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1、精准农业技术及其应用研究文献综述姓名：陈泉 学号：分数：摘要：本文综述了精准农业的核心技术及其在农业中的应用情况，指出了各项技术的应用现状，最后预测了其今后的开展方向。关键词：精准农业；技术应用；系统Research of Precision AgricultureTechnology And ApplicationsReference ReviewAbstract：This paper review the research evolvement of precision agriculture technology and the application，and point out the
2、 current situationand the future developmental orientationKey words：precision agriculture；technological application；system 精准农业是指利用遥感、卫星定位系统、地理信息系统等技术，实时获取农田每一平方米或几平方米为一个小区的作物生产环境、生长状况和空间变异的大量时空变化信息，及时对农业进行管理，并对作物苗情、病虫害、伤情等的发生趋势进行分析、模拟，为资源有效利用提供必要的空间信息。在获取信息的根底上，利用智能化专家系统、决策支持系统，按每一地块的具体情况做出决策，准确地进行
3、精准播种、精准施肥、精准喷洒农药、精准灌溉、精准收获等精准生产管理。精准农业是未来农业开展的方向，是实现农业可持续开展的主要途径。1精细农业技术思想和技术支撑精准农业主要目的是通过获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素，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，区别对待，按需实施定位调控的“处方农作，以实现最经济、最合理的投入，获得经济上和环境上的最大效益。精细农业的主要技术支撑有：全球定位系统GPS、地理信息系统GIS、遥感技术RS、产量分布图生成系统YMS、变量控制技术VRT、农业生物采集技术、决策支持系统DSS、智能化农作变量机械IFM。2、各技术及其在精准
4、农业中的应用2.1 3S技术及其在农业中的应用3S技术包括全球定位系统GPS、地理信息系统GIS、遥感技术RS。GPS是一种高精度、全天候、全球性的无线电导航、定位、定时系统，它可提供连续、定位和原子时钟信息。差分全球定位系统DGPS，它是利用附近的参考坐标点, 来修正GPS的误差，再把这个即时误差值参加本身坐标运算的考虑, 便可获得更精确的值。GIS以带有地理坐标特征的地理空间数据库为根底，将同一坐标位置的数值相互联系在一起，对数据组织，统计分析后，在共同的坐标系统下显示数据，从而绘制信息电子图支持做出决策，绘制作业执行电子图，再通过计算机控制变量执行设备，实现投入量或作业量的调整。RS是利
5、用高分辨率传感器，在不同的作物生长期，实施全面监测，根据光谱信息，进行空间定位分析，为定位精细农业提供大量的田间时空变化信息。目前应用热红外遥感，多波段遥感，微波遥感对土壤水分的监测，以及应用近红外多频带辐射仪测定作物氮素状况和应用高分辨率光谱仪识别作物和杂草的技术已经进入示范推广阶段。2.1.1 RS在鸟类栖息地研究中的应用由于遥感影像具有覆盖范围广、信息量大、更新时间快的特点，被广泛用于区域尺度的鸟类栖息地制图。随着GPS、GIS和RS的开展，已被广泛应用于鸟类栖息地研究中1-2。其中，遥感技术在全球水平上判定物种栖息地潜在的空间单元、栖息地的分布以及监测等方面已成为分析、评估、监测或以及
