基于GIS技术的农业气象灾害监测预警系统设计研究.pdf

未来,随着技术的进一步发展和市场需求的变化,潍坊市农产品跨 境 电 商 有 望 迎 来 更 加 广 阔 的 发 展前景。参考文献:1 孟祥风.在创新提升“三个模式”中一路生花N.联合日报,2 0 2 2-0 5-0 7(3).2 夏曼.乡村振兴视野下农产品跨境电商营销策略探索J.国际贸易,2 0 2 3(1 1):3 7-4 0.3 孙苗苗.数字富农背景下乡村振兴发展探究以安徽省农产品跨境电商为例J.市场周刊,2 0 2 3,3 6(4):9 8-1 0 1.4 卢奕帆.跨境电商背景下的农业发展现状及策略以山东 省 潍 坊 市 为 例 J.物 流 贸 易,2 0 2 2(1 4):2 1 5-2 1 8.5 贾书源.新时期我国农产品国际贸易与跨境电商发展J.工作研究,2 0 2 2(7):1 5 6-1 5 7.6 王叶倩.新时期农产品跨境电商发展存在的问题及发展对策J.学术交流,2 0 2 3(6):7 9-8 0.作者简介:崔 巍,男,1 9 8 6年生,硕士,助教。研究方向为电子商务、跨境电商、新媒体营销。仪婷婷,女,1 9 8 9年生,硕士,助教。研究方向为国际贸易、国际商务。马 丽,女,1 9 8 9年生,硕士,助教。研究方向为电子商务、直播电商、农村电子商务。基于G I S技术的农业气象灾害监测预警系统设计研究陈鑫洋柳州铁道职业技术学院,广西 柳州 5 4 5 6 1 6摘要:农业气象灾害对全球粮食安全、经济稳定性及农村生计产生深远影响,因此,需要精确、实时的农业气象灾害评估和监测方法。探讨了利用遥感和地理信息系统(G I S)进行农业气象灾害评估和监测的可能性。遥感技术提供地区的可靠即时数据,G I S技术有助于快速精确定位和映射受灾社区、关键基础设施和农田损坏。信息交换和整合的互操作性可能影响灾害响应效率和效果。开放标准如OG C和I S O制定的标准可解决互操作性问题,提供共享地理空间数据和信息的通用语言和协议,为决策过程提供更全面情况和对受影响区域的深入理解。关键词:G I S技术;农业气象灾害;预警系统;风险分析中图分类号:T-0 D O I:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.2 0 9 7-0 6 5 X.2 0 2 3.1 1.0 3 6基金项目:柳州铁道职业技术学院科研项目(2 0 2 0-K J A 0 5);2 0 2 1年度广西高校中青年教师科研基础能力提升项目(2 0 2 1 KY 1 4 0 5);2 0 2 0年广西高等学校千名中青年骨干教师培育计划项目(桂教教师2 0 2 05 8号)农业气象灾害对全球粮食安全、经济稳定性及农村生计产生深远影响。尽管气候变化和极端天气事件导致灾害频率和严重性增加,但通过多方合作,利用各种数据和信息资源,有可能降低其对农业的影响。有效的预警系统、灾害风险减少计划和应急计划的开发都是减轻灾害影响的重要工具。1 G I S在农业气象灾害预警中的重要性1.1 灾害预测农业气象灾害包括干旱、洪涝、冰雹、高温热害等,G I S技术提供了一种有效的工具,可以整合、分析和可视化大量与农业相关的地理和非地理信息,在农业气象灾害预警中的重要性不言而喻。G I S可以帮助理解和预测气候变化对农业生态系统的影响,比如干旱和洪涝的频率、强度和分布,如图1所示。这些信息可以用来制定应对策略,比如改进农业实践和设计更适应性的作物品种。图1 G I S预警系统运行流程1.2 风险分析G I S能够整合各种气象、土壤、植被和地形数据,创建详尽的空间数据库,分析农业气象风险。通过这种综合的地理信息系统能够了解和评估各种气象灾害,如干旱、洪涝、冰雹和风暴等对农业生产的潜在影响。通过G I S可以识别出最易受灾的区域,以便针对性地进行防灾减灾工作。811数字农业与智能农机 第1 1期2 0 2 3年1 1月1.3 决策支持G I S提供了强大的视觉化工具,这对于理解和解释复杂的气象数据和模型至关重要。