基于GIS的江苏多种农业气象灾害指标分析

第一章绪论

1.1地理信息技术概述
地理信息系统的发展已经历了 30余年，从最初的注重空间数据的地学处理，到70年代注重空间地理信息的管理，80年代注重空间决策支持分析，再到90年代注重用户化时代；进入新世纪，GIS应用向更深的层次发展，出现了网络GIS(Web-GIS)、组件式GIS (Com-GIS)、虚拟现实GIS (VR GIS).时态GIS (TGIS)、互操作GIS以及3S集成，这一系列展现了地理信息系统新的发展趋势。作为新的集成系统的基础平台，它能够为数据采集提供地学知识，为各行各业建立不同的数据库和决策支持系统，向用户提供多种多样的空间查询、空间分析和辅助规划决策["[21等。1966年，世界上第一个地理信息系统——加拿大地理信息系统（Canada Geographic InformationSystem,简称CGIS)在加拿大诞生，这也是GIS名称的由来。GIS的第二个发展高潮出现在20世纪60年代末期，美国人口普查局利用双重独立地图编码（Dual Independent Map Encoding, DIME)系统创建了所有美国街道的数字记录，支持自动引用和统计人口，这促使哈弗大学计算机图形和空间分析实验室开发了一个通用的GIS，这项工程最终产生了 70年代末期的ODYSSEY GIS。 1994年底，一批美国GIS学者成立了"地理信息科学大学联盟（UCGIS)",该联盟随即引领地理信息科学的发展，从最初的地理信息科学到1996的优先研究领域和2002年的研究规划，再到2006年新的地理信息科学与技术知识体系，在保持连续性的基础上，通过论文、书籍和各种会议发布最新成果，成为地理信息科学的旗帜，引领着该学科的发展。我国地理信息系统的起步相对稍晚，但是发展势头迅猛，大致可分为以下4个阶段?。
(1)起步时期
20世纪70年代初期，我国在测量、制图和遥感领域等方向中开始应用电子计算机技术。随着RS技术的运用，国家测绘局开展了一系列航空摄影测量和地形测图，为将来建立地理信息系统数据库打下了坚实的基础。 .
(2)试验阶段
20世纪80年代，在RS技术发展的同时，GIS也进入全面试验阶段。其主要是研究数据的规范化和标准化、数据的处理和算法、空间数据库建设以及应用软件的开发等，同时建成了全国1:100万地图数据库系统、1:4000万全国资源和环境信息系统以及1:250万水土保持系统。
(3)全面发展
20世纪80年代末到90年代，国家数字化测绘信息产业初步建立。1:100万交通地图数据库已经公开出版，1:25万地图数据库也建库完成。城市规划、土地管理、交通电力及各种基础设施管理的城市信息系统在许多城市相继建立。1994年中国GIS协会在北京成立，标志着中国GIS产业形成一定规模。
(4)逐渐走向成熟
2000年以来，信息产业发展势头迅猛。政府部门开始应用地理信息系统，并在城市数字化和城市信息化建设方面做了大量的工作，取得了长足的进展。

1. 2遥感技术概述
遥感是一门综合性的学科，集中了空间、光学、电子、计算机通信等学科的最新成就，是当代高新技术的重要组成部分，和GIS—样，成为3S (RS、 GIS和GPS)技术的主要组成部分。遥感技术利用卫星、飞机、或者其他飞行器上接受来自地表目标物体的电磁福射信息，从而判读和分析地表的目标，即"一切物体，由于其种类及不同环境条件，因而具有反射或者辐射不同波长电磁波的特性"。所以遥感技术也可以说是一种利用物体固有的反射电磁波的特性，通过观测电磁波，识别物体及其存在环境条件的技术。
自美国1960年发射第一颗气象卫星，使得遥感技术正式在世界上开始运用。在此后的10年中，遥感实现了从单一传感器到多种传感器、单波段到多波段、目视判读到计算机分析的过程，使得遥感技术逐步发展并进入一个新的阶段。从70年代开始，美国实现了由航空遥感向航天遥感发展的过程。遥感技术的发展不仅表现在传感器空间分辨率的提高上，从遥感平台、遥感图像处理、遥感图像识别、计算机遥感的普及等多个方面有了巨大的发展。
全球正在建立的数字地球是对真实地球的一个虚拟描述。遥感技术则将为数字地球提供最为基础的数据。我国的遥感技术是从1986年陆地卫星地面站首次接受美国MSS和TM图像数据开始的。经过20多年的发展，航天遥感在我国处于主导地位，多年来先后应用了几代遥感系统，装备我国各主要测量基地和其他工业部门，服务于部队、科研院所、民航等众多领域。我国的遥感技术已经涉及到经济和社会生活的各个方面。包括城市地图、土地资源调查、城市环境监测、气象灾害监测、农林遥感应用、地质遥感等方方面面。
 
