第七讲精确农业与GIS、GPS
GIS在农田水利建设工作中的应用及重要作用
GIS在农田水利建设工作中的应用及重要作用摘要：水利和农业均离不开自然环境中所谓的空间，而gis作为解决空间问题的有效工具，其在两者及两者间均扮演着举足轻重的角色。
本文详述了其在农田水利建设工作中的应用及重要作用，旨在为该技术在2个学科间更为广泛的推广应用提供基础资料。
关键词：gis；农田；水利中图分类号：tp399 文献标识码：a1 gis技术概述现代农业的构建离不开水利，支撑农村经济发展的基础条件是兴建农田水利。
可想而知，没有完善的农田水利设施就没有农业发展的现代化。
提升农业抗灾、减灾能力要依赖客观农田水利建设的增强而实现，作为发展农业生产之根本，水利事业的基本任务就是通过水利设施硬件建设，结合软件管理体系来改变不利于农业生产发展的自然条件，为农业高产高效服务。
通过兴建为农田服务的水利设施（修建田间灌排渠系等），优化和改良农田水分状况和区域水利条件，为建设旱涝稳收、高产持久的标准化农田做贡献。
地理信息系统（geographic information systems，gis）是一种特定的空间信息系统，是在计算机硬、软件系统支持下能够对整体或部分地球表层空间中关于地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
gis可参照各种地理资料的空间及时间分布特性，对信息进行加工处理，进而提供用户评估及决策参考，可作为农田水利管理方面最具潜力的应用系统[1]。
2 gis技术在水利工作中的应用作为一种特殊、以空间数据为基础的信息管理系统，gis可将水利相关属性数据及空间位置直观而紧密地联系起来，对属性数据及空间进行综合分析，进而为水利信息的数字化表达和高效处理分析提供强有力的技术保障。
在水利工作具体应用过程中，gis技术不能脱离遥感（rs）和全球定位系统（gps）而单独存在，三者往往相辅相成、互相依存。
gis可为rs提供遥感信息分析和利用的精确服务，另外，还可对平面图、柱状图、剖面图和等值线图等工程地质图件自如制作、自动调配、加载，还能对图形、图像、空间数据及相应属性数据进行数据库管理及空间分析[2]。
考点40 地理信息技术在区域地理研究中的应用
地理信息技术的应用一、关于地理信息技术（一）什么叫地理信息技术？指获取、管理、分析和应用地理空间信息的现代技术的总称。
（二）三种技术——RS、GPS、GIS（三）应用区域地理环境研究、资源调查、环境监测、自然灾害防御监测、国土资源管理、国土开发规划、区域气候变化、动态变化等二、关于RS（遥感）（一）什么叫遥感？指人们利用航空器、航天器上的技术装备，对地表物体进行远距离的感知。
（二）工作原理航空器、航天器上的传感器，接受地面物质反射或辐射的电磁波信息，以图像胶片、数据磁带的形式记录下来，传送到地面接收站。
（三）应用1．改变区域分析的方法——由面到点、线2．区域地理研究从定性到定量、从静态到动态、从过程到模式的转化3．举例：地理事物的动态变化——城市扩张、海岸侵蚀、湖泊消长、森林火灾漫延等资源调查、环境监测、自然灾害防御监测（如洪水灾害）等农业——土地资源调查、土地利用现状调查、病虫害监测、农作物长势监测与估产等三、关于GPS（全球定位系统）（一）什么叫全球定位系统？指利用卫星，在全球范围内实时进行导航、定位的系统。
（二）工作原理1．由三大部分组成——GPS卫星星座、地面监控系统、GPS信号接收机。
2．GPS卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成3．对全球任何地点定位，其上空至少要有4颗GPS卫星。
（三）应用1．为人们提供——三维坐标（经度、纬度、高度）、速度和时间。
2．特点：全能性、全球性、全天候、连续性、实时性。
四、关于GIS（地理信息系统）（一）什么叫地理信息系统？指专门处理地理空间数据的计算机系统。
（二）工作原理（简要程序）信息源——以各种途径获得的数据数据处理——建立空间模型与数据模型（GIS与地图的最基本差异——把表示内容转变成数据）数据库——各种图层空间分析——表达——电子地图、图像、统计图表、数字等（三）应用五、关于数字地球（一）什么叫数字地球？指数字化的地球，即把整个地球信息数字化，由计算机系统来管理的技术系统。
全球定位系统技术在地理信息系统中的应用
全球定位系统技术在地理信息系统中的应用一、GPS技术的概述全球定位系统（GPS），是由美国发起和控制的卫星导航系统。
GPS系统由一组24颗卫星、地面控制站和用户设备组成，能够提供全球覆盖的三维导航和定位服务。
GPS技术的普及和发展在工程、农业、测绘、航空、航海、安全等领域中得到广泛应用。
二、GPS在地理信息系统中的应用GPS在地理信息系统（GIS）中发挥着重要作用。
GIS会从用户收集的经纬度和高程数据中生成空间特定的分析和地图结果。
地图缩放、添加地形、建筑物、路线规划和交通管制等操作需要依赖GPS技术。
1. 位置和导航GPS系统提供了位置、方向和速度信息，可用于导航和路线规划。
