中国农业工程研究设计院  陆登槐

陆登槐，男，1941年出生，汉族，广西灵山县人，1965年毕业于武汉测绘学院，毕业后服务于林业部森林综合调查大队，1979年后服务于农业系统，中国农业工程研究设计院高级工程师，1993年10月开始享受政府特殊津贴，长于应用遥感技术和计算机技术建立资源信息管理系统。

20世纪70年代初，林业部和农业部合并为农林部，本人在农林部设计院工作，参加腾冲航空遥感试验。后来农林部又分成林业部和农业部，1979年调到新建立的中国农业工程研究设计院工作，从事农业遥感应用研究：诸如，腾冲林业遥感专题调查，土地资源遥感调查和监测，农作物估产，以及“七五”遥感科技攻关专题的应用研究和农业部的基本农田监管系统研制等。

一、腾冲林业资源航空遥感应用试验

1978年12月11日，本人参加腾冲航空遥感试验。飞抵昆明后见到林业系统的带队人李留瑜，他将林业系统80多人分配到6个课题组，本人属于邓中畅和韩起江负责的课题组，主要是在腾冲县境内划出几个典型样区，实地调查其森林等自然资源分布状况，对照航摄彩色红外片、全色黑白片，以及光谱仪采集的光谱资料，建立图像分析判读标志。

腾冲航空遥感试验前，参与者多数参加了在北京大学举办的遥感培训班学习。1978年12月14日参加试验的各路人马汇合昆明后，开展地面调查的700多人乘坐长途汽车，浩浩荡荡，向腾冲挺进。昆明至腾冲之间的直线距离只有420公里，但高黎贡山的复杂地形迫使汽车队整整走了3天，才到达腾冲县城。

一日清晨，李留瑜组织我们将对照标靶铺到县城附近的一块空旷平坦的草地上。对照标靶由红、黄、蓝等不同颜色的大块布匹拼成，四边有绑带，绑带紧紧系在钉入草地的木桩上，大风也卷不走。不久，县城上空便出现飞机，对地面拍摄彩色红外航片，以及布设的对照标靶；以对照标靶中不同布匹的颜色为基准，便可分析彩色红外航片上各类植被的色调，最终识别植被的类型，形成腾冲地区遥感分析的“判读标志”。各专题研究很快铺开，本人所在的课题组成员也进入县城北边的侍郎坝水库典型样区，调查各类地物的特征，测定云南松和华南松等针叶林的郁闭度，记录油茶、竹林等经济林的高度、株行距、冠幅等，记录农用地的土壤类型、农作物名称及其生长情况，测定江河池塘的海拔、水深和能见度，记录居民地的海拔和房屋种类，调查火山分布的海拔和地理坐标。

野外工作后，便在地形图上标记调查点的位置，在航空像片上找出对应的调查点，根据郁闭度等因素估计每公顷林地的木材蓄积量等。腾冲潮湿，工作条件艰苦，本人因伤病野外调查时行走困难，只得咬牙忍痛，慢步紧追；回到住所，也只能站着工作，始终坚持！

1979年春节前，本人随课题组部分成员到腾冲南部名叫“横梁子”的小山村（照片1），专门调查另一典型样区的阔叶林。这个典型样区原来是热带雨林，本人虽出身南方小山村，却从未见过如此景色：阔叶林下小溪纵横，流淌着清澈的泉水；林木上常有巨大的寄生植被，长长的藤蔓缠绕树干，伸向树顶，与林木竞争难得的阳光；林木略稀疏之处像遍地插针似的漫生灌木，灌木也被藤科植物紧紧缠绕，藤蔓还倒挂形态各异的野果；林地间隙有旱地，未曾翻耕的土地长出高矮不同的杂草，……本人和课题组成员照样目测阔叶林的郁闭度，记录各调查点的相关资料。回到横梁子山村，照样标记、整理日间记录的调查结果，那时我的伤病已治愈，心情格外舒畅。

野外调查结束后，我们于1979年2月21日离开腾冲县城，回到北京后开始整理野外调查结果，编写技术报告。本人配合邓中畅，做出版《航空像片判读样片集》的前期工作，在地形图、彩色红外航片和全色黑白航片上标记所有调查点的位置，取出其中40多个调查点的小方块影像，再次整理约250个调查点的记录资料，归纳相关地物的判读特征。不久，编辑的这本书由中国林业出版社正式出版。

本人在武汉测绘学院读书时，学过《航空摄影测量学》，所以，把腾冲航空遥感试验看作遥感大练兵，这场练兵培养出大批遥感技术人员，极大地推动我国遥感事业的发展。这个780工程试验实在令人难忘！

二、遥感图像处理软件研发与应用

黄淮海地区地跨五省二市，耕地面积约2.7亿亩，其中盐碱地约占18%，长期属于农业低产区，生产发展缓慢，群众生活水平较低，国家负担较重。建国后，国家逐年加大资金投入，进行盐碱地之综合治理。首先要摸清盐碱地的分布、数量及盐渍化程度，在此基础上方可制订总体治理方案。但是，到底有多少盐碱地，各类盐碱地如何分布，众说纷纭。本人1981年4月承担的课题，目标是查清山东省禹城县的盐碱地分布和面积，探索盐碱地调查新技术。

