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“星陸雙基遙感農(nóng)田信息協(xié)同反演技術(shù)”課題通過(guò)驗(yàn)收
大范圍農(nóng)田環(huán)境參數(shù)獲取技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破
發(fā)布時(shí)間:2012-04-25
|來(lái)源: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所|作者:鄒金秋
4月13日,由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所王道龍研究員主持的“星陸雙基遙感農(nóng)田信息協(xié)同反演技術(shù)”課題通過(guò)了科技部組織的驗(yàn)收。
“星陸雙基遙感農(nóng)田信息協(xié)同反演技術(shù)”是國(guó)家“863計(jì)劃”地球觀測(cè)與導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域新型遙感器技術(shù)專題中列出的目標(biāo)導(dǎo)向類課題。該課題以我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)作物及農(nóng)田生態(tài)環(huán)境參數(shù)時(shí)空分布特征信息的迫切需求為驅(qū)動(dòng),探索了綜合應(yīng)用陸基無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多源衛(wèi)星遙感定量反演技術(shù)、時(shí)空耦合和數(shù)據(jù)同化技術(shù)進(jìn)行快速獲取農(nóng)田環(huán)境和作物時(shí)空連續(xù)參數(shù)的新技術(shù)和新方法。課題順利完成了各項(xiàng)考核指標(biāo),在河南省鶴壁市率先建設(shè)了國(guó)內(nèi)最大的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在超過(guò)200平方公里的試驗(yàn)區(qū)布設(shè)了39套路基無(wú)線傳感器設(shè)備;穩(wěn)定獲取和生成了空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)向、土壤溫度、土壤濕度(土壤含水率、土壤干旱指數(shù)、土壤缺水指數(shù))、植被光合有效輻射、葉面積指數(shù)等7類參數(shù)9個(gè)指標(biāo)的時(shí)空連續(xù)數(shù)據(jù)集;申請(qǐng)發(fā)明專利6項(xiàng),軟件著作權(quán)9項(xiàng);發(fā)表論文21篇,其中SCI論文1篇,EI論文13篇;培養(yǎng)研究生26人(6名博士),形成了一支較強(qiáng)的科研隊(duì)伍。
該項(xiàng)研究取得如下重要成果:
一是在國(guó)內(nèi)率先研制了滿足大范圍農(nóng)田環(huán)境參數(shù)獲取的無(wú)線傳感器組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。研發(fā)了基于雙層次疊壘架構(gòu)的系統(tǒng)總體構(gòu)架,保證了田間無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可伸縮性和擴(kuò)展性;采用休眠-喚醒傳輸機(jī)制,優(yōu)化設(shè)計(jì)了農(nóng)田無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的能耗模式,將系統(tǒng)功耗降至常規(guī)模式的25%;研發(fā)了相關(guān)硬件產(chǎn)品并構(gòu)建了基于WEB的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理軟件,實(shí)現(xiàn)了基于遠(yuǎn)程主機(jī)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)和無(wú)人值守節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)查詢和維護(hù)。
二是突破了陸基無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與星載遙感數(shù)據(jù)協(xié)同的農(nóng)田參數(shù)定量反演關(guān)鍵技術(shù)。首次研發(fā)了田間葉面積指數(shù)傳感器,實(shí)現(xiàn)了田間冬小麥和玉米全生育期葉面積指數(shù)的自動(dòng)連續(xù)觀測(cè);應(yīng)用普適性尺度轉(zhuǎn)換模型和HANTS算法等,開(kāi)發(fā)了葉面積指數(shù)(LAI)和光合有效輻射吸收比率(FPAR)的空間和時(shí)間尺度轉(zhuǎn)換模型;提出了星陸雙基數(shù)據(jù)協(xié)同的地表溫度、光合有效輻射、葉面積指數(shù)、干旱指數(shù)、土壤水分缺失指數(shù)等7類農(nóng)田參數(shù)的定量反演技術(shù)方法,其中地表溫度、光合有效輻射、葉面積指數(shù)比單獨(dú)遙感反演精度提高了5%以上,植被干旱指數(shù)和土壤水分缺失指數(shù)等比單獨(dú)遙感反演精度提高了10%以上。
三是建立星陸雙基遙感農(nóng)田信息協(xié)同反演系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田生態(tài)環(huán)境參數(shù)時(shí)空連續(xù)數(shù)據(jù)集的生成。通過(guò)對(duì)基于星陸雙基數(shù)據(jù)的農(nóng)田參數(shù)多模式協(xié)同反演算法的開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)集成,構(gòu)建了星陸雙基遙感農(nóng)田信息協(xié)同反演系統(tǒng),并于2011年8月25日通過(guò)了空間信息系統(tǒng)軟件測(cè)評(píng)中心的軟件檢測(cè);利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地表溫度、葉面積指數(shù)等農(nóng)田生態(tài)環(huán)境參數(shù)時(shí)空連續(xù)數(shù)據(jù)集的生成,并完成了定量遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的驗(yàn)證和評(píng)價(jià)。
四是在河南鶴壁等試驗(yàn)示范區(qū)進(jìn)行了推廣應(yīng)用,取得了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益??蒲腥藛T在鶴壁實(shí)驗(yàn)區(qū)系統(tǒng)反演的農(nóng)田生態(tài)環(huán)境時(shí)空連續(xù)數(shù)據(jù)集直接應(yīng)用于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)主管部門的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理和決策支持,確保了區(qū)域糧食高產(chǎn),系統(tǒng)應(yīng)用先后得到溫家寶總理和河南省委書記盧展工等領(lǐng)導(dǎo)的高度評(píng)價(jià)和多次批示,被人民網(wǎng)、新華網(wǎng)、河南日?qǐng)?bào)等媒體廣泛報(bào)道,社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。(通訊員 孟秀華)
