“3S”技術(shù)的農(nóng)業(yè)應用與精細農(nóng)業(yè)工程

李濤

摘要：“3S”技術(shù)在數(shù)字農(nóng)業(yè)應用中起著重要作用，可實現(xiàn)對農(nóng)田的精準監(jiān)測和管理，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化和智能化，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，減少環(huán)境污染。本文討論了在精細農(nóng)業(yè)工程框架下應用“3S”技術(shù)的問題，列舉了一系列“3S”農(nóng)業(yè)應用技術(shù)，闡明了精細化農(nóng)業(yè)管理理念及意義，針對當下農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀提出了一系列可行應用措施。

關(guān)鍵詞：“3S”技術(shù)；農(nóng)業(yè)應用；精細農(nóng)業(yè)

信息農(nóng)業(yè)是運用信息技術(shù)和通信技術(shù)，以及相關(guān)的農(nóng)業(yè)科學和管理方法進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營和管理的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)形態(tài)，是數(shù)字農(nóng)業(yè)的重要表現(xiàn)形式，旨在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、優(yōu)化資源利用、提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和市場競爭力。信息農(nóng)業(yè)利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等現(xiàn)代化的信息技術(shù)和通信技術(shù)來收集、處理、分析和應用農(nóng)業(yè)相關(guān)的信息，通過數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化的手段，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營和管理的信息化、精細化和智能化。信息農(nóng)業(yè)的發(fā)展對實現(xiàn)精準農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)和可持續(xù)農(nóng)業(yè)具有重要意義，同時信息農(nóng)業(yè)也為農(nóng)民提供更多的發(fā)展機會，提高農(nóng)民收入和生活水平。

1 “3S”技術(shù)及其農(nóng)業(yè)應用

1.1 土地資源利用研究

在土地利用動態(tài)監(jiān)測方面，遙感技術(shù)可以獲取大面積土地利用的圖像信息，進行土地利用現(xiàn)狀的調(diào)查和評估，為土地利用規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；地理信息系統(tǒng)可對圖像信息進行處理和分析，提取出土地利用類型、面積、分布等情況，為土地利用動態(tài)監(jiān)測提供數(shù)據(jù)支持；全球定位系統(tǒng)可提供高精度的定位信息，為土地資源可持續(xù)利用研究提供科學依據(jù)。

1.2 農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測評估

在進行農(nóng)田面積調(diào)查和監(jiān)測時，“3S”技術(shù)可以獲取大范圍農(nóng)田的遙感影像，通過地理信息系統(tǒng)進行圖像解譯和土地利用類型分類，實現(xiàn)農(nóng)田面積的調(diào)查和監(jiān)測工作，有助于監(jiān)測農(nóng)田的變化情況、評估農(nóng)田開墾效果和農(nóng)業(yè)土地資源的利用狀況[1]。遙感技術(shù)中的多光譜遙感影像可以反映土壤的光譜特征，進行土壤質(zhì)量評估和分類，植被指數(shù)數(shù)據(jù)以反映植被的生長情況，熱紅外遙感數(shù)據(jù)可以研究農(nóng)田的地表溫度；通過地理信息系統(tǒng)對土壤光譜數(shù)據(jù)進行處理和分析有助于根據(jù)土壤質(zhì)量情況進行農(nóng)業(yè)土地的合理利用和耕作管理；對植被指數(shù)數(shù)據(jù)進行處理和分析，可以監(jiān)測植被生長情況，及時掌握農(nóng)田的植被覆蓋情況；對溫度數(shù)據(jù)進行處理和分析可以實現(xiàn)農(nóng)田的灌溉決策和水資源管理。同時，可以利用作物生長模型和遙感數(shù)據(jù)進行作物估產(chǎn)，為農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預測和災害監(jiān)測提供科學依據(jù)。利用“3S”技術(shù)，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)、土壤水分、作物需水等信息能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)田的精準灌溉和水資源的合理利用，有助于監(jiān)測和評估農(nóng)業(yè)資源的利用狀況，提高農(nóng)田管理的科學性和效率，推動農(nóng)業(yè)的可持

