1、.3S技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用摘要：3S技術(shù)和農(nóng)業(yè)是相輔相成的，農(nóng)業(yè)因為3S技術(shù)有了全新的發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，同時也促進(jìn)了3S技術(shù)的成熟與進(jìn)步，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)逐步脫離了以往落后的生產(chǎn)技術(shù), 21世紀(jì)的農(nóng)業(yè)要走集約化的道路, 實現(xiàn)節(jié)水農(nóng)業(yè)、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)無污染農(nóng)業(yè), 需要與各種新技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用。而測繪行業(yè)的3S技術(shù), 即全球定位系統(tǒng)( GPS)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)(G IS)技術(shù)和遙感( RS)技術(shù), 能為農(nóng)業(yè)發(fā)展建立與其相適應(yīng)的地理信息系統(tǒng), 提供規(guī)劃、設(shè)計、施工、管理和決策使用, 為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的高科技發(fā)展提供了廣闊的前景。隨著技術(shù)的發(fā)展，單純地運(yùn)用 GPS、RS與 GIS中的某一種技術(shù)往往不能滿足綜合工程的需

2、要，不能提供精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實施過程中所需要的對地測量、存儲管理、信息處理、分析模擬的綜合能力。這就需要把RS、GIS、GPS有機(jī)結(jié)合，綜合應(yīng)用，構(gòu)成一個一體化信息獲取、信息處理、信息應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)，這是一個充分利用各自技術(shù)特點的空間技術(shù)應(yīng)用體系，并逐步成為一個實踐性和應(yīng)用性較強(qiáng)的新學(xué)科，簡稱為“3S”集成技術(shù)。論文簡要介紹了“3S”的概念及相互關(guān)系，并通過解讀地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、遙感（RS）的技術(shù)特點及技術(shù)優(yōu)勢，結(jié)合工商管理專業(yè)闡述了“3S”技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用。同時闡述了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的相關(guān)概念。關(guān)鍵字：3S技術(shù)，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，遙感，信息處理正文：1. 3S技術(shù)的概念： 3S 是

3、全球定位系統(tǒng)( GPS)、地理信息系統(tǒng)( G IS)和遙感( RS)的統(tǒng)稱。是空間技術(shù)、傳感器技術(shù)、衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)相結(jié)合，多學(xué)科高度集成的對空間信息進(jìn)行采集、處理、管理、分析、表達(dá)、傳播和應(yīng)用的現(xiàn)代信息技術(shù)。1.1 全球定位系統(tǒng)( Global Positioning System )技術(shù)是美國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng), 是美國從20世紀(jì)70年代開始研制，于1994年全面建成，具有海、陸、空全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。GPS是由空間星座、地面控制和用戶設(shè)備等三部分構(gòu)成的。GPS測量技術(shù)能夠快速、高效、準(zhǔn)確地提供點、線、面要素的精確三維坐標(biāo)以及其他

4、相關(guān)信息，具有全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，廣泛應(yīng)用于軍事、民用交通(船舶、飛機(jī)、汽車等)導(dǎo)航、大地測量、攝影測量、野外考察探險、土地利用調(diào)查、精確農(nóng)業(yè)以及日常生活(人員跟蹤、休閑娛樂)等不同領(lǐng)域。1.2. 地理信息系統(tǒng)簡稱GIS( Geographical Information System) 就是一個專門管理地理信息的計算機(jī)軟件系統(tǒng)，它不但能分門別類、分級分層地去管理各種地理信息；而且還能將它們進(jìn)行各種組合、分析、再組合、再分析等；還能查詢、檢索、修改、輸出、更新等。地理信息系統(tǒng)還有一個特殊的“可視化”功能，就是通過計算機(jī)屏幕把所有的信息逼真地再現(xiàn)到地圖上，成為信息可視化工具

