基于GIS的田間精細化管理

摘" 要：該文介紹基于GIS的田間精細化管理平臺的設計與實現。以玉米田間種植指標的數字化為基礎，采集田間種植過程關鍵指標數據，獲取環境要素信息，對田間空間數據通過GIS進行轉換、處理和分析，用以制定種植計劃、規范田間管理、保證品種質量、建立種植績效考核體系及提高工作效率。同時，當進入種子加工廠后，通過產品數字化技術及質量追溯平臺，對產品生產加工、包裝對應、倉庫管理、訂單、物流和銷售等各個環節的信息進行有效采集、對應和管理，從而進行產品生命周期的全程監控，實現物流跟蹤、質量控制及追溯等功能。

關鍵詞：GIS；種植指標；精細化管理；標準化流程；田間種植

中圖分類號：S36" " " " "文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2023）18-0017-04

Abstract： This paper introduces the design and implementation of field fine management platform based on GIS. Based on the digitalization of corn field planting index， the key index data of field planting process are collected， the environmental factor information is obtained， and the field spatial data are transformed， processed and analyzed by GIS， which can be used to make planting plan， standardize field management， ensure variety quality， establish planting performance appraisal system and improve work efficiency. At the same time， after entering the seed processing plant， through the product digital technology and quality traceability platform， we can effectively collect， correspond and manage the information of product production and processing， packaging correspondence， warehouse management， order， logistics， sales and other links， so as to monitor the whole product life cycle and realize the functions of logistics tracking， quality control and traceability.

Keywords： GIS; planting index; fine management; standardized process; field planting

發展民族種業是實現中國農業現代化的基礎，黨的十八大以來，習近平總書記多次就種業振興作出重要指示，在海南省三亞市崖州灣種子實驗室考察調研時強調：“只有用自己的手攥緊中國種子，才能端穩中國飯碗，才能實現糧食安全。[1]”為種業改革發展指明方向。玉米種子質量（例如種子的純度、芽率等）絕大部分取決于在田間的種植技術及過程管理，如果種子在田間本身就長得不好，質量差，后期加工技術再好也沒用。田間管理在玉米種植過程中是一項極其重要的工作，包含了種子從播種到采收的生產過程。在此過程中，一方面要千方百計滿足種子對水、肥、光、熱和氣等方面的要求，確保種子生長發育的正常；另一方面積極防御旱、澇、風、霜、雹、凍、病蟲和雜草等危害，確保了種子的正常生長[2]。本文基于地理信息系統（Geographic Information System，GIS）的田間種植精細化管理系統，對制種的田間種植全過程實現全方位監控，從地溫測定、播種、灌溉、施肥、中耕、苗期管理、去雄去雜、產量預測到收獲的全過程實現數字化、網絡化和智能化管理，提升種子的品質（純度、芽率等），同時保護農業生態環境和土地等農業資源，提高我國種業整體信息化水平，進而推動我國種業現代化的發展。

基于GIS的田間精細化管理平臺立足于數字化信息技術，對種子產量、性狀、品質等重要數據進行采集，實現各類資源數據的集中存儲和統一管理。同時，在種子生產前、生產中、生產后期，通過各類傳感器和智能化物聯設備，對氣象環境數據、土壤墑情數據、病蟲害信息、監控影像和儀器檢驗數據等進行實時展示與分析，為農業生產、氣象災害和病蟲害防御提供了科學依據，利用科技手段節藥節肥，推動農業綠色發展[3]。

1" 田間管理量化指標

提高種子的產量和質量，是種子生產的首要任務。影響種子產量和質量的因素有很多，比如土壤質量，貧瘠的土壤在先天條件上就限制了種子的豐產。品種選擇也很重要，一定要根據當地的氣候條件選擇合適的品種，否則也會影響產量。除了上述外在條件外，科學的田間管理也是必不可少的。種植高手和一般人的差別就在田間管理的操作上。

就玉米種植來說，農作物學者根據玉米的生長發育規律，以及針對玉米各個生長發育時期的要求和特點，制定玉米田間種植的主要生產量化指標（控制點），見表1[4]。

2" 標準化管理流程

種子質量的好壞直接關系到制種的成敗。只有培育性狀優良、整齊一致、配合力高的種子，才能培植優質、高產、適應性強的優良品種[5]。種子在播種、種植、收獲、加工、包裝、運輸和儲藏等環節都要按照種子安全標準建立嚴格的管理制度，實行專人操作，明顯標記，安全隔離，防止混入異系、異品種籽粒，抓好種子質量檢驗，加強種子收貯管理。

根據玉米種植需求，建立田間標準化管理流程，如圖1所示。該流程一經啟動，田間精細化管理平臺將自動進行任務創建、分配與跟蹤。工作人員可在手機上收到平臺發布的任務指令，并按任務要求進行農事操作與工作匯報。同時，管理者亦能在平臺中對工作人員進行任務派發與工作效率監督，隨時隨地了解田間生產情況。

3" 數據采集

從播種開始，對每一個制種地塊進行采集繪圖，采集的方式主要有即刻和自動2種：對于規則的地塊，采用即刻采集，即通過控制點模式采集地塊邊角處坐標，形成地塊輪廓并計算地塊面積；對于不規則的地塊，采用自動采集，即通過測繪終端App+厘米級RKT，圍繞實地地塊進行測繪。地塊采集如圖2所示。