利用遥感资料调查盐碱地，当年最流行的是“目视解译”，即目视卫星图像或彩色航空像片，逐一地识别盐碱地块，勾画其边界，量测其面积。但由于人们有不同的视觉经验和习惯，对于同一块图像，目视解译的最终结果往往是因人而异的，很难完全相同；于是很快研制出数字图像处理系统，用计算机代替人工处理遥感信息，最后获得预期结果。我国石油、地质等部门20世纪70年代从美国引进的I2S101就属于数字图像处理系统。

由于当年从国外引进的数字图像处理系统极少，拥有者虽然也对外开放，但外部用户极多，需要先行接受技术培训，真正使用前还要预约、挂号、排队，等候通知，按约定时间操作数字图像处理系统，不能拖延而影响下一使用者操作。数字图像处理系统的硬件包括常见的通用数字计算机，北京市计算中心就有一台HP-3000。因此，本人决定自行开发图像处理软件，运用HP-3000处理遥感卫星影像数据，实现课题的预期目标（照片2）。

购买到1978年5月25日和1981年5月10日的CCT磁带，是美国陆地卫星-2的多光谱扫描仪成像的，用4个波段记录地球表面各类地物的反射光谱值，像元大小为56米×79米。本人接着翻译随CCT磁带寄来的缩微胶片说明书，了解磁带的记录格式和诸多参数，以便从磁带里取出数据，到HP-3000上加工处理。同时，奋发学习工作，很快用FORTRAN语言编写、调试出49份图像处理软件，这些软件分别具有以下功能：1.把CCT磁带里的数据统统读入HP-3000的磁盘，形成禹城县的行政界线，作为图像处理的范围；2.根据CCT磁带提供的参数，对取出的光谱反射值进行预处理，包括消除噪音、扫描带错落及大气改正等；3.图像的增强与分析统计，包括拉伸、卷积、比值处理及代数运算等算法，以及输出直方图、跟踪某一类地物类型等；4.进行非监督分类，包括等混合距离分离、聚类及最小距离分类；5.确定训练区，最大似然法分类，分类结果的平滑和输出；6.服务程序，包括图像的转置处理及压缩记带，可离开HP-3000后利用变焦转绘仪制作线画图，也可以利用扫描仪制成负片，放大成彩色分类图。

所有软件都在问答方式下运行，操作者仅需键入“Y”或“N”，或键入具体数字，便能运行到底。

设计分类软件是开发重点。事前本人到禹城县作实地调查，收集轻度、中度、重度盐碱地和盐荒地的分布资料，又到国家测绘局购买禹城县地形图，因而利用开发的软件很容易在HP-3000上确定禹城县的行政边界即图像处理的范围，划定各类盐碱地以及水体、居民地等地类的训练区，用训练区里的象元光谱值训练计算机，让计算机掌握各类地物的光谱规律，按此规律对比训练区外大量像元的四个波段的光谱值，确定每个像元属于哪一地类，是居民地，是水体，还是重度盐碱地？实在无法确定的，才将该像元划为“其他”一类。

根据光谱反射值确定各像元的类别，这一过程俗称“分类”。本人用非监督分类程序进行预分类，获得禹城县各地类的概貌，最后用最大似然法分类。此法的基本思想是“物以类聚”，有人说是最可靠的分类方法；每次分类结束，本人就用一份程序检查分类精度，并把分类准确无误的像元肯定下来，不再参与以后的分类处理。这样，再修改相关的训练区，或另选新的训练区，再次训练计算机，再次分类，如此三四次，整个分类就完成了。此后统计各地类像元的个数，即得到各地类的面积。

HP-3000没有图像功能，不能直接显示图像，不能输出彩色分类图，我不得不用简单的字符（大写英文字母或加减乘除运算符等）表示分类结果，例如“A”表示居民地，“+”表示重度盐碱地，等等。HP-3000宽行打印机输出的是填满这些字符的一页页打印纸，用不同颜色逐一涂抹打印纸上的字符，即可拼接成禹城县盐碱地分类图（图片1），看出禹城县各类盐碱地的空间分布。

禹城县1980年投入11万元，动员千余人进行常规土壤普查，获得盐碱地面积，制成各类土壤分布图。与其类同内容对比，本课题获得的盐碱地分布跟实际情况吻合，各类盐碱地的面积同常规土壤普查结果相差不大，而本课题的费用约0.24分/亩。

上述软件曾应用于浙江嘉兴市郊的水稻估产，为其提供1984年的晚稻的种植分布及面积，分类处理后得到的水稻种植面积与统计数字相差不到2%。此后，本人开发的软件又转到河北省农科院土肥所，他们用来划分河北徐水县的土壤类型，两个人工作一个星期就得到土壤普查的中间结果。

1986年6月，国务院电子振兴领导小组在北京展览馆举办“全国计算机应用展览会”，本人设计的49份软件作为《陆地卫星数字图像处理软件包》随同禹城县盐碱地调查成果参展，荣获参展证书（照片3），软件包也存入电子工业部软件登记中心。

当时本人是应急开发的图像处理软件，其主要问题是不具备图像显示和输出功能。三、四年后，正规的图像处理系统越来越多，花钱买来即可随便使用，所以，本人不再继续开发图像处理软件，这个“软件包”变成一把老锄头，开垦几块荒地后就废弃了，但说明本人曾经是一名拓荒者。

