（农业电气化与自动化专业论文）基于tdscdma技术的干旱预警系统研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塑耋堡盔些盘堂或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 杏绦 签字日期： 勿 年月e l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塑兰垦盔些盘堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权塑兰堡垒些盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：杏露 签字日期：知，f 年月z 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师躲j ( 纠蹲 签字日期：如i f 年二月e t 电话： 邮编： 摘要 删 y 1 8 9 i ：；i ； 岑艿。 在最近的几十年中，我国很多地区都发生过不同程度的干旱或旱灾，其造成的影 响和损失也是有逐年递增的趋势。干旱不仅对农业减产、食物短缺造成直接影响，而 且对土地资源、水资源和生态环境等的破坏是具有持续性的，严重制约了农业的可持 续发展，而我国在这方面的预测预报主要依靠传统技术和经验，预测准确率较低，对 生态环境和农作物质量产量也造成了一定的影响。因此，运用各种农业信息技术，逐 步建立完善的农业灾害预测预报系统势在必行，有效地预防和减轻干旱灾害的发生是 我国乃至全世界的重要课题之一。 在全面了解干旱灾害的本质、成因和发生规律等的前提下，本文在介绍农业干旱 指标、农业信息技术发展、专家系统及g p s 技术在农业中的应用基础上，通过对系 统的总体设计，数据库设计，结合数据融合技术、专家系统和模糊逻辑等方法，以农 作物的干旱预测为研究目标，依托信息技术，结合干旱信息采集技术、g p s 技术等信 息技术手段，预测出该地区农业生产环境的干旱情况和干旱灾害发生发展的趋势。 本研究主要是应用t d 终端和相应的传感器实现数据采集，包括空气温湿度、土 壤温湿度等：将采集到的数据由t d 模块通过t d s c d m a 技术传输到上位机：应用 上位机的监测系统进行数据分析、决策等。监测系统的主要开发软件环境为m i c r o s o f t v i s u a ls t u d i o2 0 0 8 ，数据库管理系统采用s q ls e r v e r2 0 0 5 , 数据分析中应用了数据融 合技术等方法；最后把分析结果通过t d s c d m a 传输技术下发到农户手机或网站上。 本文得到以下几点结论： ( 1 ) 充分利用数据库技术，实现对大量监测数据、基本数据以及气象数据的分 类存储，有利于数据的集中管理。 ( 2 ) 通过t d s c d m a 技术进行无线通信，打破了时间和空间的限制，并应用 计算机网络技术，使用户可以随时随地进行农业干旱灾害的咨询、预测。 ( 3 ) 实现了数据融合技术、模糊逻辑算法、无线传输技术、数据库技术和网络 技术的集成，提高了系统数据的共享性。 ( 4 ) 系统采用了目前流行的n e t 技术和c # 编程语言进行系统的开发，有良好的 应用前景，并为系统的扩展提供了较大的空间。 关键词：t d s c d m a ；数据融合技术；干旱预测；模糊逻辑 r e s e a r c ho fd r o u g h te a r 母w a r n i n gs y s t e mb a s e do i lt h et e c h n o l o g yo ft d s c d m a a u t h o r ：l ik a n g s u p e r v i s o r ：p r o f r e nz h e n h u i m a j o r ：a g r i c u l t u r a le l e c t r i f i c a t i o na n d a u t o m a t i o n a b s t r a c t i nr e c e n td e c a d e s ，m a n ya r e a so fo u rc o u n t r yh a v eh a p p e n e dd i f f e r e n td e g r e e so f d r o u g h to rd r o u g h t s ，i t si m p a c ta n dl o s sa r em o r ea n dm o r ey e a rb yy e a r n o to n l yf o r a g r i c u l t u r a ly i e l