基于遥感抽样的农作物种植面积测量野外调查系统设计与实践

夏兴生，李忠义，朱秀芳*，潘耀忠，赵希振，周巍,

（1. 北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室，北京 100875；2. 北京师范大学地理科学学部遥感科学国家重点实验室，北京 100875；3. 北京师范大学地理科学学部遥感科学与工程研究院，北京 100875；4. 国家统计局农村社会经济调查司，北京 100826）

随着我国农业现代化的快速发展，主要农产品的生产、消费以及国内外市场形势的日益复杂，党和政府对农业生产愈发重视。如国办发〔2011〕13号文件中明确要求“统计部门要建立省以下粮食生产监测调查制度，严格核实产粮大市、产粮大县及粮食高产创建区粮食生产数据”；中发〔2012〕1号文件中明确提出“加强农业统计调查和预测分析，提高对农业生产大县的统计调查能力”；中发〔2016〕1号文件又从现代农业基础建设、农业资源保护和生态修复等方面对推动我国现代农业的发展提出了新的要求，并明确指出要“大力发展农业遥感技术”；2016年3月发布的“十三五”规划纲要中再次明确指出要推进农业现代化，“建立粮食生产功能区和重要农产品生产保护区，确保稻谷、小麦等口粮种植面积基本稳定”并要求 “推进农业信息化建设水平”。由此可见，农村经济的快速发展促使我国政府对农业统计工作提出了更高的要求：统计部门必须能够及时精准地提供涉及农业发展的各类统计调查数据，为国家制定农业发展规划和政策提供良好的数据支撑和参考。但本世纪初，国家统计调查体系，尤其是农业等资源型调查体系方面，仍然沿用上世纪80年代的目录抽样主观调查技术，野外调查仍然是人工走点的方式，即到达任务区后在纸上记录调查区的情况，完成调查后将数据存放于资料柜中，数据使用效率低、共享与管理方式落后。因此，变革现有的农业统计调查方式，提高农业统计调查的数据质量，对我国农业统计工作适应新的社会经济发展重大需求具有重要的意义。

在农作物种植面积测量方面，2003年以来由国家863科技计划、国家高分辨对地重大专项、发改委卫星及应用产业发展专项、国家自然科学基金项目等支撑的“国家粮食主产区粮食作物种植面积遥感测量与估产业务系统、基于高分数据的主要粮食作物空间统计调查技术、基于自主卫星的农业统计快速调查综合服务平台、对地抽样总量控制下的多源遥感玉米种植面积测量方法研究”等一系列科研项目/课题的研究应用成果中，Pan等[1-2]、何浩等[3]、Zhang等[4]、张锦水等[5]、谭建光等[6]、顾晓鹤等[7]、刘国栋等[8]、邬明权等[9]、李宜展等[10]、周巍等[11]和Zhou等[12]从统计遥感的理论、方法、基础框架的构建及实验应用方面阐明了基于遥感抽样的农作物种植面积统计调查技术是利用空间信息技术提高农业统计调查数据量最有效且最可行的技术，而粮食作物种植面积遥感测量运行系统的设计实现[13]也说明了该技术能够开展业务化应用。但是，野外调查仍然作为遥感抽样获取地面作物信息真值的唯一途径，其人工走点调查后录入业务系统的方式还有待改进。

近年来，随着地理信息系统的发展及以互联网科技为核心的计算机和智能便携设备（如pad、智能手机）软硬件技术的不断优化升级，基于空间信息的移动GIS得到了发展和应用，如石油石化行业对石油/天然气管道的分布勘测、维修与日常调度巡检[14-16]；电力抢险抢修中用移动设备将现场实时采集到的数据第一时间传输至电力监管平台，大幅度缩短事故发生后的响应时间，合理调配有效资源进行设备抢修，迅速完成抢修工作[17-18]；国土部门对国土资源调查和土地执法监察[19-20]；水利部门的供水管网巡线、水利信息的移动采集平台等[21-22]；林业巡查中可加载林业属性数据、森林火灾预警等[23-25]。这些应用为在统计行业中应用移动GIS完成基于遥感抽样的农作物种植面积统计测量野外调查提供了良好的思路和行业应用案例。