三、土地资源遥感调查和监测

1980至1983年，原全国农业区划委员会组织农业、林业和测绘部门近300名工程技术人员，综合运用各类遥感信息（包括陆地卫星MSS图像），完成全国土地利用现状概查，本人参与部分调查活动。由于得到的MSS图像少且分辨率较低，黑白航空像片并未覆盖全国，更缺少近期大比例尺地形图，许多地方不得不用基于数理统计的“成数抽样法”估算15类土地的面积。受多种因素困扰，最后得到的概查结果并不理想。

（一）国土普查卫星图像的土地利用调查与解译制图分析。

1986年，本人参加农牧渔业部的重点课题“利用国土普查卫星图像进行黄河三角洲地区土地利用现状调查制图的研究”，选择山东省垦利县作为研究区。垦利县是黄河近几百年间孕育出来的典型冲积平原，我国最年轻的县份，黄河入海口处是一片沼泽，如今已建成自然保护区。

国土普查卫星图像的分辨率有限，用其识别耕地、未利用土地等8个一级地类，进一步识别灌溉水田、荒草地等23个二级地类，是很困难的，最难识别的就是盐碱地和无法到达的滩涂、沼泽地了。这个课题要求获得23个二级地类的分布和面积。我们在国土普查卫星图像上随机选出20个二级地类，145个地块（称之为图斑），勾画出各图斑的边界，然后量算其面积。在国土普查卫星图像上，灌溉水田、水库等地类的轮廓较为清楚，容易勾画其界线；滩涂、盐碱地的轮廓就模糊了，它们同相邻地块之间存在不易区别的过渡带。为了解决这一难点，大家一致认为需多做实地调查，建立有效的“判读标志”。于是，便同当地技术人员一道，拿着卫星图像到轻度、中度、重度盐渍化的地方，看看各类盐碱地在卫星图像上呈现何种色调，使建立的判读标志更为可靠。即使如此，大约20%的图斑（集中于海滩和沼泽地）仍无法在卫星图像上确定其边界，必须实地勾画。于是，大家一脚浅一脚深，哪怕小腿插入泥潭，只要未身陷其中，都尽量深入、靠近，看看它们在卫星图像上呈现何种色调、纹理……当即在卫星图像上勾画其边界。最后用求积仪量测各图斑的面积，进而分类汇总，得到黄河三角洲地区各二级地类的面积，也能绘制各类的分布图。

我们把垦利县已经完成土地资源详查的四个乡的成果作为“真值”，检查本课题的调查结果，发现判读准确率最低的是盐碱地，只有83%，原因是我们把一些轻度盐渍化土地误判为农村居民地；其次是荒草地，只有88%，原因是我们把农村居民地和旱地误判为荒草地。

这个课题还要求查清线状地物。全国农业区划委员会1984年9月颁布的《土地利用现状调查技术规程》把河流、铁路、公路、堤坝、固定的沟渠、农村道路等定义为“线状地物”，划为单独的一类土地。与耕地交织在一起的公路、农村道路、沟渠等，虽然狭小，但因其漫长而不得不考虑它们的数量，不能不从耕地中扣除它们的面积。当年的土地利用现状调查技术规程还规定，对于宽度大于等于2.0米（北方）或1.0米（南方）的线状地物，要逐一丈量其宽度，丈量精确到0.1米，分别计算其面积，从耕地面积中予以扣除。

在有限的时间内，我们很难到实地逐一丈量耕地中的道路、田埂、沟渠等的宽度和长度，怎么办？大家又把注意力转到卫星图像上。在国土普查卫星图像上，耕地中较宽的线状地物常被渲染，不难测量其长度，却很难确定其宽度；至于狭窄的线状地物，因其影像常被“融化”或“湮没”于相邻地物中，看不出来，连其长度也无法量测了。面对这个难题，本人想起概率论和数理统计。认为在一个地区，耕地中的线状地物虽然宽窄不同，但不存在超常规的宽阔道路，也不存在连水都无法流淌的沟渠，耕地中的田埂、水渠的宽度，大多数是相近的，极宽和极窄的是少数，属概率论里的“正态分布”。基于这种认识，按照数理统计公式，根据垦利县的土地利用现状，找出能代表不同耕地类型的24个典型样区，我们实地丈量样区内各线状地物的宽度，其长度则在国土普查卫星图像或地形图上量取，从而计算出样区内线状地物的总面积，以及它们在样区总面积中的比重（称之为扣除系数K）。在国土普查卫星图像上完成目视解译，算出各类耕地面积后，按扣除系数K计算线状地物的面积，予以扣除，扣除的面积汇总起来即为线状地物的面积。

我们总共实地丈量耕地中674条线状地物的宽度，并确定其长度，计算出扣除系数K=17.69%，就是说，在国土普查卫星图像上勾画的耕地图斑，其总面积中有17.69% 是线状地物的面积。当地的人工调查结果即使精确无误，与其相比，本课题得到的结果的准确度为90.21%，就是说，用这个方法获得的线状地物面积，是可信的，也是可行的。

（二）野外图像耕地变化调查分析。

1986年开始，在全国范围内以县为单位，开展土地利用现状详查。这一轮详查，特别强调航天遥感、航空遥感、地面调查并重，充分挖掘卫星图像的潜力，调查结果的质量有所提高。