GPS技术还广泛应用于自动驾驶汽车、持续监控和地理信息采集等领域。
2. 动态空间数据收集GIS需要广泛应用于实时数据，GPS提供了在特定时间和位置的动态空间数据，为GIS提供实时更新和监视服务。
GIS会从传感器采集的实时数据，并将其与GPS数据结合使用，从而生成实时地图。
3. 卫星影像高分辨率卫星影像可以用来对以下方面进行测量：土地利用变化、城市化和气候变化。
GPS技术能够通过将移动设备与卫星连接，准确的记录卫星影像NBV（nadir视图角）。
4. 土地测量和其他测量领域的应用GPS测量技术在土地测量、建筑测量、道路测量和水文测量领域中得到了广泛应用。
精确的距离、方向、速度和位置数据能够对地形地貌进行精细的测量。
5. 3D可视化GPS系统提供了被三维测量仪所控制的精确测量数据，这些数据还可以用于三维可视化，提供更为直观的结果，并且允许用户在3D场景中进行导航，建立VR模型和实现颜色定量显示。
三、结论在GIS领域中，GPS技术的应用得到了广泛的应用。
通过捕获现场GPS位置数据，GIS能够生成精确的地图、可视化和实时监测，满足各种空间分析和地理信息系统需求。
借助GPS技术，GIS便可以在短时间内完成数据采集、测量、制图等工作，大大提高了生产率，降低了运营成本，因此，未来在GIS领域的 GPS 技术发挥着重要作用。
现代化农业中GPS卫星定位和自动导航系统的应用
现代化农业中GPS卫星定位和自动导航系统的应用作者：赵宏亮来源：《新农村》2013年第02期摘要：农业机械在安装GPS卫星定位和自动导航系统后，在差分GPS的定位下，可对农机田间直线行走作业实现精确引导，使机组作业不重不漏，大幅度提高农机作业质量、土地利用率、机车作业效率和时间利用率，大幅度减轻农机作业劳动强度，实现机车合理调配。
关键词：GPS 卫星定位自动导航随着我国高新技术的应用和电子信息技术的渗透，以及现代化精细农业的要求和农机高科技技术的迅速发展。
农机GPS卫星定位和自动导航驾驶已成为现代化大农业的一个重要组成部分。
在播种、施肥、洒药、收获、整地、起垄等许多农机作业项目上发挥着重要的作用，并有着广阔的发展前景。
一、GPS在农业中的应用农业生产中的根本目的是增加产量和提高效益。
要达到农业增产高效，除了培育高产作物，加强田间管理等技术措施外，弄清土壤性质、合理施肥、播种、喷撒农药以及检测农作物产量、分布等也是农业生产中重要的管理技术。
利用GPS技术，地理信息系统（GIS）和配合遥感技术（RS），能够做到监测农作物产量分布、性质分布和土壤成分，做到合理施肥、播种和喷洒农药，降低成本、节约费用、达到增加产量提高效益的目的。
利用差分GPS技术可以做到：1、土壤养分分布调查在播种之前，可用一种适用于在农田中运行的采样车辆按一定的要求在农田中采集土壤样品。
车辆上配置有GPS接收机和计算机，计算机中配置地理信息系统软件。
采集样品时，GPS 接收机把样品采集点的位置精确地测定出来，将其输入计算机，计算机依据地理信息系统将采样点标定，绘出一幅土壤样品点位分布图。
2、监测作物产量在联合收割机上配置计算机、产量监视器和GPS接收机，就构成了作物产量监视系统。
对不同的农作物需配备不同的监视器。
例如监视玉米产量的监视器，当收割玉米时，监视器记录下玉米所接穗数和产量，同时GPS接收机记录下收割该株玉米所处位置，通过计算机最终绘制出一幅关于每块土地产量的产量分布图。
精准农业的概念
精准农业的概念精准农业是当今世界农业发展的新潮流;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GIS;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..精准农业的发展历史海湾战争后GPS技术的民用化;使得它在许多国民经济领域的应用研究获得迅速发展;使得精准农业的技术体系广泛运用于生产实践成为可能..1993-1994年;精准农业技术思想首先在美国明尼苏达州的两个农场进行试验..结果用GPS指导施肥的产量比传统平衡施肥的产量提高30%左右;而且减少了化肥施用总量;经济效益大大提高..精准农业的试验成功;使得其技术思想得到了广泛发展..近五年来;世界上每年都举办相当规模的“国际精细农作学术研讨会”和有关装备技术产品展览会;已有上千篇关于精细农作的专题学术报告和研究成果见诸于重要国际学术会议或专业刊物..在万维网上设有多个专题网址;可及时检索到有关精细农作研究的最新信息..美、英、澳、加、德等国的一些着名大学相继设立了精细农作研究中心;开设了有关博士、硕士的培训课程..在发达国家;精细农作技术体系已实验应用于小麦、玉米、大豆、甜菜和土豆的生产管理上..1995年美国约有5%的作物面积不同程度的应用了精细农作技术;近年来又有了更为迅速的发展..在美、加、澳、欧等国;精准农业的实验研究以涉及小麦、玉米、大豆、甜菜、土豆等作物生产..不仅发达国家对精细农作的技术实践非常重视;巴西、马来西亚等国亦已开始了试验示范应用..精准农业技术体系的实践与发展;已经引起一些国家科技决策部门的高度重视..