5、，清晰直觀地表現(xiàn)出信息的規(guī)律和分析結(jié)果，同時還能在屏幕上動態(tài)地監(jiān)測“信息”的變化。總之，地理信息系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)輸入、預(yù)處理功能、數(shù)據(jù)編輯功能、數(shù)據(jù)存儲與管理功能、數(shù)據(jù)查詢與檢索功能、數(shù)據(jù)分析功能、數(shù)據(jù)顯示與結(jié)果輸出功能、數(shù)據(jù)更新功能等。通俗地講，地理信息系統(tǒng)是信息的“大管家”。地理信息系統(tǒng)一般由計算機(jī)、地理信息系統(tǒng)軟件、空間數(shù)據(jù)庫、分析應(yīng)用模型圖形用戶界面及系統(tǒng)人員組成。地理信息系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)已在資源調(diào)查、數(shù)據(jù)庫建設(shè)與管理、土地利用及其適宜性評價、區(qū)域規(guī)劃、生態(tài)規(guī)劃、作物估產(chǎn)、災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)報、精確農(nóng)業(yè)等方面得到廣泛應(yīng)用。1.3. 航空航天遙感(RS)技術(shù)是通過遙感平臺(像衛(wèi)星、飛機(jī)、氣球等)穩(wěn)定地運(yùn)

6、載傳感器, 來探測地表物體對電磁波的反射和其發(fā)射的電磁波, 并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為原始圖像, 從而提取這些物體的信息, 完成遠(yuǎn)距離識別物體。遙感技術(shù)可用于植被資源調(diào)查、氣候氣象觀測預(yù)報、作物產(chǎn)量估測、病蟲害預(yù)測、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測、交通線路網(wǎng)絡(luò)與旅游景點分布等方面。例如，在大比例尺的遙感圖像上，可以直接統(tǒng)計煙囪的數(shù)量、直徑、分布以及機(jī)動車輛的數(shù)量、類型，找出其與燃煤、燒油量的關(guān)系，求出相關(guān)系數(shù)，并結(jié)合城市實測資料以及城市氣象、風(fēng)向頻率、風(fēng)速變化等因數(shù)，估算城市大氣狀況。同樣，遙感圖像能反映水體的色調(diào)、灰階、形態(tài)、紋理等特征的差別，根據(jù)這些影像顯示，一般可以識別水體的污染源、污染范圍、面積和濃度。另外

7、，利用熱紅外遙感圖像能夠?qū)Τ鞘械臒釐u效應(yīng)進(jìn)行有效的調(diào)查。2. 3S技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用：2.1. 農(nóng)業(yè)資源的清查、核算、評估與監(jiān)測通過對RS系統(tǒng)提供的農(nóng)業(yè)資源的遙感圖像、圖片等信息進(jìn)行判讀解譯、圖像分類處理以提取專題信息, 及時更新GIS數(shù)據(jù)庫, 對農(nóng)業(yè)資源質(zhì)和量的變化進(jìn)行動態(tài)的監(jiān)測, 調(diào)整各種圖件, 達(dá)到對農(nóng)業(yè)資源的清查及核算; 利用GIS系統(tǒng)的空間分析和制圖功能, 制作各種資源要素的圖件, 諸如土地利用現(xiàn)狀圖、植被分布圖等專題信息圖; 并可進(jìn)行多種專題圖的疊加而獲得綜合信息; 在資源清查和動態(tài)監(jiān)測基礎(chǔ)上, 借助資源分析與評價模型, 基于GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理與空間分析功能, 即可以對具有時空變

8、化特點的農(nóng)業(yè)資源進(jìn)行存量和價值量的測算, 進(jìn)行資源現(xiàn)狀、潛力和質(zhì)量的客觀評估, 真實地反映農(nóng)業(yè)資源的狀況, 不僅快速、準(zhǔn)確, 而且現(xiàn)勢性好、時效性強(qiáng), 為科學(xué)利用和管理農(nóng)業(yè)資源提供了強(qiáng)有力的決策依據(jù)。2. 2. 作物估產(chǎn)與長勢監(jiān)測作物長勢監(jiān)測是一個動態(tài)過程, 利用RS多時相的影像信息, 就能夠反映出宏觀植被生長發(fā)育的節(jié)律特征; 解譯RS影像信息, 在GIS中對各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行空間分析, 識別作物類型, 統(tǒng)計量算出其播種面積, 分析作物生長過程中自身的態(tài)勢和生長環(huán)境的變化; 發(fā)揮GIS系統(tǒng)的模型功能, 構(gòu)建出不同條件下作物生長模型和多種估產(chǎn)模式, 把上述因素信息引入模型中便能估算出大面積作物的產(chǎn)

