关于针对基于GPS的精准农业变量施肥系统及研究进展
精准施肥大数据系统的研究与应用
精准施肥大数据系统的研究与应用荆旭全;蔡德楠;丁文翰;徐剑波【摘要】精准施肥具有提高肥料利用率和经济效益、减少肥料对环境不良影响的作用.广东省自2005年开展测土配方施肥工作以来,积累了大量的数据成果.利用这些成果建立广东省施肥大数据库,实现精准施肥并在全省推广应用,成为提高精准施肥信息化的关键技术之一.随着大数据技术、地理信息系统(geographi information system,简称GIS)技术以及移动互联网的快速发展,大数据技术与GIS 技术的融合为建立精准施肥系统提供了可能,为大数据应用与管理、精准施肥决策、农技推广等提供新的解决方案和思路.根据广东省施肥大数据实际情况,采用大数据和Web GIS等技术,开发一套精准施肥大数据系统及相应的信息服务应用平台,集施肥决策、农技推广、施肥数据可视化等于一体,并在广东省开展应用示范.【期刊名称】《江苏农业科学》【年(卷),期】2018(046)024【总页数】7页(P256-262)【关键词】精准施肥;大数据;GIS;广东省【作者】荆旭全;蔡德楠;丁文翰;徐剑波【作者单位】华南农业大学资源环境学院,广东广州510642;华南农业大学资源环境学院,广东广州510642;华南农业大学资源环境学院,广东广州510642;华南农业大学资源环境学院,广东广州510642【正文语种】中文【中图分类】S126从传统农业转变到智慧农业，我国农业信息化的步伐未曾止步[1-3]。
农业数据由于具有来源广泛、类型多样、结构复杂等特点，更需要大数据技术支持[3-5]。
农业大数据是智慧农业发展的关键所在。
测土配方数据成果形式多样、数据量庞大，其数据规模给数据存储、管理及分析带来巨大的挑战。
通过运用大数据技术对上述测土配方大数据进行处理与分析，实现基于数据驱动的科学决策[6-10]，对获得可靠专业的决策结果具有重要的促进作用。
在精准施肥应用中结合大数据技术和网络地理信息系统(web geographic information system，简称WebGIS)技术，开发一套基于精准施肥的大数据系统及相应的信息服务平台，能够有效解决精准施肥大数据成果充分应用及信息不对称等问题，深入挖掘施肥价值，为精准施肥科学决策提供新的决策工具和思路[11-17]，大数据手段的运用对促进广东省农业发展具有重要意义[18-21]。
基于AgGPS的自动变量施肥控制系统研究
（） １工业控制机 ： 含触摸屏 、 印机并 口、 Ｓ ３ 打 Ｒ ２２串口， 电电源 ＋２ Ｖ直 流电压（ 型应用见文献Ｅ ｉ． 供 ４ 典 ｌ）
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收稿 日期 ： ［ ６ Ｏ — ２ ２） 一 ３ ２ （ ）
维普资讯
第 ２ 期
郑传涛 ， ： 等 基于 Ａｇ Ｓ的自动变量施肥控制系统研究 ＧＰ
￣Ａ Ｐ Ｕ Ｓ 设计软￣ ＩＸ Ｌ Ｓ Ｓ 通信软 件及操作
（） 用 Ｃ Ｌ ２选 Ｐ Ｄ模 块 作 为 控 制 器 设 备 ： 外 其 围时钟选 用 ４ ＭＨｚ 源 晶振 、 有 含计 数 时间 选择 按
关 键 词 ： 控 机 ； Ｇ Ｅ； Ｐ Ｄ 控 制 模 块 ； 量 施 肥 ； ＧＰ 工 ＭＣ Ｓ Ｃ Ｌ 变 Ａｇ Ｓ 中图分类号 ：Ｐ ３ ３ ；Ｐ １ Ｔ ３／ ８Ｔ ３９ 文献标 志码 ： Ａ 文章 编号 ：６３ ４Ｏ （Ｏ７Ｏ一 Ｏ９— Ｏ １７— ６２２０）２ ０Ｏ ４