美国国家研究委员会National Research Council为此专门立项对有关发展战略进行研究;经过由美国科学院、美国工程院院士组织评估;于1997年发表了一份“Precision Agriculture in the 21st Century---Geospatial and Information Technologies in Crop Management”研究报告;全面分析了美国农业面临的压力、信息技术为改善作物生产管理决策和改善经济效益提供的巨大潜力;阐明了“精准农业”技术研究的发展现状以及为信息产业和支持技术开发研究提供的机遇..精准农业在美国、英国等发达国家已经形成为一种高新技术与农业生产结合的产业;且已被广泛承认是发展持续农业的重要途径..目前;适应精准农业技术体系应用的DGPS装置;GIS适用平台及农作物资源空间信息数据库管理软件;作物生产决策支持模拟模型;带DGPS接收机小区产量传感器和产量分布绘图装置的谷物联合收割机;自动调控施药、施肥机、播种机均已有商品化产品；支持农田信息实时采集的田间土壤水份、N、P、K含量、pH值、有机质含量、作物苗情、杂草分布等的传感器技术;已有初步研究开发成果..可以预言;精准农业技术体系的装备技术发展;到本世纪末将会日新月异;有关新兴产业将得到快速发展..我国精准农业的思想已经为科技界和社会广为接受;并在实践上有一些应用..如1992年北京顺义区在1.5万公顷的范围内用GPS导航开展了防治蚜虫的试验示范..在遥感应用方面;我国已成为遥感大国;在农业监测、作物估产、资源规划等方面已有广泛的应用..在地理信息系统方面;应用更加广泛;1997年辽宁省用GIS进行下辽河平原农业生态管理的应用研究;吉林省结合其省农业信息网开发“万维网地理信息系统GIS;北京密云县完成以GIS技术建立的县级农业资源管理信息系统..在智能技术方面;国家863计划在全国20个省市开展了“智能化农业信息技术应用示范工程”..这些技术的广泛应用;为我国今后精准农业的发展奠定了一定的技术基础;但这些研究与应用大部分局限于GIS、GPS、RS、ES、MS单项技术领域与农业领域的结合;没有形成精准农业完整的技术体系..尽管如此;随着我国农业技术和相关信息产业、工程制造业的发展;智能控制技术的广泛应用;精准农业的技术必将得到不断发展完善;且将扩展到更为广泛的设施农作、养殖业和加工业的精细管理与经营..国际上精准农业的实践表明;实施精准农业要求信息技术、生物技术、工程装备技术和适应市场经济环境的经营技术的集成组装;综合是其典型特征;技术集成是其核心;因此需要多部门、多学科联合作战..我国实施精准农业的近期目标;一方面是总结国外发展经验;根据中国的国情找准自己的切入点;另一方面切实做好有关应用技术的研究开发;力求走出适合中国国情的精确农业的发展道路..精准农业系统体系结构1、全球定位系统..精准农业广泛采用了GPS系统用于信息获取和实施的准确定位..为了提高精度广泛采用了 DGPSDifferential Global Positioning System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;根据不同的目的可自由选择不同精度的GPS系统..2、地理信息系统GIS..精准农业离不开 GISGeographicalInformation System 的技术支持;它是构成农作物精准管理空间信息数据库的有力工具;田间信息通过GIS 系统予以表达和处理;是精准农业实施的重要..3、遥感系统 RS..遥感技术Remote Sensing是精准农业田间信息获取的关键技术;为精准农业提供农田小区内作物生长环境、生长状况和空间变异信息的技术要求..4、作物生产管理专家决策系统..它的核心内容是用于提供作物生长过程模拟、投入产出分析与模拟的模型库；支持作物生产管理的数据资源的数据库；作物生产管理知识、经验的集合知识库；基于数据、模型、知识库的推理程序；人机交互界面程序等..5、田间肥力、墒情、苗情、杂草及病虫害监测及信息采集处理技术设备..如田间信息适时采集传感器与数据处理方法..6、带GPS系统的智能化农业机械装备技术..如带产量传感器及小区产量生成图的收获机械；自动控制精密播种、施肥、洒药机械等等..精准农业的技术体系刘爱民、封志明中国科学院自然资源综合考察委员会徐丽明中国农业大学机械工程学院精准农业是在现代信息技术、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..精准农业系统是一个综合性很强的复杂系统;是实现农业低耗、高效、优质、安全的重要途径..1、现代信息技术精准农业从90年代开始在发达国家兴起;目前已成为一种普遍趋势;英美法德等国家纷纷采用先进的生物、化工乃至航天技术使精准农业更加“精准”..美国把曾在海湾战争中运用过的卫星定位系统应用于农业;这项技术被称为“精准种植”;即通过装有卫星定位系统的装置;在农户地里采集土壤样品;取得的资料通过计算机处理;得到不同地块的养分含量;精准度可达1～3平方米..