1、 計算機在農(nóng)業(yè)中的應用論文 3S技術在精細農(nóng)業(yè)中的應用實例 學院： 工學院 班級: 姓名: 學號: “3S”技術在精細農(nóng)業(yè)中的應用實例【摘 要】：精準農(nóng)業(yè)是在信息技術發(fā)展的基礎上以地理信息系統(tǒng)(GIS)全球定位系統(tǒng)(GPS)、遙感技術(RS)和計算機自動控制技術為核心技術引發(fā)的一場新農(nóng)業(yè)技術革命將對我國農(nóng)業(yè)技術的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。因此應在充分了解國際精準農(nóng)業(yè)發(fā)展的理論基礎和技術原則的基礎上結合我國具體情況研究發(fā)展適合我國國情的精準農(nóng)業(yè)技術體系關【關鍵字】：精細農(nóng)業(yè)；3S技術；應用 眾所周知，農(nóng)業(yè)是一個國家的基本產(chǎn)業(yè)，并且農(nóng)業(yè)的發(fā)展歷程是伴隨著科學技術的進步而不斷變化的,二十世紀九十年代以來,隨

2、著3S(全球定位系統(tǒng)GPS、地理信息系統(tǒng)GIS、遙感RS)技術的研究和發(fā)展,使農(nóng)業(yè)原有技術生產(chǎn)體系與現(xiàn)代信息技術相結合形成一種新型先進農(nóng)業(yè)技術體系精準農(nóng)業(yè)(Precision Agriculture或Precision Farming),它將人類農(nóng)業(yè)的發(fā)展帶入了數(shù)字和信息時代,成為合理利用農(nóng)業(yè)資源、提高農(nóng)作物產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本、改善生態(tài)環(huán)境的主要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式。故“3S”技術是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必要手段。第一章 精細農(nóng)業(yè) “精細農(nóng)業(yè)”又稱精確農(nóng)業(yè),是一個綜合性的復雜系統(tǒng),是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)低耗、高效、優(yōu)質、安全的重要途徑,是二十一世紀全球農(nóng)業(yè)科技革命的方向。精細農(nóng)業(yè)是指在地學空間和信息技術支撐下的集約化和

3、信息化的農(nóng)業(yè)技術，其核心技術是地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、遙感技術和計算機自動控制技術。所以,精細農(nóng)業(yè)是將遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、計算機技術、通訊和網(wǎng)絡技術、農(nóng)學、生態(tài)學、植物生理學、土壤學等基礎學科有機地結合起來,實現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對農(nóng)作物、土壤從宏觀到微觀的實時監(jiān)測,生成動態(tài)空間信息系統(tǒng),對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的現(xiàn)象進行模擬,達到合理利用農(nóng)業(yè)資源,改善生態(tài)環(huán)境,提高農(nóng)作物產(chǎn)品和質量的目的。第二章 “3S”技術在精準農(nóng)業(yè)中的應用 主要表現(xiàn)為借助航空與航天遙感,以高空間和高光譜分辨率,及時提供農(nóng)作物長勢、水肥狀況和病蟲害情況的“征兆圖”(Symptom Maps)供診斷、決策和估產(chǎn)等使用。通

4、過與航空遙感或小衛(wèi)星群建立全球數(shù)據(jù)采集網(wǎng),可獲取實時數(shù)據(jù)。利用已存貯的土壤背景數(shù)據(jù)庫、農(nóng)田灌溉、施肥、種子等數(shù)據(jù)庫以及新獲取的“征兆圖”,進行分析、判斷,形成“診斷圖”,將這些結果與GIS相結合進行綜合分析,并做出投入產(chǎn)出估算,提出實施計劃或方案;將GPS與GIS集成系統(tǒng)裝載在農(nóng)業(yè)機械上,實現(xiàn)農(nóng)田作業(yè)的自動指揮和控制,如自動播種、施肥、除草、灌溉、培土以及收割等工作。為了保證作業(yè)的精確性,需要建立相應的專題電子地圖和廣域/局域GPS差分服務網(wǎng)。 全球定位系統(tǒng)的優(yōu)勢是精確定位,地理信息系統(tǒng)的優(yōu)勢是管理與分析,遙感的優(yōu)勢是快速提供各種作物生長與農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境在地表的分布信息,它們可以做到優(yōu)勢互補,促