本文以农作物种植面积野外统计调查为目标，以基于遥感抽样的农作物种植面积统计测量为技术支撑，以地质（灾害）[26-28]、资源[29-30]、林业[31]等行业的野外调查系统设计与实现为参考，从农作物面积遥感抽样野外调查自身的业务需求出发，在现代计算机软硬件和智能便携设备及3S等空间技术的支持下，设计开发包含野外任务进展实时监控、任务分发管理、任务完成情况统计等功能为一体的农作物种植面积野外调查系统，以期为农作物种植面积的野外调查测量提供一种新的方式，以高效率、低成本的方式完成样方实地调查及属性数据采集，保障基于遥感抽样的农作物种植面积统计调查技术全面“落地”及粮食作物种植面积遥感测量运行系统的业务化运行。

1 需求分析

1.1 需求概述

分析基于遥感抽样的农作物种植面积统计调查技术[1-3,8,10]可知，遥感抽样调查可分为以下几个步骤：明确遥感抽样调查的目标域——构建抽样总体——设计抽样方案——实施野外调查——估算和评价结果。其中，野外调查是获取样本内农作物种植信息真值的唯一途径，是整个遥感抽样调查的关键环节之一。传统的野外调查是基于抽样方案实施抽选出的样本，通过一系列的数据准备，形成调查样方图纸和调查表，派出专职调查员，对样方内的地面信息进行辨别、勾绘和统计。这种调查方式效率较低，耗时耗力，数据共享与管理落后，因此，基于遥感抽样的农作物种植面积统计测量业务需要现代化高效的野外调查方式，并着重解决如下问题：1）业务调查任务的自动分发与交互式接收；2）野外调查路线的智能规划与导航；3）数据采集一次性录入；4）可选择性的调查成果提交。

1.2 系统业务需求

遥感抽样的野外调查系统本质上是一个特定约束条件下的数据采集系统，是以数据与任务的管理服务为核心，通过3G/4G/WIFI网络环境，串联服务器、互联网客户端、移动采集终端建立信息化网络工作环境；以业务流为主线，业务平台下达调查指令，发布调查任务与辅助数据，终端用户获取调查任务，调查员采集数据并将样本调查信息上报，审核员通过业务平台审核样本信息；同时，以多源遥感影像数据与路网、行政区划数据为基础底图，将样本的调查成果信息定位到地图上，提供综合的查询展示窗口。移动终端作为最重要的组成部分需要将遥感技术与基础地理信息无缝衔接，提供无盲区的空间导航；并综合使用空间、属性、多媒体信息采集，提供多维度的遥感样本调查手段，同时提供终端内调查任务的管理，每个调查终端可以承载多份调查任务，调查员根据分配的任务区域，选择调查任务，并调用相应底图信息。调查员可采用网络上报调查成果，亦可采用一键式导入的方式通过客户端上传样本调查信息。基本业务流程如图1所示。

图1 农业统计野外调查整体业务流程Fig. 1 Business process of fi eld survey of agricultural statistics

1.3 系统功能需求

分析图1农业统计野外调查整体业务流程，野外调查系统的功能需求主要总结为下面几个方面。

首先，需要调查任务定制、分配、获取功能。遥感调查样方的标准化、调查指标的数字化、大量高分辨率遥感影像与调查辅助信息的预处理、任务包的批量封装，需要操作简单的制作工具；针对各作物、不同种植期内的调查任务安排下达、遥感调查任务包、辅助调查底图的入库、管理、发布需要有统一的平台软件提供系统化的服务支持；调查员需要有一个整合调查指令接收、任务包下载更新、调查成果上报等多个环节的信息化平台，为其提供简单、稳定、一体化的在线/离线工作环境。