續(xù)發(fā)展。

1.3 農(nóng)業(yè)區(qū)域劃分

在農(nóng)業(yè)土地類型劃分時，遙感技術(shù)可以獲取大范圍農(nóng)田的遙感影像，通過地理信息系統(tǒng)進行圖像解譯和土地類型分類能夠?qū)崿F(xiàn)對農(nóng)業(yè)土地類型的劃分，利用地理信息系統(tǒng)中的圖層分析功能，也可以將農(nóng)田根據(jù)土地類型進行標記和分類，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。遙感技術(shù)獲取的遙感影像可以反映出農(nóng)田植被覆蓋、土壤質(zhì)量、水體分布等信息，結(jié)合地理信息系統(tǒng)將具有相似生態(tài)環(huán)境特征的農(nóng)田劃分到不同的農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)，指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和資源保護。遙感技術(shù)獲取的植被指數(shù)、地理位置和其他相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)可以進行農(nóng)作物適宜區(qū)的劃分，通過分析農(nóng)作物的生長環(huán)境要求和適應性可以劃定不同作物的適宜生長區(qū)域，為農(nóng)民選擇合適的農(nóng)作物種植提供科學指導。利用地理信息系統(tǒng)，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)和GPS定位數(shù)據(jù)，可以對農(nóng)業(yè)區(qū)域進行氣候區(qū)劃。通過分析氣候特征，如降水量、溫度、日照等，將農(nóng)田劃分為不同的氣候區(qū)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)作物的選擇提供氣候數(shù)據(jù)支持。利用地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)，結(jié)合水文地質(zhì)數(shù)據(jù)和田間的水資源管理情況，通過分析土壤的水分含量、地下水位等因素，將農(nóng)田劃分為不同的水資源利用區(qū)，為農(nóng)民合理安排灌溉、節(jié)水和水資源管理提

供參考。

1.4 農(nóng)作物生長災害預警

利用地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)可以對農(nóng)田的土壤濕度、降水量等進行監(jiān)測，分析和對比遙感技術(shù)獲取的地表溫度、植被覆蓋等數(shù)據(jù)，進行干旱和澇災害的監(jiān)測和預測，制定合理的指標和閾值，實現(xiàn)農(nóng)作物干旱和水澇風險的預警與管理。遙感技術(shù)獲取的高分辨率遙感影像可以檢測農(nóng)田的植被狀態(tài)，結(jié)合地理信息系統(tǒng)進行植被指數(shù)計算和分析，能夠及早發(fā)現(xiàn)農(nóng)作物的異常狀況，并進行病蟲害的預測，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和病蟲害模型，提前采取防治措施，減少損失。遙感技術(shù)通過監(jiān)測地表形態(tài)和地理信息系統(tǒng)中的地質(zhì)、土壤等數(shù)據(jù)，可以進行地質(zhì)和土壤災害的風險評估和預警，分析地質(zhì)條件和土壤類型，以及相關(guān)的地質(zhì)現(xiàn)象和土壤水分變化，預測地質(zhì)和土壤災害的潛在風險，能夠及時采取相應的防范措施。此外，結(jié)合遙感技術(shù)獲取的氣象數(shù)據(jù)和地理信息系統(tǒng)中的地理位置信息，可以實現(xiàn)對臺風暴雨等氣象災害的監(jiān)測和預警[3]。通過實時監(jiān)測氣象變化并進行預測，結(jié)合農(nóng)作物的生長周期和災害敏感度，在災害來臨前提早預警，保護農(nóng)作物安全。

1.5 水資源管控

通過水資源監(jiān)測可以獲取大范圍農(nóng)田的水資源狀況，如土壤濕度、地下水位等，利用地理信息系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析處理，可以掌握農(nóng)田水資源狀況，有助于了解農(nóng)田的水資源分布和利用情況，為農(nóng)業(yè)水資源的管理和調(diào)配提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。利用遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)，可以優(yōu)化調(diào)度農(nóng)田的灌溉水量。根據(jù)土壤濕度、作物生長狀況、氣候條件等信息，結(jié)合灌溉模型和實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)灌溉水量的精準控制和優(yōu)化調(diào)度，提高灌溉效率和水資源利用效率。此外，遙感影像和光譜信息可以反映農(nóng)田的水分狀況，結(jié)合地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)，可以對農(nóng)田的干旱狀況進行預警和監(jiān)測。當干旱災害發(fā)生時，利用地理信息系統(tǒng)進行干旱災害的評估和應急管理，及時采取抗旱措施，減少干旱對農(nóng)業(yè)的影響。