9、量和實時監(jiān)測作物生長態(tài)勢。2. 3. 農(nóng)業(yè)氣象中的應(yīng)用遙感是獲取地表各類地物和現(xiàn)象實時信息的重要手段。多年來，農(nóng)業(yè)氣象工作者不斷開拓遙感技術(shù)(RS)應(yīng)用 領(lǐng)域，在作物和牧草動態(tài)監(jiān)測與估產(chǎn)、土壤濕度監(jiān)測、大面積旱澇災(zāi)情監(jiān)測、森林草原火險監(jiān)測等研 究方面取得了豐碩成果，并通過遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建立和完善，取得了明顯的業(yè)務(wù)服務(wù)效益。近幾年來，農(nóng)業(yè)氣象遙感監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步開拓，提出了定量遙感反演農(nóng)田作物蒸騰和土 壤水分利用率區(qū)域分異的方法，探討了基于植物光 譜診斷原理的作物水分和氮素遙感實時監(jiān)測和快速診斷的研究重點與研究方向。另外，還進(jìn)一步加 強(qiáng)了與地理信息系統(tǒng)(GIS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)

10、 技術(shù)結(jié)合進(jìn)行遙感監(jiān)測的研究，如基于GIS技術(shù)的旱災(zāi)遙感監(jiān)測研究、3S一體化技術(shù)支持下的山區(qū) 復(fù)雜地貌類型農(nóng)作物估產(chǎn)研究、基于GIS技術(shù)的水稻遙感估產(chǎn)最佳時相選擇研究等，GIS和GPS技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步提高了遙感監(jiān)測的精度和可靠性2. 4. 在農(nóng)業(yè)節(jié)水方面的應(yīng)用應(yīng)用“3S”技術(shù)建立“土壤墑情監(jiān)測網(wǎng)系統(tǒng)”，對全國農(nóng)田墑情進(jìn)行監(jiān)測，為農(nóng)業(yè)灌溉用水和抗旱減災(zāi)服務(wù)。在監(jiān)測土壤墑情的同時，與當(dāng)時當(dāng)?shù)氐淖魑镄杷肯嘟Y(jié)合，可科學(xué)確定灌溉用水計劃。目前發(fā)達(dá)國家的一些先進(jìn)灌區(qū)以土壤墑情監(jiān)測作為灌溉用水管理的主要依據(jù)，根據(jù)氣象觀測資料、土壤墑情資料、作物長勢資料等確定作物的灌溉水量及灌溉時間，及時提供用水信息，從而

11、使農(nóng)業(yè)灌溉管理更加科學(xué)、精確。我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)和水土資源分布具有很強(qiáng)的區(qū)域性，各地區(qū)發(fā)展不平衡，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同地區(qū)的自然經(jīng)濟(jì)狀況，包括水資源狀況、氣候條件、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營方式、作物種類、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等，科學(xué)確定不同地區(qū)、不同階段的節(jié)水灌溉發(fā)展模式。 3. 基于“3S”技術(shù)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展大致歷經(jīng)了三個階段：原始農(nóng)業(yè)、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。信息化與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的結(jié)合是未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)就是信息技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)事管理的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)技術(shù)，是當(dāng)今農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流。它的興起引起了一場真正意義的農(nóng)業(yè)技術(shù)上的革命。 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是數(shù)字農(nóng)業(yè)的重要組成部分，是現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施與新近發(fā)展的高新技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，其核心技術(shù)

