农业工程导论

农业工程导论读书报告

农业工程导论这门课，让我们了解了许多新的前沿的技术在农业领域中的运用，其中主要有农业物联网，谷物测产系统，地理信息系统，遥感技术，精确农业信息系统等。下面一一说明给我印象最深刻的的几个方面。

关于农业物联网，首先区分几个概念，物联网，泛在网，传感器网。

物联网：是指通过部署具有一定感知、计算、执行和通信等能力的各种设备，获得物理世界的信息，通过网络实现信息的传输、协同和处理，从而实现人与物、物与物之间信息交换的互联的网络。泛在网：是指基于个人和社会的需求，实现人与人、人与物、物与物之间按需进行的信息获取、信息传递、信息存储、信息处理，具有环境感知、内容感知能力和智能性，为个人和社会提供泛在的、无所不含的信息服务和应用的网络。传感器网：通过有线或近距离无线网络通信技术相互连接、交换传送传感数据的传感器节点所构成的局域网络。

在农业的发展过程中物联网的作用是不言而喻的，采用统一云架构是农业物联网综合服务平台实现“三个面向（政府、生产主体、消费者）”综合服务的必然选择。它将计算资源、存储资源、网络资源虚拟化；将数据资源、服务资源共享。

同时面向智慧农业（大宗作物、畜牧、水产、设施农业、特色经济作物）有完整成熟的应用解决方案和实际工程应用案例，为进一步大规模推广奠定技术基础。面向智慧商超、智慧餐饮与商务部门农超对接、万村千乡工程有成熟商业模式，为农业物联网普及应用奠定商业与市场基础。

其次是谷物测产系统，也就是测量谷物预计产量的系统。这一技术的发展将为精细农业的发展提供巨大的帮助。

“精细农业”是利用现代信息高新技术改造传统农业，将“3S”技术、DSS（作物生产管理辅助决策支持系统）、先进传感技术、和智能化变量作业机械等集成用于农业生产和管理。而作物产量是精细农业中需要获取的最重要的信息之一，它集中反映了农田信息（如土壤特性、化肥利用、地形结构、气象因素、灌溉、虫草侵害）对产量的影响。

产量在线实时测量和产量图生成技术已成为精细农业发展的关键技术之一，利用产量图可分析农田小区产量差异性原因，合理利用农业资源、科学投入、提高产量、降低成本、减少环境污染，实现农作物生产可持续发展。获取农作物小区产量信息，建立小区产量图是实施精细农业的起点，也是实现农作物生产过程中科学调控投入和制定管理决策措施基础。

还有一个就是地理信息系统GIS。它将会对农田的地理环境监测和管理提供极大地便利。

GIS的组成有硬件、软件、空间数据、管理人员。硬件是GIS所操作的计算机。GIS软件提供所需的存储、分析和显示地理信息的功能和工具。GIS系统中最重要的部件是空间数据。GIS技术如果没有人来管理系统和制定计划应用于实际问题，将没有什么价值。

GIS是一门学科，是描述、存储、分析、输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科。是一个技术系统，是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息的计算机技术系统。是一个工程，完整的GIS应用不是简单的原理及方法的应用，而是基于系统工程、软件工程思想指导下的工程化建设过程。

其中可视化GIS技术无疑会成为GIS技术中最耀眼的一部分。可视化是指运用计算机图形图像处理技术，将复杂的科学现象和自然景观，甚至是十分抽象的概念进行图形化，便于理解现象、发现规律和传播知识。可视化技术是在动态、时空变换、多维的可交互的地图条件下，探索视觉效果和提高视觉工具功能。重点是将那些难以设想和接近的环境和事物，以动态直观的方式表现出来。