与其他领 域一样 ， 业应 用领域 正发 生着一 场 新技 术革 命 ． 息技 术 、 Ｐ （ 球定 位 系统 ） 术 正在 农 信 Ｇ Ｓ全 技
农业科技中的精准施肥技术
农业科技中的精准施肥技术随着人口的不断增长和农业产量的提升需求，农业科技在现代农业中变得越来越重要。
精准施肥技术作为一种关键的农业科技手段，对于提高农作物产量、改善土壤质量、减少农业环境污染具有重要意义。
本文将介绍精准施肥技术的概念、原理、应用及其对农业发展的影响。
一、精准施肥技术的概念和原理精准施肥技术是指通过科学手段准确判断和预测农田土壤的养分状况，以及农作物对养分的需求，并根据这些信息科学合理地施肥，以达到高效增产、减少养分浪费和环境污染的目的。
其基本原理是根据各种土壤指标、作物生长特性、养分循环等数据，预测土壤和作物养分的状况，通过合理调控施肥量和施肥时间来实现精准施肥。
二、精准施肥技术的应用1. 土壤检测与分析：通过对农田土壤进行取样分析，了解土壤的理化性质和养分含量，为精准施肥提供基础数据。
2. 养分需求模型：建立作物生长过程中的养分需求模型，根据作物的生长阶段和需求变化，确定合适的施肥方案。
3. 变量施肥技术：利用先进的遥感和地理信息系统技术，结合农田光谱、温度、湿度等多种因素的监测，实现对农田不同地块、不同地段的精确施肥。
4. 智能施肥设备：利用传感器和控制系统，可以实时监测土壤养分和作物生长状态，根据数据调整施肥量和施肥时机。
三、精准施肥技术对农业发展的影响1. 提高农作物产量：精准施肥技术可以根据不同作物的需求和土壤条件，调整施肥方案，提高养分利用率和作物产量。
2. 降低环境污染：通过准确施肥，避免过量施肥和养分流失造成的土壤、水体污染，减少农业对环境的压力。
3. 节约资源成本：精准施肥可以有效利用养分资源，避免过量施肥导致的浪费，减少农业生产成本。
4. 保护土壤质量：精准施肥技术可以提高土壤养分供应的均衡性，改善土壤质量，增强土壤的持水保肥能力。
综上所述，精准施肥技术在农业科技中起到了重要的作用。
通过科学的手段，可以优化施肥效果，提高农作物产量，减少浪费和污染。
然而，要实现精准施肥的广泛应用，仍然需要加强科研力量、提高农民的科技水平，并加强与政策的结合，推动农业可持续发展。
基于Web GIS变量施肥决策系统的研究
等方 面的成果 ， 建立膜下滴灌 棉 田变量 自动控制施肥系统 ，
为 生 产 管理 服务 。 ３ 膜 下 滴 灌棉 田变 量 自动控 制施 肥 装 置 设 计与 研 制 方 案 整 套 自动 控 制 施 肥 装 置 设 计 南施 肥 装 置 （ 肥 灌 ） 施 施 和
（） ４ 构建 棉 田养分 管理 、 施肥推荐 决策与滴灌 施肥 自动 控制为一体 的综合管理系统。
２１ 年 第 １ ００ 期
基 于 Ｗｅ ｂ ＧＩ Ｓ变量施肥决策 系统 的研 究
新 疆兵 团绿 洲 生态农 业重 点 实验 室 （ 石河 子 ８ ２ ０ ） 吕 ３ ０ ０ 新
新 疆 吉 尔利 数 字技 术 有 限公 司 （ 河子 ８ ２ ０ ） 李 石 ３０ ０
军
罗晓 东
国 家节水 灌溉 工程技 术研 究 中心 （ 河子 ８ ２ ０ ） 李富先 石 ３００
为 较 独 立 的 ４ 工 作 模 块 ， 要 清 理 控 制 开 启／ 闭 模 块 、 个 主 关 轮 灌 区施 肥 控 制 模 块 、 时 灌 溉 时 间 监 测 模 块 、 溉 施 肥 时 间 实 灌 陷 ， 集 新 疆 南 北 疆 现 有 主 栽 作 物 在 常 规 灌 溉 条 件 下 的施 肥 它
系统 。
关键词
基 于Ｗｅ； 量； 肥 ； ｂ变 施 决策 系统
