精准农业技术范文

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篇1

农业技术的使用可以被看作是农民为实现农作物高产的目标。农民有很多目标：例如风险管理，生活质量，环境管理等等。但是作为依赖农业来增加收入的农民来说，主要的目标就是能使他们的生活得以保障。为了进行农业生产，农民受限于必备生产要素，例如土地，劳动力，机械设备和管理经验。要想获得盈利，就需要使这些资源达到最佳的优化配置，用最少的投入获得最大的回报。盈利性农业的一个相关原则就是平衡投入和使用，因此，对投入的再分配使用可以提高产量，降低消耗。这一原则是指在土地价格相对过高的国家，农民在最佳时间通过使用机械设备来种植农作物，从而达到土地的最大使用程度。相反，在资金相对缺乏的国家，农民可以通过延长种植时间来节约使用机械设备的费用，即便亩产量会有所下降。这一原则也揭示了精准农业这一新技术得到了相对的发展和普及。两个原因推动了精准农业技术的普及。第一，它们提高了机械化农业中投产量的效能，这一技术很有可能在投产使用效率相对高的地区得到最快发展。第二，因为这一技术要求充足的资金来实现人类的自动化进程，因此这一技术更容易在相对于劳动力资金更加充足的地区得以最快发展。

1.2大型机械设备在精准农业中的使用

精准农业技术对设备的要求越来越趋向于“大型化”。也就是说这一技术的使用要求是一个整体，不是个体。这一整体可以使一个系统，不仅包括设备本身，还有特定的投产，服务和技术来提高效率。例如，产量映像不仅需要产量监测和GPS定位系统这些硬件设施，还需要映像软件包括计算机和操控硬件和软件的技术来绘图解释产量。即便是已经决定采用精准农业技术，普及时间也会因为机器的更新周期而有所延误，比如GPS定位系统，传感器和其他电子设备的安装。一些发明家翻新了现有的机械设备，但是一些农民却不愿意接受这种做法。电子应用技术的缺乏，高额的安装服务费和标准化的缺失都会降低成本效率和设备改型。

2精准农业技术的发展前景

2.1发展前景

精准农业技术的基本模型很有可能在将来有很好的发展前景，这一技术的普及应用会在土地资源丰富，有可用的人力资源和金融资本以及劳动力使用和可变投入已经有效发展的地区得到快速的发展。这些地区包括美国，加拿大，澳大利亚，阿根廷和巴西的部分地区。在人口压力较大，土地资源相对较少，但是有丰富的人力资源和资本的地区(例如西欧)，精准农业技术的应用会发展的相对缓慢。尽管目前为止已有一些国家已经有相关的政策规定介入到精准农业，但是如果从精准农业中得到的环境效益能够以文件的形式下发，就会使改变空间格局的普及应用率有所改变成为可能。

对于时间上这一技术的普及还是会有所不平衡，因为大多数的精准农业技术都依赖于高昂的机械设备。如果农作物价格有所提高，那么精准农业技术的普及采用率也会相应的有所提高，否则不均衡现象还是会继续存在。

2.2中国特色的精准化农业

篇2

中图分类号：F325，1

文献标志码：A

文章编号：1673-291X(2009)33-0029-03

中国农业正处于由传统农业向现代农业过渡阶段，农业整体发展水平与世界发达国家有较大差距，农业科技水平低则是重要因素之一。精准农业――未来农业的雏形，是一种基于知识的农业技术体系，是实现精准农业效益的必经之路，发展和推广精准农业技术对于加速中国农业现代化可持续化进程、占领未来农业领域竞争制高点具有十分重要的意义。

一、推广精准农业的意义

1　发展精准农业是实现中国农产品高产、优质、高效农业的需要。加入WTO后，发达国家和地区的一些农产品凭借其质量和价格优势，将更多地进入中国农产品市场，中国农业面临着更严峻考验，依靠科技进步，努力降低生产成本，提高农产品质量成为中国农业发展的当务之急。精准农业是质量效益型农业，以优质高效为目标，重视农产品的质量，追求以最少的投入获得优质的高产出和高效益。

2　发展精准农业是中国有效利用生态资源，实现农业可持续发展的需要。中国人口最多但自然资源状况较差且恶化趋势严重，如人均耕地占有量逐年下降，近十年人均占有量由0.09公顷下降到0.08公顷。化肥、农药的大量使用及工业废水、废气、废渣的任意排放造成农田环境和农作物的严重污染，约占目前耕地总面积1／5的土地受到污染；土地退化严重，致使自然灾害愈加频繁。优化资源，保护环境，实现农业可持续发展已成为中国社会经济发展的基本战略。但从传统农业的角度来看，环境保护与农业发展间存在着一定的矛盾，农业可持续发展需要新型技术的支持，依靠科技技能提高农业生产中的资源利用率，以充分利用有限的自然资源。

3　发展精准农业是转变农业经济增长方式和增加农民收人的有效途径。中国以往农业经济的增长主要是靠投入，以粗放经营解决供不应求的总量问题。但在农产品基本形成买方市场的条件下，数量问题已不再是主要矛盾，而被品种、质量矛盾所代替。农业面对和所要解决的主要是农产品的质量问题。粗放经营难以解决这一矛盾，唯有靠以现代科学技术为基础的集约经营方是正途。发展精准农业也是增加农民收入的必由之路。增加农民收入是关系全局性的问题，也是农业发展的根本目的。但在市场经济条件下，仅靠扩大数量和提高农产品价格已没有多大潜力，必须瞄准市场，发挥资源优势，发展精准农业。

二、大河沿子镇现代精准农业技术推广现状

大河沿子镇位于新疆精河县以西45公里处，面积1435.45平方公里，总人口3.25万，其中农业人口2.6万。下辖15个农牧业村，1个新农生态农业有限责任公司和2个社区居委会。大河沿子镇共有耕地11.7万亩，农业生产以棉花为主，2007年全镇棉花播种面积为11.4万亩，是一个以农为主、农牧结合的大镇。从2006年开始至今，大河沿子镇紧紧围绕着促进农民增收，实现农业快速发展和农村经济繁荣这一主题，在全镇开展了以现代精准农业技术为主的一系列农业科技推广工作。