通过G I S,决策者可以清晰看到气象灾害的可能影响区域,以及灾害可能对农作物生产、农田设施和农业经济的影响。视觉化工具使得决策者可以更直观地理解问题,更有效地制定防灾减灾策略和应急响应计划。1.4 灾后恢复G I S在农业气象灾害的灾后恢复工作中,发挥着精准评估受灾情况的重要作用。G I S能收集和整合多源数据(包括卫星遥感数据、无人机拍摄数据和地面调查数据等),提供全面而精确的农作物损失和农田破坏情况。这些详尽的信息有助于决策者进行灾损评估,制定科学的灾后重建和恢复策略1。2 农业气象灾害预警系统存在的问题2.1 数据精确性和实时性的挑战(1)数据精确性的挑战。预警系统依赖高质量的数据来预测和评估可能的农业气象灾害。然而,数据源的不确定性和误差,如遥感数据的光谱混淆、气象数据的观测误差等,可能影响预警系统的精度和可靠性。此外,由于农业气象灾害的复杂性和多变性,需要对大量的环境变量进行精确的测量和模拟,这进一步增加了数据精确性的挑战。(2)数据实时性的挑战。农业气象灾害通常发展迅速,需要快速数据收集和处理来生成实时的预警信息。数据收集和处理的时间延迟可能导致预警信息的延误,影响灾害应对的及时性和有效性。为解决这个问题,需要采用先进的数据处理和传输技术如边缘计算、5 G通信等,来减少数据处理的时间和提高数据传输的速度。2.2 不同源数据的集成问题农业气象数据涉及气象观测数据、遥感影像数据、地理信息数据等多种类型的数据。这些数据来自地面气象站、气象卫星、无人机和传感器网络等不同的数据源,数据格式、标准、分辨率和覆盖范围可能存在显著差异。将这些异构数据融合到统一的预警系统中,需要处理数据格式转换、空间和时间尺度匹配、数据质量控制等复杂问题,是一个具有挑战性的任务2。2.3 非专业用户的使用难度大预警系统的用户群体是多元化的,不仅包括气象学家和农业科学家等专业人员,也包括农业从业者、决策者和公众等非专业用户。这些非专业用户在科技知识、计算机技能和数据理解能力等方面的水平差异很大,但同样需要访问和使用预警系统的信息,以应对农业气象灾害带来的挑战。2.4 预警信息传递和反应速度的问题农业气象灾害往往发生迅速,演变过程不可预测,因此,预警信息的传递速度对于防灾减灾工作具有重要意义。当前,预警系统在数据收集、处理、分析及信息生成的环节可能存在延迟,这些延迟会影响预警信息的时效性,降低预警的有效性和防灾减灾的效率。预警反应的速度即接收到预警信息后的响应和采取行动的速度,也是影响预警系统效能的重要因素。实际操作中,即使预警信息能及时准确地传递到相关人员手中,但相关人员如果不能迅速理解、处理这些信息,并据此采取有效的应对措施,那么预警的目标也无法实现。由于涉及到的行动者包括农户、农业部门、救援机构等多个主体,如何确保他们能够协同、快速响应,也是一个挑战3。3 基于G I S的农业气象灾害预警系统设计策略3.1 使用更先进的数据收集和处理方法(1)更新数据收集的方法和技术。近年来,遥感技术和物联网技术的发展为农业气象灾害的数据收集提供了新的可能。高分辨率遥感影像能提供更精确的地表特征信息,有助于对农业气象灾害的影响进行精细化评估。物联网技术可实现对气象参数的实时监测,为预警系统提供实时、高精度的输入数据。但这些先进的数据收集方法需要对应的数据处理方法来确保数据质量。(2)通过数据处理方法提高数据质量。数据处理的过程中,需要考虑的问题包括数据清洗、数据融合及数据分析。数据清洗主要去除数据中的噪声和异常值,保证数据的准确性。数据融合则是将来自不同源的数据进行有效整合,提高数据的完整性和一致性。数据分析可以采用更先进的机器学习和深度学习方法,提高数据分析的精度和效率4。3.2 构建更有效的数据集成框架数据集成框架的优化在于数据的多元化和实时性,由于农业气象灾害的复杂性和多变性,数据来源需要多元化。这就要求的数据集成框架能支持多种类型的数据输入,并能处理这些数据的差异性。考虑到农业气象灾害的紧急性,数据的实时性也是评价一个数据集成框架优劣的重要指标。