本人参与广西永福县的土地利用现状详查，主张在微机上建立土地资源管理系统，处理土地利用现状详查的数据和图件，并存储起来，为未来的土地资源动态监测打基础。1988年夏天，本人和全国土地利用现状详查技术指导组的八个成员，横贯半个广西，半个月内检查七、八个县市的详查成果，指出存在的问题，授予纠正错误的办法。1989年4月，本人荣获了国家土地管理局的“证书”奖励。

1993年，农业部农业资源区划管理司组织遥感技术人员，调查珠江三角洲、长江三角洲、成都平原和福建中部的耕地变化。在此基础上，1994年又扩大调查范围，以目视解译卫星图像为主，实地查清黑龙江、甘肃、山西和江西的耕地变化。本人负责甘肃的耕地变化调查，确定兰州、白银、定西及武威为代表区，并调查了耕地变化。

首先，在室内目视解译两个时相（1992年8月14日至11月11日）的陆地卫星TM图像，识别包括榆中县在内的12个区县的耕地，勾画耕地图斑界线，然后到实地验证，勾画出当前的耕地边界，照片4就是在榆中县野外验证时拍摄的。野外验证结束后，量测耕地图斑的新旧界线，结合当地管理部门提供的资料，得知12个县区1992-1993年间的耕地变化原因以及增减值，景泰县耕地减少最多（158222亩），临洮县耕地增加最多（25794亩）。根据四个代表区的调查结果，推算得甘肃全省总计减少耕地1754.6万亩，变化率为-0.51%。

（三）资源环境遥感宏观调查与动态监测。

1992-1995年，中国科学院遥感应用研究所实施重点项目“国家资源环境遥感宏观调查与动态研究”，组织19个研究所和农业系统的4支遥感技术队伍共三百余人，以陆地卫星TM图像为主要信息源，目视解译为主，快速调查全国土地资源和环境要素，开展典型地区土地资源和生态环境的动态研究，建成全国资源环境基本数据库。

农业部农业资源区划管理司责成我参与该项目，完成TM图像解译任务，参与项目技术总体组的活动，并负责协调农业系统参与者同中国科学院的关系，项目结束时则代表区划司接收土地资源的宏观调查成果（包括以耕地和城镇为重点的本底数据库和图件库）。1998年12月，该项目获中国科学院科技进步特等奖，本人也因此获得奖励。

四、农作物估产

我国农业系统从20世纪70年代末开始，较广泛地应用航天遥感技术，结合航空遥感技术，开展农作物估产。农作物估产的重点对象是水稻、小麦、大豆、玉米和棉花等大宗农作物，普遍使用的技术路线是“总产量＝单产×总面积”，即以航天遥感信息为主，确定农作物的种植面积，用多种方法（包括遥感技术）确定农作物的单位种植面积的产量（单产），建立一个或多个单产模型，收获前或收获前的关键阶段预报农作物的总产量。

本人曾参与1983至1984年的北京郊区县的冬小麦估产，以及后来的棉花估产和水稻估产，都是借助美国陆地卫星MSS图像或TM图像，结合地面调查，确定农作物的种植面积的，用“光谱法”建立小麦和水稻的单产模型，用叶面积指数、生物量、田间管理措施等多个因子建立棉花单产模型。

（一）浙江嘉兴水稻估产研究课题。

1985年，本人参与原国家经委农业局下达的水稻估产研究课题，以浙江省嘉兴市郊为试验基地。“光谱法”分析认为，水稻的长势跟生长环境的各种因素有关，各种因素对水稻的影响又集中反映在水稻的光谱反射率上，因此，课题组长决定利用地物光谱仪在水稻的不同发育季节（特别是抽穗前）的某一天的最佳时刻（常常是上午九、十点钟），即依作物物侯期以测定水稻的光谱反射率；水稻成熟后在测定光谱反射率的地方实割1.1111平方米的水稻，用晒干后的稻谷重量、该处红外波段和近红外波段的反射率之比，建立水稻的单产模型。

嘉兴市地处杭嘉湖平原，水网交错，四通八达，水稻田里虫、蚊极多。当年，每到早稻和晚稻的抽穗期、灌浆期、乳熟期和黄熟期，大家便顶着骄阳，钻入稻田，在虫、蚊不停叮咬中架设地物光谱仪，等候“最佳时刻”到来，测定水稻的光谱反射率；一个观测点结束后，又赶快迁移到下一个观测点，不断攻坚克难！

水稻的种植面积是“成数抽样法”和计算机分类确定的。成数抽样法以数理统计学为基础，根据嘉兴市三年前的水稻种植面积和全市总面积计算水稻所占的成数P；根据P，以及对调查结果的精度要求、可靠性要求，计算必需的调查样本数N，然后在1:5万地形图上标出嘉兴市的行政界线，在行政界线内等距离布设N个样本的位置（常以地形图上的公里格网交叉点作为样本点），并设法将样本点标记到彩色卫星图像上。研究表明，用每年七、八月份获得的陆地卫星2、4、7波段或4、4、7波段制作1:5万的彩色图像，在这样的图像上，水稻呈暗绿色，棉花为淡蓝色，水稻地块规则、整齐，沟渠明显，最容易区分水稻和同期生长的棉花以及零星的黄豆、菜地、林木。根据实地调查后建立的“判读标志”，用目视解译法判断彩色图像上的样本点是水稻田，还是棉花等其他类型。目视解译结束后到实地核实或改正，最终统计出属于水稻田的样本数n，于是得到嘉兴市的水稻种植面积为S·n/N。

