.,1,精確農(nóng)業(yè)與GIS、GPS,.,2,精確農(nóng)業(yè)的早期研究與實踐在發(fā)達國家始于八十年代初期，根據(jù)農(nóng)田內(nèi)小區(qū)作物產(chǎn)量和生長環(huán)境條件的顯著時空差異性，提出對作物栽培管理實施定位、按需變量投入，精確農(nóng)業(yè)由此而發(fā)展起來。七十年代中期微電子技術的迅速實用化，推動了農(nóng)業(yè)機械裝備機電一體化和智能化監(jiān)控技術、農(nóng)田信息智能化采集與處理技術研究的發(fā)展。八十年代各發(fā)達國家對農(nóng)業(yè)經(jīng)營中必需兼顧“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力、資源、環(huán)境問題”的廣泛關切和有效利用農(nóng)業(yè)投入、節(jié)約成本、提高農(nóng)業(yè)利潤、提高農(nóng)產(chǎn)品市場競爭力、減少環(huán)境污染的迫切需求，為“精確農(nóng)業(yè)”技術體系的形成準備了條件。九十年代，尤其是海灣戰(zhàn)爭后GPS技術的民用化，推動了精確農(nóng)業(yè)技術體系的廣泛實踐。使得近20年來，基于信息技術支持的農(nóng)藝學、土壤學、植?？茖W、資源環(huán)境科學和智能化農(nóng)業(yè)裝備與田間信息采集技術、系統(tǒng)優(yōu)化決策支持技術等，在GPS、GIS空間信息技術的支持下組裝集成起來，形成了一個新的精確農(nóng)業(yè)技術體系。,.,3,一、精確農(nóng)業(yè)的概念與特征（一）精確農(nóng)業(yè)的概念來源:PrecisionAgriculture（精確、精細、精準）包括精確農(nóng)作、精確養(yǎng)殖、精確加工等方面PrecisionFarming(精確農(nóng)作)PrescriptionFarming（處方農(nóng)作）Site-specificFarming(定位農(nóng)作）概念:借助3S技術，盡可能的精細地掌握農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境條件，包括作物、土壤、氣象等信息，用計算機管理決策系統(tǒng)（包括模擬模型、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)等）對其進行處理分析，為制定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理措施提供定量決策建議并賦予定位實施。,.,4,精確農(nóng)作技術思想:基于田區(qū)差異的變量投入和最大收益田區(qū)差異：農(nóng)田小區(qū)作物產(chǎn)量和影響作物生長的環(huán)境因素（如土壤結構、地形、植物營養(yǎng)、含水量、病蟲草害等）實際存在的空間和時間差異信息變量投入：分析影響小區(qū)產(chǎn)量差異的原因，采取技術上可行、經(jīng)濟上有效的調控措施，區(qū)別對待，按需變量投入，分為：人工投入、機械投入、自動控制最大收益：指生產(chǎn)力、生態(tài)、社會效益,.,5,1、精確農(nóng)業(yè)的雛型在所有農(nóng)業(yè)耕地中存在土壤差異和產(chǎn)量差異，通過3S技術（GIS、RS、GPS）可以及時發(fā)現(xiàn)作物生長環(huán)境和收獲產(chǎn)量實際分布的差異性，獲取農(nóng)田小區(qū)作物產(chǎn)量和影響作物生長的環(huán)境因素（如土壤結構、地形、植物營養(yǎng)、含水量、病蟲草害等）實際存在的空間和時間差異性信息，分析影響小區(qū)產(chǎn)量差異的原因，并對這種差異性給予及時調控，即采取技術上可行、經(jīng)濟上有效的調控措施，區(qū)別對待，按需實施定位調控。