6、预测建模等的强有力的工具3。利用遥感资料提取鸟类栖息地空间分布信息的方法包括两大类：物种分布直接识别和物种分布间接反演4。直接识别是根据物种在遥感影像上的光谱特征，在遥感影像上直接勾绘该物种的空间分布区域，如Guinet 等利用SPOT影像识别了南印度洋帝企鹅(Aptenodytes patagonicus)的分布5。Schwaller等利用TM影像识别了南极企鹅的分布区6，这种遥感直接识别的方法局限于大面积群居且具有明显光谱特征的物种7。间接反演的一种方法是利用的物种生境需求信息，结合遥感影像获得的土地利用覆被分类数据，制作物种的栖息地分布图，进而预测物种可能的分布区3。这种方法已广泛应用于
7、空间尺度物种分布及栖息地管理研究中。间接反演的另一种方法是将遥感像元光谱辐射值与物种分布调查信息建立相关模型，据此预测物种的空间分布。这种方法有望弥补栖息地遥感间接反演方法的缺乏8，并在许多生态并在许多生态系统中试用于预测物种的分布，证实了具有较好的应用前景。遥感数据源也存在一些缺陷，如卫星影像不能捕捉影像栖息地的一些重要突发事件3；非栖息地因袭例如历史因素、种间和种内相互作用、微生境特征或者植被的三维结构，是超出遥感卫星技术的范畴的。此外，林地和森林卫星影像大局部不能探测或区分低层结构特征，而这些可能对于一些种类来说至关重要9。另外，目前卫星传感器的空间分辨率，对于“硬边缘属性例如狭窄的线性
8、沟槽、灌木树篱、栅栏以及小班块或单株树，在很多卫星影像上很难准确判别。而这些属性，对于一些特定的物种却具有非常重要的意义10 。2.1.2 GIS在鸟类栖息地研究中的应用 GIS在鸟类栖息地研究中的应用主要包括4个方面内容：确定研究区内鸟类栖息地分布；分析鸟类栖息地特征并进行分类；利用模型的方法预测物种分布或丰富度；监测物种栖息地的变化等。2.1.2.1鸟类栖息地特征识别 GIS与GPS相结合可以自动绘制鸟类的分布图和确定物种的丰富度，将采集到鸟类的某些地理位置以坐标创立在地图上，进而编码得到GIS数据库管理系统，从而对物种分布的数据进行处理和分析。传统的栖息地类型的划分，主要依据遥感影像的反
9、射光谱来进行确定，很少将影像的纹理特征作为栖息地的空间异质性的指标来预测物种分布。影像的纹理特征和景观指数是反映栖息地异质性(生境结构的空间组合特征)的重要指标10。 2.1.2.2鸟类栖息地质量评估应用GIS进行栖息地的评估，其叠加功能不仅使得评估过程直观，而且为进一步的分析奠定了根底。不同地理图层的叠加为空间数据模型及其内部的关系提供了直观的效果，通过空间上的“相交、合并、切割等运算，可派生出空间决策所需的依据。王志强将水禽栖息地的空间格局的适宜度作为指标评价了水禽栖息地的生境适宜性11。张艳红等采用景观特征、生境斑块空间关系和生境破碎化参量分析了向海自然保护区丹顶鹤生境空间结构特征12。
10、2.1.2.3 鸟类栖息地分布预测借助地理信息系统可以预测动物的空间分布格局,运用鸟类-栖息地关系模型，可以对未调查区域的鸟类分布，偏远地区的鸟类分布，以及大尺度上或者全球尺度上的鸟类分布进行预测。例如刘吉平利用景观生态学理论与方法对生境的空间结构进行分析，分别建立生境类型数据、破碎度、地貌类型数、土壤类型数与湿地鸟类丰度关系的数学模型13。但必须注意的是，某些影响水禽生境选择的非生境因子是遥感影像所不能获取的，例如限制水禽第一序位选择的历史因素、种内种间的竞争及超出了遥感影像的检测能力。2.1.3 3S技术在测定测定水土流失中的应用3S技术一种重要的水土流失研究技术手段，可以准确、快速、连续
11、地提取区域水土流失的主要特征指标，能够满足区域水土流失现状信息提取的要求，使区域水土流失信息得到有效的分析和使用，为水土流失信息提取提供强有力的技术支撑14。2.1.4 3S技术在洪涝灾害预测分析中的应用王雪臣等基于历史灾害数据，用洪涝指数从气象方面对长江中游地区进行了洪涝灾害风险分析15。万君等应用GIS 通过研究洪涝灾害危险性和社会经济脆弱性对湖北省进行了洪涝灾害风险评估16。张继全等利用暴雨洪涝灾害风险指数(FDRI)对辽河中下游地区进行了风险评估 17。张会、黄民生等人采用特尔菲法和模糊综合评判方法，建立福建省洪灾风险评价等级指标体系18。田国珍等人利用地理信息系统的空间分析功能，采用