技术人员据此制定配方;并输入施肥播种机械的电脑中..这种机械同样装有定位系统;操作人员进行施肥和播种可以完全做到定位、定量..还可将卫星定位系统安装在联合收割机上;并配置相连的电子传感器和计算机;收割机工作时可自动记录每平方米农作物产量、土壤湿度和养分等的精准数据..现代信息技术的特点是应用地理信息系统将土壤和作物信息资料整理分析;制成具有时效性和可操作性的田间管理信息系统;在此基础上;利用全球卫星定位系统、遥感技术以及计算机自动控制技术;根据空间每一操作单元的具体条件;通过调整资源投入量;达到增加产量、减少投入、保护农业资源和环境质量的目的..同时在农田经营管理决策的环节上;可根据不同情况选择“单纯获取高产”;“以适量投入;获取较好经营利润”或“减少资源消耗、保护生态环境”等多种不同优化目标..这项技术的构成包括空间定位的农作物产量信息采集技术和土壤信息定时采集技术、农田地理信息系统定时更新技术及空间定位的农业投入控制系统等..2、生物技术现代生物技术从广义上讲主要包括基因工程、细胞工程和微生物工程等;最富有生命力的核心技术是基因工程..现代生物技术最显着的特点是打破了远缘物种不能杂交的禁区;即用新的生物技术方法开辟一个世界性的新基因库源泉;用新方法把需要的基因组合起来;培育出抗病性更强、产量更高、品质更好、营养更丰富;且生产成本更低的新作物、新品种；另外还具有节约能源、连续生产、简化生产步骤、缩短生产周期、降低生产成本、减少环境污染等功效..如美国把血红蛋白转移到玉米中;不仅保持了玉米的高产性能;而且提高了它的蛋白含量..抗虫害转基因水稻、玉米、土豆、棉花和南瓜等已在美国、阿根廷、加拿大数百万公顷土地上试种..微生物农业是以微生物为主体的农业..微生物在合成蛋白质、氨基酸、维生素、各种酶方面的能力比动物、植物高上百倍；微生物还可利用有机废弃物;变废为宝、保护生态环境..利用有益微生物;不仅可获得大量生物量;用于制作食用蛋白质以及脂肪、糖类等专门食品;而且在生物防治、土壤改良方面也有突出表现..日本研制的EM含80余种微生物的生物制剂;被称为可以挽救地球的有效微生物群..施用EM可少用或不用化肥、农药和抗生素药物;净化环境..3、工程装备技术现代工程装备技术是精准农业技术体系的重要组成部分;是“硬件”;其核心技术是“机电一体化技术”；在现代精准农业中;应用于农作物播种、施肥、灌溉和收获等各个环节..精准播种..将精准种子工程与精准播种技术有机结合;要求精准播种机播种均匀、精量播种、播深一致..精准播种技术既可节约大量优质种子;又可使作物在田间获得最佳分布;为作物的生长和发育创造最佳环境;从而大大提高作物对营养和太阳能的利用率..精准施肥..要求能根据不同地区、不同土壤类型以及土壤中各种养分的盈亏情况;作物类别和产量水平;将N;P;K和多种可促进作物生长的微量元素与有机肥加以科学配方;从而做到有目的地科学施肥;既可减少因过量施肥造成的环境污染和农产品质量下降;又可降低成本..要求有科学合理的施肥方式和具有自动控制的精准施肥机械..精准灌溉..在自动监测控制条件下的精准灌溉工程技术;如喷灌、滴灌、微灌和渗灌等;根据不同作物不同生育期间土壤墒情和作物需水量;实施实时精量灌溉;可大大节约水资源;提高水资源有效利用率..精准收获..利用精准收获机械做到颗粒归仓;同时可根据一定标准准确分级..精确施肥1、精确农业的概念及简介20世纪后半期世界农业的高速发展;除了依靠生物技术的进步和耕地面积、灌溉面积的扩大外;基本上是在化肥与农药等化学品和矿物能源的大量投入条件下获得的..但由此引起的水土流失、土壤生产力下降、农产品和地下水污染、水体富营养化等生态环境问题;已经引起了国际社会的广泛关注;并推动了农业可持续发展和精确农业理论的产生和发展.."精确农业"是"Precision Agriculture"、"Precision Farming"、"Site-specific FarmingAgiculture"等名词的中译..4精确农业是现代信息技术RS;GIS;GPS;作物栽培管理技术;农业工程装备技术等一系列高新技术的基础上发展起来的一种重要的现代农业生产形式和管理模式;其核心思想是获取农田小区作物产量和影响作物生产的环境因素如土壤结构、土壤肥力、地形、气候、病虫草害等实际存在的空间和时间差异信息;分析影响小区产量差异的原因;采取技术上可行;经济上有效的调控措施;改变传统农业大面积、大样本平均投入的资源浪费作法;对作物栽培管理实施定位;按需变量投入..它包括精确播种;精确施肥;精确灌溉;精确收获这几个环节..而精确农业的兴起对合理施肥提出了新的理论和技术要求..从化肥的使用来看;化肥对粮食产量的贡献率占40%;然而即使化肥利用率高的国家;其氮的利用率也只有50%左右;磷30%左右;钾60%左右;肥料利用率低不仅使生产成本偏高;而且造成地下水和地表水污染、水果蔬菜硝酸盐含量过高等环境问题..总之施肥与农业产量、产品品质、食品和环境污染等问题密切相关..精确施肥的理论和技术将是解决这一问题的有效途径..2、精确施肥变量处方施肥2.1精确施肥的必要性"土壤--作物--养分"间的关系十分复杂..