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“星陸雙基遙感農田信息協同反演技術”課題通過驗收
大范圍農田環境參數獲取技術實現突破
發布時間:2012-04-25
|來源: 中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所|作者:鄒金秋
4月13日,由中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所王道龍研究員主持的“星陸雙基遙感農田信息協同反演技術”課題通過了科技部組織的驗收。
“星陸雙基遙感農田信息協同反演技術”是國家“863計劃”地球觀測與導航技術領域新型遙感器技術專題中列出的目標導向類課題。該課題以我國現代農業發展對作物及農田生態環境參數時空分布特征信息的迫切需求為驅動,探索了綜合應用陸基無線傳感器網絡技術、多源衛星遙感定量反演技術、時空耦合和數據同化技術進行快速獲取農田環境和作物時空連續參數的新技術和新方法。課題順利完成了各項考核指標,在河南省鶴壁市率先建設了國內最大的無線傳感器網絡系統。在超過200平方公里的試驗區布設了39套路基無線傳感器設備;穩定獲取和生成了空氣溫度、空氣濕度、風向、土壤溫度、土壤濕度(土壤含水率、土壤干旱指數、土壤缺水指數)、植被光合有效輻射、葉面積指數等7類參數9個指標的時空連續數據集;申請發明專利6項,軟件著作權9項;發表論文21篇,其中SCI論文1篇,EI論文13篇;培養研究生26人(6名博士),形成了一支較強的科研隊伍。
該項研究取得如下重要成果:
一是在國內率先研制了滿足大范圍農田環境參數獲取的無線傳感器組網關鍵技術。研發了基于雙層次疊壘架構的系統總體構架,保證了田間無線傳感器網絡的可伸縮性和擴展性;采用休眠-喚醒傳輸機制,優化設計了農田無線傳感器節點的能耗模式,將系統功耗降至常規模式的25%;研發了相關硬件產品并構建了基于WEB的網絡系統管理軟件,實現了基于遠程主機對觀測數據和無人值守節點狀態的實時查詢和維護。
二是突破了陸基無線傳感器網絡與星載遙感數據協同的農田參數定量反演關鍵技術。首次研發了田間葉面積指數傳感器,實現了田間冬小麥和玉米全生育期葉面積指數的自動連續觀測;應用普適性尺度轉換模型和HANTS算法等,開發了葉面積指數(LAI)和光合有效輻射吸收比率(FPAR)的空間和時間尺度轉換模型;提出了星陸雙基數據協同的地表溫度、光合有效輻射、葉面積指數、干旱指數、土壤水分缺失指數等7類農田參數的定量反演技術方法,其中地表溫度、光合有效輻射、葉面積指數比單獨遙感反演精度提高了5%以上,植被干旱指數和土壤水分缺失指數等比單獨遙感反演精度提高了10%以上。
三是建立星陸雙基遙感農田信息協同反演系統,實現了農田生態環境參數時空連續數據集的生成。通過對基于星陸雙基數據的農田參數多模式協同反演算法的開發和系統集成,構建了星陸雙基遙感農田信息協同反演系統,并于2011年8月25日通過了空間信息系統軟件測評中心的軟件檢測;利用該系統實現了地表溫度、葉面積指數等農田生態環境參數時空連續數據集的生成,并完成了定量遙感數據產品的驗證和評價。
四是在河南鶴壁等試驗示范區進行了推廣應用,取得了顯著的社會經濟效益。科研人員在鶴壁實驗區系統反演的農田生態環境時空連續數據集直接應用于當地農業主管部門的農業生產管理和決策支持,確保了區域糧食高產,系統應用先后得到溫家寶總理和河南省委書記盧展工等領導的高度評價和多次批示,被人民網、新華網、河南日報等媒體廣泛報道,社會經濟效益顯著。(通訊員 孟秀華)
“星陸雙基遙感農田信息協同反演技術”是國家“863計劃”地球觀測與導航技術領域新型遙感器技術專題中列出的目標導向類課題。該課題以我國現代農業發展對作物及農田生態環境參數時空分布特征信息的迫切需求為驅動,探索了綜合應用陸基無線傳感器網絡技術、多源衛星遙感定量反演技術、時空耦合和數據同化技術進行快速獲取農田環境和作物時空連續參數的新技術和新方法。課題順利完成了各項考核指標,在河南省鶴壁市率先建設了國內最大的無線傳感器網絡系統。在超過200平方公里的試驗區布設了39套路基無線傳感器設備;穩定獲取和生成了空氣溫度、空氣濕度、風向、土壤溫度、土壤濕度(土壤含水率、土壤干旱指數、土壤缺水指數)、植被光合有效輻射、葉面積指數等7類參數9個指標的時空連續數據集;申請發明專利6項,軟件著作權9項;發表論文21篇,其中SCI論文1篇,EI論文13篇;培養研究生26人(6名博士),形成了一支較強的科研隊伍。
該項研究取得如下重要成果:
一是在國內率先研制了滿足大范圍農田環境參數獲取的無線傳感器組網關鍵技術。研發了基于雙層次疊壘架構的系統總體構架,保證了田間無線傳感器網絡的可伸縮性和擴展性;采用休眠-喚醒傳輸機制,優化設計了農田無線傳感器節點的能耗模式,將系統功耗降至常規模式的25%;研發了相關硬件產品并構建了基于WEB的網絡系統管理軟件,實現了基于遠程主機對觀測數據和無人值守節點狀態的實時查詢和維護。
二是突破了陸基無線傳感器網絡與星載遙感數據協同的農田參數定量反演關鍵技術。首次研發了田間葉面積指數傳感器,實現了田間冬小麥和玉米全生育期葉面積指數的自動連續觀測;應用普適性尺度轉換模型和HANTS算法等,開發了葉面積指數(LAI)和光合有效輻射吸收比率(FPAR)的空間和時間尺度轉換模型;提出了星陸雙基數據協同的地表溫度、光合有效輻射、葉面積指數、干旱指數、土壤水分缺失指數等7類農田參數的定量反演技術方法,其中地表溫度、光合有效輻射、葉面積指數比單獨遙感反演精度提高了5%以上,植被干旱指數和土壤水分缺失指數等比單獨遙感反演精度提高了10%以上。
三是建立星陸雙基遙感農田信息協同反演系統,實現了農田生態環境參數時空連續數據集的生成。通過對基于星陸雙基數據的農田參數多模式協同反演算法的開發和系統集成,構建了星陸雙基遙感農田信息協同反演系統,并于2011年8月25日通過了空間信息系統軟件測評中心的軟件檢測;利用該系統實現了地表溫度、葉面積指數等農田生態環境參數時空連續數據集的生成,并完成了定量遙感數據產品的驗證和評價。
四是在河南鶴壁等試驗示范區進行了推廣應用,取得了顯著的社會經濟效益。科研人員在鶴壁實驗區系統反演的農田生態環境時空連續數據集直接應用于當地農業主管部門的農業生產管理和決策支持,確保了區域糧食高產,系統應用先后得到溫家寶總理和河南省委書記盧展工等領導的高度評價和多次批示,被人民網、新華網、河南日報等媒體廣泛報道,社會經濟效益顯著。(通訊員 孟秀華)
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