利用本人开发的软件进行计算机分类，在北京市计算中心的通用数字计算机HP-3000上，处理同样的陆地卫星磁带数据，获得嘉兴市的水稻种植面积，其结果与成数抽样法的结果、嘉兴市农业局的统计数字相差无几；但计算机分类能得到长势不同的水稻种植面积，与不同长势的单产模型匹配，能更精确地确定水稻总产量。课题组与嘉兴市农业局密切配合，预报试验区和验证区5300平方公里内的水稻产量的精度为95%左右，1986年鉴定课题研究成果时，原国家经委农业局非常满意。

（二）“棉花种植面积的监测”课题。

1994年，本人承担农业部农业资源区划管理司的课题“棉花种植面积的监测”，要在短期内查出山东全省当年的棉花种植面积。

本人选择当年7月初的陆地卫星TM的2、3、4波段，制作两景假彩色卫星图像，覆盖济南、聊城等地区的39个县。根据山东省棉花生产办公室提供的资料，在39个县内确定若干个样区，到样区实地调查后，建立棉花地块与卫星影像的对应关系的判读标志；由于面积小于6亩的零碎棉花地块在卫星图像上反映不出来，故实地调查样区时要估计零碎棉花地的比重。实地调查后目视解译卫星图像，认真勾画棉花地块的轮廓界线，并做抽样验证，之后用数字化仪或扫描仪处理目视解译结果，在地理信息系统（GIS）内生成图形文件，利用GIS改正图形文件的变形，叠加39个县的行政界线，于是求得各县的总面积和棉花种植面积。又利用GIS里的数据，扣除棉花地块间的道路、沟渠等细小线状地物的面积，根据事先确定的比重，添加零碎棉花地块的面积，最后得到39个县的棉花种植总面积为550万亩，令GIS输出棉花种植分布图，打印相应的报表。

39个县约占山东全省县市总数的三分之一，经过综合分析，于8月底（棉花收获前两个月）推算出山东全省1994年的棉花种植面积为1220万亩，与该省12月间在《人民日报》上公布的数字相比，约少80万亩，相当于公布数字的94%。而用遥感技术和GIS，预报的时间大大超前，所用人力和经费也少得多。若任务下达的时间稍为提前，得到6月初的陆地卫星TM图像，便能提高目视解译精度，更准确地确定零碎棉花地块的比重，调查结果必定更接近实际，对棉花生产的组织，对领导层和纺织工业部门的决策也更为有利。

五、区域规划与信息管理系统的建立应用

1988年2月15日，农牧渔业部科技司指派本人等4人为代表，参与国家“七五”遥感科技攻关项目的论证。一个星期后，全国各部门、各行业的代表聚集北京友谊宾馆，出席国家科委主持的《75-73遥感技术开发》起草会议；“75”表示国民经济建设第七个五年计划，“73”表示遥感技术开发是国家第73个科技攻关项目。经过讨论甚至争论，中国科学院最后把遥感科技开发项目划分成课题、专题和子专题3个层次，确定各课题、专题和子专题的名称和经费，以及大部分专题和子专题的承担单位，留下6、7个专题或子专题将通过“招标”方式确定承担单位。友谊宾馆会议结束后，我又应国家科委之邀，到西郊八大处饭店评审41份投标书，确定这些专题或子专题的承担单位。

在“七五”遥感科技攻关中，本人作为第二负责人，协助北京大学徐希儒主持“75-73-02-01 应用气象卫星、陆地卫星等遥感资料和综合分析技术进行资源、环境监测与预报的研究”。该专题下设7个子专题，13个单位的科技人员参与，本人又是子专题“棉花播种面积的监测研究”和“冬小麦、水稻和大豆遥感估产研究”的成员，参与相应的攻关研究。整个专题的研究成果获国家教委科学技术进步二等奖。

在“七五”遥感科技攻关中，本人承担“75-73-03-06 省市县级区域规划与生产管理信息系统规范化研究”专题之下的县级子专题。这个专题的攻关目标是建立能实际运行的省、市、县级计算机信息管理系统各2个，为各地建立类似的信息管理系统提供规范、标准和技术方法，促进各级区域的资源清查，提高区域资源管理的科学水平。我承担的县级子专题，以山东垦利县为应用研究基地，经费2万元。

子专题要求建成一个计算机管理系统，这个系统不但能够在垦利县实际运行，搬到其他县份也同样能用于资源规划和生产管理，就是说，系统要有通用性，便于移植。当年的科技杂志常常报道某计算机管理系统投入运行之类的消息，也常有人发表关于建立计算机管理系统的论文，但只有“模块化设计”、“界面友好”、“便于移植”等原则性论述，从不披露技术细节。因无实例可供借鉴，为设计未来的系统本人苦苦思考好几天；进而根据县级管理层的需求和现有技术力量、未来四五年的发展趋势等，才确定技术路线：