1　现有棉花种植技术。一直以来大河沿子镇的棉花种植都是很传统的，2006年开始采用新技术，大面积棉田采用了“一穴一粒”精量播种技术，农民从繁重的定苗中解放出来，过上了休闲的节日。“一穴一粒”精量播种对种子加工提出了更高的要求。按照种子生产的有关标准，发芽率达到80％的种子才算合格种子。土壤耕作层90％以上残膜都得到清理回收，避免因棉种播在残膜上出不了苗的问题。为消除农户担心“一穴一粒”不保险的心理，政府部门还给予农户适当的补贴和优惠政策，精量播种技术就这样在不被普遍看好的情况下推广下去了。与精量播种相配套的是精准灌溉，虽然大水漫灌已经是落后的灌溉方式了，但在大河沿子镇依然存在，只有部分耕地采用加压灌，膜下灌等精准灌溉方式，2008年还采用了埋式滴灌植棉新技术，并将继续推广。棉田施肥同样离不开“精准二字”，依托滴灌系统实施的“随水施肥”在大河沿子镇也得到了应用。

2　精准技术设施配套状况。大河沿予镇已推广加压灌8000亩，膜下灌7000亩，设立了两个示范点，其中一个采用精良气吸式点播及高压滴灌技术相配套；第二个示范面积为125亩，采用精良气吸式点播及常压滴灌技术相配套，都通过精量播种、精肥精管，实施标准化作业。以建立诱虫灯监测预报系统为主，采用频振式杀虫灯和生物药剂防治技术的综合应用，完善植保体系，降低生产成本。与此同时，该镇已引进小型精量播种机18台，一机三膜大型精播机2台，拔杆清膜机100台，引进优质高产品种标杂Al达150亩，新陆早33号5000亩。2008年大河沿子镇还大力发展设施农业，建立蔬菜大篷，增加了高压滴灌等设施，其植棉技术在全县还处于领先水平，如高产优质新品种的引进、推广和滴灌技术的应用。由于棉田病虫害的综合防治技术，农机标准化作业等常规技术和新技术的综合应用为棉花高产打下了坚实的基础。

自从2006年推广精准技术以来，大河沿子镇棉花种植不仅减少了投入成本和劳动力，而且还提高了棉花产量，增加了收入。在2007年由于采用了新技术，大河沿子镇11.4万多亩棉田平均单产籽棉341.5公斤／亩，比去年增加29.1公斤／亩，同年滴灌棉田比淹灌棉田平均亩产高出30-40公斤。

三、大河沿子镇精准技术推广过程中存在的问题

1　农业技术推广资金投入不足，制约着推广力度。由于农业技术的公共物品属性，现代农业技术的推广，需要政府的大力推动。发达国家每年农技推广经费一般占到农业总产值的0.6％～1.0％，发展中国家也在0.5％左右，而中国在现行的农业技术推广体制下，政府对农业技术推广工作的重视力度不够，农技推广经费占农业总产值的比重不足0.2％，人均经费更少，多数技术推广机构“无钱打仗”已严重影响到技术推广工作的正常开展。每年仅由不到20％的县会下拨一定的技术推广经费，很多时候下拨经费还会发生截留现象，使经费不能最终用到技术推广活动中来。因经费不足等原因，只能够勉强维持工作人员的工资，而用于技术推广项目的资金就很少了，部分地方政府“卸包袱”，还出现了“线断、网破、人散”的被动局面。大河沿子镇农业技术推广经费主要是农民自筹或非政府部门提供，政府下拨技术推广资金经费很少，甚至没有，2008年大河沿子镇6个农业村自筹资金68万元，增加实施棉花加压滴灌面积6700亩。由于推广经费少，制约着精准技术进一步在更大范同内的采用。

2　农民对现代农业高新技术接纳能力差。一方面，农民的文化素质制约了他们对高新技术的接纳能力。另一方面，在农业内部，作为市场主体的农户更加懂得比较科技投入的成本和预期收益，只有当他们认为预期收益高于预期成本时才会选择新的生产技术，农业科技使用的高风险性又使得他们在有限的资本和劳力的投向上显得更为谨慎，农户对可替代的新技术选择反应迟钝，缺乏内在的需求动力。大河沿子镇农户基本上都是小学、初中学历，无法很快接受新技术，他们最注重眼前经济效益，然而采用新技术有时要很高的成本，而且新技术的优势也需要一个很长的过程后才会发挥，这就导致农户看不到他们想要的收益，造成农户对高新技术避而远之不愿接受的局面。

3　农民居住地分散，组织化程度低，农业技术推广缺乏有效的渠道。下农民对自家的土地具有决定权，很难统一规划和生产，这增加了新技术推广工作的难度。农业生产的高度分散性和农民组织的缺失，使得技术推广成本高，导致技术与产业的割裂。在现行农业推广制度下，农业技术推广及开发的速度，效果，服务质量，最后效益不能和推广主体的努力程度或付出挂钩，导致农业制度对农业科技进步缺乏有效的激励机制。大河沿子镇的技术推广工作之所以艰难主要是缺乏有效的农民组织，虽然设有农业技术推广站，但还是无法填补农民组织的作用。

4　农业技术推广队伍不稳定，精兵强将少。从目前专职农业技术推广队伍的现状分析。基层农业技术推广站有近1／3的人员不具备农业专业学历或根本是外行。大河沿子镇农业技术推广机构属于基层推广部门，现有专职人员8人，大多为高中学历，导致新技术的推广工作无法顺利进行。

