3S技术在精准农业中的研究与应用

王维亮 潘多斌

摘 要：精细农业是以作物与资源环境的时空差异为基础，以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以地理信息为载体，以最小投入、最大效益、最小环境危害为目标，以作物与资源环境的时空差异为基础。以地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）和遙感（RS）为核心。以网络为纽带，利用大量的农业信息，实施农业生产办公本地化管理是农业发展的一种新模式。

关键词：GNSS；GPS；GIS；精准农业

中图分类号：S23 文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190430004

基金项目：兰州资源环境职业技术学院支持项目 “基于“3S”技术精准农业构建”（项目编号：JT2017-04） 农业信息化是21世纪全球农业发展的趋势，是农业现代化的基本标志和重要保证。充分利用信息技术等高新技术发展现代农业已成为全球农业发展的热点和新增长点。传统农业采用统一耕种、播种、施肥、喷施等农艺措施管理耕地。农业生产成本高、农作物产量和经济效益低、环境污染等问题。精准农业是农业工程专业的一门专业课。农业的发展呼唤农业技术的新革命，农业现代化需要高新技术的支持。随着全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、遥感（RS）技术的发展，精准农业已成为集约化农业信息化和高新技术的基础，而生态农业领域的重点是农业的可持续发展。理论研究与实践应用，有效地促进了我国农业现代化的发展。精准农业是提高农业生产管理水平、科学有效利用资源和环境保护效益的重要手段。实施精准农业不仅具有重要的经济效益，而且具有显著的社会效益和生态效益。

传统农业以耕地为对象，统一作物生长条件。采取农业、播种、灌溉、施肥、喷施等统一的农艺措施。事实上，同一农田存在明显的时空差异。这些差异主要体现在3个方面：田间条件与收获的空间差异；年产量的时间差异；预测产量与实际产量的差异。传统农业忽视了作物与资源、环境的时空差异，采取了均匀施肥、均匀灌溉、均匀喷灌等农艺措施。

精密农业是3S技术和自动化技术的综合应用。根据现场各作业单位的具体情况，更好地利用耕地资源潜力，科学合理地利用物质投入，旨在提高作物产量和质量，降低生产成本，减少农业活动污染，改善环境质量。与传统农业相比，精细农业具有最大的特点：通过科技投入和科学管理的交流，最大限度地节约自然资源，最大限度地满足农业生产的需求，主要体现在农业生产手段的精细化、农业资源的精细化投入、农业生产过程的精细化经营和管理、农业生产过程的精细化、农业生产过程的农业土壤的耕作，农业产量的优质、高效、低消耗。

精准农业的技术原理是根据土壤肥力和作物生长状况的空间差异来调节作物的投入。在对耕地和作物生长进行定量实时诊断的基础上，充分了解田间生产力的空间变化，以平衡土壤肥力、提高产量为目标，实施精确的田间定位和定量管理，实现对各种农业生产要素的有效利用。种植业。可持续发展的目标是改善资源和环境。实施精准农业，不仅可以最大限度地提高农业生产力，而且可以实现高质量、高产、低消耗、环保的农业可持续发展目标。

1 3S技术

1.1 地理信息系统（Global Position System，GPS）

地理信息系统是计算机技术和空间数据结构地理分布的一个新的跨学科研究。可以有效地收集、存储、管理、分析、描述和显示地球表面以及数据的空间和地理分布。也可用于同一区域内各种类型的空间数据组织、分析和映射。这些信息可以形成一个地理信息系统的层次，不同层次的信息数据也可以被分析和组合成一个新的层次。

1.2 全球卫星定位系统（Global Position System，GPS） GPS是以高精度、全天候空间导航卫星网络、全球定位系统、无线电导航系统和定时系统为基础的。它由空间部分、控制部分和用户部分组成。GPS观测时间短，仪器重量轻，操作简单，具有统一的坐标系和时间系统。它可以提供连续、实时、高精度、全天候、三维位置、三维速度和时间数据。

1.3 遥感技术（Remote Sensing，RS）

RS是利用遥感平台，携带各种传感器，不远距离接触目标物体，根据接收物体反射或发射的电磁波来判断、测量和分析目标物体特性的现代检测技术。包括信息的采集、传输、处理和分析。