其次，需要对工作进度、质量提供空间化的动态监控功能。支持以作物、种植期为专题，监控各地调查工作的进展情况；支持实时追踪遥感调查的状态、样本内信息的收集情况，并直接下达指令指导调查员的工作；服务器提供信息接收端口，接收终端实时回传位置、设备状态和任务进展情况等信息；回传遥感样本内作物的播种面积、生长情况、产量等指标的实际调查值及实景照片等辅助信息；针对样本调查工作量、进度、完成情况支持省县分级统计，并以时间序列专题图的形式提供交互式的查询。

第三，需要对调查数据的统计分析与精确查询功能。遥感样本内耕地地块、种植的作物及生长情况、实景拍照信息需要精确、简单的定位查找方式；要结合中高分历史影像，遥感调查样本、指标调查值、实拍图像进行综合分析，并进行统计分析与空间展示。

第四，需要提供完善的权限管理功能。遥感调查业务工作中涉及各级业务部门的众多工作人员，调查的不同阶段他们在各自岗位上承担不同的任务，发挥各自的作用。因此，让调查工作人员能在整个系统中充分发挥各自作用，就需要综合考虑责任分工与信息安全，合理设计多层次角色，分配相应的权限。

第五，手持采集终端需要支持无盲区的空间导航功能。需要缩放、平移、空间选择等基本地图操作与列表查看两种方式来查找遥感样本；结合使用遥感地图与卫星定位信息判断样本方位，综合路网与遥感信息两种导航方式快速定位并到达目的地，并提供空间量算的功能以预测路程成本，以降低调查工作在行程上的成本消耗。

最后，手持采集终端需要多维度的信息采集手段。支持遥感样本内自然地块的增改工作；支持使用GPS或屏幕手绘来勾画地块；支持分割、修改自然地块边线节点的功能；支持样本内地块属性填报、地块实景拍照的功能，并且动态关联照片、样本内作物种植情况、空间位置等信息；针对不同调查对象的特性设计分类别多层次的调查指标组。

2 系统设计

2.1 系统技术架构

2.1.1 系统逻辑结构 依据遥感抽样野外调查的需求分析，本研究将整个平台归纳为3个部分内容：业务平台、数据展示和野外调查。业务平台主要面向业务应用和野外调查提供数据支持，以及监督整个业务的运行状态，业务平台也为国家、省、县各用户根据其职能不同，提供不同功能权限的账户，各司其职。数据展示提供了多种信息筛选的手段，支持空间、时间维度的调查成果展现。野外调查主要为业务应用提供实地样本信息支持，基于数据与样本支持遥感统计调查业务应用，同时，将业务生产过程中的数据提交给后台统一管理。

为了系统健壮，减少数据冗余，提高数据同步的功效，本系统将业务平台与数据展示两部分进行整合，用户在一个系统中可以无缝的使用两部分功能；而野外调查系统以移动终端为平台设计，为调查员进行外业调查工作提供现代化的调查手段。

图2 野外调查系统技术架构图Fig. 2 Technical framework of fi eld investigation system

2.1.2 系统技术结构 考虑系统的可靠性、易用性和业务化应用的需求，本系统设计为系统平台、技术支撑、功能组件、解决方案4层架构（图2）。其中，系统平台是开发环境的系统基础，包括用户提供的操作系统，数据库软件，J2EE框架。技术支撑为依托统计部门现有的空间基础平台软件的框架，集成ArcGIS、SRS、GDAL等功能强大、成熟稳定的空间新型平台，构建空间数据的处理与分析功能；集成IDL、ERDAS、ENVI等商业数字影像处理软件构建遥感数据处理工作模块；在报表定制系统的基础上，结合SIMS系统的业务结构与功能设计，融入EXCEL、SPSS等软件成熟的统计业务功能构建业务系统的统计功能模块。功能组件是根据整个遥感抽样业务提供的4大类共17个相互独立的业务功能模块，每个模块针对农业统计工作中的具体工作内容，各模块独自完成其所负责的任务，同时模块间协同完成某一专题的业务工作；17个模块作为业务应用系统构建的基础，通过模块间重组与模块内扩展的方式为业务的灵活搭建和功能扩展需求提供了技术架构基础。具体解决方案为结合农业统计业务的特点，在功能组件的支撑下，为各角色的工作人员搭建专属的工作平台。业务定制子系统是专业子系统的构建平台，实现了业务的灵活搭建与业务的扩展。4个专业调查子系统针对遥感统计野外调查业务流程分别制定，为各专业提供符合自身特点的工作环境，例如，县级调查子系统（小型工作站）针对县级调查部门工作内容结构单一、工程量大的特点提供任务接收处理的平台。