5　精准技术推广人员分布不尽合理。当前，中国农技推广体系的一个突出问题是农技推广人员分布过于集中于县级，使技术推广的供给与需求发生错位。随着经济迅速发展和城乡人民需求的多样化，农民对技术的需求也越来越细，随时需要得到农技推广人员的指导。但与此需求不相适应的是，乡镇级农技推广人员力量相对薄弱。目前多数乡镇级农技推广站的农技推广人员只有2―3人，且设备简陋。大河沿子镇技术推广人员虽然有8人，但真正在基层做实际工作的人却只有3～4人，多数推广人员都在精河县，很难起到新技术宣传推广作用，加之基层推广人员少且工作量大，工资水平低，推广工作举步维艰。

四、深化精准农业技术推广体系的对策

1　加强政府对农业技术推广的保障和支持。农技推广是个系统工程，能否更好发挥作用和发挥更大作用，除了农技推广体系自身要深化改革、创造条件外，还需要各级政府、社会各界的大力支持和配合，也需要相应的政策措施、资金支持等外部环境和条件作为坚强的后盾。加强财政支持力度，增加农技推广资金投入。首先，保证承担公益性技术推广职能的乡镇以上农技推广人员全额拨款，确保人员工资。其次，增加农技推广基础设施建设资金投入，添置必要仪器设备，搞好技术示范点建设，不断提高现代化水平。2008年大河沿子镇就增加了蔬菜大棚，加压灌，低灌等设施农业设备。

2　确立农民对技术需求的主体地位，提高农民采纳农业新技术的自愿性。农民是经营主体，也是农业技术的需求和市场主体。采纳新的农业技术应该是农民市场经营的理性选择。传统观念通常是从技术供给者的角度看问题，把农技推广的过程仅仅看做是向农民提供农业技术的过程，是农业技术的被动消费者，而没有对农民的技术需要给予足够关注，缺乏针对性。因此，今后要注重建立农民参与选择推广技术的机制，改变“你给的我不要，我要的你没有”的技术供给状况。作为大河沿子镇职能部门的农业推广部门应及时地把市场需求正确信息、先进技术传递给农民，让农民自己选择和自愿采纳农业新技术。

3　把技术推广与提高农民组织化程度密切结合起来，提高推广效率。农业推广体系直接面向经营规模小、高度分散的农户进行高新技术推广，成本高，效果低。单个农户直接参与农业技术市场交易，由于经营规模限制，技术交易成本非常高。通过提高农民组织化程度，形成“技术推广站―农民专业化合作组织―农户”的推广模式，使农民专业化合作组织成为联接农技推广主体和农户的桥梁，则能降低推广成本和技术交易成本，有效提高新技术推广效果。从“技术推广站一农民专业化合作组织”的转移过程来看，一方面，合作制度保证了成员在技术获取过程中费用较低；另一方面，其组织制度保证了各成员在选择决策中的主体作用，保证了技术适用性；其次，农民专业合作组织由于聚集了更多能人，接纳高新技术的能力更高。从“农民专业化合作组织―农户”的扩散过程来看，是农民自己来传播农业技术，其良好效果是其他推广组织和推广手段难以替代的，主要原因在于传播者本人也是农民，具有与他人相同的社会背景和社会关系结构，了解当地实情和农民实际，更易为农民所认同接纳。特别是若他们在接受信息后再加以利用，并取得良好绩效，这种“再传播”的影响力不言而喻。由于大河沿子镇在管理运行上形成了农民合作组织形式的运作模式，据摸底调查全镇已有76％的农民愿上强压滴灌，如今棉农的种植意识已从过去高强度、低效益的淹灌向高成本、高效益的加压滴灌转变，认准了搞滴灌节水才能给自己带来最大回报。所以，由农民专业协会来推广、普及农业技术，容易做到操作性更强，费用更低，更为农民所接受，实际效果亦更为显著。

4　稳定农业推广队伍，提高技术推广人员素质。据有关统计，在县级以上的农业推广机构工作人员占60％以上，而在乡镇及乡镇以下农业推广部门工作人员占40％以下，并且推广人员的素质远远低于县级以上的推广人员。为此必须出台相关政策，鼓励技术推广人员到基层去工作，精简上层，充实下层，优先充实乡村站工作人员，满足从事实际农业推广的需要。加强农技推广人员的技术培训和政治教育工作，提倡“献身农业，服务农民”的奉献精神。重视农业推广人员脱产学习和在职进修工作，鼓励农业推广人员努力学习专业知识，提高业务能力，开阔视野，拓展知识面和专业知识的深度和广度，不断丰富推广经验，提高推广技能。就大河沿子镇的实际情况，应定期对技推人员进行培训，补发津贴以稳定推广队伍。为搞好农业推广工作，促进农业科技成果广泛、迅速地应用于农业生产经营实践，建立一支数量与素质兼顾的农业推广队伍。

5　合理布局，形成以乡镇为重点的农业技术推广体系。乡镇是农业技术走向农民用户的真正出口，乡镇农业推广机构的改革和队伍建设刻不容缓。针对大河沿子镇农业技术推广机构设置不完善和人员不足的情况，采取各种措施，加强基层农技队伍建设。调整内部，减少精河县级农技人员，充实基层农业技术推广人员数量。广开门路，从各相关部门抽调富余人员，增加基层推广人员数量。打破条块、部门和地区分割，统筹安排，协调互补形成统一的农业技术推广网络。以政府投入为主采取各种途径，多渠道、多门路集资以安定农业技术推广人员特别是基层农业技术推广人员的从业信心和决心，稳定农业技术队伍建设。

6　加大信息资源开发力度。农民的信息意识问题，大河沿子镇农户的信息意识较为低下，信息资源作为一种战略资源的重要性还没有被人们普遍认识。为此，要加大农业基层的信息基础设施建设，加大信息的宣传力度，扩大宣传领域，提高广大农民的信息意识。为促进农业技术推广工作的发展，深挖农业内部增收潜力，信息资源的捕捉和收集也有着至关重要的作用。大河沿子镇已经建立了农村信息化体系，建立了以“农信通”为主的农业科技、农资行情、农产品交易的农业信息传递系统，只是信息化体系和机制还不健全，有待进一步完善。