并對每一個采集的地塊進行唯一的編號，按照地塊編號進行田間生產過程的管理，每個地塊都采集播種、間距、間苗、苗期、去雄、父本割除、病蟲防治、灌溉及施肥等各個環節的詳細的數據，地塊編號還將被使用到田間鮮穗采收、收購點過磅、收獲數據統計的過程中，數據采集界面如圖3所示。

通過在田間基地部署傳感器、控制器、攝像頭等多種物聯網設備，借助個人電腦、智能手機，就能實現對種植現場氣候變化、土壤狀況、作物生長、水肥使用和設備運行等實時監測展示，對異常情況的自動報警提醒，技術員可及時采取防控措施，降低生產風險，實現精準作業，減少人工成本的投入。

系統提供了多種數據采集方式：人工錄入、掃描條形碼、批量文件導入、與工控設備接口獲取和與其他生產/檢驗系統（如水分儀等）接口獲取等多種數據采集方式。

管理者登錄系統，即可快速通過圖片、文字、實時視頻等方式，查看種植過程信息。

通過采集的數據，技術員可在平臺上向專家進行遠程技術咨詢，以獲取專家的指導。

4" 數據可視化

空間數據的可視化涉及到計算機圖形窗口的管理、圖形窗口的空間坐標變換、色彩管理、符號庫管理、窗口的放大縮小、漫游操作及繪圖設備的連接等。窗口管理、窗口的放大縮小、漫游等屬于計算機方面的技術，而且不同的軟件，實現機制不完全相同。

基地的田間地塊具有地理實體的空間分布特性，通常用點、線、面3種類型來表示，可以通過矢量數據結構和柵格數據結構來存儲。為了實現對基地所有的田間地塊之間的空間關系的處理，并進行空間分析，需要用點、線、面3種簡單空間實體構建地塊的拓撲模型，拓撲模型是地塊的數據處理和分析的基礎[6]。

圖2" 地塊采集

地圖庫模塊存儲各田間地塊的數字化圖，數字化地圖可以通過轉換CAD數據獲得，也可以讀取地理數據庫中的要素類，生成田間地塊的數字化圖，其格式是在MapControl里加載的.shp文件或.mxd地圖文檔。

本文研發的田間精細化管理平臺，是將GIS與動態的Web應用結合，形成一個在Internet環境下存儲、處理、分析、顯示和應用地理信息的計算機信息系統[7]。它通過采集田間地塊的各種傳感器的實時參數，并將參數通過無線網絡傳輸給系統空間數據庫，GIS管理系統分析和顯示當前田間地塊生產（播種、苗期、去雄、灌溉和施肥等）情況。本系統結構由3個部分組成，即數據采集、數據傳輸和數據處理3個部分。數據采集在上一節已經介紹，數據通過線路傳輸，數據處理是以GIS為數據處理平臺的控制中心。

5" 數據追溯與質量管理

田間鮮穗進入種子加工廠后，通過建立大數據信息平臺，構建從品種培育到種子零售的數據鏈，用信息化貫穿種業管理全過程。通過過程數據的實時采集，與全國信息平臺對接和數據共享，實現可查詢、可追溯。

以傳統質量管理理論為基礎，全面地將設備、環境、生產和檢測等各個環節的數據納入質量分析范疇，構建面向全信息表達關鍵指標數據的質量數據分析體系。基于產品生產過程的各種質量檢測手段和產品質量數據的自動采集、自動判斷、自動統計分析報表及自動通知預警。如果出現異常，可以自動提醒生產管理人員采取措施，避免批次質量事故發生，減少損失成本，以獲得持續改進的質量狀況和優良率的提升。

通過質量大數據分析，分析結果見表2。一方面能夠將各類檢測中的問題及解決方法固化為知識，提高解決問題的效率；另一方面，將各類質量問題定位到相關工序后，通過對生產工序的監控，可以大大減少各類質量問題發生的概率。

6" 結束語

基于GIS的田間精細化管理平臺的建立，可以對田間種植過程與環境進行實時監測，及時獲取各個傳感器的真實數字化信息，并利用數據庫技術將歷史數據、現狀數據以及空間位置數據同時存儲，實現兩者的空間關聯，這樣，品種的性狀數據可以更加真實和直觀地展現。通過對這些數字化信息的分析和模擬，不僅增加了企業決策和各種生產經營規劃的科學性，同時還減少了人為因素造成的決策失誤，大大提高了生產管理水平和企業建設的科技含量，最終促進企業的可持續發展。

參考文獻：

[1] 習近平：只有攥緊中國種子，才能端穩中國飯碗[EB/OL].https：//www.gov.cn/xinwen/2022-04/11/content_5684512.htm.

[2] 于海俠，徐海艷.談田間管理在栽培過程中的重要作用[J].吉林農業，2013（3）：115.

[3] 謝萍波，段保霞.農作物田間收獲管理系統研究[J].中國種業， 2016（7）：80-81.

[4] 潘潔.玉米親本種植技術[M].天津：天津技術翻譯出版公司， 2010.

[5] 信息技術 自動識別與數據采集技術 條碼符號規范 三九條碼：GB/T 12908—2002[S].2002.

[6] 劉湘南，王平，關麗，等.GIS空間分析[M].3版.北京：科學出版社，2017.

[7] 吳建華.ArcGIS軟件與應用[M].北京：中國工信出版集團，2019.