3S技術(shù)用于精準農(nóng)業(yè)發(fā)展研究探析

□姬鑫慧鞏凡溪吳新宇范 翔

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院；2.成都理工大學(xué)商學(xué)院 四川 成都 610059)

當前大多數(shù)研究將農(nóng)業(yè)階段分為：原始農(nóng)業(yè)、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)以及精準農(nóng)業(yè)。我國當代農(nóng)業(yè)則步入精準農(nóng)業(yè)階段[1]。其主要特點：3S技術(shù)基礎(chǔ)上用多種輔助決策系統(tǒng)進行“因地適宜”工作，即：根據(jù)不同地塊土壤水分、病蟲害、雜草等特征精準播種、施肥。相比傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)污染嚴重、農(nóng)藥用量不定等缺陷，精準農(nóng)業(yè)可對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)定量化，降低成本，減少環(huán)境污染，物有所值甚至物超所值?；A(chǔ)方法為：在RS宏觀控制基礎(chǔ)上用GPS進行精準定位，后用GIS空間分析將地面信息、地形、地貌、作物種類和長勢等基本數(shù)據(jù)進行分析獲取定量數(shù)據(jù)，用于普通農(nóng)業(yè)操作流程[2]。

1 3S技術(shù)于精細農(nóng)業(yè)中的綜合應(yīng)用

1.1 GIS在精準農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

作為精準農(nóng)業(yè)主導(dǎo)部分[3]，GIS可結(jié)合區(qū)域土壤類型，將土壤測試結(jié)果、化肥農(nóng)藥使用等采集大范圍數(shù)據(jù)，構(gòu)建地理數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)分析結(jié)果進行空間統(tǒng)計，對未來的情況進行判斷以及預(yù)測，達到輔助決策目的[4]。

其在精準農(nóng)業(yè)中應(yīng)用見下，近幾年文獻中所用較多為管理決策支持系統(tǒng)：

（1）農(nóng)業(yè)環(huán)境要素信息：采集土壤信息；（2）農(nóng)田空間數(shù)據(jù)庫：包括基礎(chǔ)信息、專題圖、輔助決策以及元數(shù)據(jù)庫等；（3）管理決策支持系統(tǒng)：基于GIS構(gòu)建管理系統(tǒng)，為部門提供輔助決策。如：盧健[5]等基于三維GIS開發(fā)玉米精準作業(yè)農(nóng)田環(huán)境模擬檢測系統(tǒng)，為研究區(qū)土壤墑情動態(tài)監(jiān)測和玉米精準作業(yè)奠定基礎(chǔ);朱毅[6]基于組件GIS，設(shè)計農(nóng)作物分析與評價專題圖系統(tǒng)，完成以地塊為單位的變量作業(yè)等。丁克奎[7]等基于嵌入式技術(shù)開發(fā)多功能信息采集終端，指導(dǎo)信息入庫處理;房超[8]等進行玉米精準施肥專家系統(tǒng)研制等。

1.2 GPS在精準農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

GPS于精準農(nóng)業(yè)中主要功能：（1）機械動態(tài)定位指在管理系統(tǒng)命令基礎(chǔ)上對農(nóng)田各階段工作精確定位[9]。如王熙[10]用VB6.0及Map Object工具開發(fā)施肥控制軟件，提出并解決了變量施肥作業(yè)數(shù)據(jù)在車載計算機的儲存和解析問題。莊衛(wèi)東[11]開發(fā)變量施肥控制軟件，滿足變量施肥播種機自動控制需要。（2）與GIS結(jié)合構(gòu)建系統(tǒng)：何勇[12]用GPS采集位置數(shù)據(jù)，用GIS進行空間數(shù)據(jù)的分析，研究信息處理系統(tǒng)，實時測定和顯示懂點軌跡。楊青[13]將GPSGIS結(jié)合，研發(fā)田間農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)杯實時監(jiān)控和信息管理系統(tǒng)等。

1.3 RS在精準農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

RS技術(shù)于精準農(nóng)業(yè)中通過高空間或高光譜分辨率數(shù)據(jù)對農(nóng)田基本信息及動態(tài)變化信息進行調(diào)查分析。如，劉秀英[14]用高光譜遙感建立生理參數(shù)及土壤信息監(jiān)測模型，為監(jiān)測研究區(qū)田間施肥管理提供依據(jù)；其中：（1）基本信息：農(nóng)田設(shè)施、農(nóng)作物種類、土壤肥力等；（2）動態(tài)變化信息：病蟲害狀況、農(nóng)作物產(chǎn)量變化、雜草生長狀況等[15]。

1.4 3S集成技術(shù)在精準農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

3S 集成技術(shù)綜合 RS、GIS、GPS 優(yōu)點。GPS 精準定位基礎(chǔ)上，RS收集數(shù)據(jù)及監(jiān)控，最后用GIS空間分析完成系統(tǒng)等工具構(gòu)建以輔助重大決策。其優(yōu)勢為效率高，方法簡便，減投增收等。于精準農(nóng)業(yè)中應(yīng)用分為以下兩個部分：（1）動態(tài)監(jiān)測：李建龍[16]基于3S技術(shù)和生態(tài)系統(tǒng)分析方法 ,動態(tài)監(jiān)測新疆天山草地農(nóng)業(yè)資源，進行大面積估產(chǎn)。王芳[17]基于3S技術(shù)對研究區(qū)進行大比例尺土壤養(yǎng)分制圖，反應(yīng)土壤養(yǎng)分空間分布特征為精準農(nóng)業(yè)提供依據(jù)；3S技術(shù)在紅星農(nóng)場現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[18]等。（2）管理系統(tǒng)：Omid Noori[19]于研究區(qū)基于3S技術(shù)進行的健康普通橄欖樹冠的特定地點管理；呂鵬[20]對煙葉生產(chǎn)過程中空間數(shù)據(jù)進行管理和分析處理，高效地綜合管理煙葉生產(chǎn)流程，實現(xiàn)現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的增產(chǎn)、增收、增效；劉鳳仙[21]基于Visual Basic與MapObjects開發(fā)邯鄲農(nóng)業(yè)資源環(huán)境信息系統(tǒng),計算模擬玉米不同生產(chǎn)水平等。