中 图分 类 号 ：２ ８ 文献 标 识 码 ： Ｓ７ Ｂ 文 章 编 号 ： ０ ８ ０ ９ （０ ０ ０ — ０ ３ ０ ｌ ０—８９２１ ）２００— ３
本研究 针对膜下滴灌条 件下水肥一体 化高效管理 与滴
灌 施 肥 自动 化 控 制 问 题 ， 以研 究 开 发 滴 灌 棉 田变 量 施 肥 装 置
变量施肥技术体系的研究进展
据 与其 他 多层 数 据 （ 壤 理 化性 质 、 虫 草 害 、 候 等 土 病 气 信息 ） 的叠 加 分 析为 依 据 ， 以作 物 生 长 模 型 、 物 营养 作 专家 系 统 为 支 持 ， 以高 产 、 质 、 保 为 目的 的 因 土 、 优 环
因时 、 因， 实 现 我 国农 业 的 可 持 续 发 展 具 有 重 对
要意 义
收稿 日期 ：２０ ０ ９—１ —２ １ ３
理 、 量 施肥 决 策 分 析 、 量 施 肥 实 施 ５大 主 要 技 术 变 变
环 节 ， 面对 各 个 技术 环 节 的研 究 现状 进 行 分析 。 下
统 工 程 方 面发 展 ， 仅 针 对 土 壤 ， 包 括 水 文 、 物 、 不 还 作 微 气 候等 条 件 的 时 空 变 化 ， 作 业 管 理 中实 行 “ 需 在 按
投 入 ” 则 ， 均 匀 投 入 为 变 量 投 入 ， 化 作 业 操 原 变 优 作 ０ 。所 谓 变 量施 肥 ， 就是 以不 同 空 间 单元 的 产 量 数
资源 、 响 产 量 、 染 环 境 ¨ 。长 期 以 来 不 合 理 的施 影 污 Ｊ 肥 方 式 已造 成 土壤 板结 、 力 下 降 、 虫 害 增 多 、 业 地 病 农 环 境 污染 加 剧 、 产 品 品 质 下 降 ， 时 还 会 导 致 作 物 农 同
营 养失 去平 衡 ， 人 体 有 益 的物 质 维 生 素 和 水 溶 性 糖 对
作单 元 的具 体 情 况 ， 细 准 确 地 调 整 肥 料 的 投 入 量 ， 精 获取 最 大 的 经 济 效 益 和 环 境 效 益 Ｊ 变 量 施 肥 涉 及 。 到 农 田网格 划 分 、 田信 息 获 取 、 田信 息 管 理 与 处 农 农
变量施肥自动控制技术的研究现状与发展趋势
变量施肥自动控制技术的研究现状与发展趋势变量施肥自动控制技术是一种通过自动化技术实现精密施肥的技术。
它可以实现对不同区域、不同植株、不同生长阶段的植物进行精准施肥控制，优化施肥方案，避免施肥浪费，提高作物产量和品质。
此技术自问世以来，已得到广泛关注和应用，但该技术也面临着一些问题和挑战。
本文将分析变量施肥自动控制技术的研究现状、存在的问题以及未来发展趋势。
当前，变量施肥自动控制技术的研究重点主要集中在以下方面：1. 基于决策模型的精准施肥控制决策模型是变量施肥自动控制技术的核心。
通过建立决策模型，可以分析不同植株、不同区域、不同生长阶段的营养需求、吸收能力等因素，从而实现精准施肥。
目前决策模型主要采用神经网络、模糊理论、遗传算法等方法，但仍需要不断进行完善和优化。
2. 传感器技术的应用传感器技术是变量施肥自动控制技术的重要组成部分，通过传感器可以实时监测土壤、植株、环境等信息，准确掌握作物生长状况，从而实现实时调控和精准施肥。
目前，传感器技术已发展到多种类型和多个方面，如土壤温湿度传感器、光合作用传感器、气象站传感器等，但其价格、精度和可靠性等方面仍需要改进。
3. 自适应控制技术的应用自适应控制技术是指根据作物的生长状态、施肥需求和环境变化等情况，自动调整施肥量和施肥频率，以达到最优化的施肥效果。
目前，自适应控制技术已广泛应用于工业控制领域，但在农业领域的应用还需要进一步完善和推广。