2.2 数据库设计

2.2.1 整体数据库构建 基于遥感统计业务的数据种类繁多、时间序列长、空间分布广、信息量巨大且积累速度快。因此，规范化的建库方法和标准化的建设流程，以及先进的存储技术和严谨的质量控制都是保证建设合理、适用的数据库的前提条件，是支撑野外调查业务顺利进行的条件，也是开展基于高分辨率遥感数据的国家统计业务化应用的基础。因此，本系统在国家统计部门现有的基础地理数据库、遥感影像数据库、统计专题数据库、现场采集数据库及元数据库设计的基础上，融合基于遥感抽样的农作物种植面积测量野外调查业务的数据库需求，进一步设计并建立统计遥感地理空间信息资源目录，建立信息分类框架，包括：统计遥感地理空间信息资源目录、基础地理数据库、遥感底图数据库、多分辨率背景底图数据库、现势遥感影像数据库、统计制度资料数据库、统计数据资料库等。这些系统数据库的建设不仅仅是针对野外调查系统，也是针对遥感统计调查的整个应用系统，具体建设内容包括：适用范围、引用标准、技术术语定义/解释、编码命名规则、元数据标准、文档格式、数据库建设流程、数据质量控制、数据库交汇等。

2.2.2 野外调查系统数据结构 野外调查任务以任务包的形式发布，其中包括样本信息、调查指标、调查必备的遥感影像与辅助数据；调查成果中包括矢量数据，属性数据，实际拍摄的照片等。为了方便后续的展示及面积推算工作，调查系统最终的输出成果必须使用数据库定义的标准化通用数据格式。

矢量数据支持Shape fi le格式，包括来自公共基础数据中的基础地理数据及农作物野外调查中采集登记的地块、自然地块、抽样框及样本数据面积抽样框、样本村、耕地单位区抽样框、耕地样本单位区、样本格网、野外采集数据采集的样方等。栅格数据支持GeoTIFF 格式，主要来自于农作物调查中的遥感影像数据、多时相中分影像数据、多时相高分数据以及遥感测量的结果数据（如农作物空间分布图）等。表格数据支持dBase格式，农业统计的各业务的每个环节，都包含有记录了各个调查对象的面积、长势、产量和价格等信息的属性数据，这些属性数据是调查结果的主要载体，也是调查工作中最重要的组成部分。图片数据支持JPEG格式，主要是调查过程中采集的调查对象现势图片，记录调查对象的一些辅助信息，为野外调查提供更丰富的信息维度，证明调查数据的客观性。

后台的数据管理是调查工作进行的核心，调查任务数据及元数据的管理十分重要，需要建立基于调查任务元数据的管理体系，建立调查任务数据库。因此，本系统将野外调查的数据分为三类管理：统计制度要素、高分遥感数据与基础要素数据、调查成果数据。三者相互关系见图3所示。

统计制度要素：在统计制度中“指标”规定“对象”的具体调查内容项，指标通过分组的形式组织管理，对象采用分类目录的方式管理；公式作为检验各个对象指标间是否符合业务规范与调查要求；基础表定义具体的调查工作内容与工作方式，综合表指定了某个主题全部调查成果的组织方式；抽样模型提供抽样调查所需要的模型算法参考；专业的方式管理表式为各专业提供专属的统计制度视图。

