3s技术在农业领域的应用4

3S技术在精细农业中的应用及发展
齐虎春
内蒙古化工职业学院
[摘要]精细农业是实现农业可持续发展的重要途径，3S技术作为精细农业系统的主要支持
技术，在我国已经具备了自主发展的条件，在农业现代化过程中发挥了巨大作用。本文探讨了3S技术在我国精细农业发展中的应用、遇到的问题与解决的途径，以及未来发展的前景。
[关键字]精细农业3S技术自主发展北斗系统

农业的发展经历了原始农业、传统农业和现代农业3个主要发展阶段，在取得成就的同时，带来了严重的环境问题。对此，人们提出了一系列的替代农业对策，如回归型农业、生态农业、有机农业、综合农业等发展模式。当前，随着遥感信息技术、全球定位系统、地理信息系统等技术的发展，精细农业作为基于信息高科技的集约化农业的问世，并成为农业可持续发展的热门领域。精细农业的核心是指实时获取地块中每个小区土壤、农作物的信息，诊断作物的长势和产量在空间上的差异，并按每一个小区做出决策，准确地进行灌溉、施肥、喷药，以达到最大限度提高水、肥和农药利用效率，增加产量并减少环境污染的目的。精细农业本身是一种可持续发展的理念，是一种管理方式。但是为了达到这个目标，需要几方面的工作，包括获得田间数据，根据收集的数据做出作业决策，决定施肥量、时间、地点，应用机器来完成。这些工作的要求结合在一起即是现代农业信息化和机械化的实现。
1精细农业发展的技术需求
精细农业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，为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。而3S技术是精细农业的重要支持技术，3S技术是遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)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与通讯技术相结
合，多学科高度集成的现代信息技术。
遥感技术(RS)可以客观、准确、及时地提供作物生态环境和作物生长的各种信息，是获取田间数据的重要来源。遥感技术的基本原理是利用物体的电磁波特性，通过观测电磁波识别物体及其存在的环境条件。由传感器、遥感平台和遥感信息的接受和处理系统组成，其中接收从目标反射或辐射的装置叫做遥感器，如扫描仪、雷达、摄影机等。装载遥感器的平台称遥感平台，如飞机、人造卫星等。经过遥感器得到的数据在使用前，还要进行纠正、增强、变换、滤波、分类等处理过程。
地理信息系统(GIS)是以地理空间数据

库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态地理信息的计算机系统。它能够将空间信息和属性信息结合起来，具有地理数据采集管理、空间属性分析、地理信息可视化表现等功能。可以被用于农田土地数据管理，查询土壤、自然条件、作物苗情、作物产量等数据，并能方便的绘制各种农业专题地图，也能采集、编辑、统计分析不同类型的空间数据。
全球卫星定位系统(GPS)由导航卫星，地面控制系统和GPS信号接收机3部分组成。导航卫星由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成，实现高达98%的全球覆盖率，具有全球全天候工作、定位精度高、观测时间短等特点。GPS在精细农业中的作用主要包括精确定位、田间作业自动导航和测量地形状况。
现代科学技术的发展为实现3S一体化创造了可能性，计算机软硬件的飞速发展、处理能力的加强及丰富的软件和操作平台也为3S一体化提供了有力的支持。GPS的优势是精确定位,GIS的优势是管理与分析,RS的优势是快速提供各种作物生长与农业生态环境在地表的分布信息。GPS和GIS结合提供了科学种田需要的定位和定量的技术手段，RS和GIS结合提供了多种数据源，为建立农田基础数据库奠定了基础。它们可以做到优势互补,促进精细农业的发展。
23S技术在精细农业中的应用
精细农业中的定位信息采集与农业实施，
需要采用全球卫星定位系统（GPS）。近年来，GPS产业技术发展迅速，若干大公司迅速涉足农业领域，提供了用于农田测量、定位信息采集和与智能化农业机械配套的差分全球定位系统（DGPS）产品。这类产品通常具有12个可选择的卫星信号接收通道，动态条件下每秒能自动提供一个3维定位数据，动态定位精度一般可达分米和米级，并具有与计算机和农机智能监控装置的通用标准接口。如美国Trimble公司Ag13212通道GPS接收机，可接收信标台发布的地区性差分校正信号免费服务或获得由近地卫星转发的广域差分收费校正信号服务，提供分米级定位和0.1m/h的速度测量精度。系统可用于农田面积和周边测量、引导田间变量信息定位采集、作物产量小区定位计量和提供农业机械田间导航信息等。DGPS作为农业空间信息管理的基础设施，不但可服务于精细农业，也可用于农村规划、土地测量、环境监测，农业技术开发应用的前景广阔。
地理信息系统（GIS）作为用于存储、分析、处理和表达地理空间信息的计算机软件平台，在精细农业技术体系中主要用于建立信息数据库，为分析差异性和实施调控提供处方信息。它与农业专家系统一起，根据产量的空间差异性，分析原因做出诊断，提出科学处方，指导科

