3S技术在农业中的应用

3S技术在农业中的应用

摘要：

3S技术和农业是相辅相成的，农业因为3S技术有了全新的发展——精准农业，同时也促进了3S技术的成熟与进步，现代农业的发展已经逐步脱离了以往落后的生产技术, 21世纪的农业要走集约化的道路, 实现节水农业、优质高产无污染农业, 需要与各种新技术的结合应用。而测绘行业的3S技术, 即全球定位系统( GPS)技术、地理信息系统(G IS)技术和遥感( RS)技术, 能为农业发展建立与其相适应的地理信息系统, 提供规划、设计、施工、管理和决策使用, 为现代农业的高科技发展提供了广阔的前景。随着技术的发展，单纯地运用 GPS、RS与 GIS中的某一种技术往往不能满足综合工程的需要，不能提供精准农业实施过程中所需要的对地测量、存储管理、信息处理、分析模拟的综合能力。这就需要把RS、GIS、GPS有机结合，综合应用，构成一个一体化信息获取、信息处理、信息应用技术系统，这是一个充分利用各自技术特点的空间技术应用体系，并逐步成为一个实践性和应用性较强的新学科，简称为“3S”集成技术。

论文简要介绍了“3S”的概念及相互关系，并通过解读地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、遥感（RS）的技术特点及技术优势，结合工商管理专业阐述了“3S”技术在农业生产中的作用。同时阐述了精准农业的相关概念。

关键字：

3S技术，精准农业，遥感，信息处理

正文：

1. 3S技术的概念：

3S 是全球定位系统( GPS)、地理信息系统( G IS)和遥感( RS)的统称。是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。

1.1．全球定位系统( Global Positioning System )技术是美国第二代卫星导航系统, 是美国从20世纪70年代开始研制，于1994年全面建成，具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一

代卫星导航与定位系统。GPS是由空间星座、地面控制和用户设备等三部分构成的。GPS测量技术能够快速、高效、准确地提供点、线、面要素的精确三维坐标以及其他相关信息，具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，广泛应用于军事、民用交通(船舶、飞机、汽车等)导航、大地测量、摄影测量、野外考察探险、土地利用调查、精确农业以及日常生活(人员跟踪、休闲娱乐)等不同领域。

1.2. 地理信息系统简称GIS( Geographical Information System) 就是一个专门管理地理信息的计算机软件系统，它不但能分门别类、分级分层地去管理各种地理信息；而且还能将它们进行各种组合、分析、再组合、再分析等；还能查询、检索、修改、输出、更新等。地理信息系统还有一个特殊的“可视化”功能，就是通过计算机屏幕把所有的信息逼真地再现到地图上，成为信息可视化工具，清晰直观地表现出信息的规律和分析结果，同时还能在屏幕上动态地监测“信息”的变化。总之，地理信息系统具有数据输入、预处理功能、数据编辑功能、数据存储与管理功能、数据查询与检索功能、数据分析功能、数据显示与结果输出功能、数据更新功能等。通俗地讲，地理信息系统是信息的“大管家”。地理信息系统一般由计算机、地理信息系统软件、空间数据库、分析应用模型图形用户界面及系统人员组成。地理信息系统技术现已在资源调查、数据库建设与管理、土地利用及其适宜性评价、区域规划、生态规划、作物估产、灾害监测与预报、精确农业等方面得到广泛应用。

1.3. 航空航天遥感(RS)技术是通过遥感平台(像卫星、飞机、气球等)稳定地运载传感器, 来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波, 并按照一定的规律转换为原始图像, 从而提取这些物体的信息, 完成远距离识别物体。遥感技术可用于植被资源调查、气候气象观测预报、作物产量估测、病虫害预测、环境质量监测、交通线路网络与旅游景点分布等方面。例如，在大比例尺的遥感图像上，可以直接统计烟囱的数量、直径、分布以及机动车辆的数量、类型，找出其与燃煤、烧油量的关系，求出相关系数，并结合城市实测资料以及城市气象、风向频率、风速变化等因数，估算城市大气状况。同样，遥感图像能反映水体的色调、灰阶、形态、纹理等特征的差别，根据这些影像显示，一般可以识别水体的污染源、污染范围、面积和浓度。另外，利用热红外遥感图像能够对城市的热岛效应进行有效的调查。

2. 3S技术在农业中的应用：

2.1. 农业资源的清查、核算、评估与监测

通过对RS系统提供的农业资源的遥感图像、图片等信息进行判读解译、图像分类处理以提取专题信息, 及时更新GIS数据库, 对农业资源质和量的变化进行动态的监测, 调整各种图件, 达到对农业

资源的清查及核算; 利用GIS系统的空间分析和制图功能, 制作各种资源要素的图件, 诸如土地利用现状图、植被分布图等专题信息图; 并可进行多种专题图的叠加而获得综合信息; 在资源清查和动态监测基础上, 借助资源分析与评价模型, 基于GIS强大的数据管理与空间分析功能, 即可以对具有时空变化特点的农业资源进行存量和价值量的测算, 进行资源现状、潜力和质量的客观评估, 真实地反映农业资源的状况, 不仅快速、准确, 而且现势性好、时效性强, 为科学利用和管理农业资源提供了强有力的决策依据。

2. 2. 作物估产与长势监测

作物长势监测是一个动态过程, 利用RS多时相的影像信息, 就能够反映出宏观植被生长发育的节律特征; 解译RS影像信息, 在GIS中对各种数据信息进行空间分析, 识别作物类型, 统计量算出其播种面积, 分析作物生长过程中自身的态势和生长环境的变化; 发挥GIS系统的模型功能, 构建出不同条件下作物生长模型和多种估产模式, 把上述因素信息引入模型中便能估算出大面积作物的产量和实时监测作物生长态势。

2. 3. 农业气象中的应用

遥感是获取地表各类地物和现象实时信息的重要手段。多年来，农业气象工作者不断开拓遥感技术(RS)应用领域，在作物和牧草动态监测与估产、土壤湿度监测、大面积旱涝灾情监测、森林草原火险监测等研究方面取得了丰硕成果，并通过遥感监测业务系统的建立和完善，取得了明显的业务服务效益。近几年来，农业气象遥感监测技术应用领域进一步开拓，提出了定量遥感反演农田作物蒸腾和土壤水分利用率区域分异的方法，探讨了基于植物光谱诊断原理的作物水分和氮素遥感实时监测和快速诊断的研究重点与研究方向。另外，还进一步加强了与地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS) 技术结合进行遥感监测的研究，如基于GIS技术的旱灾遥感监测研究、‘3S’一体化技术支持下的山区复杂地貌类型农作物估产研究、基于GIS技术的水稻遥感估产最佳时相选择研究等，GIS和GPS技术的