高分遥感数据与基础要素：包括直接收集高分遥感数据等原始资料；通过标准化、分析处理等操作组织的抽样框数据；抽选的样本数据等。

调查成果数据：现阶段主要针对农作物调查、遥感调查成果中的地块信息等调查成果空间数据以空间数据库方式单独存储，而非空间信息制定以作物、调查期为专题框架的数据组织方式，为遥感统计调查的成果数据建立分目录的存储空间，保证调查数据的顺利录入，支持调查成果的快捷精确提取。

2.3 系统功能设计

2.3.1 总体功能 野外调查系统主要由任务管理与进度监控子系统、遥感样本采集数据展示查询子系统、野外调查实施数据采集子系统、任务包定制工具、系统管理5个组成部分，其中任务管理与进度监控一体化平台、遥感样本采集数据展示查询系统、任务包定制工具共同集成为农业统计调查系统（服务器端），野外调查实施数据采集系统则为相对独立的手持终端采集平台。系统管理则是两个终端系统均有的基本管理功能系统。

图3 野外调查系统数据库架构Fig. 3 Database structure of fi eld investigation system

农业统计调查系统采用B/S结构。其中，任务管理与进度监控子系统是野外调查任务封装、入库、管理、发布，监控各地调查工作的进展情况，实时追踪掌控遥感调查的状态、样本内信息的收集情况、直接下达指令指导调查员的工作等主要工具，为整个遥感样本调查工作提供业务流程化与一体化的管理。此外，该子系统针对县域内调查工作一般会进一步细分的业务需求，以小型工作站搭载有限权限的任务管理与进度监控一体化平台为县域调查任务的进一步细分，任务分配、成果反馈与整合，成果上报等工作提供中转的功能，同时亦可作为移动采集终端与任务管理平台的一个信息数据中转站。而遥感样本采集数据展示查询子系统以覆盖全部样本区的中高分历史影像作为底图，将遥感调查样本、指标调查值、实拍图像信息定位在地图上，支持对省、县内各作物调查指标的分级查看；支持县域内格网、遥感样本的空间分布展示，可从地图上提取小格网内包含的作物播种、生长、产量等指标信息，交互式查看现场拍摄的实景照片，支持遥感分析员在线修整地块种植信息等。

任务包制定工具是将调查指标数字化、模板化的工具，管理员可以用此工具将统计调查制度中的各指标数字化，定制业务模板。遥感数据制作人员用此工具将标准化过的遥感样本、中高分辨率的遥感影像与基础地理数据分配封装并批量制作调查任务包。

手持终端采集平台作为调查员野外勘测调查的基本工具，提供定位导航、数据采集、任务管理、地图查看、空间量测、数据上报功能，满足户外寻找调查对象点位、实地调查采集信息回传上报的要求，作为野外调查系统的核心，将在后文重点介绍。

系统管理提供用户管理、部门管理、权限管理、日志管理、业务统计分析、平台监控、审核管理等信息系统的基本功能操作。平台的注册用户必须经过管理员审核通过后，才能获得访问操作平台的资源。通过日志管理、业务统计分析等，可以获知系统的访问和运行情况，并进行分析，评价系统的整体性能等。

2.3.2 手持（移动）终端采集平台功能设计 手持终端采集平台作为调查员野外勘测调查的基本工具，根据野外调查业务实际操作需求，提供定位导航、数据采集、任务管理、地图查看、空间量测、数据上报等功能（图4），满足户外寻找调查对象点位、实地调查采集信息回传上报的要求。