参考文献：

[1]陈荣毅，朱建军，龚江，王荣栋，试论新疆精准农业实施中的几个问题[J]，新疆农业科学，2004，(2)。

[2]扈立家，唐雪漫，中国发展精准农业问题研究[J]，农业经济，2006，(5)：27-28。

[3]刘焱选，白慧东，蒋桂英，中国精准农业的研究现状和发展方向[J]中国农学通报，2007，(7)。

[4]刘爱民，封志明，徐丽明，现代精准农业及中国精准农业的发展方向[J]，中国农业大学学报，2000，(2)：24-29。

[5]刘伟明，精准农业及其应用[J]，安徽农学通报，2006，(6)：8-35。

篇3

一、前言

“3S”技术是以遥感技术（RS）、地理信息系统（GlS）、全球定位系统（GPS）为基础,将RS、GlS、GPS三种独立技术领域中的有关部分与其它高技术领域（如网络技术、通讯技术等）有机地构成一个整体而形成的一项新的综合技术。它集信息获取、信息处理、信息应用于一身,突出表现在信息获取与处理的高速、实时与应用的高精度、可定量化方面。

在信息社会，精准农业代表着农业发展的方向，精准农业的诞生和发展受到3S单项技术的推动，目前国内外关于精准农业的研究，主要内容仍然集中在3S技术利用上。

近年来，随着电子计算机技术、无线电通讯技术、空间技术及地球科学的迅猛发展，3S技术已从各自独立发展进入相互融合、共同发展的阶段，并且在农业生命科学、交通网络、环境监测、资源调查、区域管理、城市规划等诸多领域里得到了迅速广泛的应用。3S技术的集成为精准农业的发展提供了科学而适用的技术方法和手段，它不仅可为精准农业工作提供及时、可靠的基础信息，而且还可对所获取的信息进行综合分析、处理，其应用前

景非常广阔。

二、3S技术及其集成

（一）遥感技术（RS）

遥感（Remote Sensing，RS）是指从远距离高空以及外层空间的各种平台上利用可见光、红外光、微波等电磁波探测仪器，通过摄影、扫描及信息感应、传输、处理，从而研究地面物体的形状、大小、位置及其环境的相互关系的现代科学技术。现代遥感技术将向集多种传感器、多级分辨率、多光谱段和多时相为一体的方向发展，并将与GPS、INS、CCD等技术结合，从而以更快的速度、更高的精度和更大的信息量来获取对地观测数据。

（二）全球定位系统（GPS）

全球定位系统（Global Positioning System，GPS）是美军自70年代初期开始研制的新一代卫星导航和定位系统。

其基本工作原理是通过GPS接收机接收GPS卫星发射的导航电文，获得必要的导航信息及观测量，再经数据处理，从而完成导航和定位工作。目前，GPS可满足高精度实时数据采集的精度要求。

（三）地理信息系统（GIS）

地理信息系统（Geographic Information System,GIS）是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。GIS有两个显著特征：一是它不仅可以像传统的数据库管理系统（DBMS）那样管理数字和文字信息（属性信息），而且可以管理空间信息（图形信息）；二是它可以利用各种空间分析的方法，对多种不同的信息进行综合分析，寻求空间实体间的相互关系，分析和处理在一定区域内分布的现象和过程。

目前，GIS正向多功能、高精度、现势性强的时态GIS（TemporalGIS，TGIS）方向发展。

（四）RS、GPS、GIS技术集成

GPS提供适时而准确的定位信息，对于空间数据的确定有特殊的意义；RS技术利用某些仪器设备在不与被研究对象直接接触的情况下收集数据，通过处理分析最后提取和应用有关对象信息，是一种高效的信息采集手段，具有极高的空间、时间分辨率；GIS是利用现代计算机图形和数据库技术来输入、存储、编辑、查询、分析、决策和输出空间图形及属性数据的计算机系统，即RS发现变化、GPS测量变化区域、GIS统一管理数据，形成“一个大脑，两只眼睛”的框架。

以GIS为核心的3S技术集成，构成了对空间数据适时进行采集、更新、处理、分析及为各种实际应用提供科学决策的强大技术体系。

三、精准农业及其产生背景和国内外发展现状

（一）精准农业的概念

“精准农业”也被称为因地制宜农业（Site Specific Farming）、处方农业（Prescription Farming）。精准农业的含义是按照田间每一操作单元的环境条件和作物产量的时空间差异性（Temporal and Spatial Variability），精细准确地调整各种农艺措施，最大限度地优化各种投入（水、肥、种子、农药等）的量、质和时机，以期获得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。

精准农业要求实时获取地块中每个小区（每1m2到每10Om2）土壤、水、农作物、光、热等信息，诊断作物长势和产量在空间上差异的原因，并按每一个小区做出决策，精确地在每一个小区进行施肥、灌溉、杀虫、除草、播种、耕作、收获等。

精准农业要求实现三个精确：一是定位的精确，精确确定灌溉、施肥、杀虫等的地点；二是定量的精确，精确确定水、肥、药、种子等的施用量：三是定时的精确，精确确定各种农艺措施实施的时间。

（二）精准农业的产生背景和国内外发展现状

1、产生背景。传统农业把耕地看作是具有作物均匀生长条件的对象进行管理，采用统一的耕作、播种、灌溉、施肥、喷药等农艺措施。传统农业一直忽视作物和资源环境的时空差异性，实行大田均匀施肥、均匀灌溉、均匀喷药等统一的农艺措施。为了从根本上解决传统农业存在的问题，随着信息技术、人工智能化技术、计算机网络技术和自动化技术的发展和应用普及，美国农业工作者于20世纪90年代初倡导并实施了精准农业。

