3S技术集成在精细农业中的应用

3S技术集成在精细农业中的应用

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摘要：本文分别论述了3S技术中遥感技术（RS），全球定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS）在精细农业中的应用，并总结了它们综合应用给精细农业带来的好处，同时简单分析了目前3S技术应用在精细农业上的不足和缺陷。

关键词：3S技术；精细农业；GPS；RS；GIS

1引言

我国是个以农业为本的国家，同时又是世界第一人口大国，我国的农业必须自给自足，因此提倡“高产，优质，高效”的现代化农业技术迫在眉急。早在1983年国外就有人提出“精细农业”的概念，并在发达国家得到很好的开展应用。所谓“精细农业”[1]指的是：在现代科学技术发展的基础上，特别是在计算机和信息科学技术发展的基础上，适应现代农业“提高产量，减少投入，节约资源，保护环境”的要求而引发的一场新的农业技术革命，代表着信息社会农业的发展方向。发展精细农业可以有效的解决我国农业人多地少，资源浪费的问题，解放农业生产所需的人口，促进农业的现代化、机械化，具有很大的潜力。

精细农业的发展受到3S技术的推动作用。由于民用3S技术的迅猛发展和成本的降低，3S技术在精细农业示范应用中预示着良好的发展前景。在3S技术支持下的精细农业具有技术性强，定量化，定位化的特点，代表了未来农业的发展方向。本文就简单谈谈3S技术在精细农业中的应用。

2 3S技术分别在精细农业上的应用

2.1 遥感（RS）在精细农业中的作用

众所周知，遥感技术指在遥感平台上，通过传感器获取地物的电磁波信息并识别目标几何物理特征的技术，其最大的特点是：对地物不接触而进行大面积的同步观测和具有很好的时效性。在农业生产中，准确及时地了解农作物的生长状况是十分重要的。这刚好给遥感这一先进技术有了发挥的平台，使遥感成为农业数据的重要来源之一。

利用遥感技术可以估算农作物的播种面积。通过较高分辨率的遥感影像可以估算农作物的种植面积；通过遥感影像的判读技术，获取不同农作物的分布区域，

从而得到各种不同作物的种植面积和种植结构。

在农作物的生长过程中，可以通过遥感图像分析它的长势征兆。通过不同阶段的作物图像，可以得到作物是否健康，生长是否遵循自然规律等等，以便及时施肥、灌溉、喷洒农药、预防灾害的发生；当作物即将成熟时期，还可以应用遥感图像获取得到它的产量。另外，气象遥感可以提供天气预报，比如降水量等信息。这些信息如果及时反馈给农民，使农民“对症下药”，相信今后的农业生产将不再是“靠天收”了。

与之同时，遥感技术还可以发现作物受到的自然灾害和人为破坏。比如，预测农作物是否会遭受病虫害；发现有无化学污水排入灌溉区；当作物遭受洪水袭击后，可以分析得到受灾面积和损坏状况等。针对这些信息提前采取相应的措施，从而就能把损失降到最低程度。

2.2 全球定位系统（GPS）在精细农业中的应用

GPS在农业上的应用主要是精确定位。传统中国农业耕作，都需要大量的人力来完成。从耕牛到铁牛，虽然是个大变革，但是离完全实现自动化还有很大距离。有了GPS加上电子地图的使用，可以实现自动化耕作机械的导航，播种精确定位，测得农田的微地形变化等。比如，GPS接收机用于灌溉系统时，可以精确把水或肥料适量送给需要的作物，既不产生浪费，也避免了肥料过多产生的危害。因此，GPS的应用给农民田间手工耕作的历史画上了句号，节约了大量的劳动力，为实现农业自动化奠定了基础。

2.3 地理信息系统（GIS）在精细农业中的应用

GIS可以比喻为精细农业的大脑，精细农业的技术核心是地理信息系统。地理信息系统最主要的特点是强大的空间分析功能，所以，应用GIS对农业生产的全过程进行分析管理及优化，如土地类型，灌溉系统，化肥农药用量等；并对农作物的生长状况做横行和纵向的分析；还可以根据各地社会经济得到销售信息等等。

利用GIS技术绘制产量分布图。据说[2]，安装GPS导航仪的新型联合收割机，每个一定时间记录收割机的位置，同时计量系统随时自动称出农作物的重量，自动记录这些信息，并存于地理数据库中，可以绘制农作物的产量分布图。

利用GIS技术绘制农业专题图。根据专题图，可以分析全国作物分布情况，分析不同农作物的产量状况等。并可以通过与土地类型图叠加分析得出某一地区适合种哪种类型的作物，分析土壤的盐碱度等等，对于我们合理的规划和指导农业生产有着积极的意义。

3 3S技术在精细农业中的综合应用

3S技术中遥感技术可以实时或准实时地获取目标的语义或非语义信息[3]，

特点是大面积同步观测，全球定位系统有实时精确获取目标的空间位置的作用，两者均为地理数据源，就如同两只眼睛获取农业生产数据；而地理信息系统像大脑是3S技术中最重要最核心的技术，用于综合分析，科学管理，动态存取这些数据[3]，并指导数据的合理应用。三者优势互补，是发展精细农业的好方法。

先通过RS影像进行耕作前的土壤的调查，调查土壤的盐碱度、土壤中的化学成分、水分、温度等，然后应用GIS进行进一步的综合的定量分析，确定适宜种植何种农作物；在作物生长的过程中实现自动化机械GPS导航，播种，除草，施肥，灌溉，喷洒农药都可以做到精确定位，避免浪费节约资源；与此同时，利用RS分析农作物的生长状况，估算面积和长势等可以及时地了解农作物的生长状况，并预防病虫害的发生并且及时的采取必要的措施减少损失，利用GIS 管理分析这些数据，建立农田基础数据库，并作出耕作方案和行动计划。这一系列的高科技的应用使农民坐在家中就可以控制和管理所有劳作，是我国精细农业的发展趋势，也是人类农业的发展趋势。

4 3S技术在精细农业应用中面临的问题和不足之处

首先，利用全球定位系统GPS进行导航定位，如果要追求高精度就要损失一定的时效性，反之，要保证时效性就必然要降低一定的精度，二者犹如鱼和熊掌，不可兼得。因此，GPS定位精度和时效同时满足精细定位的要求是个关键问题。

其次，要真正实现全部室内作业，农民需要每隔3—5天得到一张农田地区高分辨率遥感图片。这需要很高的成本，目前还不能做到平民化。对于广大中国农民，可能在短时间内还难以掌握先进的影像判读技术，也难以接受如此高的投入。因此，低成本的遥感图像和智能化提取农作物征兆信息的突破对提高农业田间科学管理具有十分重要的意义。

再次，GIS的分析功能虽然强大，但是要求有精确实时的数据源。复杂的数据使分析有时不能顺应市场的要求。我国耕地分布广泛，数据获取和更新是个瓶颈问题。农业生产原则上要根据市场的供求来指导和调整，但是由于GIS分析不可能考虑所有的影响方面，加上市场有很多不定因素，农业生产目前还不能完全接受GIS指导。

5 总结

3S技术在精细农业上的应用是农业发展的趋势之一，自动化的生产节省了大量人力物力。面对技术存在的问题和不足，我们应该结合实际问题努力研究，克服困难，把成熟的3S技术引入农业生产，并依据农业信息采集系统和专家系统，使农机自动完成各种工作，降低成本，避免浪费，减少污染，真正实现绿色农业。