1.系统建立在286型或386型微机上，另行设计相关软件，使建成的系统能方便地转移到以后购买的新型计算机，不浪费现在的劳动成果。

2.整个系统由若干功能模块构成，按模块组织数据、开发实用软件，用户以后提出的需求作为新的模块，拼装到现有的系统上。

3.整个系统采集和存储的信息分为数据和图形两大类。数据存入数据库，用当时流行的数据库语言dBASEⅢ设计实用软件，用于数据库的建立和各种形式的加工处理。目前尚无财力购买昂贵的地理信息系统（GIS）软件，现有的土壤分布图、土地利用现状图等，经数字化后以“图层”方式存入，在系统内形成图形库。用另行开发的接口软件把数据库和图形库连接起来，实现信息互访和图件输出。

4.对单位进行统一编码，建立单位代码库。用6位数字作为行政机构、乡村、厂矿企业、文教卫生等所有单位的代码，建立单位代码库；代码库内第一栏“代码”就是单位的6位数字编码，第二栏是单位的正式汉字名称，第三栏是简称，第四栏是“旧代码”，记录该单位曾经用过的编码。建立其他数据库，输入原始数据时，仅键入6位代码，单位的汉字名称由实用软件自动填写，这样既节省用户时间，又减少人工录入难于避免的错误。单位代码层次分明，隶属清楚，为查询、汇总等诸多作业带来极大的方便。

5.确立信息分类体系。同其他县份那样，垦利县的档案柜里也存储着各类信息，等待放入计算机；未来的管理系统也需要采集相关信息，在计算机里组织成数据库。数据库不是垃圾桶，存放的是同一类别数据，因此需划分信息门类。目前国家尚无信息分类的统一标准，信息分类体系把应该存储和可能采集的信息，从粗到细划分成3个层次，用“英文字母＋数字＋英文字母”作为每个类别的名字，例如“B2B”是土壤剖面层次信息，“B3A”是土地利用类型信息，“K2D”是品种资源信息；理论上，可划分26个大类，每个大类又可划分为10个中类，每个中类还可划分为26个小类，全部信息可划分成6760个小类。按小类建立数据库或图形库，存储同一小类信息，小类名即为库名的第一部分；可用年份作为库名的第二部分，例如“B4B1985”是土地使用权属库的名字，库内存放的是1985年的土地使用权属信息。信息分类体系使数据库和图形库层次分明，将给实用软件的开发和系统的运行带来极大的方便。

6.建立数据字典。目前流行的是关系型数据库，这种数据库很像常见的报表，有不同的字段（即报表里的栏目），每个字段有类型、宽度等属性，这些属性说明该“栏目”有多宽，记录什么内容，是汉字还是数字，若是数字，度量单位是什么？是否带有小数，若有小数，有多少位小数？这就是数据库结构。不同类别的数据库，其结构是不完全相同的，需用数据字典记录各类数据库的结构，即描述数据库中每一个字段（相当于报表里的栏目）的名称及其含义、所记录的信息类型、记录的最大宽度等。例如“1053  E1A01  本年造林面积  N   6  0  亩”，是数据字典第1053行，E1A01是森林资源数据库E1A里的一个字段，该字段记录的是本年造林面积，是N型（数字型）的，宽度为6个字节，0表示没有小数位，可输入6位整数，本年造林面积的度量单位是“亩”。因此，可以说数据字典是“数据库的数据库”。

后来，本人专门开发一份实用软件，用来建立数据字典，存放目前60多类数据库的结构；只有用户今后扩大信息采集范围和存储范围，需要另行建立一类新的数据库时，才有必要运行这份实用软件，给数据字典添加新的数据库结构信息。本人又开发一份实用软件，用于数据字典的修改，修改结束后还帮助用户修改此前的相关数据库的结构，保证整个系统的安全运行。数据字典是整个系统的核心，连接各功能模块的桥梁，为实用软件的设计带来极大的方便。

随后，本人集中精力设计70多份实用软件（照片5），其功能包括启动多层次菜单，引导用户建立数据库和图形库，检查并改正库中的数据，多种方式的查询、统计和预测，绘制图表，土地利用现状详查资料的整理和汇总等。实用软件的开发过程充分利用单位代码库、信息分类体系和数据字典提供的方便。例如给数据库输入原始数据时，实用软件首先检查计算机里是否已存在这个数据库，若无，则到数据字典取出结构信息，搭建这个数据库的框架（相当于用笔和尺子在纸上画一张报表），然后在屏幕上显示各字段的名字，等候用户键入数据；对键入的数据，实用软件立即审查是否有原则性错误，若有，则提示用户重新键入，最后形成一条记录，存入数据库；输入作业结束时，实用软件还把当前时间、数据库当前信息量等，作为档案存入文件档案数据库，使整个系统始终是动态的、安全的。又如用户检索数据库时，需要选择检索对象和组织检索条件，极费时间，组织的检索条件也可能存在逻辑错误，无法检索；这些事情，实用软件都替用户做了，它通过询问用户的意图，打开相应的一个或多个数据库，根据用户的回答自动组织检索条件，迅速到数据库里找出符合条件的数据，让用户轻轻松松地了却愿望。再如统计分析和预测，实用软件都替用户做绝大部分事情，根据用户的简单回答，打开相应的数据库，选择相关的数据项，按照用户的意图完成统计，或调用不同的数学模型进行分析、预测，最后输出图（烧饼图、柱状图、曲线图、平面略图等）和数字（图片2）。总之，除输入原始数据外，所有操作都处于会话之中，用户只需回答“是”或“否”，只需挑选就能达到既定目的。