学的调控操作。由于农业活动涉及广阔的地理空间，
GIS在农业中具有重要的应用价值，开发基于GIS向基层农村用户推广的田间地理信息系统（FIS）是未来发展的重点。
遥感（RS）技术是精细农业体系中获得田间数据的重要来源。近30多年来，RS技术在大面
积作物产量预测，农情宏观预报等方面做出了重要贡献。遥感技术领域积累起来的农田和作物多光谱图像信息处理及成像技术、传感技术和作物生产管理需求密切相关。RS获得的时间序列图像，可显示出农田土壤和作物特性的空间反射光谱变异性，提供农田作物生长的时空变异性信息，可用于确定作物长势和条件的变化。未来，卫星遥感技术将在精细农业技术体系中扮演重要角色。
3S技术的应用是现代信息化发展的趋势，
极大地提高了信息采集和处理的准确性和直观性，为我国精细农业的发展提供了高科技的信息平台。
3我国3S技术的应用与发展3.1目前在我国的应用
当前，3S技术在我国已经深入到国民经济和社会发展的众多领域，在国家资源环境调查、重大自然灾害监测、城市规划与管理、海洋勘察、国家安全等方面发挥着越来越重要的作用。3S项目领域覆盖到建立国家级基本资源与环境动态信息服务体系、完善重大自然灾害监测与评估运行系统、开发国产地理信息系统基础软件、推动GIS产业化和示范应用、遥感前沿高科技研究等重要方面。我国在建设国家级资源环境动态信息服务体系的工作中，以全数字化方法建设了土地资源与生态环境数据库，实现了业务化、网络化运行，为国家西部大开发及水土保持规划等工作提供了及时有效的信息服务。
2011年4月10日，中国第八颗北斗导航卫
星成功发射，这标志着北斗区域卫星导航系统的基本系统建成。此前我国已成功发射四颗北斗导航试验卫星和八颗北斗导航卫星，将在系统组网和试验基础上，逐步扩展为全球卫星导航系统。根据系统总体规划，2012年将首先覆盖亚太地区，2020年建成覆盖全球的卫星导航系统。北斗系统主要有3大功能，即快速定位；短报文通信；精密授时。相对于GPS等卫星定位系统，北斗系统不仅能使用户知道自己的所在位置，还可以告诉别人自己的位置，特别适用于需要导航与移动数据通信场所。同时与其它全球卫星导航系统具有兼容性，能够更好的促进卫星定位、导航、授时服务功能的应用。北斗系统在我国农业发展中已经开始发挥作用，2005年国防科工委在新疆生产建设兵团建设的基于北斗系统农田土壤墒情数据采集与监测示范工程项目，实现了土壤含水量、温湿度和地理位置的实时监测、旱情综合分析、土地

