精准农业及其应用前景分析

对精准农业进行了综合评述, 介绍了精准农业的技术体系, 包括全球卫星定位系统 GPS, 地理信息系统 GIS, 传感器及监测系统, 智能化农业机械. 分析了实施精准农业技术的工艺流程及精准农业的技术思想, 最后对精准农业的发展前景做出了预测.

第17卷第1期

1999年3月佳木斯大学学报(自然科学版)JournalofJiamusiUniversity(NaturalScienceEdition)Vol.17No.1Mar.1999

精准农业及其应用前景分析

蒋恩臣

(东北农业大学,哈尔滨,150030)

摘　要　对精准农业进行了综合评述,介绍了精准农业的技术体系,包括全球卫星定位系统GPS,地理信息系统GIS,传感器及监测系统,智能化农业机械.分析了实施精准农业技术的工艺流程及精准农业的技术思想,最后对精准农业的发展前景做出了预测.

关键词　精准农业　农业科技革命　发展前景

分类号　S126

0　引　言

精准农业(PrecisionAgriculture)是九十年代初以来发达国家将电子信息高新技术集成应用于农业可持续发展研究的热门领域,其含意是按田间每一操作单元的具体情况,因地制宜精细准确地调整土壤和作物管理措施,最大限度地优化使用各项农业投入,以获取最高产量和最大经济效益,同时保护农业生态环境,保护土地等农业自然资源,使农业可持续地发展下去.目前,支持“精准农业”的技术手段已研究开发出来,并趋于成熟,在示范应用中预示了良好的发展前景,可以预言:精准农业技术的研究和实践,将是世纪之交农业高新技术应用研究的“热门”课题,并将引发一场新的农业科技革命,必将对我国农业生产产生重大影响,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,结合我国的具体情况,研究发展适合于我国国情的精准农业技术体系.

美国从本世纪初对农业科技成果的推广采取“社区管理”(CommunityControl)办法,即通过推广人员影响社区领导人,社区可根据当地情况做一定调整,许多当时当地的问题实际上还得靠农民自己去摸索.到了本世纪50年代实行“大规模管理”(massSociety)方法,推广标准的种子、化肥、除草剂、农药、杀虫剂等,实际上是以同一个答案解决所有的问题.由于市场的竞争、环境法规要求日益严格,到了信息化社会,农民更关心的是:“我的农场该怎么办?”.近数十年来农业的基础研究有许多重大突破,对农业的发展发挥了重大作用,但这些研究成果往往都是分散的,单学科的,由于缺少直接通向农民的渠道,最终形成的只能是供研究人员阅读的论文或报告.

在同一块地里,土壤肥力、土壤质地、含水量、有机质等条件往往有很大差别.杂草、虫害、病害的发生也不是均匀的.杂草往往成斑块状,并多年在同一位置形成斑块.虫害、病害初期只在小范围内发生,如能及时施药可控制蔓延.施肥不足或施用除草剂、刹虫剂、农药不及时固然会造成减产,但施肥或施用除草剂、农药过量不仅是一种浪费,而且由这些化学品的淋失会造成环境污染或农产品的残留毒害.灌溉、排水、中耕及其它农业作业也都应该根据当时当地的具体情况控制才能收到更好的效果,同时保护环境.精准农业的含意是按着田间每一操作单元的具体情况,精细准确地调整土壤和作物管理措施,最大限度地优化使用各项农业投入,因地制宜地投入物质施用量,以获取最高产量和最大经济效益,同时保护农业生态环境,保护土地等农业自然资源.

精准农业是现有农业生产措施与新近发展的电子信息高新技术的结合,其核心技术包括全球卫星定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、遥感技术(RS)、计算机自动控制系统和智能化的农业机械.

精准农业是美国等发达国家的大规模经营和机械化操作条件下发展起来的,适于在国营农场等规模化经营地区发展应用,但是精准农业中建立的管理信息系统,因地制宜地调整投入物资施用量的原则适用于任何经营管理系统.我们应该在充分了解精准农业的原则和有关技术原理的基础上,结合我国国情,研 收稿日期:1999—01—20

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对精准农业进行了综合评述, 介绍了精准农业的技术体系, 包括全球卫星定位系统 GPS, 地理信息系统 GIS, 传感器及监测系统, 智能化农业机械. 分析了实施精准农业技术的工艺流程及精准农业的技术思想, 最后对精准农业的发展前景做出了预测.

第1期　　　　　　　　　　　蒋恩臣:精准农业及其应用前景分析

究发展适合我国国情的精准农业技术体系.97

1　精准农业的基本技术体系

1.1　全球卫星定位系统GPS

全球卫星定位系统是利用地球上空的24颗通讯卫星和地面上的监视站和用户设备等组成的高精度、全天候、全球性的无线电导航、定时、定位系统,是一种年轻而成熟的技术.最初GPS只用于军事目的,冷战结束后,逐渐开放,用于航海、航空、制图、定时、远洋捕捞、森林防火等民用目的.目前,世界上可提供标准定位信号服务的GPS卫星星座有美国国防部发射的GPS系统和俄罗斯发射的GLONASS系统,他们都承诺向全世界提供免费服务.但孤立的GPS接收器瞬时误差可能高达100米,这已不能满足精准农业的要求,为提高定位精度,已广泛采用差分GPS技术DGPS(见图1所示),定位误差可达3-5米,甚至更小.

GPS在精准农业上用于田间作业机具的准确定位.在耕

整机、播种施肥机、中耕机、植保机、收割机等机具上安装上

GPS接收器,可以准确指示机具所在位置座标,使机具根据

作业图自动进行定点作业.

1.2　地理信息系统GIS

GIS可比做精准农业的大脑.通过传感器或监测系统采

集的数据如排灌水系统、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等随时输入GIS,带有持久性的

数据如土地边界、土壤类型、地形地貌等可以一次事先存入或

定期存入,专家系统及其它决策支持系统也事先存入GIS中,GIS对这些信息进行加工处理,绘制信息电子地图.通过历年产量图的分析,可以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相关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,绘制出作业执行电子图,再通过计算机控制智能化农业机械实施变量投入作业.

1.3　传感器及监测系统

传感器是数据采集及田间作业监测的工具.实施变量投入时,应用信息实时传感器进行田间定位操作.变量投入控制系统可以自动地按土地特征或产量的需求投入种子、化肥或农药等物料.传感器不间断地监测数据,并与定位系统联合使用.传感器也是田间数据采集的工具,如土壤养份、压实、地表排PH值、

水状况、植株高度、杂草、病虫害、产量等数据的采集均可通过有关传感器获得.图2为英国福格森公司研制的测产装置,由籽粒提升器1,信号发射器2和信号接收器3等组成.作业时,由信号发射器2发射的稳定的信号要穿过谷层后到达信号接收器3,而接收信号的强弱与通过的谷层量大小有关,所以接收信号的强弱也就反映了瞬态产量的大小及其波动情况.据报道,该装置的误差不超过±0.5%.

精准农业技术实际上就是一种以信息为基础的农业管理系统.这些信

息就是利用传感器及监测技术方便、准确、及时、完整地获得的,在获得大

量的必要的数据基础上再根据各因素在控制作物生长中的作用规律或相

互关系,迅速做出恰当的管理决策,进而控制对作物的投入或调整作业操

作.确定需要哪些信息,需要多大的采样密度,以及弄清楚各因素之间的相

互关系及其对控制作物生长中的作用规律是精准农业技术的重要内容.

1.4　智能化农业机械图2　英国福格森公司研制的测产 …… 此处隐藏：3036字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……