虽然我们已确定了作物生长中必不可少的大量元素和微量元素;但作物需求养分的程度因植物的种类不同而有差别..即使是同一种作物;不同的生长期对各种养分的需求程度差别也很大..苗期是作物的"营养临界期";虽然在养分数量方面要求不多;但是要求养分必须齐全和速效;而且数量足够..很多作物在营养"最大效率期"对某种养分需求数量最多;营养效果最好;同一作物不同养分的"最大效率期"不同;不同作物同一养分的"最大效率期"也不同..不同养分具有"养分不可替代性"即作物的产量主要受最少养分含量那个养分所限制;而这个最少的养分不能被其它养分所代替..为消除"最小养分率"的限制;大量的使用化肥;而这又造成一系列的环境问题..所以为取得良好的经济效益和环境效益;适应不同地区、不同作物、不同土壤和不同作物生长环境的需要;变量处方施肥是我们未来施肥的发展方向..2.2精确施肥我们认为精确施肥是将不同空间单元的产量数据与其他多层数据土壤理化性质、病虫草害、气候等的叠合分析为依据;以作物生长模型、作物营养专家系统为支持;以高产、优质、环保为目的的变量处方施肥理论和技术..精确施肥是信息技术RS;GIS;GPS;生物技术;机械技术和化工技术的优化组合..按作物生长期可分为基肥精施和追肥精施;按施肥方式可分为耕施和撒施..按精施的时间性分为实时精施和时后精施..3、理论及技术体系3.1土壤数据和作物营养实时数据的采集对于长期相对稳定的土壤变量参数;象土壤质地、地形、地貌、微量元素含量等;可一次分析长期受益或多年后再对这些参数做抽样复测;在我国可引用原土壤普查数据做参考..对于中短期土壤变量参数;象N;P;K;有机质、土壤水分等;这些参数时空变异性大;应以GPS定位或导航实时实地分析;也可通过遥感RS技术和地面分析结合获得生长期作物养分丰缺情况..这是确定基肥、追肥施用量的基础..20世纪90年代以来;土壤实时采样分析的新技术、新仪器有了长足的发展进步..3.1.1基于土壤溶液光电比色法开发的土壤主要营养元素测定仪;在我国已有若干实用化的产品推广..3.1.2基于近红外NIR多光谱分析技术、半导体多离子选择效应晶体管ISFET的离子敏传感技术的研究已取得了初步的进展和研究成果5;6..3.1.3基于近红外NIR光谱技术和传输阻抗变换理论的土壤水分测量仪在我国已经研制成功7;8..3.1.4基于光谱探测和遥感理论的作物营养监测技术研究也取得了一定的进展..用植物光谱分析方法诊断植物营养水平具有快速、自动化、非破坏性等优点;但诊断专一性不够;解译精度也有待提高..在作物N营养与作物光谱特性方面;无论是多光谱被动遥感;还是激光荧光雷达主动遥感的研究和应用都已较为成熟9;10;11;在外观未发现缺氮症状时;已能区分作物的N素营养水平..日本首先研制了叶绿素计应用于田间作物氮素营养水平诊断及指导施肥;取得了较好的效果;据日农机新闻1999年又报道了一种自动化施肥装置;在水稻生长期间;可根据其叶子进行判断;自动调节施肥量;用分光传感器分析水稻生长情况;同时用GPS系统导航;任何人都能进行操作..但植物中P、K和微量元素的营养水平与作物光谱特性的关系研究较少..国内外研究发现基于现在的仪器设备条件下;在严重缺磷时;光谱分析才能用作物磷营养诊断12；钾只能区分3~4级营养水平13..但随着一系列地球观测卫星的将在近几年发射;卫星影像空间分辨率和光谱分辨率的提高;遥感技术将在作物营养监测的中扮演重要的角色..3.2差分全球定位系统DGPS无论是田间实时土样分析;还是精确施肥机的运作;都是以农田空间定位为基础的..全球定位系统GPS为精确施肥提供了基本条件..GPS接收机可以在地球表面的任何地方、任何时间、任何气象条件下至少获得4颗以上的GPS卫星发出的定位定时信号;而每一卫星的轨道信息由地面监测中心监测而精确知道;GPS接受机根据时间和光速信号通过三角测量法确定自己的位置..但由于卫星信号受电离层和大气层的干扰;会产生定位误差;美国提供的GPS定位误差可达100米;所以为满足精确施肥或精确农作需要;须给GPS接受机提供差分信号即差分定位系统DGPS..DGPS除了接收全球定位卫星信号外;还需接收信标台或卫星转发的差分校正信号..这样可使定位精度大大提高..我们在实验中用的美国GARMIN公司的GPS12XL 接受机;接收差分输入后可达到1~5的定位精度..现在民用DGPS已完全能满足精确施肥的需要..现在的研究正向着GPS-GIS-RS一体化;GPS-智能机械一体化方向发展..日本最近实验利用GPS定位插秧机、GPS定位自动施肥机;误差在10cm以内14;15..3.3决策分析系统决策分析系统是精确施肥的核心;直接影响精确施肥的技术实践成果..决策分析系统包括地理信息系统GIS和模型专家系统二部分..GIS用于描述农田空间属性的差异性；作物生长模型和作物营养专家系统用于描述作物的生长过程及养分需求..只有GIS和模型专家系统紧密结合;才能制定出切实可行的决策方案;这也使现在国内外GIS集成的研究热点..在精确施肥中;GIS主要用于建立土壤数据、自然条件、作物苗情等空间信息数据库和进行空间属性数据的地理统计、处理、分析、图形转换和模型集成等..