冯仲科：GIS在农林水利等领域的应用

经过多年改革开放，我国农业已由以粮食生产为主的单一的农业生产体系发展到现在农、林、牧、副、渔全面发展，山、林、水、田、路综合治理的生产体系，由指令性和指导性计划向政府宏观调控下的市场经济过渡，由传统的粗放型向高科技集约型转变。3S技术为农业的发展作出了巨大的贡献。应用其中的地理信息系统（GIS）技术，一方面存储各类农业相关数据，包括属性数据、图形、图像和多媒体数据等，形成各类别数据库，提供可视化的精确信息；另一方面通过GIS的空间分析功能，进行多方位、多途径的统计和矢量分析。具有强大空间数据操作、管理与分析功能的GIS与农业生产管理的结合是一种必然。　　国外从20世纪70年代就将GIS先后应用在土地资源调查、土地资源评价、农业资源信息的管理分析等方面。进入20世纪90年代以后，GIS在农业领域的应用不断深入和普及。我国从20世纪80年代中期开始将GIS应用于农业领域，从国土资源管理、农业资源信息、区域农业规划、粮食流通管理与粮食生产辅助决策到农业生产潜力研究、农用土地适宜性评价、农业生态环境监测、精细农业信息处理系统研究等，都取得了很大的成绩，一些研究成果直接应用于农业生产。　　GIS在农业、林业、水利等多个领域的应用很广泛，主要有：　　在种植业中的应用。通过GIS技术，技术人员将土壤类型、地形、作物覆盖数据复合叠加，建立三者在空间上的联系，可以很容易分析出这三者之间的关系；将不同专题要素地图叠加在一起，可以分析出土地上各种限制因子对作物的相互作用与相互影响，从中可以发现它们之间的关系，如土壤pH值与产量的关系；对已存贮的土壤背景数据库和农田灌溉、施肥、种子等数据库进行分析，做出判断，形成“诊断图”，将这些结果与MIS(管理信息系统)等相结合，进行综合分析，结合社会经济信息做出投入产出的估算，提出精准种植农业实施计划。另外，在土壤普查原始数据及历年农业统计数据基础上，利用GIS建立数据库。除此，以县、乡(镇)、村为单位，利用GIS技术可以建立起以土壤、作物信息等数据为基础的技术分析系统，从而提出最佳施肥(播种、灌溉、田间管理等)方案的指导方案，实现精准施肥(播种、灌溉、田间管理等)等农业种植。　　在农业气象方面的应用。农业气象引入3S技术，使农业气象技术产生一个极大的飞跃。首先是使用数学方法，将气象观测站提供的实时观测资料(离散点分布)网格化，以便得到实时观测数据和气候数据。然后建立数学模式方程组，对基础地理数据(经纬度、高程数值、坡度、坡向等)、数值预报数据、网格化的实时观测数据、网格化的气候资料数据等进行计算，得到气象要素GIS数据。最后，利用GIS提供的分析、查询和地图制作、输出功能，制作气象要素GIS图件和信息。　　在养殖业中的应用。地理信息系统技术为养殖业提供了先进的技术方法，它在养殖业中的应用表现在以下几个方面：一是资源与环境信息分析。研究动物的分布对于建立动物管理资源非常重要。GIS可用于检测环境分布模式及其变化；可用于标识不同的地理种群并描述其主要分布；可用于提高采样方案的科学性，选择最佳养殖点。二是养殖选点。养殖点选取对于某些养殖的成功与否至关重要，选取不当会带来许多严重问题，比如疾病、污染等。因此在养殖前，需要用可靠的数据和方法去分析环境，并对其进行科学的评估，这方面已有一些成功范例。三是建立基础数据库。对于任何GIS的开发和应用都需要有基础数据的支持，养殖研究的基础数据不仅仅是养殖资源数据本身，还包括许多物理环境、社会经济特征数据等。