d s ，d r o u g h tf o o ds h o r t a g e ，a n da l s oa d i r e c ti m p a c to nl a n dr e s o u r c e s ，s u c h a sw a t e rr e s o u r c e sa n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n ti st h ed e s t r u c t i o no fc o n t i n u i t y , w h i c h s e r i o u s l yr e s t r i c tt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fo u rc o u n t r y a n do u rc o u n t r yi nt h i s p r e d i c t i o nr e l i e sm a i n l yo nt h et r a d i t i o n a lt e c h n o l o g ya n de x p e r i e n c e ，p r e d i c ta c c u r a c y ， l o wq u a l i t yo fe c o l o g i c a le n v i r o n m e n ta n dc r o py i e l da l s oc r e a t e sc e r t a i ne f f e c t t h e r e f o r e ， u s ea l ls o r t so fa g r i c u l u - a li n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ，a n dg r a d u a l l ye s t a b l i s hap e r f e c t a g r i c u l t u r a ld i s a s t e rf o r e c a s t i n gs y s t e mi si m p e r a t i v e t h e r e f o r e ，e f f e c t i v e l yp r e v e n ta n d r e d u c et h eo c c u r r e n c eo fd r o u g h td i s a s t e r si nc h i n ai so n eo ft h ei m p o r t a n tt o p i c si na n d a r o u n dt h ew o r l d b e f o r ec o m p r e h e n s i v eu n d e r s t a n d i n go ft h ed r o u g h td i s a s t e r si nn a t u r e ，c a u s e sa n d d i s c i p l i n a r i a nu n d e rt h ep r e m i s eo fs u c ha s ，t h i sa r t i c l e f i r s ti n 缸o d u c e st h ea g r i c u l t u r a l d r o u g h ti n d e x ，t h ea g r i c u l t u r ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t ，e x p e r ts y s t e ma n d t h e a p p l i c a t i o no fg p st e c h n o l o g yi na g r i c u l t u r e ，t h r o u g ht h ed e s i g no ft h ew h o l es y s t e m , d a t a b a s ed e s i g n , d a t af u s i o nt e c h n o l o g ya n dr e l a t e dc a l c u l a t i o nm e t h o d , e t c ，i no r d e rt o c r o pd r o u g h tf o r e c a s tf o rr e s e a r c ht a r g e t , r e l yo ni n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n di n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e