账户管理：手持终端的账户权限与任务管理平台同步，对不同用户提供不同的功能权限与数据访问权限，用户必须登录才能开展调查工作。首先，移动终端会离线保存（不是缓存）用户的信息，与服务器端内容相同，当连接到服务器时与服务器同步；一台移动终端会有多个任务包，多个用户，每个用户只可以看到自己工作范围内的任务包，不可以查看其它人的任务包。其次，账户登录提供用户验证机制，需要用户输入“用户名”与“密码”，用户点击“登录”后，当无法连接服务器时，通过本地保存的用户表进行验证，通过验证的可以进入任务包管理相关页面，且仅可查看本人权限内的任务包；不存在的账户，提示用户“您尚未注册，无查看权限，请联系管理员”，存在但未通过验证的用户提示“密码不正确，请联系管理员”。

图4 手持（移动）终端采集平台功能划分Fig. 4 Function division of handheld (mobile) terminal acquisition platform

任务选择： 每个任务包内会有一个配置文件说明本任务包的调查工作所属的“调查期、表、范围”，并提供“调查期、表、范围”三级别的选择；通过验证的用户，在连接服务器时，可以浏览自己能够下载的任务包，并有选择的下载任务包，更新本地的任务包。因任务包内包括4个部分主要内容：底图包、调查对象、制度包、调查包，所以，更新任务包时，用户可有选择地更新某一个或几个。

选择目标：提供多级列表，允许用户逐层选择调查目标（样本或农户），各级目录的label与主键通过配置文件控制；提供多层次的地图信息。在地图上，用户从大尺度开始，通过点选钻取的方式，逐级选择更小的目标；地图上各对象的渲染方式与Label通过配置文件管理。

导航模块： 该功能首先兼容移动终端地图服务（如高德地图），但在离线导航时需要少许流量，从网络获取行进路线，一般在WIFI环境下用户可以自己选择下载调查目标区域范围的离线地图服务导航包。另外，还设计增加了“遥感图+直线定位导航”，以遥感影像作为底图，在调查目标与“我”之间绘制一条直线，提示目标方位、直线距离、行进速度、行进方向、当前位置等信息，并实时刷新。当到达目标附近，与目标间距离小于预设值时，提示用户到达目标附近，并允许用户直接进入“统计综合填报”页面。地图服务导航与“遥感图+直线定位导航”间具有良好的衔接，启动导航功能后，首先启用移动终端地图服务导航；在地图服务结束后，若与目标的距离仍在预设距离外，则自动转换为“遥感图+直线定位导航”。

综合填报：包括空间数据、属性数据以及图像数据。用户在调查每个样本时，软件系统会读取制度包中的配置文件，自动创建一个综合填报页面。首先是对象（小地块、农户）列表，主要为样本内的细分对象列表。系统设计为可定制的对象列表，读取制度包中的配置文件，解析后确定要显示哪个字段、标签为何；选中某个对象后可以自动弹出“属性填报表单”；并且提供删除已有记录和添加新记录的功能。第二，为了提供客观的作物种植信息辅助材料，该模块还提供多张图片的拍摄功能，主要根据制度包中照片数量的要求，软件系统动态创建能拍摄多张照片的界面，并提供多张照片缩略图的浏览功能；允许删除拍过的照片；每张照片拍摄完成后必须要求用户录入照片标签，标签的录入方式提供“键盘输入”与“枚举选择”两种，根据配置文件信息，动态创建录入方式，而拍摄时间及用户关心的填报信息可选择性的在照片上打水印记录。第三，地块作物种植的属性信息是野外调查的关键，因此属性填报的表单功能必不可少。这一过程中，软件系统会读取制度包中的配置文件，解析出定制的指标、填报方式，由程序动态的创建填报页面，提供填报信息的保存功能、删除已有属性的功能，指标的填报方式与实际调查数据分开管理。目前设计支持键盘输入、自动计算多边形面积、自动计算多边形周长、通过GPS获取位置、通过图上选点获取位置、直接记录调查对象中心点位置、预设枚举列表选择、拍照、录音等采集功能。第四，特殊情况下，因为任务包处理误差，调查样本可能存在无法实施数据采集的情况，因此，需要在其附近进行新样本地块的现场采集，主要是现场选择并勾画、保存新样本地块的空间形状，以完成样本的调查。此外，我国灵活且复杂的种植制度下，地块修改编辑则必不可少，所以小地块分割、已有地块形状修改应运而生，前者将已有地块一分二，保存新的两个地块，并删除原有地块，原地块的属性信息赋值给两个新地块；后者主要实现地块形状的节点编辑，保存地块的空间形状。