2 GIS在精准农业中的应用

地理信息系统（GIS）的主要功能是管理各种空间数据。将地形、土壤类型、土壤试验结果、化肥和农药用量及产量等数据输入GIS系统，进行信息处理，绘制信息电子地图，提取相关信息提供给GIS系统。施肥专家系统和其他决策支持系统构成了农田施肥、灌溉、喷灌等作业决策。通过各种离散空间数据的采集和GPS传感器的计算，形成状态图。例如：土壤养分分布图、土壤水分分布、作物产量分布；不同类型的点、线、面空间重叠，基于决策者的数字化和可视化分析；利用GIS的缓冲分析功能。可以直观地显示和分析排灌系统，控制水肥利用率。利用GIS路径分析功能，可以快速确定农业道路、河流、水井等农业基础设施的最佳空间布局，以及机械喷洒农药、化肥和农作物收获的最佳作业路径。将专家系统与决策支持系统相结合，生成不同生长阶段的作物生长诊断图和播种、施肥、除草、栽培、灌溉、收获等管理措施的“实施计划”。计算了地理信息系统数字高程模型、作业面积、周长、坡度和能见度空间属性值。

3 GPS在精准农业中的主要作用

GPS定位技术具有定位精度高、观测时间短、不需要站间可视通信、提供三维坐标、操作简便、全天候操作等优点。准确定位水、肥、土、作物生长环境的空间分布，准确定位作物生长和病虫害的位置，准确定位杂草的空间分布，准确绘制作物产量图。可配数量自动导航田间机械、施肥、灌溉、变量喷洒作业。为了实现上述功能，需要将GPS接收机与现场变量信息采集仪器、传感器和农机相结合。

4 遥感在精准农业中的作用

遥感和传感器监测系统主要用于数据采集和现场运行监测。现代遥感技术分辨率达1m以下。通过多波段遥感和遥感，可以获得大量的多时段地面信息。应用传感器可以及时获取信息，进行作物生长监测与产量估算、土壤水分含量与分布监测、作物水分亏缺监测、作物养分监测、作物病虫害监测等。

精密农业是3S技术和自动化技术的综合应用。根据现场各作业单位的具体情况，更好地利用耕地资源潜力，科学合理地利用物质投入，旨在提高作物产量和质量，降低生产成本，减少农业活动污染，改善环境质量。与传统农业相比，精细农业具有最大的特点。通过野外网格取样和实验室分析，形成基本过程。制作精确的营养图，绘制变量管理的控制图。通过建立集中式数据平台，将GIS数据、农业信息数据、产品可追溯性数据和电子商务交易数据集成到平台中，实现项目间的数据共享、统一管理和统一分配。为了开发基于物联网的农业信息智能管理系统，将农业生产过程中的温度、湿度、光照、土壤水分、养分、害虫、杂草和作物生长等信息集成到智能决策中。通过科技投入和科学管理的交流，最大限度地节约自然资源，最大限度地满足农业生產的需求，主要体现在农业生产手段的精细化、农业资源的精细化投入、农业生产过程的精细化经营和管理、农业生产过程的精细化、农业生产过程的农业土壤的耕作，农业产量的优质、高效、低消耗。

5 总结

精准农业是一种以信息为基础、以知识为基础的农业生产、管理和管理技术。需要利用先进的田间信息采集技术获取农田作物产量空间分布信息以及影响作物生长的主要因素。还要处理这些信息，利用农业科学知识制定农田和农作物生长规划。作物栽培管理决策，以指导分布式配方种植，以达到有效利用资源、高产出、低投入和可持续发展的优化目标。我国是世界上最重要的农业国。占世界耕地的7%，解决了世界22%人口的衣食住行问题，取得了显著成绩。然而，人口增长与土地资源减少之间的矛盾是不可逆转的。为了满足日益增长的经济和人民生活的需要，必须保持农业的可持续发展。解决这一问题的根本途径在于科学技术。这种形势迫使我们启动精准农业技术，寻找发展高效农业的途径。因此，精准农业在降低投资、降低成本、减少环境污染、控制农产品、标准化和批量生产、易加工、出口等方面具有积极的作用和意义。

参考文献

[1] 翟传凤. GPS在精准农业中的应用 [J].当代农机， 2007（6）：59-60.

[2] 李志伟.基于3S技术的农田信息采集系统的研究与开发 [D].南京：南京农业大学，2005.

[3] 王永真.3S技术在精准农业中的应用[J].研究探讨.2018（1）：184-185.

[4] 郭菁，范舒爽.爱科发布全球精准农业战略[J].农机质量与监督，2013（08）：39.