因此全球许多养殖区域、养殖管理机构、研究机构、企业生产者都很重视数据库的建设，投入了许多资金和入力去建设数据库，包括建立区域数据中心、行业数据中心、生产管理数据库等。此外，还有养殖制图、资源评价、养殖业管理以及探讨人类活动对养殖的影响等。　　在农业工程中的应用。我国已有了自己的精准农业研究机构，如以中国工程院院士汪懋华为学科带头人的中国农业大学精细农业研究中心。该中心目前正在从事全球卫星定位系统的定位试验、谷物产量传感器和土壤水分监测等方面的研究，并参与了北京市精准农业示范工程的实施。国家973项目“地球表面时空多变要素的定量遥感理论及应用” 的科研人员于2000年l0月至2001年5月小麦生长期间，在北京顺义地区开展大型星、机、地一体化定量遥感综合试验。一些地区已将精准农业技术引入农业生产实践并取得了可观的经济效益。　　在林业中的应用。一是在林业资源上的应用。我国森林资源的调查和监测，长期以来大多采用目测法、航测法、角规法、罗盘仪结合皮尺法等常规的测量方法。其特点是精度低、速度慢、自动化程度低、信息量少。最大的缺点是白纸平板底图，不能实现数字成图，所以林业信息资料更新慢，给林业的管理、监测和规划带来极大的不便。随着地理信息系统、遥感技术的发展，我国森林资源经营管理正由传统粗放型向现代集约型方向转移；从单一的林木蓄积量发展到现在同时对生态环境、生态效益和生物量等指标的测量。尤其是生物量的测量突破了过去一直未完成的生物量测算问题，地理信息系统、遥感、全球定位系统得到广泛应用，自主开发了适合我国林业特点的地理信息系统软件，并在不同的管理层次和不同的管理领域得到推广应用。二是在林火管理上的应用。以3S技术为核心、以数字林业为依托，充分运用数字化手段反映林火管理现状，建立具有自动化、智能化和网络化特点的数字林火管理系统，是林火管理现代化的重要标志，是当今世界各国森林防火工作发展的目标和方向。数字林火管理系统主要是基于GIS技术的林火信息数字化，即通过RS进行林火信息的图像与数据采集，运用GPS进行林火信息空间定位和样地数据量测，最后以GIS为管理平台进行林火数字分析、处理、储存、传输和应用。数字林火管理的构成主要是林火公用信息平台、林火政务信息平台和林火空间信息平台，通过网络化实现林火信息共享。数字林火管理可提供有关林火的基础数据、林火专业知识、林火科研成果、林火扑救方法和林地、森林、林木、气象等相关环境和人类经营活动信息，并对林火的各种信息进行自动提取、统计分析、辅助决策等。概括起来讲，就是掌握林火的真实情况、提高林火的管理水平、提供森林火灾预防和扑救辅助决策。三是在林业其它方面的应用。地理信息系统技术在森林资源动态监测，各种林业专题图的编制，野生动物资源调查、水土保持、园林等方面也发挥很大作用。四是在林业工程中的应用。GIS在林业方面的应用有深厚的基础和优势。现在林业的六大工程和数字林业的建设中都使用3S技术。　　在水利及水资源管理中的应用。在防洪减灾方面，各流域或省、自治区、直辖市的防汛决策支持系统或防汛信息管理系统都以GIS为平台，广泛应用于空间数据管理，包括查询、检索、更新和维护；利用空间分析能力为防汛指挥决策提供辅助支持；为各类应用模型提供数据；优化模型参数；预报预测；防汛信息及决策方案的可视化表达。在水资源管理方面，上海、广东、山西等省、直辖市已建设了一批以GIS技术为支撑的水资源信息管理系统，有的已在此基础上向水资源管理决策支持系统迈开了新的步伐。（此系2008年3月5日中国林业大学教授冯仲科发表在中国测绘报上的文章）　　（来源：中国地理信息系统协会）