数字农业技术与发展

数字农业技术与发展

摘要：数字农业是我们可持续农业发展的重要途径，以3S技术为核心，实现农业生产的数字化，网络化和自动化。国外数字农业发展已经到了大范围实用阶段。我国数字农业发展虽起步晚，但也取得了重要成就。

关键字：数字农业技术体系发展状况

农业是国民经济的基础产业，保障世界的粮食安全和农业的可持续发展是全球性的永恒主题。我国是一个农业大国，自然条件复杂且灾害频繁。在21世纪，解决我国农业问题的一条重要途径就是走数字农业的道路，这也是我国可持续发展的必由之路。

一数字农业的概念

农业的发展大致经历了原始农业、传统农业和现代农业几个主要发展阶段。人类使用石器农具从事简单生产劳动是原始农业的主要特点之一；在传统农业阶段，人类发明了铁器，开始利用铁木制农具进行生产提高了劳动效率，人类社会进入了自给自足的自然经济时代；而在现代农业阶段，农民利用先进的农业机械从事生产，使农业经济实现了质的飞跃。那么当代农业发展以什么为特色？当代农业应该如何发展呢？毫无疑问，农业信息化是当代农业的基本特色，而信息化又是以信息的数字化为实现手段的。

所谓“数字农业”是以农业生产数字化为特色的农业，是数字驱动的农业。其主要目标是建成融数据采集，数字传输网络、数据分析处理、数控农业机械为一体的数字驱动的农业生产管理体系，实现农业生产的数字化、网络化和自动化。

精准农业是数字农业的核心，是由信息技术支持的、根据空间变异定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统，其基本涵义是根据作物生长的土壤性状，调节对作物的投入，即一方面查清田块内部的土壤性状与生产力空间变异，另一方面确定农作物的生产目标，进行定位的“系统诊断、优化配方、技术组装、科学管理”，调动土壤生产力，以最少的或最节省的投入达到同等收入或更高的收入，并改善环境，高效地利用各类农业资源，取得经济效益和环境效益。精准农业由十个系统组成，即全球定位系统、农田信息采集系统、农田遥感监测系统、农田地理信息系统、农业专家系统、智能化农机具系统、环境监测系统、系统集成、网络化管理系统和培训系统。其核心是建立一个完善的农田地理信息系统，可以说是信息技术与农业生产全面结合的一种新型农业。精准农业并不过分强调高产，而主要强调效益。它将农业带入数字和信息时代，是21世纪农业的重要发展方向。

二数字农业技术体系

数字农业可以说是一个从基础理论、到应用理论、到支撑技术、再到工程的完整的学科体系，其关键技术可以分为软硬两方面。“硬技术”主要有：高分辨率对地观测技术、海量数据存储和互操作、宽带网络、虚拟现实等；“软技术”主要有数据挖掘与知识发现、地理信息系统、决策支持系统、人工智能以及系统集成等等，从20世纪70年代中期开始，经过各相关技术领域近二十年的研究开发与技术积累，具备了数字农业技术体系所需要的基本技术与装备，这一体系的主要技术包括遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)和虚拟现实(VR)技术。

遥感技术（RS）结合地理信息系统、全球定位系统等其他高新技术，能够快速准确地收集和分析信息，实现定时、定量、定位，客观性强，不受人为干扰，方便决策。了遥感技术在农业上分两大类五个领域：第一类是一般性应用，有土壤调查、水资源调查、土地利用制图等；第二类是特殊性应用，有农作物鉴定、农作物估产、森林火灾预警和侦察、病虫害侵袭调查等。

地理信息系统（GIS）是一个空间型的信息系统．具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力，具有区域空问分析和动态预测的功能。，地理信息系统在农业上的应用主要分四个层次，即作为农业资源调查的工具、农业资源分析的工具、农业生产管理的工具、农业管理的辅助决策工具。

全球定位系统（GPS）是一个具有全天候、实时、连续有效的导航定位系统，而且抗干扰能力强，时间授时可达到纳秒量级，能及时为用户提供高精度的三维坐标和时闻信息。它应用于农业，可实时地对土壤水分、肥力、作物苗情、病虫草害和产量等进行描述和跟踪，并可研制、开发出全自动拖拉机、播种机、农药喷洒机、收割机等农用机械，使得农业生产逐步进入自动化阶段。

虚拟现实（VR）汇集了计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术、高度并行的实时计算技术和人的行为学研究等多项关键技术，它是以计算机技术为核心，综合使用了各种最新技术，融视、听、触觉为一体的模仿现实的三维空间再现技术。

三数字农业在国外发展状况

数字农业在国外的研究已经达到了一个比较高的水平．具体体现在农业中应用计算机处理农业数据，建立数据库。开发农业知识工程及专家系统，应用标准化网络技术。开展农业信息服务网络的研究与开发。20世纪70年代，美国发射了landsat系列卫星，以分析植物和土壤反射的太阳光谱进行生物量和作物、土壤湿度感测。1995年，美国地球物理环境公司发射了一个小卫星群，用来监测整个农业的过程。

作物的生长发育模型与模拟是现在最前沿的农业科技发展领域之一。美国、以色列、荷兰在这方面的研究和应用都处于世界前列。荷兰的SWAN5就是在作物生长模拟模型和土壤水分、养分转移过程模型研究的基础上，完成的两类模型的初步整合。

发达国家对网络信息的利用已经进入实用阶段。美国农业部建立了全国耕地、草地、农作物生产等监测网。并通过该网获取或传递各类农业信息。又如欧共体将信息技术应用于农业列为重点发展规划，将数据库技术、专家系统技术、决策支持技术、地理信息系统技术、模式识别、图像处理、机器人等应用于农业生产和管理。

四数字农业在国内发展状况

我国数字农业较国外起步较晚，开始于“七五”期间。我国农业土地资源及利用、水资源及利用、气候资源、作物品种资源等方面的调查已经十分详细，相当一部分已经建立数据库。北京的小汤山现代科技示范园区就可进行谷物产量、水分的在线测量，田间作物信息的采集，RS监测作物长势，水分、病虫草害防治，环境监测等。

我国的虚拟农业研究也有了迅速的发展。中国农业大学初步建立了玉米、棉花地上部分三维可视化模型。为建立精确反应作物生长与农业环境条件关系的虚拟农田系统打下了坚实的基础。严定春等以玉米为研究对象，在先前已有的工作基础上，拟运用系统分析方法和动态模拟技术，构建基于过程的玉米生长模拟模型、基于三维可视化的虚拟模型，继而应用组件化程序设计思想，采用标准化接口和模块化封装技术，研究基于模型集成的数字化玉米生长模拟和虚拟设计系统，从而实现玉米生长模拟和虚拟显示等的数字化和科学化，取得了一定成果。

五数字农业发展前景

数字农业在我国已经具备一定的基础，具有非常巨大的发展潜力，也将为我国的传统农业注入新的活力。我国的数字农业发展将会朝着构建更精细的农业模型方面发展，开发出更智能化的农业决策系统，同时做到标准的统一和数据的共享。

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