3S技术在精细农业中的应用实例分析

计算机在农业中的应用论文

——3S技术在精细农业中的应用实例

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“3S”技术在精细农业中的应用实例

【摘 要】：精准农业是在信息技术发展的基础上以地理信息系统(GIS)全球定位系统(GPS)、遥感技术(RS)和计算机自动控制技术为核心技术引发的一场新农业技术革命将对我国农业技术的发展产生重大影响。因此应在充分了解国际精准农业发展的理论基础和技术原则的基础上结合我国具体情况研究发展适合我国国情的精准农业技术体系关

【关键字】：精细农业；3S技术；应用

众所周知，农业是一个国家的基本产业，并且农业的发展历程是伴随着科

学技术的进步而不断变化的,二十世纪九十年代以来,随着3S(全球定位系统GPS、地理信息系统GIS、遥感RS)技术的研究和发展,使农业原有技术生产体系与现代信息技术相结合形成一种新型先进农业技术体系—精准农业(Precision Agriculture或Precision Farming),它将人类农业的发展带入了数字和信息时代,成为合理利用农业资源、提高农作物产量、降低生产成本、改善生态环境的主要农业生产形式。故“3S”技术是实现农业现代化的必要手段。

第一章 精细农业

“精细农业”又称精确农业,是一个综合性的复杂系统,是实现农业低耗、高效、优质、安全的重要途径,是二十一世纪全球农业科技革命的方向。精细农业是指在地学空间和信息技术支撑下的集约化和信息化的农业技术，其核心技术是地理信息系统、全球定位系统、遥感技术和计算机自动控制技术。所以,精细农业是将遥感、地理信息系统、全球定位系统、计算机技术、通讯和网络技术、农学、生态学、植物生理学、土壤学等基础学科有机地结合起来,实现在农业生产过程中对农作物、土壤从宏观到微观的实时监测,生成动态空间信息系统,对农业生产中的现象进行模拟,达到合理利用农业资源,改善生态环境,提高农作物产品和质量的目的。

第二章 “3S”技术在精准农业中的应用

主要表现为借助航空与航天遥感,以高空间和高光谱分辨率,及时提供农作物长势、水肥状况和病虫害情况的“征兆图”(Symptom Maps)供诊断、决策和估产 等使用。通过与航空遥感或小卫星群建立全球数据采集网,可获取实时数据。利

用已存贮的土壤背景数据库、农田灌溉、施肥、种子等数据库以及新获取的“征兆图”,进行分析、判断,形成“诊断图”,将这些结果与GIS相结合进行综合分析,并做出投入产出估算,提出实施计划或方案;将GPS与GIS集成系统装载在农业机械上,实现农田作业的自动指挥和控制,如自动播种、施肥、除草、灌溉、培土以及收割等工作。为了保证作业的精确性,需要建立相应的专题电子地图和广域/局域GPS差分服务网。

全球定位系统的优势是精确定位,地理信息系统的优势是管理与分析,遥感的优势是快速提供各种作物生长与农业生态环境在地表的分布信息,它们可以做到优势互补,促进精细农业的发展。 2·1 RS在精细农业中的应用

遥感技术可以客观、准确、及时地提供作物生态环境和作物生长的各种信息。它是精细农业获取田间数据的重要来源。遥感技术在精细农业中主要应用于以下几方面：

2·1·1 农作物播种面积检测和估算 遥感可实时记录农作物覆盖面积数据,通过这些数据可以对农作物分类,并在此基础上可以估算出每种作物的播种面积。

2·1·2 监测作物长势和估算作物产量 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不同时间序列的图件依据，农田管理者可以通过遥感提供的信息,及时发现作物生长中出现的问题,采取针对性措施进行田间管理。还可以根据不同时间序列的遥感图像,了解不同生长阶段中作物的长势,提前预测作物产量。

2·1·3 作物生态环境监测 利用遥感技术可以对土壤侵蚀面积、土壤盐碱化面积、主要分布区域以及土地盐碱化变化趋势进行监测。也可以对土壤水和其他作物生态环境进行监测,这些信息有助于田间管理者采取相应的措施。