12、水灾成因分析法和经验系数法得出中国洪水灾害风险区划19。刘德义将洪涝灾害风险分析方法与RS、GIS 技术相结合，采用洪涝灾害风险指数评估天津市13个区县的洪涝灾害风险程度，并绘制天津市区县级洪涝灾害风险区划图，综合分析得出天津市暴雨洪涝风险最高的地区；次高风险区地区和风险较低地区20。2.1.5 3S技术在农田墒情远程监测中的应用李楠等研究开发了基于3S技术联合的农田墒情远程监测系统。在小范围内采用无线传感器网络技术，在大尺度上利用3S及Internet等公共网络，实现了多网络平台下墒情数据的自动采集、无线传输、实时监测、精确定位、网络发布和远程参数设置等功能，为墒情信息系统、地理信息系统、气
13、象信息系统以及决策支持系统等多系统的整合打下了根底21。2.1.6 3S在农田根本农田监管决策支持系统中的应用余德贵等以GIS作为根本农田数据分析处理的核心，结合GPS 和RS TM图象分析技术，研究根本农田数据自动采集和监测设备，利用农田管理专家系统(ES) 和决策支持系统(DSS)软件设计技术，建立面向农业部门、土地管理部门和土地使用者的根本农田监管决策支持系统22。此系统可以有效地管理、维护和更新根本农田的空间信息资料，综合考虑、正确判断根本农田各种空间综合影响因素，获得科学结论和客观的决策方案。2.1.7 差分GPS的应用黑龙江省友谊农场五分场二队精准农业技术示范试验基地采用DGPS定
14、位系统23，使用的GPS差分方式为伪距差分方式(RTCM方式)，在基准站上的GPS接收机求得它至可见卫星的距离，并将此计算出的距离与含有误差的测量值加以比拟，求出其偏差，然后将所有卫星的测距误差利用电台传输给田间作业机器(如联合收割机)。田间作业机器上的GPS接收机在接收GPS信号的同时，利用数传电台的接收器接收测距误差来改测量的伪距，最后利用改正后的伪距来解出自身的位置，从而消去公共误差，将定位误差从原GPS的15m以内降低到1m以内，这种精度完全能满足农业生产中的定位需求。2.2产量分布图生成系统YMS及其在农业中的应用 YMS记录了作物收获时产量的相对空间分布，收集了基于地理位置的作物产
15、量数据及湿度含量等特性值。它的结果可以明确的显示在自然生长过程或农业时间过程中产量变化的区域。 实时获得产量分布信息和据此得到的产量图是处方农作中不可缺少的信息。对产量信息和农田其它时空属性相结合的分析可指导对农田实行精细操作，通过谷物测产系统得到的数据可以预测产量，并对合理应用化肥、农药提供指导，产量图还可用于田块的分块管理，根据产量不同，采用不同的农作措施。 陈树人等选用距离反比加权空间产量数据差值算法，采用值过滤法滤除大产量数据，研究了等值线产量图生成方法，开发了具有空间数据差值、误差产量数据过滤、产量数据统计分布、原始产量点图、栅格图和等值线图的谷物产量图生成系统24。陈树人等利用农田空间管理系统生成了一幅具有空间分布棉花产量图，分析产量差异性，用于指导棉田的精细管理25。 陈树人等利用Ag Leader 公司的SMS Basic 3.0系统对一块F10的冬小麦产量数据绘制产量原始数据点图，含水率分布栅格图、地块高程等值线图，得到地块F10属性空间分布具有明显的差异性，而且产量数据、含水率数据、地块高程值具有一定的相似性26。陈云坪等通过Kriging插值获得肥力分布图，经整合多年产量、气象和土壤等根底数据，将作物生产潜力估算、平衡施肥等知识模型与GIS相耦合，生成用于精准农业变量施肥的处方图，并通过网络予以发布，用户通过计算机网络即可获得施
