精准农业概论
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[精准农业概论] 专业：[电子信息工程] 学生姓名：[ 李 海 东 ] 学生学号：[2011508154 ] 完成时间：2013年4月6日 精准农业概论 -----“3S”技术在精准农业中的应用
内容提要：农业是一个国家的基本产业，精准农业代表着农业的发展方向，
也是现代农业研究的重点。文章介绍了“3S”技术，以及其在精准农业发展中的综合应用。 关键词：精准农业；地理信息系统；遥感；全球定位系统。
精准农业是近年来国际上农科学研究的热点领域，是一种基于信息和知识的现代农业生产精准管理思想，它充分体现了因地制宜、科学管理的思想理念，对于最大限度的挖掘耕地生产潜力、实现农业生产要素的高效利用和保护农田生态环境具有重大意义。精准农业是现有农业生产措施与新近发展的高新技术的有机结合，其核心技术是“3S”（GPS、GIS、RS）技术和计算机自动控制系统[1]。 一、精准农业的涵义 精准农业是由信息技术支撑的，根据空间变异，定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统，其基本涵义是根据作物生长的土壤性状调节对作物的投入，即一方面查清田块内部的土壤性状与生产力空间变异，另一方面确定农作物的生产目标，进行定位的“系统诊断、优化配方、技术组装、科学管理”，调动土壤生产力，以最节省的投入达到同等或更高的收入，并改善环境，高效利用各种农业资源，取得较好的经济效益和环境效益。 “精准农业”思想的核心，是获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素（如土壤结构、地形、植物营养、含水量、病虫草害等）实际存在的空间和时间差异性信息，分析影响小区产量差异的原因，采取技术上可行、经济上有效的调控措施，区别对待，按需实施定位调控。最终达到合理利用资源，降低生产成本，改善生态环境，提高农作物产量和质量的目的。 二、“3S”技术的组成结构 “3S”技术是遥感（Remote Sensing，RS）、地理信息系统（Geographical Information System，GIS）、全球定位系统（Global Position System，GPS）的统称。在功能上可以相互补充，不断完善。GPS具有全球性、全天候、连续定时定位的优势，可以对采集的农田信息进行空间定位；RS在数据获取方面具有范围广、多时相、多波谱的特点，可以获取农田作物的生长环境、生长状况和空间变异的大量时空变化信息；GIS具有强大的空间与属性信息一体化处理能力，可以建立农田土地管理、自然条件、作物产量的空间分布等空间数据库。 三、“3S”技术在精准农业中的应用 （一）遥感技术在精准农业中的应用 农业资源调查及动态监测农业资源调查包括土地利用现状、土壤类型、草场、农田等农业资源的调查以及结束后的评价，提供农业资源的准确数值和分布图件。农业部遥感应用中心于2000年设立草地遥感监测和预警系统。该项目是利用遥感技术、地理信息系统和全球定位系统等现代空间信息技术手段，建立技术先进、快速准确的中国草地退化和草畜动态平衡遥感监测系统。 农作物遥感估产农作物遥感估产包括农作物长势、土地荒漠化和盐渍化、农业环境污染、水土流失等的监测，这种监测是持续进行的，在监测过程中不断提供农业资源的数字变化和图件依据，用于农业生产的组织、管理和决策。 灾害遥感监测和损失评估灾害遥感监测和损失评估包括小麦、玉米、水稻、棉花等农作物的产量预测和草场产量估测。在自然灾害监测方面，开展了北方地区土地沙漠化监测、黄淮海平原盐碱地调查及监测、北方冬小麦旱情监测等。 （二）地理信息系统在精准农业中的应用GIS技术是农业信息化的关键技术。GIS技术主要用于建立农田土地管理、土壤数据、自然条件、作物苗情、病虫害发生发展趋势、作物产量的空间分布等的空间数据库，以及空间信息的地理统计处理、图形转换与表达等，为分析差异和实施调控提供处方信息[2]。 管理数据GIS技术是以地理空间数据为核心，通过GIS可以管理农业空间数据和实现远程寻找所需要的各种地理空间数据，包括图形和图像等，同时提供分析工具、参与分析过程、显示与输出分析的结果等。 绘制作物产量分布图GIS除了管理数据，还可以实现各种地理空间分析，进行空间图形的矢量化和聚类处理，生成可用于指导操作的农作物产量分布图。 农业专题图分析通过GIS提供的复合叠加功能，将不同农业专题数据组合在一起，形成新的数据集。通过分析，可以得出土地上各种限制因子对作物的相互作用与影响，进而了解各种限制因子之间的关系[3]。 （三）全球定位系统在精准农业中的应用 GPS技术精确快速GPS技术的实时3维定位和精确定时功能，可以实时地对农田水分、肥力、杂草和病虫害、作物苗情及产量等进行描述和跟踪，农业机械可以将作物需要的肥料送到准确的位置，而且可以将农药喷洒到准确位置。这样不仅有助于提高作物产量，也可以降低肥料和农药的消耗。 