m , c o m b i n i n gd r o u g h t i n f o r m a t i o nc o l l e c t i o n t e c h n o l o g y , g p s t e c h n o l o g y ，i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ym e a n s ，t or e f l e c tt h ea r e ao fa g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o n e n v k o n m e n td r o u g h tc o n d i t i o n sa n dt h ed e v e l o p m e n t 臼i e n do fd r o u g h td i s a s t e r t h i sr e s e a r c hm a i n l yi st h ea p p l i c a t i o no ft dt e r m i n a la n dt h ec o r r e s p o n d i n gs e n s o r s t oc o l l e c td a t a , i n c l u d i n ga i rt e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t y , s o i lt e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t ye r e d a t a ；t h ec o l l e c t e dt h ed a t aa g a i nb yt d m o d u l et h r o u g ht d - s c d m at e c h n o l o g yt r a n s f e r t os u p e r i o rm a c h i n e ；a p p l i c a t i o np cm o n i t o r i n gs y s t e mf o rd a t aa n a l y s i s ，d e c i s i o nm a k i n g , m o n i t o rs y s t e mm a i n l yd e v e l o p i n gs o f t w a r ee n v i r o n m e n tf o rm i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o2 0 0 8 ， d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e mu s e ss q ls e r v e r2 0 0 5 ，d a t aa n a l y s i s d a t af u s i o n t e c h n o l o g ya p p l i c a t i o na n a l y s i sm e t h o d ；f i n a l l yt h ea n a l y s i sr e s u l t st h r o u g ht d - s c d m a t r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g yi ss e n tt of a r m e r sp h o n eo rw e bs i t e t h r o u g ht h e s es t u d i e s ，g e tt h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： ( 1 ) m ss t u d ym a k ef u l lu s e o fd a t a b a s et e c h n o l o g y ，t oal o to f m o n i t o r i n gd a t a , b a s i c d a t aa sw e l la st h em e t e o r o l o g i c a ld a t as t o r a g e ，b eh e l p f u lf o rd a t ac l a s s i f i c a t i o nc e n t r a l i z e d m m m g e m e n l ，( 2 7 攀3 5 砌yt l l r o u g h t h et d s c d m at e c h n 0 1 0 9 yf o rw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o m 啪k e 此l i n l i 。