5、進精細農(nóng)業(yè)的發(fā)展。21RS在精細農(nóng)業(yè)中的應用遙感技術可以客觀、準確、及時地提供作物生態(tài)環(huán)境和作物生長的各種信息。它是精細農(nóng)業(yè)獲取田間數(shù)據(jù)的重要來源。遙感技術在精細農(nóng)業(yè)中主要應用于以下幾方面：211農(nóng)作物播種面積檢測和估算遙感可實時記錄農(nóng)作物覆蓋面積數(shù)據(jù),通過這些數(shù)據(jù)可以對農(nóng)作物分類,并在此基礎上可以估算出每種作物的播種面積。212監(jiān)測作物長勢和估算作物產(chǎn)量農(nóng)作物遙感估產(chǎn)包括農(nóng)作物長勢、土地荒漠化和鹽漬化、農(nóng)業(yè)環(huán)境污染、水土流失等的監(jiān)測，這種監(jiān)測是持續(xù)進行的，在監(jiān)測過程中不斷提供農(nóng)業(yè)資源的數(shù)字變化和不同時間序列的圖件依據(jù)，農(nóng)田管理者可以通過遙感提供的信息,及時發(fā)現(xiàn)作物生長中出現(xiàn)的問題,采取針對性

6、措施進行田間管理。還可以根據(jù)不同時間序列的遙感圖像,了解不同生長階段中作物的長勢,提前預測作物產(chǎn)量。213作物生態(tài)環(huán)境監(jiān)測利用遙感技術可以對土壤侵蝕面積、土壤鹽堿化面積、主要分布區(qū)域以及土地鹽堿化變化趨勢進行監(jiān)測。也可以對土壤水和其他作物生態(tài)環(huán)境進行監(jiān)測,這些信息有助于田間管理者采取相應的措施。214災害遙感監(jiān)測和損失評估災害遙感監(jiān)測和損失評估 包括小麥、玉米、水稻、棉花等農(nóng)作物的產(chǎn)量預測和草場產(chǎn)量估測。氣候異常對作物生長具有一定的影響。利用遙感技術可以監(jiān)測與定量評估作物受災程度,對作物損失進行評估,然后針對具體受災情況,進行補種、澆水、施肥或排水等抗災措施。在自然災害監(jiān)測方面，開展了北方地區(qū)

7、土地沙漠化監(jiān)測、黃淮海平原鹽堿地調查及監(jiān)測、北方冬小麥旱情監(jiān)測等。215農(nóng)業(yè)資源調查及動態(tài)監(jiān)測 農(nóng)業(yè)資源調查包括土地利用現(xiàn)狀、土壤類型、草場、農(nóng)田等農(nóng)業(yè)資源的調查以及結束后的評價，提供農(nóng)業(yè)資源的準確數(shù)值和分布圖件。農(nóng)業(yè)部遙感應用中心于2000年設立草地遙感監(jiān)測和預警系統(tǒng)。該項目是利用遙感技術、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)等現(xiàn)代空間信息技術手段，建立技術先進、快速準確的中國草地退化和草畜動態(tài)平衡遙感監(jiān)測系統(tǒng)。22GIS在精細農(nóng)業(yè)中的應用 地理信息系統(tǒng)可以被用于農(nóng)田土地數(shù)據(jù)管理、查詢土壤、自然條件、作物苗情、作物產(chǎn)量等數(shù)據(jù),并能夠方便的繪制各種農(nóng)業(yè)專題地圖,也能采集、編輯、統(tǒng)計分析不同類型的空間數(shù)據(jù)

8、。目前,地理信息系統(tǒng)在精細農(nóng)業(yè)中主要應用于以下兩方面：221 管理數(shù)據(jù) GIS技術是以地理空間數(shù)據(jù)為核心，通過GIS可以管理農(nóng)業(yè)空間數(shù)據(jù)和實現(xiàn)遠程尋找所需要的各種地理空間數(shù)據(jù)，包括圖形和圖像等，同時提供分析工具、參與分析過程、顯示與輸出分析的結果等。222繪制作物產(chǎn)量分布圖安裝GPS的新型聯(lián)合收割機,在田間收割農(nóng)作物時,每隔一定時間記錄下聯(lián)合收割機的位置,同時產(chǎn)量計量系統(tǒng)隨時自動稱出農(nóng)作物的重量,置于糧倉中的計量儀器能測出農(nóng)作物流入儲存?zhèn)}的速度及已經(jīng)流出的總量,這些結果隨時在駕駛室的顯示屏上顯示出來,并被記錄在地理數(shù)據(jù)庫中。利用這些數(shù)據(jù),在地理信息系統(tǒng)支持下,可以制作農(nóng)作物產(chǎn)量分布圖。223