作物生长模型是将作物及气象和土壤等环境作为一个整体;应用系统分析的原理和方法;综合大量作物生理学、生态学、农学、土壤肥料学、农业气象学等学科的理论和研究成果;对作物的生长发育、光合作用、器官建成和产量形成等生理过程与环境和技术的关系加以理论概括和数量分析;建立相应的数学模型..它是环境信息与作物生长的量化表现..通过作物生长模型我们可以得出任意生长时期作物对土壤生长环境的要求;以便采取相关的措施..在这方面美国的科学家们综合考虑大气-土壤-作物之间的相互作用;早在20世纪70年代研制出大型作物模拟模型CERES覆盖了玉米、小麦、高粱、大豆、花生等12种作物;国内高亮之等系统的完成了水稻模型RICEMOD16..但这些模型在生理生态模拟方面仍比较简单;其机理性、适用性有待于进一步发展和提高..我国20世纪80年代就就开发了作物营养专家系统;但无论是作物肥料效应函数模型为基础的专家系统;还是测土施肥目标产量模型;都属于统计模型;不同的统计模型计算的施肥量相差3倍以上16..以作物生理机理为基础的作物营养模拟模型有待于进一步发展和提高..3.4控制施肥现在有二种形式;一是实时控制施肥..根据监测土壤的实时传感器信息;控制并调整肥料的投入数量;或根据实时监测的作物光谱信息分析调节施肥量18;19..二是处方信息控制施肥..根据决策分析后的电子地图提供的处方施肥信息;对田块中肥料的撒施量进行定位调控..4.理论技术存在的问题和未来发展方向土壤数据采集仪器价格昂贵;性能较差;不能分析一些缓效态营养元素的含量;而遥感由于空间分辨率和光谱分辨率问题;使遥感信息和土壤性质、作物营养胁迫的对应关系很不明确;不能满足实际应用的需要..随着高分辨率遥感卫星服务的提供1~3m;加强遥感光谱信息与土壤性质、作物营养关系的研究和应用将是近几年精确施肥研究的热点和重点.. DGPS的定位精度已完全能满足精确施肥的技术需要;虽DGPS导航自动化施肥或耕作机械已有研究;但DGPS与GIS数据库结合进行自动化机械施肥还有待于进一步发展;同时GPS-RS-GIS也正趋向于一提化.. 作物模型和专家系统方面;除进一步加强作物营养机理和生理机理研究外;模型的适用性和通用性方面应于精确施肥紧密结合;因为现在许多模型需要的变量过多或普通方法难以测定;即模型需要进一步简单化和智能化..5.中国发展精确施肥的思考精确施肥在中国的必要性..我国的化肥投入突出问题是结构不合理;利用率低..化肥投入尤其是磷肥的投入普遍偏高;造成养分投入比例失调;增加了肥料的投入成本..20我国肥料平均利用率较发达国家低10%以上;氮肥为30-35%;磷肥为10-25%;钾肥为40-50%..肥料利用率低不仅使生产成本偏高;而且是环境污染特别是水体富营养化的直接原因之一;众所周知的太湖、滇池的富营养化;其中来自肥料面源污染负荷高达1/3-1/2..随着人们环境意识的加强和农产品由数量型向质量型的转变;精确施肥将是提高土壤环境质量;减少水和土壤污染;提高作物产量和质量的有效途径..精确农业是为适应集约化、规模化程度高的作物生产系统可持续发展而提出的;其边际效应与经营规模成正相关;据报道;以小麦施肥为例;进行经济效益的分析得出;适用于精确农作技术实践的经济可行的最小面积约为85.6hm2..而我国农田经营规模小;农业机械化水平低;实施广域的精确施肥技术实践尚需较长的发展过程..随着农村市场化和产业结构的调整;在垦区农场如黑龙江大型农场;新疆建设兵团和大面积作物生产平原区建立"精确施肥"技术示范工程;或联合一些高效益企业烟草企业、中药材企业等来带动"精确施肥"的发展是结合中国国情发展精确施肥的有效途径..精准农业应用前景广阔精准农业是在信息科学发展的基础上;以3SGIS、GPS、RS为核心技术引发的一场新的农业技术革命;它必将会对我国农业技术的发展产生重大影响..从形式上看;精准农业是在发达国家大规模经营和机械化操作条件下发展形成的新的技术体系;可能仅适用于我国规模化经营的大型国营农场和较发达的地区;而在以家庭联产承包责任制为主要经济形式的分散经营的大部分农村则难以应用..但是;我们必须看到;精准农业发展的最基础的技术路线和原则是在充分了解土地资源和作物群体变异情况的条件下;因地制宜地根据田间每一操作单元的具体情况;精细准确地调整各项管理措。
现代农业管理基础知识指南
现代农业管理基础知识指南1.现代农业管理的核心概念现代农业管理是一种以科学技术为基础，以提高农业生产效率和质量为目标的系统性管理方法。
核心概念包括：(1) 精准农业精准农业是利用现代信息技术和设备，对农田进行精确管理的农业生产方式。
主要包括：•地理信息系统（GIS）：用于精确定位和绘制农田地图•全球定位系统（GPS）：用于农机导航和精准作业•遥感技术：用于监测作物生长状况和土壤条件•变量施肥技术：根据土壤和作物需求进行精确施肥•智能灌溉系统：根据气候和土壤湿度自动调节灌溉案例：河南省某玉米种植基地引入精准农业技术后，通过卫星遥感和无人机巡查发现部分区域存在氮素缺乏。
随后使用变量施肥设备，针对性地对缺氮区域进行追肥。