所有实用软件与具体数字是相互独立的，通过数据字典才同具体的数字关联，因此，同一份实用软件既可以处理这个数据库，也可以处理另一个数据库，有人认为这是运用“结构化设计”开发实用软件。70多份实用软件经过调试，又在运行中多次修改，才算最后“交卷”。垦利县购买绘图仪后，尚建业用AUTOCAD和BASIC语言开发图形处理接口软件，沟通数据库和图形库，实现数据和图形之间的互查互访。

运行这些实用软件，先后在北京和垦利的计算机里建成264个数据库和165个图形库，记录垦利县的历史和现状。1989年垦利县土地局首先把我们的管理系统用于土地资源详查资源资料的整理和汇总，说所用的人力只有传统方法的1/15，所用时间只有传统方法的1/10，而且百分之百准确，不像邻县人工整理及汇总，各类土地面积之和比全县总面积少了好几亩，“一个星期也未查出错在何处”。不久，垦利县又用我们的管理系统制作垦利县的农机动力分布图、人口密度分布图等专业图件，帮助制订垦利县黄淮海平原开发规划（图片3）、1989年水利建设规划、10万亩稻田开发规划。因此，垦利县政府把这个管理系统称作“电子秘书”，很想搬入政府办公室。

我们的管理系统初露锋芒，在山东东营一带掀起一阵“微机热”，附近各县前来观摩，争相学习，6、7个县购买微机后装入我们开发的实用软件，建成其土地资源管理系统；当时我们并未考虑“知识产权”问题，若前来索取，均免费拷贝相送。后来，山东省土地管理局把垦利县称作“科技兴县”样板，凡有大型会议，必请垦利县带去微机，当场演示我们建立的管理系统的功能。

本人主持的县级子专题“交卷”4、5个月后，上级课题负责人于1990年10月6日鉴定其成果。鉴定委员们审阅我编写的《工作报告》、《技术报告》和《使用手册》，听取测试小组对管理系统功能的现场测试结果后，认为我们完成了合同任务书规定的研究任务，特别赞赏本人的“系统设计思想”，说单位代码库、信息分类体系和数据字典是“未曾见过的创新”。此后，我们的科技攻关成果先后获得多部门、多层次奖励，最高的是国家教委和农业部科技进步三等奖。

1991年3月，中国科学院在新建成的国家图书馆举办展览会，展览“七五”遥感技术开发的研究成果，我们建成的《垦利县区域规划与生产管理信息系统》听令而前去参展。展览期间，看到我们的微机的滚动演示，不少观众咨询情况，也有外国留学生询问系统功能、探讨技术细节。一日下午，国务委员宋平在陈述彭院士陪同下，来到我们的展台前，由本人助手尚建业讲解。宋平国务委员问：一个县也应用了计算机？陈述彭先生说：这是微机的应用实例，在黄河入海处的垦利县建成的管理系统，已经应用于资源规划和农业生产管理啦！本人猜想陈述彭一定看了我们的材料，才知道如此具体的情况。由此拍摄了难忘的一刻（照片6）。

1991年8月21日至9月1日，国家计委、国家科委和财政部在北京展览馆举办国家“七五”科技攻关成果展览会，上一级课题负责人说，中国科学院又指定我们的系统参展，说全国各领域的优秀科技攻关成果参加展览，“你们务必细心布展，好好讲解。”因此，本人又约尚建业带来垦利县的数据库和图形库，借一台微机，装入我们开发的实用软件，到北京展览馆布展。开展后，不少观众长久驻足于我们的展台前，欣赏图形演示，身居领导层的关心分析预测结果有无把握，有人问及这个系统能否管理他的商店、旅游局或工矿企业，还有外国留学生细问系统的设计思想，本人均一一回答，并赠送文字材料。北京市规划设计研究院贾某等11人还留下名片和电话号码，希望展览结束后继续联系。展览期间，谷牧副总理观看我们的管理系统（照片7），中国科学院童庆禧院士向国务委员陈慕华介绍我们的攻关成果（照片8），本人向农垦部部长吕清简单介绍我们取得的成绩，说建成的管理系统也可用于农垦部门。

此后，北京中关村电子一条街某公司把我们建成的管理系统改个名字，制作彩色宣传材料，刊登在《计算机世界》上，还想开新闻发布会，公布我们的攻关成果，推广到东南亚各国。又有农业电影制片厂某人上门想把子专题的研究过程和取得的成果拍摄成“电视系列片”，在电视频道上播出。

1996年10月，气象出版社出版本人编著的《自建实用信息管理系统》，此书是多年科技攻关实践的结晶。简单叙述关于计算机技术的预备知识后，用最大的篇幅论述一个信息管理系统的总体设计思想，阐述信息管理系统的基本框架，用实例说明实用软件的开发以及关键细节，最后指出管理系统运行后必须注意的问题。相信读者参考书中说的观点、思路和方法，结合具体情况，加入自己的创新，一定能从无到有，建立本部门、本地区的实用信息管理系统，产生更得意之作！