2 精細化農(nóng)業(yè)管理理念

精細化農(nóng)業(yè)管理旨在通過運用先進的技術(shù)手段和科學的管理方式優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程更加高效、精確和可持續(xù)。精細化農(nóng)業(yè)管理的核心思想是精準和智能，通過使用現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析，科學地了解和掌握農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各種因素，有針對性地進行資源配置和管理，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。（1）精細化農(nóng)業(yè)管理注重精確的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，如通過使用GPS、衛(wèi)星遙感、遙測和精細化儀器等技術(shù)手段實施農(nóng)田的分區(qū)管理和差異化的施肥、灌溉等，對土地質(zhì)量、水分和營養(yǎng)素等進行精細化分析和監(jiān)測，確定有針對性的耕作措施，合理利用土地資源，提高生產(chǎn)效益。（2）精細化農(nóng)業(yè)管理注重智能化的決策支持，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的各項指標進行實時監(jiān)測和分析，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的動態(tài)調(diào)整和決策的智能化。通過精確測量農(nóng)田中氣象、土壤、光照等環(huán)境因素以及作物生長狀態(tài)，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和模型模擬，為農(nóng)民提供精準的決策支持，如作物種植時間、施肥量、農(nóng)藥使用等，不僅可以最大限度地提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效益，還可以減少資源浪費和環(huán)境污染。（3）精細化農(nóng)業(yè)管理注重可持續(xù)發(fā)展。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，精細化農(nóng)業(yè)管理采取綜合的措施保護水土資源，減少農(nóng)藥和化肥的使用，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，例如，通過農(nóng)田管理技術(shù)，實現(xiàn)農(nóng)田水分的節(jié)約和減排，使農(nóng)業(yè)灌溉更加精確和高效[2]，提高土地的持續(xù)利用能力，保障農(nóng)業(yè)的長期穩(wěn)定發(fā)展。

3 精細化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)框架中利用“3S”技術(shù)管理的方式

3.1 真實數(shù)據(jù)獲取

實施精細化農(nóng)業(yè)管理，可以利用衛(wèi)星或無人機等遙感設備對農(nóng)田進行定期監(jiān)測，獲取農(nóng)田的地形、土壤、作物生長情況等信息，了解農(nóng)田的生產(chǎn)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)存在的問題并制定相應的管理措施。全球定位系統(tǒng)可以幫助定位農(nóng)田的各個區(qū)域，實現(xiàn)精確定位和測量，獲取農(nóng)田中各個地塊的面積、形狀、位置等信息，為精細化農(nóng)業(yè)管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。地理信息系統(tǒng)可以對遙感數(shù)據(jù)進行處理和分析，生成各種空間數(shù)據(jù)和信息，通過地理信息系統(tǒng)，專業(yè)人員可以對農(nóng)田進行分區(qū)管理，了解不同區(qū)域的土壤、氣候、作物生長等情況，為制定針對性的管理措施提供依據(jù)。在精細化農(nóng)業(yè)管理中運用“3S”技術(shù)獲取真實數(shù)據(jù)可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和效益，減少資源浪費和環(huán)境污染，同時也可以為政府和相關(guān)機構(gòu)提供決策支持，促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)定量定位

通過GPS技術(shù)，農(nóng)民可以精確測量土地的長度、寬度和面積，有利于農(nóng)民更好地規(guī)劃農(nóng)作物的種植布局和農(nóng)業(yè)設施的布置。遙感技術(shù)通過衛(wèi)星或無人機等平臺獲取并解析農(nóng)田的影像數(shù)據(jù)，獲得農(nóng)田的面積和邊界信息，幫助農(nóng)民了解農(nóng)田的土壤質(zhì)量、植被覆蓋率和水分分布等情況，以便進一步定量定位。農(nóng)田邊界、土壤類型、植被分布等信息可以輸入到GIS中構(gòu)建農(nóng)田的空間數(shù)據(jù)模型，通過GIS的空間分析功能，農(nóng)民可以進一步分析和管理農(nóng)田的面積、壓縮和進行農(nóng)作物生長情況的定量定位。通過應用“3S”技術(shù)，農(nóng)民可以準確測量農(nóng)田的面積，了解農(nóng)田各個區(qū)域的土壤和植被特征，有助于在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中實現(xiàn)精細化管理和決策，有效利用土地資源，合理規(guī)劃農(nóng)作物種植布局，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)量。

3.3 植保機械施藥技術(shù)

GPS在植保機械上的應用體現(xiàn)在兩方面：一方面是把GPS傳感器裝在植保機械上，通過差分GPS系統(tǒng)進行三維定位，按照病蟲害情況來調(diào)節(jié)農(nóng)藥不同噴灑量，避免重疊噴藥，從而節(jié)約原料投入，降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)規(guī)?；?jīng)營；另一方面是利用GPS導航飛機進行施藥，能提高工作效率，減輕勞動強度，節(jié)約防

治費用。

4 結(jié)語

“3S”技術(shù)在精細農(nóng)業(yè)的發(fā)展中具有良好應用前景，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和精細化農(nóng)業(yè)是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)鍵步驟，有助于提升農(nóng)業(yè)科技水平，推動科技創(chuàng)新和知識產(chǎn)權(quán)的發(fā)展，促進農(nóng)業(yè)與其他行業(yè)的融合。只有不斷推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和精細化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，才能實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，為國家、社會和人民帶來更多的福祉。

參考文獻

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