辅助功能：主要包括调查状态监控、实时定位以及轨迹记录。调查状态监控首先要实时记录调查状态，统计每个任务包内已经调查完成的样本数量，每个样本的调查状态；其次要上传调查状态，在能够连接到服务器时，以1 h为周期，周期性的向服务器提交调查状态信息。实时定位则通过系统接口，实时获取设备当前的位置，并以预设时间为周期触发界面上“我”位置的刷新，显示设备所在位置的经纬度、海拔、前进方向等信息。

结果上传：以任务包内调查对象为单位将“调查包”数据上传。图像、视频等消耗流量的数据目前设计只能在WIFI环境下上传，3G/4G环境下只能上传非富媒体的填报信息；同样的数据不允许重复上传（修改过的数据可以重新上传，服务器通过时间戳进行版本管理）。

手持终端采集平台作为野外调查系统的核心，其外部接口关系如图5所示。任务包制作工具将源数据按照业务需求制作成不同调查类型的任务包；后台服务器在需要更新或下载新的任务包时通过网络请求将下载地址等传给移动端，而移动端在登录验证时通过网络接口上传用户名密码至服务器，并在调查完成后通过网络请求将结果上传；移动端可将调查完成的成果导出至本地小型工作站，小型工作站可实现本地调查任务包管理及结果的显示并将已调查的成果通过小型工作站进行处理反馈给移动端；移动端实时记录调查状态，在成果上传时通过网络请求将调查状态一并上传，调查监控系统通过调查状态、调查对象ID实现调查进度的监控。

图5 移动终端采集平台外部接口Fig. 5 Mobile terminal acquisition platform external interface

3 野外调查系统的开发及应用

3.1 系统的开发

基于遥感抽样的野外调查系统为多平台相互配合的数据采集系统。其中，为满足遥感统计调查计算复杂、占用资源多的需求，系统服务器分为应用服务器与数据服务器，设计配置4台应用服务器与2台数据服务器（参数要求CPU12核心（24线程）、主频3.0 GH以上；主板4U主板；内存为4 G以上DDR3；硬盘：500 TB以上；网络：1 Gbps 以 上 ）， 以 Windows Server 2008 R2 64bit、ORACLE11g+PostgreSQL平台，基于3S技术主要利用JAVA开发，实现了业务与数据展示的所有功能模块。野外采集系统以Android内核版本的手机、平板为平台，基于移动3S技术，同样利用JAVA进行开发，实现了野外采集终端的全部功能模块。

其主要特点有：系统能够根据需要，灵活加载地图服务、基础地理数据及任务包中的样方遥感数据；开发实现了离线调查，避免了网络环境变化对调查进度的影响；遥感样本外业调查应用涉及到大量图片拍摄和空间图形存储，需要一定的存储容量作为保障，采集App支持32G/64G外置TF卡作为存储对象；在2G、3G、4G、WIFI信号良好的情况下，可以在线访问调查系统后台服务获取任务及相关数据，并上传调查信息；为满足定位精度与时效性，系统支持北斗与GPS双模导航，并实现了地图导航服务（如高德、百度等）与系统“遥感图+直线定位导航”功能的衔接转换。

3.2 系统运行

野外调查系统业务与数据展示平台登陆后的局部功能菜单页面显示如图6，右上部分为流程制定、任务管理、任务监控、资管配置、日志管理等任务管理与进度监控功能菜单，左下为任务监控菜单下的查询、图表、进度三大任务监控子功能菜单。一般该平台中通过任务管理创建具体的调查任务，并将任务下发给作业单位，作业人员通过手持终端登陆野外调查软件可以将任务进行下载，下载后作业人员可以直接进行外业的数据采集工作（图7）。野外采集工作完成后可通过中转管理系统对数据进行整理，上传管理中心提交数据。