e db yt i m ea n ds p a c e ，a n dt h ea p p l i c a t i o no f c o m p u t e rn 咖，0 r kt e c h n o l o 二 璐e ? c ? 的d o n e a n y w h e r ea n da n y t i m ea g r i c u l t u r a ld r o u g h td i s a s t e ri nc o n s u l t a t i o n a n “d p r e c t l c u o m ( 3 ) n 洲e v e d a t af u s i o nt e c h n o l o g y , f u z z yl o g i ca l g o r i t h m , w i r e l e s s 咖s 凼i o n 钯c 蛔0 1 粤d 拖b 蹴t e c h n o l o g ya n dn e t w o r kt e c h n o l o g yi n t e g r a f i o n ，a n di m p r o v em e s y s t e m d a t as h a r i n g 。( 4 ) n e l e a d i n gs y s 姗h 於妣l m o l o g y u s i n gt h ec u r r e n t p o p u l a r i i e tt e c l l l l 0 1 0 9 ya n d ：撑p 咖i n gl 觚g u a g e f o rs y s t e md e v e l o p m e n t , h a v eg o o da p p l i c a t i o np r o s p e i a i l d k 州。r d s ：t d s c d m a ；d a t af u s i o nt e e h n 。1 。g y ；d r o u g h tp r e d i c t i o n s ；f 叼l 。西c 目录 l 绪论l 1 1 课题研究的背景及意义l 1 2 国内外研究现状5 1 2 1 国外研究现状5 1 2 2 国内研究现状6 1 3 论文的研究目的和主要内容7 1 4 论文的内容安排8 1 5 本章小结8 2 系统总体分析设计9 2 1 系统需求分析9 2 1 1 系统需求分析简介9 2 1 2 农业信息的特点9 2 1 3 本研究监测系统需求分析l o 2 2 系统总体框架设计1o 2 2 1 系统设计原则1 0 2 2 2 系统整体架构1 l 2 3 系统功能分析1 3 2 3 1 系统前台1 3 2 3 2 数据信息处理模块l3 2 3 3 干旱预防分析模块1 4 2 3 4 网络通讯模块。1 4 2 3 5 干旱预测信息发布模块1 4 2 3 6 历史数据查询分析模块1 4 2 3 7 后台管理模块1 4 2 4t d 终端的选取与软件设计15 2 4 1t i ) 终端的选取1 6 2 4 2t d 终端的功能分析。1 7 2 5 本章小结1 9 3 系统相关理论与数据库设计2 0 3 11 f 1 ) - s c d m a 技术2 0 3 1 1t d s c d m a 技术简介2 0 3 1 2t d s c d m a 技术与其它3 g 技术相比的优势2 0 3 1 3t 口s c d m a 技术与g s m 和g p i 峪技术相比的优势2 1 3 2 开发环境v i s u a ls t u d i o2 0 0 8 介绍2 2 3 3 数据库设计2 4 3 3 1 数据库设计的步骤。2 4 3 3 2 数据库逻辑结构设计2 5 3 4 本章小结2 8 4 系统数据分析方法2 9 4 1 数据融合。2 9 4 1 1 数据融合原理概述山2 9 4 1 2 数据融合的层次2 9 4 1 3 数据融合系统的构成3 0 4 2 专家系统在数据融合中的应用3 l 4 3 数据融合方法3 2 4 4 应用专家系统的推理机制3 4 4 5 本章小结3 6 5 系统的实现3 7 5 1 系统主界面3 7 5 2 历史数据查询3 7 5 3 信息采集。3 8 5 4 预测信息3 8 5 5 干旱常识4 0 5 6 管理员平台4 0 5 7 本章小结。4 l 6 结论与展望。4 2 6 1 结论4 2 6 2 展望4 2 参考文献4 3 在读期间发表的学术论文4 7 作者简介。4 8 致谢4 9 一 基于t d s c d 姒技术的干旱预警系统研究 1 1 课题研究的背景及意义 1 绪论 我国是一个地理条件复杂、地域广阔、人口众多的发展中农业大国，农业经济比 较落后，生态基础比较脆弱，承受灾害能力较弱，农业生产常遭受灾害的侵扰，是世 界上农业自然灾害最严重的国家之一。