12、是由地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、遙感技術(shù)（RS）組成的“3S”集成技術(shù)。利用“3S”集成技術(shù)可以做到監(jiān)測農(nóng)作物產(chǎn)量分布、土壤成分和性質(zhì)分布、做到合理施肥、播種和噴灑農(nóng)藥，節(jié)約費用、降低成本、達(dá)到增加產(chǎn)量提高效益的目的。正是3S技術(shù)和計算機(jī)控制技術(shù)的快速發(fā)展極大地促進(jìn)了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在世界范圍內(nèi)的廣泛研究和應(yīng)用?？梢哉f3S技術(shù)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的基本工具。3.1 地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS） 地理信息系統(tǒng)是實現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)概念的核心系統(tǒng)。它可以用于農(nóng)田數(shù)據(jù)管理，查詢土壤、自然條件、作物苗情、作物產(chǎn)量等，并能夠方便的繪制各種農(nóng)業(yè)專題地圖，

13、也能采集、編輯、統(tǒng)計分析各種不同類型的空間數(shù)據(jù)。在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中地理信息系統(tǒng)還應(yīng)用于繪制作物產(chǎn)量分布圖和進(jìn)行農(nóng)業(yè)專題地圖分析。通過地理信息系統(tǒng)提供的覆合疊加功能，將不同農(nóng)業(yè)專題數(shù)據(jù)組合在一起，形成新的數(shù)據(jù)集。例如，將土壤類型、地形、作物覆蓋數(shù)據(jù)采用覆合疊加，建立三者在空間上的聯(lián)系，可以很容易分析出土壤類型、地形、作物覆蓋之間的關(guān)系。對于某一管理措施做出的實施計劃也用GIS系統(tǒng)管理。以施肥為例，按照某一地塊的土壤測試結(jié)果、歷年施肥歷史和產(chǎn)量情況（均以GIS圖層表示），制定出當(dāng)季在不同位點上各種養(yǎng)分的適宜適用量，做成GIS施肥操作指導(dǎo)系統(tǒng)（圖層），然后轉(zhuǎn)移到自動控制變量施肥機(jī)上，實施該地塊的自動變量平

14、衡施肥。 3.2 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Global Positional System, GPS）GPS系統(tǒng)在精確農(nóng)業(yè)實施過程中異常重要，它一方面將農(nóng)田各種信息給予準(zhǔn)確定位，并輸入到GIS，另一方面也是農(nóng)機(jī)作業(yè)軌跡的依據(jù)。在翻耕機(jī)、播種機(jī)、田間取樣機(jī)、施肥噴藥機(jī)、收割機(jī)等機(jī)具上安裝上 GPS接受器，可以準(zhǔn)確指示機(jī)具所在位置的坐標(biāo)，使操作人員可以按計算機(jī)上GIS操作指示圖進(jìn)行定點作業(yè)。近幾年來，GPS產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展迅速，若干大公司迅速涉足農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，提供了用于農(nóng)田測量、定位信息采集和與智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械配套的差分校正全球衛(wèi)星定位技術(shù)（DGPS，Differential Global Positioning

15、System）產(chǎn)品。系統(tǒng)可用于農(nóng)田面積和周邊測量、引導(dǎo)田間變量信息定位采集、作物產(chǎn)量小區(qū)定位計量、變量作業(yè)農(nóng)業(yè)機(jī)械實施定位處方施肥、播種、噴藥、灌溉和提供農(nóng)業(yè)機(jī)械田間導(dǎo)航信息等。DGPS作為農(nóng)業(yè)空間信息管理的基礎(chǔ)設(shè)施，一旦建立起來，即不但可服務(wù)于“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”，也可用于農(nóng)村規(guī)劃、土地測量、資源管理、環(huán)境監(jiān)測、作業(yè)調(diào)度中的定位服務(wù)，其農(nóng)業(yè)應(yīng)用技術(shù)開發(fā)的前景廣闊。 3.3 遙感技術(shù)（Remote Sensing，RS）遙感技術(shù)是未來精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系中支持大面積快速獲得田間數(shù)據(jù)的重要工具。它可以提供大量的田間時空變化信息。遙感在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的主要用途，在于利用高分辨率遙感信息，獲取小區(qū)域長勢與背景的差異

