大農(nóng)業(yè)災(zāi)害進行綜合測評，為政府和有關(guān)機構(gòu)提供及時有效、準確可靠的決策信息，使減災(zāi)、防災(zāi)、救災(zāi)等有更充分的科學依據(jù)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展提供有力保證。對有災(zāi)害發(fā)生的區(qū)域，可以根據(jù)gis空間信息計算出的大致受災(zāi)面積，進而估算該區(qū)域的經(jīng)濟損失。根據(jù)gis的空間特性，對某一區(qū)域歷史數(shù)據(jù)的演變分析，對區(qū)域內(nèi)災(zāi)害發(fā)生的基本規(guī)律、時空分布、危害程度等進行綜合評價和模擬，并對災(zāi)害發(fā)展趨勢進行預(yù)測，為防災(zāi)、減災(zāi)提供分析對策。2.6 進行農(nóng)作物估產(chǎn)與監(jiān)測 農(nóng)作物估產(chǎn)和監(jiān)測對國家及時了解農(nóng)作物產(chǎn)量

11、，制定糧食進出口政策和價格至為重要。其內(nèi)容主要包括兩方面：估算作物種植面積；由單產(chǎn)模型、長勢遙感監(jiān)測來確定估產(chǎn)模式?？茖W、準確地估產(chǎn)，提供數(shù)字化、圖像化的農(nóng)情，對政府進行科學、正確的決策具有重要意義。目前，由rs(遙感系統(tǒng))、gis地理信息系統(tǒng))、 gps(全球定位系統(tǒng))現(xiàn)代信息傳輸技術(shù)結(jié)合構(gòu)成的“3s”技術(shù)體系已被許多國家選用來進行農(nóng)情監(jiān)測分析。我國農(nóng)作物遙感估產(chǎn)現(xiàn)已發(fā)展到小麥、水稻、玉米和牧草等多種農(nóng)作物。2.7 在精確農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用 精確農(nóng)業(yè)是指運用遙感、遙測(如氣溫、土壤溫度等的遙測)、gps、計算機網(wǎng)絡(luò)、gis等信息技術(shù)、土壤快速分析技術(shù)、自動滴灌技術(shù)、自動耕作與收獲技術(shù)、保存技術(shù)等定

12、位到中、小尺度的農(nóng)田，在微觀尺度上直接與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動和管理相結(jié)合的高新技術(shù)系統(tǒng)8 gis在精確農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用主要包括以下幾個方面： (1)gis是精確農(nóng)業(yè)整個系統(tǒng)的承載動作平臺和基礎(chǔ)，各種農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)的流入、流出以及對信息的決策、管理都要經(jīng)過gis來執(zhí)行。 (2)gis作為精確農(nóng)業(yè)的核心組件，將rs、gps、專家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)等組合起來，起到“容器”的作用。 (3)在精確農(nóng)業(yè)中，gis還用于各種農(nóng)田土地數(shù)據(jù)，如土壤、自然條件、作物苗情、產(chǎn)量等的管理與查詢，也能采集、編輯、統(tǒng)計、分析不同類型的空間數(shù)據(jù)。（4)作物產(chǎn)量分布圖等農(nóng)業(yè)專題地圖的繪制和分析也都由gis來完成。2.8 在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域其他方面

13、的應(yīng)用 農(nóng)業(yè)是與自然環(huán)境息息相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，其中的很多問題都涉及到空間問題。gis作為解決空間問題的有效工具，不僅在上述幾個方面得到較深入的應(yīng)用研究，還滲透到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的其他方面，如將gis用于評價農(nóng)業(yè)化學品投入的效率、農(nóng)業(yè)灌溉的空間預(yù)測、農(nóng)業(yè)非點源污染的模擬、農(nóng)業(yè)小流域治理、農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)、農(nóng)業(yè)生態(tài)規(guī)劃等方面。3、 gis在我國農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用前景gis在我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究已經(jīng)初具規(guī)模，逐漸縮小了同發(fā)達國家的差距，但是仍然存在以下不足：（1）gis用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域還僅限于局部地區(qū)，沒有大規(guī)模的推廣，而且gis的應(yīng)用步伐還遠落后于當前的研究進度。（2）沒有進行系統(tǒng)性的應(yīng)用研究工作，僅是深入研究了gis

14、在某一方面的或某些方面的應(yīng)用，使得該技術(shù)的應(yīng)用比較零散、小具規(guī)模。隨著gis技術(shù)的不斷發(fā)展，其在我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍和程度也將不斷擴大和加深。具體應(yīng)用前景如下：（1）地理信息系統(tǒng)同專家系統(tǒng)結(jié)合產(chǎn)生智能gis系統(tǒng)，可以非常有效的解決農(nóng)業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜的空間問題。利用gis理論，以gis為平臺廣泛開展農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的研究，建立成熟的基于gis的數(shù)據(jù)自動采集和分析的專家系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)。利用這種智能型的地理信息系統(tǒng)來解決不能用算法解決的復(fù)雜問題，將使gis在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用獲得更大的拓展。（2）gis同網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，實現(xiàn)空間信息網(wǎng)絡(luò)化，進而可以便利的查詢、分析空間信息，輔助決策和管理。（3）gis的發(fā)展將促使3s技術(shù)充分集成，為各種農(nóng)業(yè)信息的采集、存儲、分析、處理和應(yīng)用提供支持，促進精細農(nóng)業(yè)的發(fā)展。4、 結(jié)束語 我國是農(nóng)業(yè)大國，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展事關(guān)全局。gis處理空問問題的超強能力可以支持和促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，因此，應(yīng)該更好的推進gis在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用和研究工作，使gis更好的為農(nóng)業(yè)的發(fā)展服務(wù)。參考文獻1張超.地理信息系統(tǒng)m北京: 高等教育出版社，1995.11-23.2何志文.我國制圖技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 j數(shù)字制圖，1995,(1):59-136.3毋河海，龔健雅.地理信息系統(tǒng)（gis）空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與處理技術(shù)m北京:測繪出版社，1997.15-