变量施肥自动控制技术的研究和应用面临着许多问题和挑战，如：1. 传感器价格昂贵传感器是变量施肥自动控制技术的重要组成部分，同时也是成本较高的部分。
传感器价格昂贵，对普及该技术产生了一定的限制。
2. 决策模型不够精确决策模型是变量施肥自动控制技术的核心，但现有的决策模型对植物的生长环境、生长状态和营养需求等因素的考虑仍存在局限性，需要进一步完善和精确。
3. 应用难度较大变量施肥自动控制技术的应用需要很高的专业知识和技能，普通农民较难掌握。
全球定位系统在农业领域的应用研究
全球定位系统在农业领域的应用研究随着科技的不断进步，全球定位系统（GPS）成为了现代化农业生产中重要的技术手段之一。
GPS技术的应用，使得农业生产逐渐实现了数字化、信息化、精细化、智能化，提高了农业生产效益，还可以帮助农民合理利用土地、水资源以及对农业恶劣环境的监控，有效地缓解了农业资源的威胁。
本文将就全球定位系统在农业领域的应用研究进行探讨。
一、定位技术在农业领域的基本应用全球定位系统是由美国政府研究发展的一种全球性导航定位系统，通过卫星与接收机之间的通讯，实现了对地球上任何一点的精确定位。
在农业领域的基本应用方面，主要集中在土地利用、作物管理、精确施肥和农资管理等方面：1、土地利用GPS技术可以对不同土地类型进行分层面积测量，并且可以制作土地图，进行土地利用规划，使得农业生产更加有针对性和科学化，减少了资源浪费和环境污染。
2、作物管理GPS技术还能够对农田的种植情况、生长状态及其它作物信息进行动态实时监测，以便及时调整作物种植的数量和品种，提高作物产量和质量。
3、精确施肥GPS技术能够在田间进行全局定位，将农田分块，并与土壤养分和作物需求相结合，合理施肥，降低了肥料的用量，增加了农业资源利用率，减轻了肥料对环境的污染。
4、农资管理通过GPS技术，农民可以进行进出库登记、货物管理与配送，以及追溯农产品溯源等功能，实现了农业物流的优化和效益的提高。
二、具体应用案例随着全球定位系统技术的发展，越来越多的具体应用案例在农业生产中展现出来。
下面，我们从中国和美国两个不同角度探讨相关应用案例。
中国：经济日报2016年的一篇报道中提到，陕西咸阳市带头开展了智能农业调查评估，通过GIS、GPS等技术手段，对于所有耕地、林地、草地、荒地、水域等5000多万亩土地进行地理信息采集，形成“千亩智能农田工程”，提高了农业生产效益，同时也保护了生态环境。
此外，2019年上海举办的第三届世界智能农业博览会，展示了GPS机器人自动化施肥，智能化多功能播种机的技术实现，推动了智能农业的发展。
基于GIS与GPS的中国农村精准施肥的方法研究
基于GIS与GPS的中国农村精准施肥的方法研究
王强;马友华;胡宏祥;刘绍贵;赵艳萍;钱国平;邱宁宁;胡德春
【期刊名称】《中国农学通报》
【年(卷),期】2006(22)7
【摘要】在利用GIS和GPS研究土壤养分空间变异的基础上,以农户作为精准施肥的单元,探讨在中国农村进行精准施肥的途径。
结果表明,不同农户地块养分存在一定空间变异性,由此导致相邻农户施肥量存在差异性,而采用农户为单元的施肥推荐既可以避免土壤养分空间变异造成的推荐施肥偏差,又可考虑中国农村分散经营的实际的状况,从而使土壤养分管理更加精细化。
【总页数】6页(P524-529)
【关键词】养分空间变异;地理信息系统;全球定位系统;精准施肥;施肥推荐;半方差【作者】王强;马友华;胡宏祥;刘绍贵;赵艳萍;钱国平;邱宁宁;胡德春
【作者单位】安徽农业大学资源与环境学院;南京农业大学资源与环境学院;安徽省农委土肥总站
【正文语种】中文
【中图分类】S147.2
【相关文献】