,.,6,2、精確農(nóng)業(yè)內(nèi)涵利用3S空間信息技術和作物生產(chǎn)管理決策支持技術（DSS）為基礎，定位、定量、定時地面向大田作物生產(chǎn)的精確農(nóng)作技術，即把智能化農(nóng)業(yè)裝備與田間信息采集技術、系統(tǒng)優(yōu)化決策支持技術，在全球定位系統(tǒng)（GPS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術的支持下組裝集成起來，形成完善的精確農(nóng)業(yè)技術體系。3、精確農(nóng)業(yè)外延精確農(nóng)業(yè)技術思想，是信息技術和人工智能高新技術在大農(nóng)業(yè)中的運用，精確農(nóng)業(yè)技術不僅適用于種植業(yè)，也適用于養(yǎng)殖業(yè)和加工業(yè)，已擴展到設施園藝、集約養(yǎng)殖、產(chǎn)品加工及農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的精確經(jīng)營管理等方面，從而形成完整的精確農(nóng)業(yè)技術體系。其全部概念建筑在“空間差異”（SpatialVariability）的數(shù)據(jù)采集和處理上，其核心意圖是實時測知作物（畜禽）個體或小群體或小地塊生長或防疫的實際需要，從而及時確定對其針對性投入（肥、水、藥、飼料等）的量、質和時機，改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大群體、大面積平均投入的作法，以獲得最佳效果和最低代價。隨著精確農(nóng)業(yè)技術在不同農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)領域的拓展，必將產(chǎn)生更為顯著的社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益。,.,7,（二）精確農(nóng)業(yè)的特征1、地域性2綜合性3系統(tǒng)性4漸進性（1）無任何現(xiàn)代裝備、以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術為主的傳統(tǒng)精確農(nóng)業(yè)（2）以管理信息系統(tǒng)、專家咨詢和簡單機械化為主要裝備的現(xiàn)代精確農(nóng)業(yè)（3）以高度自動化、信息化技術為裝備的智能精確農(nóng)業(yè)此類精確農(nóng)業(yè)全部采用變量投入(VRT)機械化設備、地理信息系統(tǒng)(GIS)提供決策基礎、決策支持系統(tǒng)(DSS)輔助決策、GPSDGPS定位、自動控制耕作或養(yǎng)殖等全過程。5可操作性,.,8,二、精確農(nóng)業(yè)的支持技術1、3S技術2、決策支持技術（DSS）3、可變量投入系統(tǒng)（1）計算機(控制器)控制器包括計算機硬件和軟件平臺，是變量投入系統(tǒng)的核心部分，它完成信息處理和信息圖生成等工作。計算機中存儲著信息圖、土壤、作物生長與產(chǎn)量、施用量的歷史數(shù)據(jù)等，許多信息需及時更新。（2）GPS（3）傳感器（4）可變量投入設備包括可變量耕作設備、可變量施肥設備、可變量播種設備、可變量噴霧設備、可變量灌溉設備等,.,9,4、智能機械裝備技術必須具備定位導航、實時監(jiān)測、自動變量調節(jié)等功能。（1）在聯(lián)合收割機上安裝傳感器在聯(lián)合收割機上安裝谷物產(chǎn)量、水分、溫度、機器行走速度、工作幅寬等傳感器，再與全球衛(wèi)星定位導航技術設備配合，實現(xiàn)谷物收割過程的空間位置監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集、儲存、計算、輸出的結合。（2）在拖拉機上安裝傳感器在拖拉機上裝配速度傳感器、監(jiān)控器等，可以對農(nóng)業(yè)機械進行控制和按需自動的動態(tài)變量調節(jié)，實現(xiàn)變量投入。