农业灾害不仅在过去和现在给我国农业生产造 成了巨大损失，而且随着生态环境的进一步恶化，农业灾害发生的频率和造成的损失 也逐渐加大。近几年来，我国农业自然灾害在逐年加剧，为保证农业的可持续发展， 提高灾害监测的技术水平，特别是运用信息技术，逐步建立一套比较完善的农业灾害 预警系统势在必行。 我国自然灾害的基本特点主要有以下四个方面：一是灾害的种类比较多，所有的 自然灾害在我国都存在，火山除外，其中洪涝灾害、干旱和地震较频繁；二是灾害发 生的地域很广，我国有7 0 以上的城市和5 0 的人口均受到干旱、地震、洪涝、海 洋等灾害的威胁；三是灾害发生的频率比较高，受季风性气候的影响，一些主要的气 候灾害，尤其是区域的干旱灾害和洪涝灾害很严重，基本上每年都有发生，还有就是 我国处在太平洋、亚欧、印度洋板块的交汇地带，地震经常发生，就像2 0 1 0 年的玉 树地震，被专家们解读为印度洋板块和欧亚板块相互作用的结果。四是灾害的损失经 常是非常严重的m 。 灾害的种类主要包括：地质灾害、气象灾害和病虫灾害。地质灾害是指在自然或 者人为因素的作用下形成的，对环境造成损失和破坏的地质现象，如滑坡、泥石流、 崩塌、地裂缝、地面沉降、地面塌陷、岩爆、坑道突水、突泥、黄土湿陷、岩土膨胀、 砂土液化、土地冻融、水土流失、土地沙漠化及沼泽化、土壤盐碱化等现象。气象灾 害包括天气灾害、气候灾害和气象次生、衍生灾害，如台风( 热带风暴、强热带风暴) 、 暴雨、暴雪、雷暴、冰雹、大风、沙尘、龙卷风、大雾、高温、低温、连阴雨、冻雨、 霜冻、结( 积) 冰、寒潮、干旱、干热风、热浪、洪涝、积涝等因素造成的灾害。病 虫灾害是病害和虫害的合称，包括作物感染的病虫鼠害、有害植物的侵入，以及能够 破坏农业生态系统能量交换、物质循环和信息传递的有序状态。 农作物是人类必不可少的可再生资源，为人类提供着生活的必需品。然而，农业 灾害的发生必然会对粮食造成不可估量的质量和产量的损失。我国北方的旱灾是农业 灾害中最严重的气象灾害，其发生范围最广、频率最高、灾情及影响最为严重。干旱 灾害在我国频繁发生，对社会经济有着严重的威胁，历年的各次大早都对国民经济造 成了巨大的影响，且随着经济的发展和人口的增长，旱灾造成的损失也愈来愈大，对 环境也造成了越来越严重的后果，但是，受科学技术以及财力物力等因素的限制，人 类很难准确掌握自然规律。2 0 0 9 年，我国耕地受旱面积为2 7 6 亿亩，农作物成灾面 积达1 3 6 亿亩，其中遭受重灾的为3 9 8 1 万亩，干枯3 9 4 万亩，并且有3 4 6 万人和1 6 6 1 一 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 万头大牲畜因旱灾发生饮水困难。据相关统计，每年因旱灾减产粮食平均达1 0 0 亿一 1 5 0 亿公斤乜】。因此，及时的预报防治农业干旱灾害，对我国经济的发展有着不可估 量的作用。 农业干旱指标是对农业干旱评价的一个标准，干旱发生的强度可以依据这个标准 作出定量评价，但是由于农业干旱的发生有着极其复杂的机理，农业干旱是受到各种 自然因素如降水、温度、地形等的影响，也受到人为因素的影响，如农作物的布局、 作物的品种和生长状况等因素，所以农业干旱指标一定要涉及到与大气、作物、土壤 相关的因子。因此，农业干旱指标可以定义为以农作物体内水分状况、土壤水分状况、 植物冠层温度状况以及综合考虑植物、土壤、大气各种作用因素的一类干旱指标嘲。 其大致可分为以下四类。 ( 1 ) 降水量指标 农田水分的主要来源是自然降水，而自然降水是影响干旱的第一要素，尤其是对 地下水位比较深、无灌溉条件的地区而言降水则是其唯一的水分来源。一般是某地的 某一时段( 农作物的一个生长周期、某一个生长段、年、季、月、旬、周或者规定的 天数内) 降雨量( 观测值或预报值) 与该地区该时段内的多年平均降雨量比较之后确定 的旱涝指标，它是一种反映时段内降雨量与多年平均值平均降雨量相对多少的一种定 量指标，可以比较直观地反映出时段内降雨量与多年平均值的相对多少，且能大致反 映出干旱的发生趋势，但是不能直接表示农作物遭受干旱影响的程度。由于这类指标 资料容易获取、计算较简单、直观明了，是目前一种最常用、最有效的农作物干旱评 价指标之一，在农业生产的应用中比较广泛。比较常用的指标评定有降水距平( 百分 率) 、无雨日数及百分比法等。下面以降水距平百分率为例，表达式如下： r 一， k = 1 0 0 ( 1 - 1 ) f 式中：，为某年某时段的降水量，f 为该时段多年平均降雨量。 ( 2 ) 土壤水分指标 农作物的水分供应主要来自于土壤，土壤水分含量的多少对农作物的生长发育有 着直接的影响，当土壤中的水分含量降低到一定程度时农作物就会出现一定程度的旱 象。或者说，农业干旱的关键是土壤水分的亏缺状况( 目前普遍认为当土壤的相对 含水量小于4 0 时，农作物受旱严重；当土壤的相对含水量在4 0 6 0 之间时，农 作物呈现旱象；当土壤的相对含水量处于6 0 8 0 时为农作物生长适宜含水量聆1 ) ， 因此利用土壤水分来表示农作物遭受的干旱胁迫程度是最古老且也是行之有效、简单 易行的方法。特别是随着现代农业信息化测试手段的不断发展，测定土壤水分可选择 的方法也越来越多，例如中子仪法、时域反射法( t i m ed o m a i nr e f l e c t o m e t e r ，t d r ) 、 负压计法等。中子仪和t d r 法得到了广泛的应用，能够在不对作物生长产生扰动的同 时，实现原地定位的长期观测，所以，在农田墒情监测中土壤水分指标有着广泛的应 用。另外，经常使用土壤水分指标划分不同干旱胁迫处理来进行田间干旱胁迫试验。 由于土壤水分对农作物生长的影响随作物各发育阶段的生理特性而发生变化，所以土 2 基于t d s c d m a 技术的干旱预警系统研究 壤水分干旱指标的应用，是建立在广泛的试验基础上的，即在使用这一指标之前，必 须弄清楚作物不同生长发育阶段所允许的土壤水分下限旧。 ( 3 ) 植物冠层温度指标 植物冠层温度作为干旱胁迫指标，基于的原理是吸收的太阳辐射能被叶子转化为 热能，叶片温度提高了，而植物的蒸腾作用又使叶片的温度下降。当土壤发生干旱的 时候，植物的蒸腾显著下降，使蒸腾消耗的潜热大大减少，所以显热就会增加，引起 作物冠层温度的增加。i d s o 等人首次提出，利用中午1 3 - 1 5 时测定的植物冠层和空 气的温差可以作为农作物水分胁迫的度量，该温差在植物整个生长周期内的累积称之 为胁迫积温( s t r e s sd e g r e ed a y ) ，简称为s d d 忉，其计算公式为： s d d = z ( t 。- t o ) ， ( 1 - 2 ) 上式中：z 表示冠层温度( ) ；表示空气温度( 1 2 ) ；f 代表农作物生育期 内的任意一天；以为农作物生育期持续的天数。s d d 值越大，表示农作物在整个生 育期内的累积受旱状况就越严重。- 受监测设备的限制，早期研究冠层温度是测定单个 叶片的温度，近二三十年来广泛应用红外测温仪进行作物冠层温度的测量3 。现阶段 随着遥感等信息技术的兴起，将该指标与遥感等技术相结合，通过遥感等技术准确快 速地测得大面积农作物的冠温，对其旱情进行评价，进而能够迅速地作出相应决策。 j e n s e n 等人研究了不同的灌水条件下冠层温度的变化规律，结果发现在全球辐射强 度较高的大气条件下( 8 0 0 一- , 1 0 0 0 形m 2 ) ，农作物冠层与空气的温差为8 ：而在全 球辐射强度较低的大气条件下( 1 0 0 - 2 0 0 w m 2 ) ，相对于严重胁迫的处理，冠层与 空气的温差趋于零甚至会变为负数蹭1 。在大气蒸发比较强烈的条件下，充分供水与胁 迫处理的冠层温差为6 ，然而在大气蒸发相对较弱的条件下，对于严重胁迫的处理， 二者的冠层温差趋于零。这表明用冠层温度作为干旱指标，受大气环境影响很大，尤 其在大气蒸发力较弱的条件下，它并不能真实反映出作物的受旱程度。 ( 4 ) 作物水分指标 。干旱胁迫会影响到作物生长的各种过程，从农作物微观的生化、生理过程，到农 作物整体的宏观形态，所以作物水分指标研究是一个热点，包括农作物生态与生理指 标，其中对农作物生理指标与干旱胁迫的关系有大量地研究晦1 们。正是基于这些关系， 提出了相应的干旱指标，包括叶水势、气孔开度、光合、细胞汁液浓度等等，这些指 标体现了农作物水分状况，故可用以表达植物遭受的干旱程度。用直接测定的生理指 标描述作物干旱胁迫主要存在两方面的不足：一是生理指标本身随植株体的时空变异 性，如不同的叶龄、不同的叶位、不同的测定时间，叶水势和气孔开度存在很大差异， 测定结果也很不稳定；二是测定时对作物的生长产生扰动，影响农作物的进一步生长 发育。所以，用作物生理指标描述作物经历的干旱胁迫，还仅仅是局限于短时效的微 观研究，尤其是用叶水势表示作物干旱胁迫，近年来遇到了严峻挑战。因为在分根、 分盆试验中发现，水分胁迫足以影响作物生长时，胁迫作物与充分供水作物的叶水势 并没有太大的差异。 3 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 此外在1 9 6 1 年召开的北方七省一市旱涝技术座谈会上提出了如下的农作物水分 指标公式： d ：r - r , + p o l p g + r 8 ( 1 - 3 ) e q + p m p g 式中：r 是作物生长期的降雨量；足是径流量的深层渗漏雨量：p o 是作物生长 初期根系层土壤含水量；p ，是每l m m 降水量增加的土壤含水量；r 。