2、国内外发展现状。精准农业目前在发达国家发展十分迅速，美国国家研究委员会1997年已建议将PA的研究与发展纳入国家发展战略。日本政府专门启动了“2l世纪农业机械开发课题”，也将PA的相关技术研究列入计划。我国精准农业的研究和应用尚处在起步阶段，但已引起各方面的重视。2O02年国家科技部批准在北京农业科学院成立了“国家农业信息化工程技术研究中心”，中国农业大学成立了“精确农业研究中心”。“十五”期间，现代农业信息技术与精准农业列入了国家高技术研究计划（“863”计划）。

四、3S技术集成与精准农业

精准农业是基于作物和资源环境的时空差异性，以最小投入、最大收益和最小环境危害为目标，以管理信息系统（MIS）、计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以3S技术为核心，以宽带网络为纽带，运用海量农业信息对农业生产实行处方作业的一种全新农业发展模式。

（一）作为精准农业的核心技术的GIS在精准农业中的具体应用表现

1、对GPS和传感器采集的各种离散性空间数据进行空间差值运算，形成田间状态图，如土壤养分分布图、土壤水分分布图、作物产量分布图等。

2、对点、线、面不同类型的空间数据进行复合叠置，为决策者提供数字化和可视化分析依据。例如，不同作物由于其不同的生物特性对土壤类型、土壤养分、耕作层深度、水分条件、光热条件、有效积温等均有不同的要求，在进行作物种植规划和布局时，只需将上述各专题图层利用GIS的叠加功能，就可以快速、准确地确定出各种作物的最佳生物布局，如果再将市场、运输等社会经济条件专题图与最佳生物布局图叠加，就可进一步规划出作物的最佳经济布局。

3、利用GIS的缓冲区分析功能，能直观地显示分析灌排系统的控制范围、水肥的有效渗透区域、病虫害的扩散范围以及周围环境对作物生长的影响范围等。

4、利用GIS的路径分析功能，能够快捷地确定出农道、水系、机井等各种农业基础设施的最佳空间布局和机械喷施农药、化肥以及收获作物的最佳作业路线。

5、与专家系统和决策支持系统相结合，生成作物不同生育阶段生长状况“诊断图”（Diagnosis Maps）和播种、施肥、除草、中耕、灌溉、收获等管理措施的“实施计划”（Action Plan）。

6、利用GIS的数字高程模型（DEM），计算作业区的面积、周长、坡度、坡向、通视性等空间属性数值。

（二）精准农业的关键技术需要GPS

精准农业的关键技术之一是实时动态地确定作业对象和作业机械的空间位置，并将此信息转变为地理信息系统能够贮存、管理和分析的数据格式，这就需要采用GPS。

GPS在精准农业中的主要作用有：精确定位水、肥、土等作物生长环境的空间分布；精确定位作物长势和病、虫、草害的空间分布；精确绘制作物产量分布图；自动导航田间作业机械，实现变量施肥、灌溉、喷药等作业。为实现上述功能，需要将GPS接收机和田间变量信息采集仪器、传感器以及农业机械有机的结合起来。安装有GPS接收机的农田机械及田间变量信息采集仪器，除能够不问断地获取土壤含水量、土壤养分、土壤压实、耕作层深度和作物病、虫、草害以及苗情等属性信息，与此同时还同步记录了与这些变量相伴而生的空间位置信息，从而为进一步生成GIS图层和专家决策提供了基础数据。

（三）卫星遥感是精准农业农田信息采集的主要数据源

卫星遥感具有覆盖面大、周期性强、波谱范围广、空间分辨率高等优点，是精准农业农田信息采集的主要数据源。

遥感技术在精准农业中的作用主要表现在以下几个方面：

1、农作物长势监测和产量估算。作物在生长发育的不同阶段，其内部成分、结构和外部形态特征等都会存在一系列的变化。叶面积指数（LAI）是综合反映作物长势的个体特征与群体特征的综合指数。遥感具有周期性获取目标电磁波谱的特点，因此通过建立遥感植被指数（VI）和叶面积指数（LAI）的数学模型，就能够监测作物长势和估测作物产量。

2、土壤水分含量和分布监测。在植被条件和非植被条件下，热红外波段都对水分反映非常敏感，所以利用热红外波段遥感监测土壤和植被水分十分有效。

3、作物水分亏缺监测。干旱时，作物供水不足，一方面作物的生长受到影响，植被指数降低，另一方面由于缺水，没有足够的水分供给植物蒸腾蒸发，迫使叶片关闭部分气孔，导致植物冠层温度升高，因此通过遥感植被指数和作物冠层间数学模型的建立，能够监测作物水分的亏缺。

4、作物养分监测。作物养分供给的盈亏对叶片叶绿素含量有明显的影响，通过遥感植被指数与不同营养素（N、P、K、Ca、Mg等）数学模型的建立，能估测作物营养素供给状态。研究表明，遥感监测作物氮素营养水平的精度比监测其他营养素的精度高。

5、农作物病虫害监测。应用遥感手段能够探测病虫害对作物生长的影响，跟踪其发生演变状况，分析估算灾情损失，同时还能监测虫源的分布和活动习性。

（四）3S技术集成优势

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，它们可以做到优势互补，促进精准农业的发展。如GPS和GIS结合提供了科学种田需要的定位和定量进行田间操作与田间管理的技术手段。RS与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。

五、结论

3S技术集成为精准农业的发展提供了科学适用的技术方法和手段，其应用前景非常广阔。与此同时，3S技术集成在精准农业应用中也存在许多亟待解决的问题，需要通过深入开展遥感机理和农业遥感图像解译机理研究、进一步提高农田作业定位精度、加强农田基础数据库自动更新研究、更加重视新型农田机械与3S技术集成的整合等方法与途径来解决。

参考文献：

1、邝朴生,蒋文科等.精确农业基础[M].中国农业大学出版社,1999.