   1.3 农业气象灾害监测、预警的国内外研究现状 ........11-14
    1.4 有待完善之处 ................14-15
第二章 农业气象灾害指标的构建 ................15-27
    2.1 干旱 15-20
        2.1.1 降水距平百分率 ................16
        2.1.2 降水Z指数 ................16-17
        2.1.3 标准化降水指数 ................17-19
        2.1.4 气象干旱综合指数 ................19-20
        2.1.5 干旱指标的确定 ................20
    2.2 热害 ................20-23
        2.2.1 气象学指标 ................21
        2.2.2 生物学指标 ................21-22
        2.2.3 热害指标的确定 ................22-23
    2.3 冰雹 ................23-25
        2.3.1 冰雹指标 ................23-24
        2.3.2 冰雹指标的确定 ................24-25
    2.4 霜冻 ................25-27
        2.4.1 霜冻指标 ................25-26
        2.4.2 霜冻指标的确定 ................26-27
第三章 系统的总体设计 ................27-34
    3.1 总体设计 ................27-28
    3.2 系统运行环境 ................28
        3.2.1 软件语言 ................28
        3.2.2 支撑软件 ................28
        3.2.3 系统网络结构 ................28
    3.3 地理信息系统的二次开发 ................28-29
    3.4 开发方案的选择 ................29-30
    3.5 系统开发平台的选择 ................30-32
    3.6 系统设计路线 ................32-34
第四章 系统的详细设计 ................34-43
    4.1 系统开发的关键技术 ................34-35
        4.1.1 基于组件的接口技术 ................34
        4.1.2 混合编程技术 ................34-35
        4.1.3 面向对象技术 ................35
    4.2 数据库的建立 ................35-38
    4.3 系统的开发 ................38-43
        4.3.1 系统界面设计 ................38-39
        4.3.2 视图基本地图操作 ................39-42
        4.3.3 气象数据查询模块 ................42-43
第五章 系统功能的实现 ................43-49
    5.1 数据查询 ................43-45
    5.3 地图绘制 ................45-46
        5.3.1 地图绘制演示 ................45-46
    5.4 空间分析 ................46-47
        5.4.1 空间插值方法 ................46
        5.4.2 空间分析功能演示 ................46-47
    5.5 农业气象灾害指标功能 ................47-48
    5.6 其他功能 ................48-49
第六章 系统的应用举例 ................49-54
    6.1 江苏省高温热害的发生规律研究 ................49-54
        6.1.1 数据来源 ................49
        6.1.2 方法 ................49-50
        6.1.3 结果显示 ................50-53
        6.1.4 研究结论 ................53-54

结论

本文在系统分析国内外组件式地理信息系统研究理论和技术的基础上，对多种农业气象灾害指标进行分析，确定了适用于江苏省气象业务实践的多种农业气象灾害预警指标，在此基础上开发了基于RS和GIS的江苏省重大农业气象灾害监测、预警系统，并从系统的开发环境、开发平台、开发方法、数据库设计、系统的设计与实现等方面，介绍了系统的整个研发过程。研究和开发主要包括以下几个方面：
(1)以综合气象干旱指数（CI)的不同值阈作为本系统中的不同干旱等级监测预警指标，以曰平均气温>301和日最高气温》35°C连续出现3d及以上作为水稻高温热害的气象学指标，以垂直累积液态含水量作为冰雹监测预警指标，以最低气温、最大降温幅度和低温持续时间分不同生育期确定江苏省冬小麦春霜冻指标，建立了本系统中的江苏省重大农业气象灾害监测预警指标体系，并进行了相关应用实践。
(2)探讨了地理信息系统常用的几种二次开发方法的优缺点，并选择以组件式GIS技术作为本系统的开发手段。
(3)利用可视化语言C#,结合ArcEngine中的控件和相关接口开发出了江苏省重大农业灾害监测、预警系统，实现了数据库管理、数据查询、地图显示、图形绘制、空间分析、专业数据处理、信息提取及各种输出功能的一体化。
(4)基于ArcEngine构建了江苏省重大农业气象灾害监测、预警系统，该系统不依赖于ArcGIS平台，具有操作简单，界面布局合理，可移植性和扩展性强，功能齐全等特点，可以实现江苏省农业气象灾害的业务化监测预警，为政府部门提供有效的防灾减决策服务。