2 展望

3S集成技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)業(yè)空間信息精確采集與應(yīng)用[22],21世紀00年代數(shù)據(jù)缺乏、設(shè)備限制[23]等問題已隨衛(wèi)星發(fā)射等科技進步解決。但目前仍存在多種不足，如：

（1）數(shù)據(jù)不確定性；（2）數(shù)據(jù)壓縮數(shù)據(jù)更新淘汰；（3）計算機網(wǎng)絡(luò)上不同軟件系統(tǒng)間交互式互操作語義化操作；（4）網(wǎng)格格式全球空間信息的表達方面欠缺等。

精準農(nóng)業(yè)的發(fā)展不能隨一個問題的解決而一勞永逸，問題越先進，制約因素便越高端，解決問題的過程便是產(chǎn)業(yè)進步過程?；?S技術(shù)的精準農(nóng)業(yè)過程復(fù)雜、綜合性強，但其為農(nóng)業(yè)低耗高效的重要途徑。因此于我國，應(yīng)在了解基本國情基礎(chǔ)上，結(jié)合科技發(fā)展熱潮創(chuàng)建精準農(nóng)業(yè)體系，創(chuàng)建更大效益。

[1]王素珍,吳崇友.3S技術(shù)在精準農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究[J].中國農(nóng)機化學(xué)報,2010(6)：79-82.

[2]張前勇.基于3S技術(shù)的精準農(nóng)業(yè)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2006,34(16)：4170-4171.

[3]孫玉文,沈明霞.精準農(nóng)業(yè)及“3S”技術(shù)概述[J].甘肅農(nóng)業(yè)科技,2008(12)：39-43.

[4]陳戀,周衛(wèi)軍,余德,等.GIS在精準農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用進展及展望[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2015(22)：352-354.

[5]盧健,陳桂芬,孟穎,等.基于三維GIS的農(nóng)田環(huán)境模擬監(jiān)測的研究及系統(tǒng)實現(xiàn) [J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報,2017,19(3)：50-55.

[6]朱毅,宋良圖,魏圓圓,等.農(nóng)作物分析與評價專題圖系統(tǒng)[J].計算機系統(tǒng)應(yīng)用,2012,21(4)：1-5.

[7]丁克奎,鐘凱文.基于“3S”的精準農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,43(1)：399-401.

[8]房超.GIS技術(shù)在玉米精準施肥專家系統(tǒng)研制中的應(yīng)用研究[D].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué),2011.

[9]紀婉玉,蔣超.基于北斗的農(nóng)田處理采集系統(tǒng)及應(yīng)用[J].衛(wèi)星應(yīng)用,2015(6)：24-26.

[10]王熙.精準農(nóng)業(yè)大豆變量施肥控制技術(shù)研究[D].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué),2010.

[11]莊衛(wèi)東,汪春,王熙.基于GPS和土壤養(yǎng)分圖的變量施肥控制軟件開發(fā)[J].農(nóng)機化研究,2010,32(7)：189-192

[12]何勇,方慧,馮雷.基于GPS和GIS的精細農(nóng)業(yè)信息處理系統(tǒng)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2002,18(1)：145-149.

[13]楊青,張征,龐樹杰,等.一種基于GPS和GIS農(nóng)業(yè)裝備田間位置的監(jiān)控系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2004,20(4)：84-87.

[14]劉秀英.玉米生理參數(shù)及農(nóng)田土壤信息高光譜監(jiān)測模型研究[D].西北農(nóng)林科技大學(xué),2016.

[15]蒙繼華,吳炳方,杜鑫,等.遙感在精準農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用進展及展望[J].國土資源遙感,2011,2011(3)：1-7.

[16]李建龍,蔣平.利用3S技術(shù)動態(tài)監(jiān)測天山草地農(nóng)業(yè)產(chǎn)量及其成因分析[J].安全與環(huán)境學(xué)報,2003,3(2)：8-12.

[17]王芳,李友宏,米麗娜,等.基于3S技術(shù)編制大比例尺土壤養(yǎng)分圖方法研究——以吳忠國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)為例[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2009,27(5)：123-126

[18]王文富,鄭紅梅.3S技術(shù)在紅星農(nóng)場現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè),2010(5)：49-51.

[19]Noori O,Panda S S.Site-specific management of common olive：Remote sensing, geospatial, and advanced image processing applications[J].Computers&Electronics in Agriculture,2016,127：680-689.

[20]呂鵬,王拓,王云飛,等.基于3S技術(shù)的現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)信息綜合管理系統(tǒng)[J].計算機系統(tǒng)應(yīng)用,2012,21(2)：30-33.

[21]劉鳳仙.基于3S技術(shù)的農(nóng)業(yè)資源管理信息系統(tǒng)的研究[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué),2008(4)：134-136.

[22]楊微,周宏璐,韓成偉,等.3S技術(shù)在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].吉林農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,34(6)：58-59.

[23]張學(xué)儉,李曉瑞.精準農(nóng)業(yè)及其支撐技術(shù)[J].甘肅農(nóng)業(yè)科技,2006(11)：16-19.[13]