（3）在播種機械上安裝傳感器在播種機械采用土壤水分傳感器使種子播在水分適宜的深度，利用土壤營養(yǎng)傳感器、肥料營養(yǎng)傳感器、流量計及變量裝置建立投入肥料管理系統(tǒng)。（4）在耕地機械上安裝傳感器耕地機械裝配土壤養(yǎng)分含量實時測試系統(tǒng)傳感器，在耕作時進行實時測試，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，可以得到土壤養(yǎng)分含量分布圖，根據(jù)具體情況進行土壤改良。（5）在噴藥機上安裝傳感器在噴藥機上安裝病蟲草害等信息采集傳感器和控制器，視病蟲草害程度變量喚灑農(nóng)藥，不僅可以減少對環(huán)境的污染，同時可以減少對人畜的危害。（6）在灌溉設備上安裝傳感器,.,10,三、精確農(nóng)業(yè)技術實施過程,精準農(nóng)業(yè)的技術路線圖,.,11,.,12,（一）數(shù)據(jù)采集1產(chǎn)量數(shù)據(jù)采集2土壤數(shù)據(jù)采集土壤信息一般包括土壤含水量、土壤肥力、土壤有機質、土壤PH值、土壤壓實、耕作層深度等，詳細的土壤信息是開展精確農(nóng)業(yè)工作的重要基礎。3作物營養(yǎng)監(jiān)測方法4土壤水分監(jiān)測5苗情、病蟲草害數(shù)據(jù)采集6其它數(shù)據(jù)采集還要獲取近年來輪作情況、平均產(chǎn)量、耕作情況、施肥情況、作物品種、化肥、農(nóng)藥、氣候條件等有關數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)將用于進行決策分析。,.,13,.,14,MappingSPADvalues,.,15,Yieldmonitorsensorthatmeasuresgrainflowandmoisturecontentthroughacombine,YieldMonitor,GrainFlowSensor,.,16,.,17,Real-TimeSensor/Sprayer:GreenSeeker,.,18,.,19,.,20,（二）數(shù)據(jù)差異分析1、產(chǎn)量數(shù)據(jù)分布圖2土壤數(shù)據(jù)分布圖3苗情、病蟲害分布圖,.,21,.,22,SoilpHMapMcGarveyField(Perry,Iowa),.,23,（三）處方生成精確農(nóng)業(yè)技術是根據(jù)田間采集到的不均衡空間分布數(shù)據(jù)及有關作物其它信息，經(jīng)過決策分析，來控制投入方式和施用量。決策分析是精確農(nóng)業(yè)的核心，直接影響精確農(nóng)業(yè)技術的實踐效果。（四）控制實施精確農(nóng)業(yè)技術的目的是科學管理田間小區(qū)，降低投入，提高生產(chǎn)效率。精確農(nóng)業(yè)實現(xiàn)的關鍵是農(nóng)業(yè)機械的變量控制，在3S技術支持下得到的信息經(jīng)過一系列處理后，將會形成變量控制信息，最終控制農(nóng)業(yè)機械，實施變量管理。1智能農(nóng)業(yè)機械是精確農(nóng)業(yè)中進行控制實施的重要手段,.,24,2控制實施過程智能化農(nóng)業(yè)機械主要由信息采集系統(tǒng)、決策判斷系統(tǒng)和控制執(zhí)行系統(tǒng)等3部分組成。利用各類傳感器采集環(huán)境信息或作物信息，決策系統(tǒng)要先輸入關于農(nóng)藝、土壤、作物、管理等方面的數(shù)據(jù)作為進行系統(tǒng)決策的依據(jù)，將采集到的實時信息輸入系統(tǒng)經(jīng)過處理后作出決策，傳輸?shù)街悄芑r(nóng)業(yè)機械進行控制實施。例如，當駕駛拖拉機在田間噴施農(nóng)藥時，駕駛室中安裝的監(jiān)視器顯示噴藥處方圖和拖拉機所在的位置。