面积和距离丈量等先进的解决方案，为我国精细农业的发展提供了很好的范例。目前，北斗系统已成功应用于诸多领域，经济效益和社会效益显著。
通过地理信息系统软件技术攻关和应用示范，我国初步建立了地理信息系统软件产业。近年来，国产GIS软件产业规模以每年一倍的速度发展，在推动GIS应用与改造传统行业方面发挥了显著的作用。在地理信息系统软件平台方面，基础软件MapGIS和GeoStar在整体水平和精度方面已达到或超过国外同类软件。在空间数据获取和加工生产方面，数据加工软件
GeoWay、EPS2000系列和数字正射影像处理软件PhotoMapper等形成了完整的空间数据采集、
加工生产平台。在互联网应用方面，国产软件已经广泛地应用于国内地理信息发布、交通旅游和物流配送等方面。
国家遥感中心已经建立了稳定可靠的数据传输通道，为国家有关决策部门获得遥感信息提供了有效保障。在高分辨率遥感农作物分类识别及面积测算方面，实现了大型遥感图像快速处理，研制成功了空间数据库支持的遥感数据融合和定量分析技术，明显缩短了空间数据获取和信息更新的周期。未来，我国将把自主的北斗卫星定位系统引入三维遥感影像定位与导航，其应用将具有更加广阔的发展前景。
3.2
发展中的问题
当前，随着我国卫星导航纳入新兴产业“十二五”规划，以及多项政策的扶持，我国3S产业即将迎来巨大的发展机遇。然而3S产业也面临着一些问题，实际上我国3S技术在科研领域与国外相差并不大，而差距主要在产业化方面。目前，我国3S产业的整体规模不大，不少企业为了实现融资纷纷寻求上市。近几年多家3S领域的公司相继上市，但是上市后的企业境遇却与想象中的大不相同。例如国内知名的超图软件上市后上半年主营净利润竟不足百万元。
3S产业的发展应由政府来主导，尤其是在
前期发展阶段，政府部门对产业的推动会有着至关重要的影响，并不是靠消费性需求来主导

的。然而，目前我国3S领域存在着"条块分割"的现象，造成了部门间出现了技术、资源的屏障，容易造成重复投入、资源浪费现象的发生。3.3解决的途径
3S技术具有天然的优势互补性，它们相互
融合发展就成为了必然的趋势。国家应尽快制定相关的行业标准和规范，实现技术、资源在地区和部门间的共享。同时，国家应建立一套数据库或者公共服务平台，实现资源的合理利用。在建设过程中应由中央政府来推动，地方政府来组织实施，提供资金支持。在未来发展中本着开放、独立、兼容、渐进的原则，鼓励在基础研究、产品开发等方面自主创新，掌握核心技术

，保护自主知识产权，提高核心竞争力，以确保我国自主3S技术系统在未来国际竞争中占据优势地位。
4我国精细农业的发展前景
精细农业是在美国等发达国家种植业的大
规模经营和机械化操作条件下发展起来的,但精细农业提供的技术和认识思维方式,特别是因地制宜、按需投入的原则适用于任何经营管理体系。因此，结合我国实际情况，研究和发展适合我国国情的精细农业技术体系，必将对我国的农业技术革命产生重大影响。当前，我国农业发展正在向现代新型农业转化，全面实践新技术体系的路程还很长，但启动新技术的示范与实践研究，将有利于推动实现我国农业生产科技化进程，有利于推动基于信息技术的农产品制造业、服务业的发展。随着计算机信息技术和3S技术的发展应用，我国精细农业在自主3S技术的引领支持下，必将走在现代农业技术发展的前列。
———————————参考文献:
[1]徐国强，高献坤.精细农业研究.农机化研究,2005.08.
[2]程明华，陈建平.3S技术在农业中的应用.山西农业科学,2006.5.
[3]唐金元，于潞.北斗卫星导航定位系统应用现状分析.全球定位系统,2008.7.