各个调查任务作业过程中PC端可以对任务进展情况进行监督，发布催报命令，并实时对调查任务进行管理（图8）。

3.3 系统的应用

图6 农业统计野外调查系统PC端功能菜单展示Fig. 6 Agricultural statistics fi eld investigation system PC terminal function menu display

图7 移动端野外调查系统数据采集Fig. 7 Data acquisition by mobile terminal fi eld survey system

图8 野外调查任务管理Fig. 8 Field investigation tasks management

基于遥感抽样的农作物种植面积测量野外调查系统作为遥感抽样调查的基本工具，自2011年第一版开发完成，通过国家统计部门的部署，先后在江苏、湖北、广东、北京、内蒙古、辽宁、浙江、新疆等省（市、自治区）的主要农作物（玉米、小麦、水稻、棉花等）种植面积遥感测量开展了示范及推广应用，并针对示范及推广应用中出现的问题进行了不断改进，取得了良好效果。目前，移动端采集平台通过集成农业统计外业调查流程，实现了自动/半自动化交互式录入样方农作物种植信息，相比传统野外调查方式，作业效率提高了30倍，且数据采集的各项技术指标经验证完全达到国家统计调查体系的要求。2015年通过第三次全国农业普查农作物面积遥感测量的成功试点应用，2016年基于遥感抽样的农作物种植面积测量野外调查系统已广泛应用到31个省区和1 100个粮食大县及第三次全国农业普查农作物面积遥感测量工作中。

在广泛推广应用的同时，考虑不同用户的调查需求，手持（移动）终端目前已经划分为专业版、简化版。专业版适于“三防”工业级PDA，该系统已成为作业人员农作物种植信息调查的标配，全国已配备4 000多套，累计完成约24 000个村、120 000个样方的调查，一个作物生长季内调查面积约达48万hm2。简化版适用于安卓系统手机，全国约10万基层农调人员均已安装使用，不但降低了高额的硬件成本，同时农业统计人员可以做到随时、随地采集外业数据。

根据国家统计调查业务部门的统一部署，2017年有23个省份将主要农作物面积遥感统计调查纳入常规业务，这意味着农作物遥感抽样野外调查已进入了全国农业统计调查的业务化运行体系，并将会继续为我国统计调查业务服务。

4 结论

本研究设计的基于遥感抽样的农作物种植面积测量野外调查系统以遥感等空间信息技术为支撑，针对统计调查业务，综合多源高分辨率实时影像与基础地理数据作为采集参考信息，首先，能够为农作物种植面积测量野外调查任务的定制分发、调查进度监控、调查数据审核与管理提供支撑服务，为野外调查工作提供定位、导航、采集的空间一体化信息采集手段；其次，能够为野外调查的任务包及相关辅助数据的发布、调查成果的上报等建立工作环境；此外，还能够为野外调查作业小组内的工程任务管理提供辅助支持。经不断地推广实践应用表明，该系统能够帮助野外调查人员高效地完成调查工作，显著提升了我国农作物种植面积测量野外调查工作的效率，为国家统计事业及国家经济建设发展提供了可靠的技术支撑和保障。

随着空间信息技术与计算机互联网技术及其产业的不断改革与发展，特别是“天—空—地”多层级遥感技术的发展、海量遥感数据的投入应用及人工智能的逐渐兴起，基于遥感抽样的农作物种植面积测量技术也在不断改进，野外调查系统在全国部署并进行业务化应用后的系统维护与升级将会迎来挑战。因此，采用新技术，不断维护并升级该系统，使其更简单易用、更智能化，以适应未来技术的发展和农业统计野外调查业务的新需求则是该系统研究进一步需要关注的焦点。

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