GPS定位系统 GPS定位系统与智能化农业机械配套可用于农田水分、肥力、苗情、病虫害的信息采集和操作，通过电子传感器和GPS安装在联合收割机上的仪器，精确定位、田间作业自动导航和测量地形起伏。在整个收获季节，可以不断地记录下几乎每m2的产量及其他信息。 四、信息技术在农业中的主要应用 信息技术是当今世界发展最快的高新技术, 它正推动着 全球经济朝着以计算机及信息网络为基础的信息化方向发 展。农业信息化已成为现代农业的重要标志。我国农业开始 从传统农业向现代农业转变, 信息技术目前被广泛应用在农 业各个领域,。 信息技术 信息技术是应用信息科学的原理和方法, 同信息打交道, 以扩展人类信息器官的功能的技术。它集通信( Communication) 、计算机( Computer) 和控制( Control) 技术于一体, 国 外又称之为“3C ”技术, 其内容包括信息接受技术、信息传递 技术、信息处理技术及信息控制技术。信息技术的四大内容中, 信息传递技术和信息处理技术是整个信息技术的核心, 而信息接受技术、信息控制技术是核心与外部世界的接口, 四者构成一个完整的功能体系, 并与人的信息器官及其功能 系统相对应。其内容互相综合, 已形成多项应用开发技术, 如 数据库技术、人工智能、专家系统、遥感技术、地理信息系统、 全球定位系统、计算机辅助决策系统、自动控制技术、多媒体 技术、计算机网络技术等, 它们渗透到农业的各个方面, 充分 展示了信息技术强大的生命力和广阔的应用前景。
（一）对农情的监测。农情监测的主要任务是监测耕地的 变化、粮棉作物的面积、长势、灾害与产量。由于信息技术的 发展,“3S”技术( 遥感技术, 地理信息系统, 全球定位系统) 已 应用于国家和全球尺度的农情监测。 1、自然灾害监测。在 G IS 技术支持下, 可实现对遥感获取 的灾情信息与地面现实信息的有机结合, 进行干旱、洪涝、森 林灾情、雪灾、水土侵蚀、病虫害等方面的动态监测。由于遥 感与地理信息技术能及时准确地获取有关信息, 已广泛应用 于信息采集和信息处理, 实现灾前预警、灾情监控、灾后评 估。目前我国主要用于洪灾、作物病虫灾害、旱灾、土地荒芜 沙化监测、森林火灾等。 2、农业估产及生长动态监测。信息技术在农业生产中的 应用主要在四个方面, 即作物生长模拟模型、农业专家系统、 农业生产实时控制系统及作物遥感估产。作物生长模拟是利 用专业知识和数学模型, 通过计算机分析模拟作物生长过 程, 协助解决多样化和不确定问题, 作物估产(含生长势监测) 历来就是人们十分关注的农业情报。美国于 1975- 1979 年完 成了大面积作物清查试验(LA C I 计划), 并在国内推行以 Landsat 的 T M 资料为基础的面积框图抽样遥感估产取得成 功。我国于 1983- 1985 年就应用 Landsat 资料进行了小麦遥 感综合测产研究。专家系统是以知识为基础, 在特定问题领 域内能像人类专家那样解决复杂现实问题的计算机系统。我国自 80 年代开始, 已研制出近 40 种专家系统, 如砂礓黑土小 麦施肥专家系统, 水稻主要病虫害诊治专家系统, 小麦、玉 米、桑蚕品种选育专家系统, 农业气象专家系统等。农业生产 实时控制系统主要用于灌溉, 耕耘作业, 果实收获, 畜牧生产 过程自动控制, 农产品加工自动化控制及农业生产工厂化。 我国还利用遥感与地理信息系统技术, 研制出耕地变化监测 系统, 棉花种植面积遥感调查系统, 作物产量气候分析预报 系统, 作物短、中、长期预报模型, 小麦、水稻遥感估产信息系 统等。这些成果的实用化将极大地推动我国农业生产管理的 现代化、信息化。 3、农业环境监测。随着人口的增长, 人类对资源的掠夺式 的开发, 造成了严重的环境问题, 影响了农业生产。信息技术 快速查清各类农业资源及其分布, 了解和掌握环境状况; 对 有限的农业资源及环境变化进行有效监测; 预测各种措施对 农业资源及环境带来的可能影响, 实现资源合理开发利用, 保护生态环境。 （二）农产品质量检测。我国加入 W T O 后, 农产品面临着 国际化竞争, 农产品能否进入国际市场, 取决于产品品质的 好坏, 因此, 农产品品质的检测就显得非常重要。1995 年美国 成功研制出 Merling 高速高频计算机视觉水果分级系统, 用 于苹果、梨、桃等的水果的分等定级和品质监测。我国农业工 作者为了提高农产品质量, 应用现代信息技术致力于产品品 质检测系统的研究, 这些系统的研究与应用能够及时地检测 产品品质质量指标, 分析模拟品质好坏。生产者根据这些信 息及时地控制或调整化学肥料和农药的施用, 避免化肥和农 药的不必要施用而造成在产品中的残留, 影响产品品质。 （三）农地分等和土壤养分管理。农用地分等定级是对决 定土壤生产力的内在属性和影响土壤生产力的外部环境条 件进行综合评价, 用量化指标确定土地质量等级, 为制定有 关农业政策、综合治理中、低土壤, 建立高产稳产田、