2、承继成.精准农业技术与应用[M].科学出版社,2004.

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5、王人潮,史舟等.农业信息科学与农业信息技术[M].中国农业出版社,2002.

6、张学俭.精准农业与3S技术[J].宁夏农林科技,2006(3).

篇4

传统农业发展过程中采用了高耗能的管理方式，投入了过多的农药、化肥、等化学物质，也投入了大量的机械动力。但是，这种高耗能的发展模式是不适合现代农业发展的，导致了生态环境的恶化，土壤酸碱度失衡，致使农产品质量日益下降。在农产品市场竞争日益增强的现代社会，这种不符合可持续发展农业战略的管理模式必将被先进的精准农业管理模式所取代。

一、农业精准化生产管理技术的现状分析

精准农业是一种新型的农业生产管理思想，是在人工智能技术高速发展和信息技术快速发展的基础上诞生的。精准农业是实现农业可持续发展的重要途径，指明了未来农业发展的方向。精准农业管理模式是利用GIS地理信息系统、GPS卫星定位系统以及RS遥感系统等技术，及时了解农作物的生产环境、生长变化状况、病虫灾害情况等。为分析、模拟农作物灾害的发展趋势提供具体的作物信息、数据，作为进一步解决作物灾害问题提供参考标准。在此基础上，精准农业发展模式，利用各种智能系统，准确、细致地计算出精准治理措施。包括：喷洒农药、施肥灌溉、播种收获等生产管理方式。

精准农业的目的是为了通过先进管理模式对农作物进行管理，以最小的投入获得经济和环境的最大利润。目前，精准管理模式的主要技术支撑即以3S技术为基础的多种数据系统为技术支撑的管理模式。包括：变量控制技术、生物信息技术、专家系统、决策支持系统、产量分布图生成系统等。随着数据处理技术的提高，可视化技术和计算机科学的发展，还有网络数据库系统的开发，精准农业获得了快速发展，成为了国际上农业领域的发展热点之一，大大促进了农业产业的升级。

二、发展精准农业的必要性

发展精准农业是我国的社会发展的需要。目前，我国耕地面积大量减少，自然灾害发生频繁，再加上病虫灾害，旱涝灾害等，农业生产的发展也面临着更大的挑战。为了在世界农作物市场上占据优势，只有提高农业生产领域的管理模式，才能更大限度的提高农产品的利润，扩大市场占有率。精准的农业生产模式可以实现对农作物的精准化管理，解决上述各种问题。

发展精准农业是世界农业产业发展的需要。精准农业在世界范围内已经得到了很大的推广，成为了国际农业学、农业技术等高领域的研究对象，世界各国都在采用新型的精准农业管理模式。这符合国际农业发展的趋势。

发展精准农业管理模式是由可持续发展的需要决定的。传统的农业生产模式对生态环境的各方面造成了巨大的破坏，在能源资源供不应求的现代社会，发展精准农业更有利于建设可持续发展的农业体系，缓解建设现代农业过程中遇到的紧张局面。

三、精准农业发展过程中遇到的问题及解决对策

在发展精准农业的过程中，出现了一些水资源利用不当、施肥结构不合理、信息体制不健全的问题。发展精准农业就要着重发展灌溉精准农业、节肥精准农业、精准设施农业。发展精准灌溉农业就要根据信息系统反馈的数据因地制宜地选择灌溉设施，开源节流，节约水源，解决好水资源的时空分布不均的问题。发展节肥精准农业需要系统分析、预算出恰当的施肥时间，施肥数量，以及肥料品种。发展精准设施农业就是利用机械设施改变或者提供农作物生长的小气候，从而为农作物生长提供更为适宜的生长环境，提高作物产量。

更重要的是，要加大3S技术的应用范围，建立全面的农作物管理系统，在GPS和RS技术的基础上运用GIS技术准确分析数据信息，可以先建立实验基地对比分析。另外，建立肥料信息系统和土壤肥力系统，收集不同的土壤类型、作物类型、肥料的使用情况等做好统计分析，随时了解不同地区的土地肥力变化状况，以便进一步进行管理。

精准农业发展模式需要协调好人力与机械的关系，提高农业机械化水平，减少生产成本投入，目的是为了增加我国的农业市场竞争力。

此外，政府要加强基础设施建设，推进管理模式的创新，利用政府的力量大力支持信息技术的提高，建立完整的信息管理系统。建设全方位的农业信息管理中心，及时引进新型农业发展技术，形成农业精准化的发展规模。

结束语：

信息采集技术、网络技术和专家决策系统共同构成了农业精准化生产管理模式。精准化生产模式可以弥补传统生产模式的不足，在此基础上又可以降低生产成本，节约人力。在这种生产模式下可以对农作物信息进行智能采集、计算、判断、分析、预测与预警等，以达到提高农作物质量和产量的目的。由于精准化生产方式涉及到更多信息网络智能领域，因此要加强信息技术的推广。发展农业产业也要考虑地区差异，要根据不同地区的土地状况和实际情况因地制宜地选择不同的发展方式。

精准化农业生产模式符合国际农业发展的趋势，我们作为发展中国家，在发展精准化农业的过程中要遵循可持续发展的原则，学习先进管理模式，引进先进技术，争取在精准化农业发展过程中走出有中国特色的农业发展模式。

篇5

中图分类号：S127文献标识码：A文章编号：0439－8114（2011）10－1948-03

Application of GPS and GIS Technology in Monitoring System of Precision Agriculture

SHI Guo－bin

（Centre of Modern Education and Technology，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319，Heilongjiang，China）

Abstract： The monitoring system of precision agriculture based on GPS and GIS with collecting，transmitting，treatment， control and location features， could be used in production and research fields of monitoring environmental factors， such as temperature， humidity， depth， illumination and location． It is the basis of variable technologies of precision agriculture and inevitable trend of the 21st century． The research level and application general situation of monitoring system of precision agriculture based on GPS and GIS technology in domestic and foreign， it provided references for realization of the automation and intelligent development of modern precision agriculture．