结果显示，这些区域的玉米产量提高了15%，而化肥使用量减少了10%，既提高了产量又降低了成本。
(2) 可持续农业可持续农业强调在保护环境和资源的同时，实现农业生产的长期稳定发展。
主要包括：•轮作制度：通过合理安排作物轮换，提高土壤肥力，减少病虫害•生物防治：利用天敌或微生物来控制农作物病虫害•有机肥料使用：减少化学肥料使用，增加有机肥料投入•水资源管理：采用节水灌溉技术，提高水资源利用效率•生物多样性保护：保护农田生态系统，维持生态平衡案例：江苏省某稻田采用"稻鸭共作"模式，在水稻田中放养鸭子。
鸭子不仅可以吃掉杂草和害虫，还能为稻田增加有机肥料。
实施一年后，该稻田的化学农药使用量减少了80%，化肥使用量减少了30%，而水稻产量提高了5%，稻米品质也得到显著提升。
(3) 农业信息化管理农业信息化管理是利用现代信息技术对农业生产、经营和管理进行全面优化的过程。
主要包括：•农业物联网：通过各种传感器实时监测农田环境•大数据分析：收集和分析农业生产数据，辅助决策•智能农机：使用自动化农业机械提高生产效率•农产品追溯系统：建立从种植到销售的全程追溯体系•农业电子商务：利用互联网平台进行农产品销售和营销案例：山东省某苹果种植基地引入了农业物联网系统。
农业信息技术(答案)
农业信息技术参考答案一．名词解释题1．农业信息技术答：农业信息技术是指利用信息技术对农业生产、经营管理、战略决策过程中的自然、经济和社会信息经行采集、存储、传递、处理和分析，为农业研究者、生产者、经营者和管理者提供资料查询、技术咨询、辅助决策和自动调控等多项服务的技术的总称。
2.3S技术答：3S技术是遥感技术(Remote sensing，RS)、地理信息系统(Geography informationsystems，GIS)和全球定位系统(Global positioning systems，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技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。
3.数字地球答：数字地球是一个以地球坐标为依据的、具有多分辨率的海量数据和多维显示的地球虚拟系统，是关于整个地球、全方位的GIS与虚拟现实技术、网络技术相结合的产物。
4.农业专家系统答：农业专家系统是把专家系统知识应用于农业领域的一项计算机技术，是农业信息技术中的一项重要技术。
它是运用人工智能的专家系统技术，结合农业特点发展起来的一门高新技术。
5.精确农业技术答：“精确农业”（Precision Agriculture），指的是利用全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、连续数据采集传感器（CDS）、遥感（RS）、变率处理设备（VRT）和决策支持系统（DSS）等现代高新技术，获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素（如土壤结构、地形、植物营养、含水量、病虫草害等）实际存在的空间及时间差异性信息，分析影响小区产量差异的原因，并采取技术上可行、经济上有效的调控措施，区域对待，按需实施定位调控的“处方农业”。
二．简答题6.遥感技术有哪些特点？答：①综合性②宏观性③时效性④经济性⑤客观性⑥局限性7.现代信息技术包含哪些内容？答：①微电子技术②传感技术③信息存储技术④计算机技术⑤多媒体技术⑥通信技术⑦计算机网络技术8.作物智能栽培学的主要研究内容有哪些？答：1、作物生产数据库及信息系统2、作物生长预测与检测系统3、作物管理决策支持系统4、作物空间信息系统5、虚拟作物和虚拟农业6、精确农业支持系统7、作物智能教学系统8、网络服务系统9.数据采集管理系统的典型结构由哪几部分组成？答：（一）信号调理器（二）数据采集器（三）计算机I/O接口（四）数模转换器（五）应用软件与监控程序10.根据植被的光谱反射率特性，光谱被分为哪几个阶段？答：1、400-700nm可见波段2、700-800nm波段3、780-1350nm波段4、1350-2500nm波段11.列举5个常见的GIS工具软件的名称。
科学技术应用于农业生产的例子
科学技术应用于农业生产的例子科学技术在农业生产中的应用随着科学技术的不断发展，农业生产也在不断地进行着技术升级和改进。
科学技术的应用，不仅提高了农业生产的效率和质量，还有助于保护环境和提高农民的生活水平。
下面列举了一些科学技术在农业生产中的应用。
1. 精准农业技术精准农业技术是一种基于精确的农业生产管理和决策支持系统的农业生产方式。
它利用全球定位系统（GPS）、遥感技术、地理信息系统（GIS）等技术，对农田进行精细化管理，实现农业生产的精准化、高效化和可持续化。
例如，利用遥感技术和GIS技术，可以对农田进行土壤质量、水分、养分等方面的监测和分析，从而制定出更加科学的农业生产计划。
2. 智能化农机智能化农机是一种利用计算机、传感器、控制技术等实现自动化、智能化的农业机械。