2·1·4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。气候异常对作物生长具有一定的影响。利用遥感技术可以监测与定量评估作物受灾程度,对作物损失进行评估,然后针对具体受灾情况,进行补种、浇水、施肥或排水等抗灾措施。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。

2·1·5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。 2·2 GIS在精细农业中的应用

地理信息系统可以被用于农田土地数据管理、查询土壤、自然条件、作物苗情、作物产量等数据,并能够方便的绘制各种农业专题地图,也能采集、编辑、统计分析不同类型的空间数据。目前,地理信息系统在精细农业中主要应用于以下两方面：

2·2·1 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。

2·2·2 绘制作物产量分布图 安装GPS的新型联合收割机,在田间收割农作物时,每隔一定时间记录下联合收割机的位置,同时产量计量系统随时自动称出农作物的重量,置于粮仓中的计量仪器能测出农作物流入储存仓的速度及已经流出的总量,这些结果随时在驾驶室的显示屏上显示出来,并被记录在地理数据库中。利用这些数据,在地理信息系统支持下,可以制作农作物产量分布图。

2·2·3 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。通过对其分析,可以分析出土地上各种限制因子对作物的相互作用与相互影响,从中可以发现它们之间的关系。 2·3 GPS在精细农业中的应用

全球卫星定位系统是利用地球上空的24颗通讯卫星和地面上的接收系统,同时接收来自多颗卫星的电波导航信号,测量地球表面某点准确地理位置的技术系统,英文简称GPS。上世纪80、90年代以来,用GPS同时测定三维坐标的方法将定位测绘技术从陆地与近海,扩展到整个海洋和外层空间;从静态扩展到动态;从事后处理扩展到实时、准实时定位与导航;定位精度也越来越高。GPS接收机

在精细农业中的作用包括精确定位、田间作业自动导航和测量地形起伏状况。为了实现以上功能,GPS接收机需要与农田机械结合,随着农田机械在田间作业,同时进行精确定位、田间作业自动导航和测量地形起伏。在GPS定位系统的协助下,农田机械可以根据不同地块的差别,自动调节种子、肥料和化学药剂的投放量。例如,播种机会根据地块内部土壤结构、有机质含量、不同土壤含水量来确定具体地点播种的疏密,这反映出“精细农业”田间作业具有定位化的特点。由于GPS具有精确定位功能,农业机械可以将作物需要的肥料送到准确位置,也可以将农药喷洒到准确位置。这不仅有助于提高作物产量,也可以降低肥料和农药的消耗。

第三章 3S技术在精细农业中的综合应用

GPS可以确定农业机械在田间作业中的精确位置, GIS可对各种田间数据进行处理和分析,二者结合为科学种田提供了所需要的定位和定量的技术手段,进行田间作业和田间管理。例如,地理信息系统能够根据地块中土壤特性和土地条件,结合GPS提供的位置数据,指挥播种机进行定量播种,确定播种的疏密程度。在GIS和GPS指挥下,农药喷洒机可以去病虫害发生地自动喷洒农药。

RS和GIS结合提供了多种数据源,这为建立农田基础数据库奠定了基础。农田基础数据库是农田科学管理的基础。搭载在农田机械上的地理信息系统,可以记录下各种农田操作过程中的数据,如作物品种、播种深度、喷洒农药类型、施肥和灌溉以及收获产量,同时记录下田间作业时的位置与范围、灌溉量、化肥使用量、农药喷洒量、喷施部位、使用时间、当天天气状况。通过RS,则可以获得作物生长情况、作物生态环境等数据。将这些数据都记录在数据库内,日积月累就形成了农田基础数据库。

第四章 小结

可以说,精细农业是在遥感、地理信息系统和全球定位系统技术推动下发展起来的现代农田精耕细作技术,它代表了未来农业发展的一个主要方向。3S技术在精细农业中的应用,面临的主要问题有:农业遥感图像的解译技术的完善、农田作业定位精度的提高、农田基础数据库的更新,以及农田机械与3S技术的集成。

参考文献:

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