1.基于GIS与GPS的水稻施肥试验研究 [J], 熊柳梅;朱晓晖;周柳强;黄美福;谭宏伟;谢如林;黄金生;刘永贤
2.基于GIS的棉田精准施肥和土壤养分管理系统的研究 [J], 危常州;侯振安;朱和明;
鲍柏杨;张福锁
3.基于GPS的精准农业变量施肥系统及研究进展 [J], 张井柱
4.基于GIS的烟草精准施肥配方系统研究 [J], 陈伟强;华一新;张世全
5.基于手机LBS和移动GIS的玉米精准施肥决策系统 [J], 于合龙;吴晖霞;刘寒静;张恒维;许荣泽
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HR Planning System Integration and Upgrading Research of
A Suzhou Institution
基于GPS的精准农业变量施肥系统及研究进展
黑龙江八一农垦大学 赵 军 王智敏 王 熙 庄卫东
1、引言
精准农业是一套基于空间信息管理和变异分析的现代农业操作系统。精准农业的核心思想就是
根据土壤性状和作物生长状况的空间差异，调节对作物的投入，即一方面对耕地和作物进行定量的
实时诊断，充分了了解大田生产能力的空间差异；另一方面则以平衡地力提高产量为前提，实施定
位、定量的精确田间管理，从而实现高效利用各类农业资源和改善环境这一可持续发展目标。
精准农业的变量施肥是以不同空间单元的产量数据与其它多层数据（土壤理化性质、病虫草害、
气候等）的综合分析为依据，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。自动变量施肥技术可实现在每一操作单元上因土壤、因作物预计
产量的差异而按需变量施肥。这种按需施肥的方法大大提高了肥料的利用率，同时减少肥料浪费及
多余肥料对环境的不良影响。
2、变量施肥系统的组成及作用
变量施肥系统系统由全球定位系统（GPS）、机器控制系统、变量施肥专家系统、以GIS为核心
的农田信息管理系统、拖拉机——播种机施肥机等组成。当拖拉机在田间行驶时，通过GPS获取准
确位置信息，进行操作单元的识别，以操作单元名称访问施肥数据卡，读取当前操作单元施肥量，
通过控制系统控制施肥量，从而实现自动变量施肥。
2．1 全球定位系统（GPS）
全球定位系统（GPS）在精准农业中能够实施施肥机械作业的动态定位，即根据管理信息系统
发出的指令，实施田间的精确定位。按照参考点的不同，GPS接收方式可分为单点定位和差分定位。
动态差分定位过程中，采用测码伪距观测量进行相对定位，卫星轨道偏差、卫星钟差、大气折射等
误差有效减弱，加上载波相位平滑技术可以达到分米级的定位精度，因此可作为农业应用的首选方
案。在差分定位中需要设定基站的基准点，该基准点应使用已知定位点的大地坐标，也可以利用基
站GPS经过一定时间的定位数据采集与统计处理后确定的基站地理坐标作为参考点。
一般的GPS接收机都提供了向计算机串口发送NMEA格式数据的功能。Trimble公司的
AgGPS132型GPS接收机发送的是NMEA-0183格式。这个版本的NMEA能提供18种不同的数据。
分析这些数据，就能获得农机作业所需的全部信息。
2．2 地理信息系统（GIS）
GIS用于生成农田电子地图、采样导航、施肥决策及管理土壤和产量信息。变量施肥系统是基
于GIS的应用型软件。它是采用集成二次开发，以通用编程软件、面向对象的可视化编程工具（如
VC、VB等）为开发平台，利用GIS工具软件实现GIS的基本功能。既可以充分利用可视化软件开
发工具的高效方便的编程功能，实现各种专用的复杂的的分析方法，又充分利用了GIS工具软件完