系统需要有能力在短时间内接收、处理、分析大量数据,并根据这些数据做出及时的预警。这要求数据集成框架有高效的数据处理能力和强大的并行计算能力。911基于G I S技术的农业气象灾害监测预警系统设计研究 陈鑫洋3.3 设计更友好的用户界面(1)为实现基于G I S的农业气象灾害预警系统的用户界面优化,必须提供一个清晰、直观的布局,以便用户能快速理解和使用系统。这种布局应包含明确的导航标签和清晰的图像元素,以便用户能够快速找到他们需要的信息。可以使用颜色编码和图形标记来表示不同类型的气象灾害和其可能的影响,这样用户就可以通过一瞥即可理解这些信息。(2)用户界面的设计还应该考虑不同用户的技能和背景,需要为不同用户提供适应性接口。对于专业的气象观察员和农业工作者,可以提供一个包含更详细信息和高级功能的接口,而对于一般公众可以提供一个简化的接口,即只包含最重要的预警信息和建议行动。为了实现这一功能,可使用用户角色和权限管理系统,根据用户的角色和权限提供适当的接口和功能,如图2所示。图2 农业气象灾害预警系统的用户界面3.4 改进信息传递和反应机制(1)优化信息传递流程。G I S技术的强大功能使得信息传递可以通过高效的数据整合和可视化实现。农业气象灾害的发生、发展和影响的信息可以迅速且准确地传递给相关人员。可利用G I S平台实时监测天气,并通过G I S生成并传递实时的气候和环境变化地图,提高灾害预警的效率和准确性。(2)改进反应机制。为实现这一目标,应建立一个涵盖所有相关部门和组织的联动机制,使得其在接收到预警信息后能快速、协调地作出反应。例如,农业部门可以根据气象预警信息及时调整农作物种植计划,相关政府部门可以预先部署救灾资源,以应对可能的灾害。在这个过程中,G I S平台可以实现信息的实时更新和共享,以支持各方快速、准确地做出反应。3.5 建立持续的评估和反馈机制以改进系统效果对灾害预警系统的绩效进行定期和特定事件的评估是提升其性能的基础。定期评估可以帮助理解系统在一段时间内的整体性能,而特定事件的评估则关注系统对特定灾害事件的反应能力。可以借鉴多准则决策制定和进化算法的研究,将灾害评估视为一个多指标决策问题,并通过设计优化算法来确定各指标的权重,从而更准确地评估系统的性能。这些评估方法可以帮助发现系统的潜在短板,如信息传递的延迟、预警精度的不足等,为后续的优化改进提供依据。此外,建立反馈通道,以便在未来的决策制定和实践中吸取教训。这一反馈通道应该包含从政策制定者到农民的所有利益相关者,以确保所有人都能对系统的性能提出反馈,并参与到改进的过程中来。3.6 提高硬件质量,优化电路设计系统要能处理相关农业气象信息,不容易被攻击的,并满足将来升级的需要。首先,必须确保电路设计可以抵抗各种环境因素的不利影响。应采用高质量、耐用且防水的电子设备,并且应做好防雷电击的设计。其次,为提高数据的准确性和可靠性,需要增加冗余电路,通过设置备份电路和设备,在主要的设备或电路发生故障后,系统也可继续运行。再次,优化设计电路时,仿真技术起到了重要作用,保证了相关系统的质量及电路的稳定性。利用仿真技术对温度环境进行有效模拟分析,然后结合设计的电路变化情况对其进行改造和优化,以促进系统稳定性得到全面提升。参考文献:1 李鸣阳,王翔宇.农业气象灾害监测预测技术研究进展分析J.新农业,2 0 2 3(4):1 0 3-1 0 4.2 刘琰琰,李佳星,代逸冰,等.基于G I S的四川盆周北部山区夏玉米农业气象 灾 害风 险评 估:以 旺苍 县为 例J.应用生态学报,2 0 2 2,3 3(9):2 4 5 7-2 4 6 5.3 李荣,陈彦虎,何佳,等.基于遥感的农业气象灾害评估:以石嘴山市玉米种植区为例J.宁夏农林科技,2 0 2 2,6 3(2):3 8-4 1.4 高雪.基于G I S技术的农业气象灾害监测预警系统研究J.农业技术与装备,2 0 2 1(1 1):1 4 0-1 4 1.作者简介:陈鑫洋,男,1 9 8 7年生,硕士,副教授。研究方向为智能控制及其应用。021数字农业与智能农机 第1 1期2 0 2 3年1 1月