駕駛員監(jiān)視行走軌跡的同時，數(shù)據(jù)處理器根據(jù)處方圖上的噴藥量，隨時向噴藥機下達命令，控制噴灑。,.,25,四、精確農(nóng)業(yè)技術的應用（一）精確農(nóng)業(yè)技術的分類1精確農(nóng)作精確農(nóng)作就是通常國外研究者所指的“PrecisionAgriculture”或“PrecisionFarming的含義。即實時測知作物個體或小群體或平方米尺度小地塊生長的實際需要，而及時確定對其針對性投入(肥、水、藥等)的量、質和時機。目前，美國、加拿大等許多農(nóng)業(yè)發(fā)達國家的種植業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)了“精確農(nóng)作”。2精確林果業(yè)在果樹生產(chǎn)中，精確化、集約化的管理越來越受到重視和推廣。從施肥、澆水、用藥等日常管理到收獲，國外一些國家均達到了精確化管理。如與微噴一起使用的施肥、果實的大小與形狀控制等等。在收獲過程中，法國已研制出自動導向機器人，在收獲前用微型攝像機對果樹拍照，根據(jù)獲取信息與存儲信息比較，完成是否采摘與包裹。日本利用同樣原理研制成功了柑橘和西紅柿的自動采收機器人。國內(nèi)如山東海陽引進以色列技術，建成了果樹野外自動化控制微噴工程，采用微機控制，根據(jù)土壤吸水能力、蘋果生產(chǎn)階段和氣候條件等因素，定時、定量、定位給果樹供水。,.,26,3精確養(yǎng)殖與畜牧業(yè)4精確設施農(nóng)業(yè)所謂設施農(nóng)業(yè)是指應用某些特制的設施來改變動植物生長發(fā)育的小氣候，達到人為控制其生產(chǎn)效果的農(nóng)業(yè)。設施農(nóng)業(yè)主要有：設施種植業(yè)，如溫室栽培、塑料大棚栽培、無土栽培等；設施畜牧業(yè)，如畜禽舍、養(yǎng)殖場及草場建設等。設施農(nóng)業(yè)在國外發(fā)展較早，目前已達到相當高的水平，在歐洲，多數(shù)國家以溫室生產(chǎn)為主，其中荷蘭和英國的溫室主要是玻璃溫室，用來生產(chǎn)蔬菜和花卉，荷蘭生產(chǎn)的蔬菜80用于出口，花卉出口更占世界出口量的71(1987)；日本利用溫室栽培蔬菜及果樹，技術十分發(fā)達，幾乎所有蔬菜的生產(chǎn)很大程度上依賴于溫室。,.,27,（二）實施精確農(nóng)業(yè)需要滿足的條件1農(nóng)田大小農(nóng)田大小的概念主要取決于外部環(huán)境，不同國家適于精確農(nóng)業(yè)技術實踐的農(nóng)田大小不一樣，一般需要一個全面的經(jīng)濟分析，可以計算出一個國家適于精確農(nóng)業(yè)技術實踐的最小農(nóng)田范圍。適于精確農(nóng)業(yè)技術實踐的最小面積約為85.6ha。2農(nóng)機化程度農(nóng)田可大可小，但是農(nóng)業(yè)作業(yè)若不是機械化，精確農(nóng)業(yè)就難以實施。如聯(lián)合收割機、播種機、施肥機、噴藥機、噴灌機等。另外，還需要GIS、GPS（DGPS）；信息采集、分析設備；隨農(nóng)業(yè)機械配備的定位系統(tǒng)、控制設備、監(jiān)測設備等?？傊?，機械化、自動化程度越高，越利于實施精確農(nóng)業(yè)技術實踐。3農(nóng)田差異,.,28,（三）精確農(nóng)業(yè)技術的應用1精確施肥2精確灌溉3精確植保,.,29,二、GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng),顧名思義：即在地球上的任一點兒，在任何時間通過系統(tǒng)可以確定這一點的位置。1、GPS的組成,1）空間星座（24顆衛(wèi)星）2）地面控制系統(tǒng)1個主控站3個注入站5個監(jiān)測站3）用戶設備,.,30,一般由三部分組成：,空間部分：星座、信號,地面監(jiān)控部分：監(jiān)控站、主控站、注入站,用戶部分：接收機（接收天線和信號處理運算和顯示）,.,31,控制部分CONTROLSEGMENT,監(jiān)控站：接收衛(wèi)星下行信號數(shù)據(jù)，并送至主控站，監(jiān)控衛(wèi)星導航運行和服務狀態(tài)。