可视化GIS－研究领域是很广泛的，它运用动画技术制作动态地图，可用于涉及时空变化的现象或概念的可视化分析；运用VR技术进行地形环境仿真，真实再现地景，用于交互式地观察和分析，提高对地形环境地认知效果；运用图形显示技术进行空间数据的不确定性和可靠性的检查，把抽象数据可视化，由此发现规律；运用图形界面和交互式手段进行地图设计和编辑，以直观的方式完成地图设计制作。

一个重要的方面就是遥感技术。它对于农业的发展有很大的帮助。可以实现对农田和农作物的随时随地监测。

遥感是一门综合运用物理原理、数学方法和地学规律，在远处（高空）以非接触方式探测物体形状、性质和变化动态的新兴科学技术。遥感的理论基础是物理学，其核心是电磁波理论。特点有空间特性、时间特性、波谱特性、信息量巨大、受地面条件限制少用途广：遥感技术已广泛应用于农、林、牧、渔、水文、地质、气象、测绘、环境保护、城市规划、考古、土地利用与动态监测和军事侦察等众多领域

精细农业或者精确农业，也是未来农业技术发展的一个重要方面。但是也有下面几个方面的特点和需要解决的问题。

1.地表地块平面几何体空间位置矢量数据。数据信息特点：静态；数据量不大；几何体简单，边数不多，绝大多数多边形为凸多边形；有较明显的方向性。数据精度要求特点：绝对精度要求不高，相差5米之内是允许的；相对精度要求较高，误差不得大于0.3米；数据库管理要求特点：点位判别响应时间要求高；数值计算精度要求不高。精确到0.1米即可。要求系统有较完善合理的数据索引机制。总体来看，一般地理信息系统完全可以满足需要。

2.实时动态定位。技术需求特点：定位精度要求在亚米级；时间响应要求在亚秒级，这种要求对DGPS是有较大技术困难。实施技术方案：要充分考虑GPS 授时极为精确的特点，拖拉机测速是相当准确的。另外要考虑到拖拉机在大多数时间内时直线运动（调头除外）这些条件加进去，在计算机高速计算的支持下满足是时实动态定位还是不困难的。

3.及时获取土壤性状与作物状况信息数据。具体内容：有精确农业的目标决定，必需及时获取定位的土壤墒情、肥力、作物N、P、K营养亏缺状况、病虫害种类及危害程度等信息数据，显然有遥感技术获取这种定量化的信息数据是不现实的，半定量化信息还是可能的。需看到，这里半定量化信息数据随着作物不同生长期具体内容也是不同的。信息数据特点：这类信息数据随时间、随地点变化的梯度不大，因此对采样及由离散采样推算面状信息数据的计算机算法要求不高。这里获取信息比较困难的数据是速效P,P在土壤中变化活跃，降解时间短，用遥感手段获取有较大困难。

4.构建精确农业信息系统。多种精确农业模式：对于我国特定的条件，农村经济状况，农田地形地貌特点相差很大，精确农业发展模式不应是单一的。大致可分为北方平原区与南方丘陵区两种模式。北方大面积农田可考虑多加进遥感信息获取的技术成分，变量农作物单元可考虑小一些；而南方丘陵区农田破碎，以地理信息系统加上配方施肥技术，变量农作单元以一整块梯田为一单元，农田作物状况信息采集可以手持便携式辐射计或其它传感器为主。信息数据采集：农田位置信息数据可以使用高几何分辨率的遥感影像数据一次性的构建地块单元数据库。土壤性状分布可使用现有小尺度大比例尺土壤性状数字化专业图。作为来年布设基肥的参照信息—当年农田产量图可使用安装在收割机上的谷物流量计加上GPS获取。作物长势、营养亏缺信息数据可用多种技术渠道获取。地理信息系统开发：由于精确农业对GIS 技术功能要求并不高，GIS开发应以控件组合为主，开发重点在于支持建立农耕作业指令图的专家系统。

精确农业是数字农业的一个重要组成部分，是一个刚刚兴起不久的综合技术领域，在今后相当长的时间内是农业工作者的一个奋斗目标。