Key words： GPS； GIS； monitoring system of precision agriculture； application

精准农业（Precision agriculture）是近年来国际上农业科学研究的热点领域，是人们在探索21世纪农业高新技术发展的过程中为减少农业生产中的盲目投入、节约成本增加产量、提高农资利用率、减少环境污染、阻止生态环境的进一步恶化而提出的一种新理念［1］。

精准农业充分地利用了作物、土壤和病虫害的空间和时间变化量来进行耕作和田间管理，改变了传统的大片土地平均施用化肥的做法，保证了作物生产潜力的充分发挥，避免了过量施用农药和化肥造成的生产成本增长和污染农业生产环境，导致农产品品质和价值下降的严重后果，取得的经济和环境边际效益非常显著［2］。

1GPS和GIS技术在精准农业中的应用概况

1．1全球定位系统（GPS）

GPS（Global positioning system），是随着现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代精密卫星定位系统。它利用地球外空间有一定分布的24颗卫星，使地面上任何一点可以同时与其中4颗卫星进行通讯，分别测量该点与卫星的距离，最后将该点的几何坐标推算出来，最高地面精度可达到厘米级。在精准农业中，现在一般基于差分GPS技术，精度为亚米级。在作业机械的顶部安装一个半球形GPS接收天线，可接收卫星定位信号并将此信号传给GPS接收机，GPS接收机将作业机械所处的经度和纬度数据通过RS－232串行接口传给机载液晶显示计算机，以此确定每一时刻机械的作业位置。

1．2地理信息系统（GIS）

GIS（Geographic information systems），是一种综合处理和分析空间数据的通用型技术体系。在精准农业领域中，GIS以很高的空间分辨率来管理田块基础信息，存储、分析和处理空间数据，生成作物产量以及土壤属性和病虫草害等环境因素的空间分布图，支持空间辅助决策，输出图形和地理统计数据以及田间决策处方图。

1．3GPS和GIS技术在精准农业中的应用概况

精准农业应用了GPS、GIS技术和智能决策、自动控制理论，将变量播种、变量施肥、变量灌溉、变量喷药和在线实时测产等技术集成为一体，有利于提高农业作业的效率，降低生产成本。目前，作业信息的采集、处理与实时通信渗透到精准农业的各个方面，如何快速、有效采集和更新影响作物生长环境的空间变量信息，成为实现精准农业的重要基础［3］。农田地块作为农业生产的基本单元，是实现作物生产规划、管理和效益评价的基本单元，实现农田地块信息实时监测和数据的快速、高效、全面的收集及分析是实现现代精准农业，提高生产率的关键技术；又可有效解决农业劳动人口减少的影响。而定位是解决实现农业机械自动移动的基础性难题和完成其他任务的前提；因此，基于GPS和GIS的精准农业监控系统集数据采集、传输、处理、控制及定位导航于一体，其主要设计思想是利用GPS接收机与掌上电脑（PDA）组成移动数据采集端，采集农田地块空间位置信息、时间信息、农田信息，通过SMS方式或者数据文件方式传输信息至监测更新中心。其中，SMS方式是基于GSM移动通讯网络，把野外采集到的数据包实时通过短消息SMS（Short message service）方式进行无线传输；数据文件方式是把采集到的地块信息就地存储为数据交换文件（文本文件或数据表文件），然后通过相应数据接口导入到监测更新服务中心［4］。通过在农业系统中实现远程信息采集与监控技术，可以把分散的农业设施连成统一的整体，因而实现农业自动化、智能化、精准化［5］。目前，各种已开发和正在研究的监控系统主要集中在农业上的环境因子，如温度、湿度、露点、光照和生产中的温度、湿度、光照、施肥、喷药等的自动化控制和网络化管理，通过监测和控制其生长条件，从而达到增加产量、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。少数监控系统还能达到预警的目的，主要是设定监控因子的上限和下限，通过无线传输技术发送给用户，达到预警的功能，或是通过专家系统等进行自动的调控［6］。

2国内外GPS和GIS精准农业监控系统的研究

精准农业始于发达国家，其中的主要部分是精准施肥和收割技术。随着发达国家农业生产市场化程度的提高，降低成本，提高投人产出比、发展优质高效农业的要求以及环境保护、资源利用、农业可持续发展等方面的要求，迫切需要经济效益、社会效益、生态效益同步的新型农业的出现。在精准农业概念提出前，农业监控技术已经在各国有了初步的研究和发展，国外对环境研究较早，始于20世纪70年代，先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制，后又出现了分布式控制系统。中国对于农业监控技术的研究较晚，始于20世纪80年代，但发展速度很快。刘德义等提出了基于Web的设施农业气象信息监测与预警系统，该系统提供了实时数据查看、历史数据查询、K线图显示、气象预警信息、温室气象预报、应用示范介绍、手机短信提示、实时图片显示等功能。杨万龙等［7］自主研发的滴灌施肥智能化控制系统，利用土壤水势传感器监测土壤的含水量，进行自动灌溉施肥控制，当土壤水势达到设定水势上限时，计算机自动启动系统进行施肥灌溉，当达到设定水势下限时，灌溉施肥停止，计算机自动记录该阀门灌水量，其他阀门按此灌溉施肥量依次进行，这种控制方式可实现多个阀门的无人值守灌溉施肥控制。当用户设置不当、系统出现异常情况时，计算机会及时发出声光报警，提醒用户介入处理，防止对系统或作物造成更大危害。国家农业信息化工程技术研究中心开发研制的便携式环境监测产品在设施农业生产中取得了良好的应用［8，9］。