六、基本农田保护与监管系统的建立及应用

我国人口逐年增加，基本建设、水土流失等又令耕地减少，耕地的人均占有量迅速降低。据统计，1949年我国人均耕地为2.71亩，1965年为2.14亩，1979年为1.53亩，1988年降为1.29亩，1996年再降为1.19亩。人口增加和耕地减少会引发粮食危机，中国人只能靠自己养活。因此，国务院责成原国家土地管理局和原农业部开展基本农田的规划和监管业务，实实在在地保护我们赖以生存的“活命田”。原农业部要求每个县、每个省建立计算机监管系统，保护基本农田不被占用，用以生产足够的粮食，保证中国人的粮食安全。

1996年8月21日，原农业部基本农田保护办公室的“基本农田保护项目”落在本人肩上。该项目要以计算机技术和遥感技术为基础建成基本农田监管系统，分析处理遥感卫星资料，监测需严加保护的基本农田是否被侵占，肥力有何变化，制作报表和图件，为农业系统各级领导提供决策依据。接受任务后，本人很快写出在286型或386型微机上建立县级基本农田监管系统的方案。监管系统有图形库和数据库，图形库存放处理卫星数据或航空像片得到的空间信息，包括已有的、经过数字化处理的行政界线图、土地利用现状图、土壤分布图等；数据库存放与基本农田相关的数据，包括行政机构和乡村名、历年统计的数据、土壤普查和土地利用现状详查得到的各类数据等。用另行开发的实用软件把图形库和数据库联系起来进而分析、对比，便能发现被保护的每一块基本农田是否变了样，是否被侵占了，是否改作他用，其肥力受否下降了等。

方案得到认可后，本人即带3个年轻人到山西运城和河北藁城、无极、行唐、高碑店，查看待保护的耕地（照片9），调查基本农田规划的进度，询问他们打算如何监管基本农田？本人写的方案以刘少奇的故乡湖南宁乡县为基地，到宁乡县农业局调查时，了解宁乡县现有技术力量和设备情况，询问有关耕地的细节，征求他们对未来的监管系统的意见和具体要求，作为编写实施方案的依据。

调查结束后，本人写出《建设宁乡县基本农田保护区监管系统实施方案》，实际是“七五”遥感科技攻关时在山东建成的《垦利县区域规划与生产管理信息系统》的“增强版”，在已有基础上添加图形模块并开发图形处理软件，让计算机将数据和图形联系起来，形成“立体”信息；又根据山西、河北的调查结果和宁乡县农业局的要求，设计新的实用程序，让以后购买的绘图仪能与监管系统沟通，若今后购买昂贵的地理信息系统（GIS），也很容易把监管系统所有数据库和图形库统统转移到GIS上，不浪费此前的工作成果。之后，本人又在短时间内修改信息分类体系、单位代码库和数据字典三个基础数据库，以适应监管基本农田的要求；还将宁乡县农业局提供的资料（包括县乡村等行政区划名称、人口普查数据、畜牧业数据、种植业数据、土壤普查部分数据、土地利用现状详查部分数据、保护耕地的部分数据，以及宁乡县行政区划图、土地利用现状图），经人工键入或数字化处理，存入计算机，检验我新设计的软件有何问题。

就这样，本人建成宁乡县基本农田监管系统的框架。该框架作为基本农田监管系统的阶段性成果，又在1997年10月的第三届中国农业博览会上展出，显示某一块耕地被洪水冲垮，某块耕地被新修的公路占了大半边，某丘岗处出现一块新耕地，烧饼图、柱状图等示意图则反映宁乡县各乡耕地面积的占比、宁乡县历年粮食产量的升降……有图有数字，吸引不少观众。1998年3月18日，在国际空间技术发展与应用研讨会上，本人宣读根据建立宁乡县基本农田监管系统的实践而写成的论文《The Space Technology＇s Application and its Prospect in Monitoring and Managing of Essential Farmland （空间技术在基本农田监管中的应用展望）》，说明周期性的遥感卫星数据既然是地球表面各类地物的表象，处理、分析这些数据就能识别耕地等各类地物，比较不同时相的图件、数据，就能确定耕地等各类地物的变化。

在北京建成的监管系统，早在1997年7月就移入宁乡县农业局的微机了。接通电源，打开微机里的监管系统，他们可在多层次菜单的引导下，给各类数据库添加新的数据，给图形库添加数字化后的图件，可对各类数据和图形进行修改、订正、检索查询、统计分析等等处理，用报表或图件表达处理结果，作为决策的重要依据。

本人退休后，宁乡县农业局在电话里告诉我，说他们按原定的技术路线继续向前走，买来了绘图仪，逐步给数据库添加其他数据……本人很高兴，因为我们为保护基本农田尽了应尽的义务。

以上是本人退休前，从事农、林工作中以课题或项目为题回忆的早期遥感应用经历，至于时间跨度小的遥感活动，比如，应约撰写遥感稿件、为百科全书写遥感条目、参加遥感学术研讨会、为农业部向上级汇报而提供遥感资料和图件、用书信或讲课形式帮助他人解决具体的遥感技术问题、组织遥感技术普及等，亦非少数；这些活动让本人极少空闲，不断充实遥感生涯。故而回忆今生今世，作为“遥感人”，本人亦有几分惬意，深感自豪！