是地下水补给量； e 是可能蒸散发量：p 。是适应作物正常生长所需土壤含水量。农作物水分指标d 分 别满足：d i 3 ，o 8 d 1 3 ，0 5 d 0 8 ，d 0 5 时对应的干旱程度分别为水分过 多，正常，半干旱，干旱。这个指标综合考虑了水量平衡的各个因素在内，并且与农 作物需水量相关，在我国旱作农业区应用比较广泛，其缺点同样是某些参数难以确定。 我国北方干旱灾害具有地域性、季节性、持续性三大特征。每年的干旱灾害受旱 面积和干旱受旱损失呈增长的趋势，发生区域有扩大的趋势，旱灾影响范围有从农村 向城市蔓延的趋势，干旱造成的生态环境恶化呈现愈演愈烈的趋势。我国干旱的总形 势表现为农业用水矛盾加剧，工业缺水严重，牧区因干旱缺水被限制发展，很多农村 地区人畜饮水困难，水危机、浪费、污染却在加剧。旱灾的防治具有长期性、艰巨性， 必须综合防旱减灾u u 。 t d s c d m a 作为中国提出的第三代移动通信标准，采用了智能天线、联合检测、 接力切换、同步c d m a 、软件无线电、低码片速率、多时隙、可变扩频系统、自适应 功率调整等技术n 习。第三代移动通信系统能够提供多维度、多媒体、高速率的信息服 务，为农业灾害预警的深入应用提供了网络的保障n 习。具有我国自主知识产权的 t d s c d m a 系统具备了低成本、广覆盖、高效率的特点，相比g p r s 而言，更能满足 农业灾害预警的实时信息传输需求。 建立农业干旱预警系统，是发展农村经济、增强农业综合竞争力的客观需要。我 国北方频繁发生的、破坏性大的自然灾害，使农业处于较大的风险之中，给农业的可 持续发展带来了障碍n 盯，建立现代化的农业干旱预警系统，更重要的是事先让政府或 农业生产经营者知道，才能做到有备无患。 随着经济全球化进程的加快，科学技术的日新月异，农业干旱预警系统的建立和 完善的时代性也日益凸显出来。而由世贸组织推动的贸易自由化的加速，国际国内市 场联系日益紧密，我国农业市场的风险源更多，风险发生的可能性更大，波及的范围 更广，致损程度更严重，不可控制性更高。顺应农业发展的需要，农业自然灾害预警 工作越来越受到世界各国的重视。农业越发达的国家，其农业自然灾害的预警机制也 越完善，极大地提高了其自然灾害预警和抗灾能力。所以，建立有效的、切实可行的 农业自然灾害预警系统就显得十分重要。 我国农业正常化的生产受到了大面积农业干旱灾害的极大威胁，因此建立完善的 农业自然灾害预警系统是关系到农民大众最现实、最实际的利益问题。 4 基于t d - s c d m a 技术的干旱预警系统研究 1 2 国内外研究现状 全球范围内，对于干旱的研究已经开展了大量的工作，国外开始于十九世纪末， 国内开始于二十世纪初，但是各部门对干旱定义却有所不同，综合在起看，干旱可 以分为四类，包括气象干旱、水文干旱、农业干旱、社会经济干旱。具体到农业干旱 而言，是指由外界环境因素造成的农作物体内水分失去平衡，发生水分亏缺，影响作 物正常的生长发育，进而造成减产或失收的现象发生。它涉及到土壤、作物、大气和 人类对资源利用等多方面的因素，所以农业干旱是各类干旱中最复杂的n 引。农业干旱 不仅是一种物理过程，也与生物过程和社会经济息息相关，农业干旱按其成因的不同 还可以分为：土壤干旱、生理干旱和大气干旱。 1 2 1 国外研究现状 二十世纪下半叶以来，以计算机技术、通讯技术、生物技术和自动控制技术等为 代表的信息化产业技术革命已经席卷全球，极大地推动了经济的发展，改善了人们的 生活。 目前，德国、美国、日本等国家在农业信息技术方面处于世界领先的地位。美国 是农业信息技术的领头羊，紧随其后的是日本、德国、法国等发达国家，印度等发展 中国家虽然在这方面起步比较晚，但发展也比较快n l 删。计算机网络技术和信息技术 的快速发展，直接带动了地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 技术的 飞速发展和广泛应用，从而改变了原有的传统信息表达方式，实现了信息的图形化处 理和分析。计算机网络技术己经深入到社会的各个方面，包括农业信息方面，改变了 农业信息传递的传统模式，加快了农业信息传递的速度，激发和促进了信息技术 ( i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ) 的重大变革。全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ，g p s ) 是二十世纪七十年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 n ，在精细农业方面的应用很广泛。 