16、，從而提供精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實施定位處方農(nóng)作所需的信息。在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中它的應(yīng)用主要體現(xiàn)以下幾個方面： 作物長勢及其背景的監(jiān)測：運(yùn)用高分辨率（米級分辨率）傳感器，在不同的作物生長期，實施全面監(jiān)測，根據(jù)光譜信息，進(jìn)行空間定性、定位分析，為定位處方農(nóng)作提供依據(jù)； 作物冠層多光譜監(jiān)測：運(yùn)用地物光譜儀和多光譜相機(jī)獲取的信息，監(jiān)測葉綠素密度的變化，并分析其變化與養(yǎng)分的關(guān)系； 測定葉綠素的含量：該項工作與光譜測量同步，對鮮葉生物量及葉綠素含量進(jìn)行測量，測定葉綠素a、葉綠素b的含量，分析葉綠素含量與反射光譜的關(guān)系； 應(yīng)用多種遙感信息，分析葉綠素含量、葉綠素密度與干物質(zhì)積累的關(guān)系； 運(yùn)用多光譜遙感信息（紅外波段），在有作物

17、條件下監(jiān)測土壤水分的理論與方法。 4. 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的“3S”整體集成 在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中，單純地運(yùn)用 GPS、RS與 GIS中的某一種技術(shù)往往不能滿足綜合工程的需要，不能提供精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實施過程中所需要的對地測量、存儲管理、信息處理、分析模擬的綜合能力。這就需要把RS、GIS、GPS有機(jī)結(jié)合，綜合應(yīng)用，構(gòu)成一個一體化信息獲取、信息處理、信息應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)，這是一個充分利用各自技術(shù)特點的空間技術(shù)應(yīng)用體系，并逐步成為一個實踐性和應(yīng)用性較強(qiáng)的新學(xué)科，簡稱為“3S”集成技術(shù)。在“3S”集成技術(shù)中，RS是 GIS的一個重要數(shù)據(jù)源和強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)更新手段，GIS作為一種空間數(shù)據(jù)管理、分析的有效技術(shù)，可以為RS提供各種有

18、用的輔助信息和分析手段，而GPS則為RS和GIS綜合系統(tǒng)中處理的空間數(shù)據(jù)獲得準(zhǔn)確的空間坐標(biāo)提供了獲取和定位手段，并且可以作為一個數(shù)據(jù)源為 GIS提供相關(guān)數(shù)據(jù)，三者已發(fā)展成為不可分割的整體，相互滲透相互補(bǔ)充。5. 總結(jié) 經(jīng)過這一個學(xué)期的學(xué)習(xí)，我了解了很多3S技術(shù)和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的知識，雖然我是經(jīng)濟(jì)學(xué)的一名學(xué)生，但仍受益匪淺，目前3S技術(shù)正在漸漸大眾化和商業(yè)化，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為繼現(xiàn)代農(nóng)業(yè)后的必然，隨著我國3S技術(shù)的成熟，在將來也一定會實現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，從我們角度來看，我們可以通過3S技術(shù)對農(nóng)業(yè)的產(chǎn)量，地區(qū)分布提供的信息進(jìn)行分析和總結(jié)，從而對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行更好的規(guī)劃，為農(nóng)民提供更加具體和全面的建議，從而避免現(xiàn)在我國農(nóng)業(yè)的這種資源浪費狀況，避免菜賤傷農(nóng)的發(fā)生。并提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，因地制宜！參考文獻(xiàn)： 1 湯國安 ,趙牡丹地理信息系統(tǒng).北京 科學(xué)出版社 ,2002. 2 羅云啟 ,羅毅數(shù)字化