“星陸雙基遙感農(nóng)田信息協(xié)同反演技術(shù)”是國(guó)家“863計(jì)劃”地球觀測(cè)與導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域新型遙感器技術(shù)專題中列出的目標(biāo)導(dǎo)向類課題。該課題以我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)作物及農(nóng)田生態(tài)環(huán)境參數(shù)時(shí)空分布特征信息的迫切需求為驅(qū)動(dòng),探索了綜合應(yīng)用陸基無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多源衛(wèi)星遙感定量反演技術(shù)、時(shí)空耦合和數(shù)據(jù)同化技術(shù)進(jìn)行快速獲取農(nóng)田環(huán)境和作物時(shí)空連續(xù)參數(shù)的新技術(shù)和新方法。課題順利完成了各項(xiàng)考核指標(biāo),在河南省鶴壁市率先建設(shè)了國(guó)內(nèi)最大的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在超過(guò)200平方公里的試驗(yàn)區(qū)布設(shè)了39套路基無(wú)線傳感器設(shè)備;穩(wěn)定獲取和生成了空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)向、土壤溫度、土壤濕度(土壤含水率、土壤干旱指數(shù)、土壤缺水指數(shù))、植被光合有效輻射、葉面積指數(shù)等7類參數(shù)9個(gè)指標(biāo)的時(shí)空連續(xù)數(shù)據(jù)集;申請(qǐng)發(fā)明專利6項(xiàng),軟件著作權(quán)9項(xiàng);發(fā)表論文21篇,其中SCI論文1篇,EI論文13篇;培養(yǎng)研究生26人(6名博士),形成了一支較強(qiáng)的科研隊(duì)伍。
該項(xiàng)研究取得如下重要成果:
一是在國(guó)內(nèi)率先研制了滿足大范圍農(nóng)田環(huán)境參數(shù)獲取的無(wú)線傳感器組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。研發(fā)了基于雙層次疊壘架構(gòu)的系統(tǒng)總體構(gòu)架,保證了田間無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可伸縮性和擴(kuò)展性;采用休眠-喚醒傳輸機(jī)制,優(yōu)化設(shè)計(jì)了農(nóng)田無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的能耗模式,將系統(tǒng)功耗降至常規(guī)模式的25%;研發(fā)了相關(guān)硬件產(chǎn)品并構(gòu)建了基于WEB的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理軟件,實(shí)現(xiàn)了基于遠(yuǎn)程主機(jī)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)和無(wú)人值守節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)查詢和維護(hù)。
二是突破了陸基無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與星載遙感數(shù)據(jù)協(xié)同的農(nóng)田參數(shù)定量反演關(guān)鍵技術(shù)。首次研發(fā)了田間葉面積指數(shù)傳感器,實(shí)現(xiàn)了田間冬小麥和玉米全生育期葉面積指數(shù)的自動(dòng)連續(xù)觀測(cè);應(yīng)用普適性尺度轉(zhuǎn)換模型和HANTS算法等,開(kāi)發(fā)了葉面積指數(shù)(LAI)和光合有效輻射吸收比率(FPAR)的空間和時(shí)間尺度轉(zhuǎn)換模型;提出了星陸雙基數(shù)據(jù)協(xié)同的地表溫度、光合有效輻射、葉面積指數(shù)、干旱指數(shù)、土壤水分缺失指數(shù)等7類農(nóng)田參數(shù)的定量反演技術(shù)方法,其中地表溫度、光合有效輻射、葉面積指數(shù)比單獨(dú)遙感反演精度提高了5%以上,植被干旱指數(shù)和土壤水分缺失指數(shù)等比單獨(dú)遙感反演精度提高了10%以上。
三是建立星陸雙基遙感農(nóng)田信息協(xié)同反演系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田生態(tài)環(huán)境參數(shù)時(shí)空連續(xù)數(shù)據(jù)集的生成。通過(guò)對(duì)基于星陸雙基數(shù)據(jù)的農(nóng)田參數(shù)多模式協(xié)同反演算法的開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)集成,構(gòu)建了星陸雙基遙感農(nóng)田信息協(xié)同反演系統(tǒng),并于2011年8月25日通過(guò)了空間信息系統(tǒng)軟件測(cè)評(píng)中心的軟件檢測(cè);利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地表溫度、葉面積指數(shù)等農(nóng)田生態(tài)環(huán)境參數(shù)時(shí)空連續(xù)數(shù)據(jù)集的生成,并完成了定量遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的驗(yàn)證和評(píng)價(jià)。
四是在河南鶴壁等試驗(yàn)示范區(qū)進(jìn)行了推廣應(yīng)用,取得了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益??蒲腥藛T在鶴壁實(shí)驗(yàn)區(qū)系統(tǒng)反演的農(nóng)田生態(tài)環(huán)境時(shí)空連續(xù)數(shù)據(jù)集直接應(yīng)用于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)主管部門的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理和決策支持,確保了區(qū)域糧食高產(chǎn),系統(tǒng)應(yīng)用先后得到溫家寶總理和河南省委書記盧展工等領(lǐng)導(dǎo)的高度評(píng)價(jià)和多次批示,被人民網(wǎng)、新華網(wǎng)、河南日?qǐng)?bào)等媒體廣泛報(bào)道,社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。(通訊員 孟秀華)
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