,主控站：衛(wèi)星軌道估計，衛(wèi)星控制，定位系統(tǒng)的運行管理。,注入站：衛(wèi)星軌道糾正信息，衛(wèi)星鐘差糾正信息，控制命令的上行注入衛(wèi)星。,.,32,用戶部分USERSEGMENT,GPS接收機由接收天線和信號處理運算顯示兩大部分組成。,大地測量型接收機：用于高精度靜態(tài)和動態(tài)定位。導航型動態(tài)接收機：用于實時動態(tài)定位。雙頻接收機：用于靜態(tài)大地測量和高精度動態(tài)測量，其中能同時接收P1、P2碼偽距值的稱為雙頻雙碼接收機。單頻接收機：用于低精度測量和普通導航。,.,33,具有相當高的定位精度，由米級到毫米級測定速度和時間的性能，具有同定位相當?shù)木日九c站之間不需要高精度定位所要求的可視性用戶在地球上的任何地方（在空中、在地面、在海洋）都可以接收到信號用戶不需要承擔經(jīng)濟義務，只需要價格比較低的硬件是一種全天候系統(tǒng)，一天24小時都能工作,特點,.,34,Trimble公司專門用于精準農(nóng)業(yè)的GPS設備,.,35,3.GPS在農(nóng)業(yè)上的應用,引導田間變量信息定位采集（如土壤、水質等）作物產(chǎn)量小區(qū)定位計量動態(tài)GPS定位（1）指揮農(nóng)機行走（2）指揮農(nóng)機作業(yè)（3）周邊環(huán)境不定期監(jiān)測的定位,.,36,能生成產(chǎn)量圖的聯(lián)合收割機,作物產(chǎn)量小區(qū)定位計量：,.,37,指揮農(nóng)機作業(yè)：依據(jù)農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)和專家系統(tǒng)提供的農(nóng)機作業(yè)路線及變更作業(yè)方式的空間位置，使農(nóng)機自動完成耕地、播種、施肥、滅蟲、灌溉等工作。,.,38,研究開發(fā)雜草識別噴藥控制機械,.,39,研究開發(fā)精準施肥機械,.,40,三、GIS-地理信息系統(tǒng),GIS的含義與特點是綜合處理和分析空間數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)。即利用計算機技術管理空間地理分布數(shù)據(jù)，進行一系列空間操作和空間分析，提供所需要的信息或規(guī)劃設計方案。它是采集、存貯、管理、分析和描述地球表面與空間和地理分布有關的數(shù)據(jù)空間信息系統(tǒng)。特點：數(shù)據(jù)庫的功能；空間分析功能和輔助決策功能。,.,41,.,42,.,43,.,44,.,45,.,46,水稻葉片群體葉綠素密度（SPAD值*LAI）空間分布特征,.,47,根據(jù)地力、前期施氮量和苗情長勢給出的促花肥處方圖(PIN),.,48,試驗示范區(qū)精確稻作后的產(chǎn)量空間差異,.,49,試驗示范區(qū)精確稻作前的產(chǎn)量空間差異,.,50,1）計算機硬件系統(tǒng)2）軟件系統(tǒng)3）空間數(shù)據(jù)庫4）操作工程師,GIS的組成,地理要素的編碼輸入與建庫數(shù)據(jù)管理與分析數(shù)據(jù)的處理與分析數(shù)據(jù)的傳輸與顯示,.,51,常見的地理信息系統(tǒng)類型,.,52,.,53,地理信息系統(tǒng)的表達方式,地理數(shù)據(jù)的表達方式,柵格數(shù)據(jù),矢量數(shù)據(jù),.,54,地理數(shù)據(jù)的表達方式,.,55,地理信息系統(tǒng)的功能,1數(shù)據(jù)輸入功能2數(shù)據(jù)編輯功能3.數(shù)據(jù)存儲與管理功能