早在20世纪80年代，美国提出精准农业构想，其微电子技术发展推动了智能化监控技术的发展，以及作物生长模拟、栽培管理、测土配方施肥等农业专家系统成了精准农业早期技术基础。1993～1994年，美国在明尼苏达州农场进行了精准农业技术试验，用GPS指导施肥的作物产量提高30％左右，而且减少了化肥施用总量，经济效益大大提高。目前美国在谷物联合收割机、喷雾机、播种机等农业装备上已经采用卫星全球定位系统监控作业等高新技术。西欧国家在小麦、玉米的整地、播种、收获、运输等生产环节已全面实现了机械化，不少农业机械也装备了GPS系统进行精准农业作业。很多监控技术取得了很大的突破，许多国际大型农业装备厂商均推出了自己的智能产量监测仪、变量控制器产品。欧盟ISI启动了Wirelwsslnfo项目（1998～2003），期望运用GSM／GPRS／HSDCS无线通信技术，建立先进的农林管理多媒体服务系统［10］。Thysen［11］探讨了IT技术在农业领域应用的可能性和农业信息化的发展方向。Mc Kinion等［12］研究了一个卫星宽带无线接入系统，满足了棉花害虫多谱图像的高速传输和实时处理的要求，提高了配药机械变量作业的效率和有效性。Geers等［13］应用GSM无线技术开发了牲畜运输过程远程监控系统“TETRAD”。目前，荷兰、美国、日本等国在农业生产中已经基本实现了温度、湿度、光照、施肥、喷药等的自动化控制和网络化管理。

中国精准农业发展起步较晚，但在国家“863”计划“数字农业”重大专项和地方政府的支持下，近5年在农业装备智能化、农业系统远程监控及农业信息化等方面获得了较快发展。乔晓军等［14］开发了农业设施环境数字化监控系统，以实现农业设施信息采集和处理的自动化。庞树杰等开发了基于GPS和GSM的农田信息远程采集系统；句荣辉等［15］应用GSM短消息技术实现了温室环境的实时控制，提高了系统的自动化程度。在农业资源利用方面，中国农业在精耕细作、多层次利用、生态农业等高效利用农业资源方面独树一帜。各地已总结出许多具有区域特色的耕作技术和农业模式，这些技术对提高我国土地、水、肥等资源的利用率发挥着重要作用。农业资源监控监测技术也取得了较大的发展，遥感与地理信息系统（GIS）技术也成功地应用于作物长势、种植面积、产量、灾害、水土流失等方面的监测［16］。历史经验表明，在开拓新的前沿科技应用领域，一些发展中国家和发达国家在起跑线上拉近了距离，发展中国家有可能在某些领域实现技术上的跨越［17］。

3展望

中国的农业正由传统的粗放型向精准化发展，如何结合中国农田实际特性，充分利用网络技术，开发出基于GPS和GIS的田间农业机械装备实时监控系统，通过分析地理信息数据，有效地进行各种耕作，提高机械作业效率，为进一步实现变量耕作提供技术支持［18］。同时在引进消化国外先进技术的基础上，研制开发具有自主知识产权、低成本的技术成果，支持精准农业关键技术与设备的专业精准农业监控系统，是中国实施精准农业中迫切需要解决的问题。因此，要重视世界前沿科技领域的研究，重视和研究GPS和GIS技术在精准农业监控系统的重要作用，对于加速像我国这样的发展中国家农业现代化进程、占领未来农业科技竞争的制高点具有十分重要的意义。

参考文献：

［1］ 王熙，于玲，杜向军．精准农业液体肥变量控制技术要点［J］．农机化研究，2006（11）：5－7．

［2］ 李凤菊，宋治文，刘绍伟，等，监控系统在设施农业中的应用研究［J］，天津农业科学，2010，16（1）：127－129．

［3］ 庞树杰，杨青，李莉．基于GPS和GSM 短消息的农田信息采集系统［J］．农机化研究，2004（1）：1－3．

［4］ 黄兴荣，潘瑜春，汪梅． 基于GPS／GlS的农田地块监测更新系统［J］．农机化研究，2006，（12）：95－100．

［5］ 李明，李旭，孙松林，等．基于全方位视觉传感器的农业机械定位系统［J］．农业工程学报，2010，26（2）：170－175．

［6］ 汪懋华．精细农业发展与工程技术创新［J］．农业工程学报，1999，15（1）：1－8．

［7］ 杨万龙，刘春来，李娟．设施农业滴灌施肥智能化控制系统［J］．农业科技通讯，2009（4）：103－106．

［8］ 张云鹤，乔晓军．自动监控技术在设施农业生产中的应用系列（一）便携式环境监测产品在设施生产中的研究与应用（上）［J］．农业工程技术（温室园艺），2008（3）：14－15．

［9］ 张云鹤，乔晓军．自动监控技术在设施农业生产中的应用系列（一）便携式环境监测产品在设施生产中的研究与应用（下）［J］． 农业工程技术（温室园艺），2008（4）：16－17．

［10］ KAREL C，JOSEF F，ADAM S，et al．Wireless supporting of agriculture and forestry information systems―Wireless Info ［A］． In Presentation at the 4th AGILE Conference on Geographic Information Science in Brno［C］． BIOS scientific publishers Ltd.，2001．

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［12］ MC KINION J M，TURNER S B，W ILLERS J L，et al． Wireless technology and satellite Internet access for high―speed whole farm connectivity in precision agriculture［J］． Agricultural Systems，2004，81（3）：201－212．

［13］ GEERS R，SAATKAMP H W，GOOSSENS K，et al． TETRAD：An on――line telematic surveillance system for animal transports［J］．Computers and Electronics in Agriculture，1998，21（2）：107－116．

［14］ 乔晓军，沈佐锐，陈青云，等．农业设施环境通用监控系统的设计与实现［J］． 农业工程学报，2000，16（3）：77－80．

［15］ 句荣辉，沈佐锐．基于短信息的温室生态健康呼叫系统［J］．农业工程学报，2004，20（3）：226－268．