淺談3S技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

林 羽，劉斌瓊

（福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，福建福州 350013）

1 什么是3S技術(shù)

3S技術(shù)是由全球定位系統(tǒng)GPS（Global Positioning System）、遙感技術(shù)RS（Remote Senescing）、地理信息系統(tǒng)GIS（Geographical information System）構(gòu)成。它們是支撐精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，是保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、低耗、安全、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保的技術(shù)設(shè)備，是幫助、指導(dǎo)農(nóng)資、農(nóng)作實(shí)施準(zhǔn)確定時(shí)、定位、定量等功能的關(guān)鍵因素。隨著3S技術(shù)的日益成熟，以及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的不斷開發(fā)和應(yīng)用，必將為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來新的、質(zhì)的飛躍，必將推動(dòng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在我國(guó)進(jìn)一步得到實(shí)施和普及。

2 GPS系統(tǒng)與DGPS系統(tǒng)

GPS原是20世紀(jì)70年代美國(guó)為軍事目的開發(fā)的全球定位系統(tǒng)，主要是用于為美國(guó)的海、陸、空三軍提供全天候和全球性的導(dǎo)航與情報(bào)收集服務(wù)，該系統(tǒng)是由24顆高緯度衛(wèi)星組成。而用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的定位系統(tǒng)DGPS是農(nóng)業(yè)空間管理的基礎(chǔ)設(shè)施，它是由GPS、北斗系統(tǒng)、伽利略系統(tǒng)等發(fā)展而來，主要用于農(nóng)業(yè)信息測(cè)量、農(nóng)田定位以及智能化農(nóng)業(yè)設(shè)備的空間定位等工作。通過智能定位可以讓農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備通過電子地圖的導(dǎo)航，為大片農(nóng)田提供差異化、定量化的噴藥、播種、灌溉等服務(wù)，與傳統(tǒng)的均衡化作業(yè)相比，既節(jié)約了資金，又提高了資源的利用率，能有效提高產(chǎn)量20%左右。同時(shí)，DGPS技術(shù)還能用于資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測(cè)、土地丈量等領(lǐng)域，發(fā)展前景十分廣泛。

3 遙感技術(shù)RS

遙感技術(shù)主要是指從人造衛(wèi)星、飛行器上收集地面物體的電磁輻射信號(hào)，從而判斷地理環(huán)境和資源的一項(xiàng)技術(shù)。該技術(shù)是在航空攝影的基礎(chǔ)上伴隨著電子信息技術(shù)發(fā)展而形成的綜合性感測(cè)技術(shù)。它可以從遠(yuǎn)處感知、探測(cè)物體，并通過各種用途的傳感器對(duì)可見光、微波、紅外信號(hào)等進(jìn)行攝影、掃描，經(jīng)過計(jì)算機(jī)綜合運(yùn)算還原成人眼可以辨識(shí)的圖像。達(dá)到研究地表物體大小、形狀、溫度、狀態(tài)、位置的目的，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地球資源和環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和探測(cè)的綜合目標(biāo)。遙感系統(tǒng)能從不同的高度、快速、大范圍地對(duì)多譜地段進(jìn)行遙測(cè)，獲取海量信息。目前已大范圍地應(yīng)用于氣象觀測(cè)、地圖測(cè)繪、資源考察等領(lǐng)域。由于遙感技術(shù)的成本比傳統(tǒng)的飛行器攝影要節(jié)約一半以上，它在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的技術(shù)體系中將扮演越來越重要的角色。例如，遙感技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)田的信息，對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量預(yù)測(cè)、農(nóng)情宏觀預(yù)測(cè)等方面發(fā)揮作用。