9、農(nóng)業(yè)專題圖分析通過GIS提供的復合疊加功能,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。通過對其分析,可以分析出土地上各種限制因子對作物的相互作用與相互影響,從中可以發(fā)現(xiàn)它們之間的關系。23GPS在精細農(nóng)業(yè)中的應用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)是利用地球上空的24顆通訊衛(wèi)星和地面上的接收系統(tǒng),同時接收來自多顆衛(wèi)星的電波導航信號,測量地球表面某點準確地理位置的技術系統(tǒng),英文簡稱GPS。上世紀80、90年代以來,用GPS同時測定三維坐標的方法將定位測繪技術從陸地與近海,擴展到整個海洋和外層空間;從靜態(tài)擴展到動態(tài);從事后處理擴展到實時、準實時定位與導航;定位精度也越來越高。GPS接收機在精細農(nóng)業(yè)中的作用包括精確

10、定位、田間作業(yè)自動導航和測量地形起伏狀況。為了實現(xiàn)以上功能,GPS接收機需要與農(nóng)田機械結合,隨著農(nóng)田機械在田間作業(yè),同時進行精確定位、田間作業(yè)自動導航和測量地形起伏。在GPS定位系統(tǒng)的協(xié)助下,農(nóng)田機械可以根據(jù)不同地塊的差別,自動調節(jié)種子、肥料和化學藥劑的投放量。例如,播種機會根據(jù)地塊內部土壤結構、有機質含量、不同土壤含水量來確定具體地點播種的疏密,這反映出“精細農(nóng)業(yè)”田間作業(yè)具有定位化的特點。由于GPS具有精確定位功能,農(nóng)業(yè)機械可以將作物需要的肥料送到準確位置,也可以將農(nóng)藥噴灑到準確位置。這不僅有助于提高作物產(chǎn)量,也可以降低肥料和農(nóng)藥的消耗。第三章3S技術在精細農(nóng)業(yè)中的綜合應用 GPS可以確定

11、農(nóng)業(yè)機械在田間作業(yè)中的精確位置, GIS可對各種田間數(shù)據(jù)進行處理和分析,二者結合為科學種田提供了所需要的定位和定量的技術手段,進行田間作業(yè)和田間管理。例如,地理信息系統(tǒng)能夠根據(jù)地塊中土壤特性和土地條件,結合GPS提供的位置數(shù)據(jù),指揮播種機進行定量播種,確定播種的疏密程度。在GIS和GPS指揮下,農(nóng)藥噴灑機可以去病蟲害發(fā)生地自動噴灑農(nóng)藥。 RS和GIS結合提供了多種數(shù)據(jù)源,這為建立農(nóng)田基礎數(shù)據(jù)庫奠定了基礎。農(nóng)田基礎數(shù)據(jù)庫是農(nóng)田科學管理的基礎。搭載在農(nóng)田機械上的地理信息系統(tǒng),可以記錄下各種農(nóng)田操作過程中的數(shù)據(jù),如作物品種、播種深度、噴灑農(nóng)藥類型、施肥和灌溉以及收獲產(chǎn)量,同時記錄下田間作業(yè)時的位置與

12、范圍、灌溉量、化肥使用量、農(nóng)藥噴灑量、噴施部位、使用時間、當天天氣狀況。通過RS,則可以獲得作物生長情況、作物生態(tài)環(huán)境等數(shù)據(jù)。將這些數(shù)據(jù)都記錄在數(shù)據(jù)庫內,日積月累就形成了農(nóng)田基礎數(shù)據(jù)庫。第四章 小結 可以說,精細農(nóng)業(yè)是在遙感、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)技術推動下發(fā)展起來的現(xiàn)代農(nóng)田精耕細作技術,它代表了未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個主要方向。3S技術在精細農(nóng)業(yè)中的應用,面臨的主要問題有:農(nóng)業(yè)遙感圖像的解譯技術的完善、農(nóng)田作業(yè)定位精度的提高、農(nóng)田基礎數(shù)據(jù)庫的更新,以及農(nóng)田機械與3S技術的集成。參考文獻:1張國權.計算機在農(nóng)業(yè)中的應用.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2007.2何勇.精細農(nóng)業(yè)M.杭州:浙江大學出版社,2000.3唐俊華.對地觀測技術與精細農(nóng)業(yè)M.北京:科學出版社,2001.4張永生.遙感圖像信息系統(tǒng).北京：科學出版社，2000.5周忠謨，易杰軍