备的空间数据可视化分析处理功能，大大提高了应用系统的开发效率，现已成为应用型GIS开发的
主流。
2．3 变量施肥专家系统
变量施肥专家系统的建立，是对采样、测土获得的土壤有机质、N、P、K等进行施肥决策，获
得每个操作单元的施肥量；是从实施精准农业自动变量施肥作业的实际需求出发，应首先建立关于
田间土壤信息、施肥情况、作物产量等地理信息图层，然后进行专题分析与施肥决策。变量施肥专
家系统应具备以下功能：数据的录入功能、数据的维护和更新功能、数据的查询和检索功能及统计
功能等。
3、国内外研究的进展
3．1 国外的研究进展
近年来，世界上许多发达国家已经开展了精准农业的示范研究。在实现精准农业变量施肥技术
研究方面，国外已取得部分研究成果。C.Yang，J.H.Everitt和J.M.Bradford对变量施用液态N肥和P
肥作了研究，得出应用变量施肥技术可以减少产量变化的差异，提高产量和增加回报。C.R.Camp和
E.J.Sadler等研究开发了一个数字控制计量装置，用于水的灌溉和化学药剂的喷洒作业。D.K.Morris
和D.R.Ess等研究开发了一个装备GPS的液态有机肥施用系统，该系统以开/关的形式控制肥料的使
用，能够实现在水井、路障、河流等处控制不施肥，在耕作土地上控制施肥。Bradley A.King和Richard
W.Wall研究了一个移动式的变量喷药系统。Mark D.Schrock和Darrel L.Oard等使用脉冲宽度来调节
控制施用液态氨肥流量。已经商品化的有美国John Deere公司的变量撒肥机、Case公司的Flexi Soil
变量施肥播种机等。
3．2 国内的研究进展
中国在20世纪90年代后期开始了对精准农业的关注和适当引入。近年来，我国在精准农业的
示范研究方面发展速度较快，在引进、消化、吸收国外研究成果的基础上，研究和探讨适合我国国
情的精准农业技术体系。
吉林大学的吴才聪等完成了精准农业农业田块网格的划分，为自动变量施肥的网格识别提供保
证。北京农业技术信息研究中心提出了基于多维空间变异分析的自适应农艺处方单元策略，对精准
农业技术体系中自动确定最佳农艺处方单元大小提出了简便的解决方法；建立了精准农业智能决策
支持平台，可以为用户播种、施肥等实现精确管理提供技术支持。浙江大学的何勇等建立了精准农
业研究和开发的信息处理系统。中科院东北地理与农业生态研究所与吉林大学，在吉林省德惠市国
家农业高新技术示范区，利用吉林大学生物与农业工程学院研制的变量深施肥机，进行了手动控制
和自动变量控制的两种试验，试验结果表明，该施肥机能够实现精准农业意义上的变量施肥操作。
黑龙江八一农垦大学精准农业研究中心在友谊农场的精准农业示范项目，已取得阶段性研究成
果。利用带有GPS接收信号的收获机，完成了友谊农场五分场二队二号地、三号地大豆收获、小麦
收获产量图的绘制，得到了两个地块的产量图。利用Ag132GPS型GPS接收机完成了二号地的土壤
采样和样品分析报告。把土壤肥力作为信息提取目标，使用二次样条插值法等地学统计方法，可生
成土壤养分肥力分布图，并以此图作为推荐施肥的基础，来解决同一地块不同区域中不同用量、不
同配方的肥料施用问题。变量施肥机驱动及控制装置的研制工作已经完成，试验方案已经确定，目
前研究工作正深入地进行。
4、结束语
精准农业是农业现代化发展的必然结果，是信息农业、数字农业的重要组成部分，是多学科技
术系统集成的具体化，需加强各集成系统的研究（GIS与RS、GIS与GPS等），继续实施“引进、
消化、开发和推广”的精准农业示范工程，研究推广我国适用的精准农业技术体系和运用体系。