为了让农业信息网络发挥其巨大的作用，就需要有各种数据库的支持。现今世界 上最大的农业中心网络系统是由美国内布拉斯加大学在1 9 7 5 年创建的a g n e t 联机网 络，a g n e t 联机网络可以提供2 0 0 多个不同用途的农业软件n 8 。1 町。 在全球范围内，干旱灾害频繁发生，旱灾主要集中在美国、墨西哥、智利、阿根 廷、欧洲地中海地区、澳大利亚、西亚、中亚和东亚地区。早期主要利用农业气象水 文数据对干旱进行监测，在监测手段上，不同部门采用不同的数据，形成不同的干旱 监测指标与监测系统，如美国的国家旱情减灾中心( n a t i o n a ld r o u g h td i s a s t e r m i t i g a t i o nc e n t e r , n d m c ) 主要利用气象和水文数据对旱情进行监测，旱情监测主要 利用s p i ( s t a n d a r dp r o c e s si n s t r u c t i o n ) 标准降水指数、帕尔默( p a l m e r ) 指数，已取 得较好的效果。很多欧美国家的学者利用遥感技术对旱情进行监测，如西班牙国家气 5 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 象学院对西班牙东南部s e g u r a b a s i n 地区进行旱情监测，利用的指标有s p i 、p d i ( p a l m e rd r o u g h ti n d e x ) 等指标。 专家系统( e x p e r ts y s t e m ，e s ) 是一种具有大量的专门知识与经验的程序系统， 它应用人工智能技术和计算机技术，依据某领域一个或多个专家提供的知识和经验， 来进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家处理的复 杂问题，专家系统结构示意图如图1 1 所示。 图卜1 专家系统结构示意图 f i g 1 ls t r u c t u r es c h e m a t i co f d r a w i n ge x p e r ts y s t e m 二十世纪七十年代中期，当专家系统的理论和技术逐渐形成的时候，国外就开始 了在农业领域方面的专家系统研究，其中最早的是美国。早在1 9 7 8 年美国伊利诺斯 大学( i l l i n o i su n i v e r s i t y ) 就推出了世界上第一个用于大豆病虫害诊断的农业专家系 统( p i a n t d s ) ，其作用是可以识别大豆病害症状并做出诊断。美国农业部在这之后 又推出了棉花综合管理系统和棉花生产模型专家系统( c o m 矾抑s s y m ) ，把专家 系统与模拟技术有机地融合在一起，对棉花管理提供综合咨询，且可以模拟在不同气 候、不同土壤条件下棉花的生育期和产量踟。 1 2 2 国内研究现状 我国农业信息化正处在一个全面推进的关键时期，农业信息化技术不仅仅是一个 单纯的技术问题，而是集自然、科技、经济、社会于一体的复杂系统问题，严重影响 到一个国家的粮食安全、食品安全、生物安全、生态环境安全和经济社会等方面的可 持续性发展。 农业信息技术为农业灾害监测预警、农业灾害评估和农业灾害信息管理等方面提 供了工具。我国在1 9 9 6 年开始了对农业灾害预警系统的研究。目前，在建设农业自 然灾害预警系统中，地球遥感技术、卫星技术、气象预报技术、地质灾害监测技术、 6 基于t d - s c d 姒技术的干旱预警系统研究 信息技术等已经比较先进，其中部分技术甚至已经达到世界领先水平。但是这些技术 系统互不隶属，各自为战，尽管其每个单项监测预警的工作做得都非常出色，但由于 农业灾害受多种因素的影响，农业信息化程度的性比价差，灾害信息传播与服务也不 很通畅，整体的自然灾害预警系统效果还不十分理想，在灾害预警的准确性，以及灾 害信息发布的公开、及时和有效性等方面，还存在着很大的欠缺，导致自然灾害预警 的作用还未得到充分地发挥u8 矧。 二十世纪八十年代，我国开始开发农业专家系统。1 9 8 0 年浙江大学和中国农科 院蚕桑所合作开发了家蚕育种的专家系统，1 9 8 3 年中国科学院智能机械研究所与安 徽农科院土肥所合作开发了砂浆黑土小麦施肥专家系统，并且在安徽省淮北十多个县 得到较大规模的应用。现在市场上应用最多、推行最广的专家系统是由国家农业信息 化工程技术研究中心开发的p a i d e 系列经济型的农业专家系统，它是根据农业生产 流程的需要，有针对性地研究开发了一系列适合不同地区生产条件的实用经济型农业 专家系统。 目前，我国农业灾害的预警机制还不很健全，建立和完善农业自然灾害或突发危 机事件的预警