它可以自动完成耕作、播种、施肥、喷药等作业，提高农业生产效率和质量。
例如，智能化拖拉机可以根据农田的形状和大小自动调整行驶路线和速度，从而减少浪费和损失。
3. 生物技术生物技术是一种利用生物学、生物化学、分子生物学等技术改良农作物和畜禽的品种、性状和产量的技术。
例如，利用基因工程技术，可以将抗病、抗虫、耐旱等基因导入农作物中，从而提高其产量和品质。
4. 现代化温室现代化温室是一种利用先进的技术和设备，控制温度、湿度、光照等环境因素，从而实现农作物的高产、高质、高效生产的设施。
例如，利用自动化控制系统，可以实现对温室内环境的精确控制，从而提高农作物的产量和品质。
5. 精准施肥技术精准施肥技术是一种利用土壤检测、养分分析、计算机模拟等技术，实现对农作物施肥的精准化和科学化的技术。
例如，利用土壤检测和养分分析技术，可以确定农田中各种养分的含量和比例，从而制定出更加科学的施肥方案。
6. 农业无人机农业无人机是一种利用无人机技术，对农田进行监测、测量、喷洒等作业的设备。
它可以利用高清摄像头、红外线传感器等设备，对农田进行精准监测和分析，从而提高农业生产效率和质量。
农业信息化与智能化的未来趋势
农业信息化与智能化的未来趋势农业，作为人类生存的根基产业，在科技飞速发展的今天，正朝着信息化与智能化大步迈进。
这一变革将给农业带来前所未有的机遇和挑战，也将深刻地影响我们的生活。
一、精准农业的深化发展精准农业是农业信息化与智能化的一个重要体现。
目前，精准农业已经在一些发达国家和部分发展中国家的先进农业区域开始应用。
例如，通过全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、遥感技术（RS）以及无人机等设备，农民能够精准地掌握农田里每一块土地的信息。
在土壤肥力监测方面，传感器被广泛应用。
这些传感器可以深入土壤，实时检测土壤中的氮、磷、钾等养分含量，以及土壤的湿度、温度等关键指标。
这样一来，农民就可以根据检测结果精确施肥、灌溉，避免了过度施肥和灌溉造成的资源浪费和环境污染。
过去，农民往往只能凭借经验来判断施肥量和灌溉量，这就容易导致土壤养分失衡和水资源的低效利用。
现在，借助精准农业技术，农业生产变得更加科学、高效。
精准农业在作物种植方面也有着卓越的表现。
通过卫星遥感图像，农民可以提前了解农田的作物生长状况，比如哪些区域的作物生长受到病虫害影响，哪些区域的作物缺乏养分。
然后，利用无人机进行精准喷洒农药和化肥，不仅节省了农药和化肥的使用量，还能提高作物的产量和品质。
未来，精准农业将会更加深入地发展，传感器技术会更加精准，数据处理能力也会更加强大，从而实现对农田更加细致、全面的管理。
二、智能化农业设备的广泛应用智能化农业设备是农业走向信息化和智能化的有力支撑。
其中，智能农机是最为常见的智能化农业设备。
传统的农机需要人工操作，效率较低且对操作人员的要求较高。
而智能农机则可以实现自动化操作。
以智能收割机为例，它可以根据作物的高度、密度等因素自动调整收割速度和割台高度。
在大型农场中，智能收割机能够在无人驾驶的情况下，按照预设的路线高效地完成收割任务。
这不仅提高了收割效率，还能减少人力成本。
而且，智能农机还具备故障自诊断功能。
3S技术在精准农业中的研究与应用
3S技术在精准农业中的研究与应用3S技术是指遥感（RS）、地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）三种技术的集合，它们在精准农业中的研究与应用起到了重要作用。
精准农业是一种利用现代信息技术手段进行农业生产管理的新型农业生产方式，它以农田、农作物和农业机械的精确信息为基础，实现农业资源的合理利用和农业生产的高效率。
遥感技术是指通过卫星或飞机等无人机获取地球表面的信息数据。
在精准农业中，遥感技术可以用来获取农田的空间信息、土壤质量、植被覆盖等数据。
通过对这些数据进行分析，可以实现农田的准确定位、精确施肥和灌溉。
遥感技术还可以对农田进行监测，及时发现病虫害和其他异常情况，保障作物的正常生长。
地理信息系统（GIS）是一种集成了数据库、软件、硬件和地理数据的系统，它可以用来存储、管理和处理地理信息。
在精准农业中，GIS可以用来建立农田的地理数据库，记录和管理农田的基本信息、土地利用情况、地形地貌等数据。
通过GIS系统的分析和决策功能，可以实现对农田的精准管理和农业生产的优化。
可以利用GIS系统进行土地分级，确定土地适宜的农作物种植，提高农业生产效益。
全球定位系统（GPS）是一种利用卫星信号进行地球定位的技术。
在精准农业中，GPS 技术可以用来获取农机具的位置和行驶轨迹，实现农机作业的自动导航和精确定位。
通过GPS系统，可以实现农机具的精确操作，提高作业效率和作业质量。
GPS技术还可以用来进行田块划分、作物监测和农机调度等工作，实现农业生产的精细化管理。
3S技术在精准农业中的研究与应用起到了重要作用，它们的集成应用可以实现农田精确定位、精确施肥和灌溉、农机作业的自动导航等功能，提高农业生产效益和资源利用效率，为农业的可持续发展提供技术支持。