4 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)是一門新興學(xué)科，它是由地理學(xué)、環(huán)境科學(xué)、信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、管理學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等綜合發(fā)展而來，是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科。地理信息系統(tǒng)的核心是要采集儲(chǔ)存一個(gè)地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)，通過專門的計(jì)算機(jī)軟件對(duì)其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，還可以通過數(shù)據(jù)和圖形轉(zhuǎn)換的方式為人們提供更直觀地查看方式。配合上高速的網(wǎng)絡(luò)，地理信息系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的更新與共享，當(dāng)然這要建立在數(shù)據(jù)庫(kù)有統(tǒng)一的格式規(guī)范的基礎(chǔ)上。目前地理信息系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用范圍很廣，如用于分析地區(qū)氣候和自然條件差異，預(yù)測(cè)作物長(zhǎng)勢(shì)和病蟲害發(fā)生趨勢(shì)、爆發(fā)概率等。如果配上專業(yè)的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)，還可以通過數(shù)據(jù)比對(duì)、大數(shù)據(jù)分析等手段建立各種的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)模型，為決策者分析空間差異、提出科學(xué)處方提供技術(shù)保障。

5 3S技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

為了實(shí)現(xiàn)低投入、高產(chǎn)出、少污染的目標(biāo)，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)可以將每個(gè)生產(chǎn)實(shí)施對(duì)象視為一個(gè)獨(dú)立的單元，并根據(jù)其特有條件，為該對(duì)象的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)開出科學(xué)處方，實(shí)現(xiàn)變量管理，減少環(huán)境污染。例如，可以運(yùn)用遙感技術(shù)，調(diào)查土壤的養(yǎng)分含量，實(shí)現(xiàn)變量施肥。先將一大片農(nóng)田劃分成若干個(gè)小的單元，實(shí)際測(cè)定每塊土壤的pH值，含水量，氮、磷、鉀等元素和有機(jī)質(zhì)的含量，用專用的計(jì)算機(jī)軟件制作土壤營(yíng)養(yǎng)模型并標(biāo)上準(zhǔn)則的地理坐標(biāo)。再配合DGPS的精準(zhǔn)點(diǎn)位功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化變量施肥。這樣不僅能提高化肥對(duì)農(nóng)作物增產(chǎn)的貢獻(xiàn)，還可以大大降低成本，增加農(nóng)業(yè)從業(yè)者收入，也減少了多余的化肥對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染。經(jīng)國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)踐證明，通過變量施肥技術(shù)，不僅大大減少了農(nóng)作物化肥用量，而且農(nóng)作物的產(chǎn)量比以往實(shí)行的平衡施肥整整提高了30%以上，經(jīng)濟(jì)效益大大提高。隨著全球定位系統(tǒng)設(shè)備的發(fā)展，現(xiàn)在有一種可以隨身攜帶的接收機(jī)，通過徒步行走的方法，可以方便地將地理數(shù)據(jù)傳輸?shù)窖b有ARCGIS的計(jì)算機(jī)，經(jīng)過中央數(shù)據(jù)處理器計(jì)算之后，可以將人工劃定的農(nóng)田邊界值與衛(wèi)星測(cè)繪的邊界值進(jìn)行對(duì)比修正，并用電子地圖的方式保存下來，供農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化裝置使用，以便對(duì)每一個(gè)生產(chǎn)單元進(jìn)行變量化管理。

6 3S技術(shù)的發(fā)展前景

我國(guó)是世界上人口最多的國(guó)家，也是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，如何用有限的耕地確保我們的糧食安全一直是農(nóng)業(yè)科技工作者們奮斗的目標(biāo)。以3S技術(shù)為基石的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是目前世界上公認(rèn)的一項(xiàng)高新技術(shù)，科技含量很高、集成綜合性較強(qiáng)。對(duì)于推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)建立標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，加速中低產(chǎn)量田畝的改造、提升耕地質(zhì)量等方面具有重要的意義。當(dāng)前，我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展正處于機(jī)械化向信息化過渡的關(guān)鍵時(shí)期，從發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)來看，實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)可以幫助提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的潛力，優(yōu)化我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，有效緩解資源短缺的困境，對(duì)減少資源消耗、緩解污染提升農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量方面都有著積極的作用。

[1] 孫燕.淺析農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化與農(nóng)業(yè)持續(xù)化的關(guān)系[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2009，（29）：125-126.

[2] 謝知勇，林羽.信息技術(shù)在畜牧業(yè)中的應(yīng)用和思考[J].福建畜牧獸醫(yī)，2011，（2）：33-36.