3S技术在精准农业中的应用_潘明

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3S技术在精准农业中的应用

潘明 陈艺

(广东省农业机械研究所，广东广州 510630)

摘 要 精细农业是在信息科学发展的基础上，以地理信息系统GIS、全球定位系统GPS、遥感技术RS和计算机辅助决策技术为核心技术，以获得农田“高产、优质、高效”的现代化农业生产模式和技术体系为目的的农业技术革命，势必对我国农业的发展产生重大的影响。因此，应在充分了解国际精准农业发展的理论基础和技术原则的基础上，结合我国具体情况，研究发展适合我国国情的精准农业技术体系。本文简要介绍了3S技术及其在我国精准农业上的应用。

关键词 精准农业 3S技术 GIS GPS RS

社会的需求推动着技术的发展和进步，3S技术是在解决人类重大问题中发展起来的，是科技进步的产物，世界上许多国家都在积极地发展和运用以地理信息系统GIS、全球定位系统GPS、遥感RS为代表的空间信息技术。3S技术在管理空间数据方便的强大功能和处理资源与环境可持续发展问题上的突出能力，被广泛地应用于各行各业，有着广阔的应用前景和强大的生命力。3S技术是近年来空间信息科学发展的重要方向，也是国家高新技术研究重点之一，在农业上有很大的应用价值。农业现代化是我国社会主义现代化建设的重要目标之一，在当前国际信息化的大潮中，农业的信息化是农业现代化的必然要求，也是国民经济信息化的重要组成部分。3S技术是实现农业现代化的必要手段。

精准农业是当今世界农业发展的新潮流，是在现代信息技术、生物技术、工程技术等一系列高新技术最新成就的基础上发展起来的一种重要的现代农业生产形式，其核心技术是地理信息系统、全球定位系统、遥感技术和计算机自动控制技术。精准农业是将遥感、地理信息系统、全球定位系统、计算机技术、通讯和网络技术、自动化技术等高新技术与地理学、农学、生态学、植物生理学、土壤学等基础学科有机地结合起来，实现在农业生产过程中对农作物、土壤从宏观到微观的实时监测，生成动态空间信息系统，对农业生产中的现象进行模拟，达到合理利用农业资源，改善生态环境，提高农作物产品和质量的目的。实施精准农业是促进农业可持续发展的有效

途径，必将对我国农业生产产生重大影响。3S技术是精准农业的技术支柱，实现精准农业是3S技术的农业应用的目标之一[1]。

1 精准农业系统体系结构

一般来说，精准农业系统体系结构可以概括为以下10个系统，即全球定位系统(GPS)、农田信息采集系统、农田遥感监测系统(RS)、农田地理信息系统(GIS)、农业专家系统(ES)、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3S(即GIS、GPS、RS)技术。精准农业系统体系结构图如图1所示：

2 3S相关技术简介

2.1 地理信息系统GIS

地理信息系统GIS是集计算机科学、地理学、环境科学、信息科学和管理科学为一体的新兴学科，其利用计算

图1 精准农业系统体系结构

现代农业装备

Mondem Agricultural Equipments

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机技术管理空间、地理分布数据，进行一系列空间的操作和动态分析，以提供所需要的信息和规划设计方案。

地理信息系统是精细农业的技术核心，应用该系统可以将土地边界、土壤类型、灌水系统、历年的土壤测试结果、化肥和农药等使用情况以及历年产量结果做成各自的地理信息图管理起来，并能通过对历年产量图的分析，看出田间产量变异情况，找出低产区域，然后通过产量图与其他因素图层的比较分析，找出影响产量的主要限 制因素，在此基础上制定出该地块的优化管理信息系统，指导当年的播种、施肥、除草、病虫害防治、灌水等管理措施。

2.2 全球定位系统GPS

全球定位系统GPS是20世纪80年代发展起来、90年代建成的卫星导航和定位系统。全球定位系统由三部分构成：①地面控制部分，由主控站、地面天线、监测站和通讯辅助系统组成；②空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个道平面上；③用户装置部分，由GPS接收机和卫星天线组成。GPS不仅具有全球性、全天候、连续的精密三维导航与定位能力，还具有良好的抗干扰性和保密性。为了提高精度，目前广泛采用了DGPS技术，即所谓“差分校正全球卫星定位技术”。它的特点是定位精度高，根据不同的目的可以自由选择不同精度的GPS系统。

2.3 遥感系统RS

遥感系统RS是指从远距离高空及外空间的遥感平台，利用可见光、红外、微波等电磁波探测仪器扫描、摄影和信息感应，把获取的信息传输到地面，从而研究地面物体的形状、大小、位置、温度、状态等。遥感系统主要由以下4部分组成：①信息源。信息源是遥感需要对其探测的目标物。②信息获取。信息获取是指运用遥感技术装备接受、记录目标物电磁波特性的探测过程。信息获取主要包括遥感平台和遥感器，其中遥感平台是用来搭载传感器的运载工具，常用的有车载、手提、气球、飞机和人造卫星等；遥感器是用来探测目标物电磁波特性的仪器设备，常用的有照相机、扫描仪和成像雷达等。③信息处理。信息处理是指运用光学仪器和计算机设备对所获取的遥感信息校正、分析和解译处理的技术过程，从遥感信息中识别并提取所需的有用信息。信息处理设备包括彩色合成仪、图像判读仪和数字图像处理机等。④信息应用。信息应用是指专业人员按不同的目的将遥感信息应用于各业

务领域的使用过程。

3 3S技术在精准农业中的应用

3.1 GIS在精准农业中的应用

在精准农业技术体系中，GIS主要用于建立农田土地管理、土壤数据、自然条件、作物苗情、病虫害发生发展趋势、作物产量的空间分布等的空间信息数据库和进行空间信息的统计处理，图形转换与表达等，为分析差异性和实施调控提供处方信息[3]。

3.2 GPS在精准农业中的应用

GPS在精准农业中主要应用于以下3个方面：①智能化农业机械作业的动态定位，即根据管理信息系统发出的指令，实施田间播种、施肥、灌溉、排水、喷药和收获的精确定位；②农业信息采集样点定位，即在农田设置的数据采集点、自动或人工数据采集点和环境监测点均需GPS定位数据，以便形成数字信息存贮与共享；③遥感信息GPS定位，即对遥感信息中的特征点用GPS采集定位数据，以便于与GIS配套应用[3]。

3.3 RS在精准农业中的应用

RS技术主要通过车载或人造卫星装载的传感器获取即时田间数据，通过多波段的反射光谱分析可得到农田小区内作物的生长环境、作物状态因子、环境胁迫因子数量化的确切信息，了解地块内土壤和作物的空间变异情况进行管理决策。在小麦及水稻估产、农田病虫害监测、作物种类识别、田间墒情诊断、田间作物养分(N、P 、K)监测、大面积作物种植结构规划等众多领域显示了强大的应用潜力[3]。

4 3S技术在我国农业上的应用前景

我国是农业大国，但并非农业强国，面临人口众多而耕地较少的困境，因而对于资源的有效利用和环境保护的要求越来越高，而精准农业的核心指导思想就是要利用现代地球空间信息技术获取农田内影响作物的生长和产量的各种因素的时空差异，避免因对农田的盲目投入所造成的浪费和过量施肥施药造成的环境污染，从而可以有效提高经济效益、减少废弃物、降低农业生产对环境所造成的影响[2]。

概括而言，精准农业在我们的应用中可以产生以下效益：①有效进行旱涝监测，以提高预测精度，制定合理的

2011年第6期