精确农业1.ppt

NCEPUNCEPUPrecision Agriculture精确农业精确农业华北电力大学（保定）供用电技术教研室华北电力大学（保定）供用电技术教研室20122012农电农电09k109k1、09k209k2精确农业精确农业North China Electric Power University1NCEPUNCEPU内容提要1.精细农业概述精细农业概述 2.全球定位系统全球定位系统GPS及其农业应用及其农业应用3.地理信息系统地理信息系统GIS及其农业应用及其农业应用 4.遥感遥感RS及其农业应用及其农业应用 5.作物生产管理决策支持系统（作物生产管理决策支持系统（DSS）（）（ES、SS）6.农业生物信息采集技术农业生物信息采集技术 7.智能化农业机械装备技术智能化农业机械装备技术（ICS）8.农业信息网农业信息网 3S技术后3S技术2NCEPUNCEPU1.精细农业概述 本讲要点本讲要点:1.1 精细农业的基本概念精细农业的基本概念1.2 精细农业的核心思想精细农业的核心思想1.3 精确农业的技术体系及实施精确农业的技术体系及实施1.4 精确农业的发展现状精确农业的发展现状3NCEPUNCEPU1.1 精细农业的基本概念（1）国际农业的发展的三个主要阶段及特点）国际农业的发展的三个主要阶段及特点 原始农业、传统农业和原始农业、传统农业和现代农业现代农业；（2）精确农业的提出；）精确农业的提出；（3）精确农业的概念。）精确农业的概念。石油农业、无机农业、有机农业、生态农业等。科技发展和社会需求。基于信息技术的差异化操作。思想、手段、结果。4NCEPUNCEPU1.1 精细农业的基本概念n精确农业又叫精细农业（精确农业又叫精细农业（precision agriculture/farming）,是一种农业新战略，是信息和人工智能是一种农业新战略，是信息和人工智能技术在农业宏观特别是微观运用的产物，是利用遥技术在农业宏观特别是微观运用的产物，是利用遥感技术宏观控制和测量，地理信息技术采集、存贮、感技术宏观控制和测量，地理信息技术采集、存贮、分析和输出地面或田块所需的要素资料，以全球定分析和输出地面或田块所需的要素资料，以全球定位系统将地面精确测量和定位，再与地面的信息转位系统将地面精确测量和定位，再与地面的信息转换和定时控制系统相配合，产生决策，按区内要素换和定时控制系统相配合，产生决策，按区内要素的空间变量数据精确设定和实施最佳播种、施肥、的空间变量数据精确设定和实施最佳播种、施肥、灌溉、用药等多种农事操作。实现在减少投入的情灌溉、用药等多种农事操作。实现在减少投入的情况下增加（或维持）产量、降低成本、减少环境污况下增加（或维持）产量、降低成本、减少环境污染、节约资源、保护生态环境，实现农业的可持续染、节约资源、保护生态环境，实现农业的可持续发展。发展。5NCEPUNCEPU1.1 精细农业的基本概念n精确农业又叫精细农业（精确农业又叫精细农业（precision agriculture/farming）；）；nSite-specific farming：特殊定位农业；：特殊定位农业；nPrescription farming：处方农业。：处方农业。6NCEPUNCEPU1.2 精细农业的核心思想（1）精确农业的核心思想：）精确农业的核心思想：获取农田小区作物产量和影响作物生长获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素（如：土壤结构、水分、营养，的环境因素（如：土壤结构、水分、营养，病虫害等）实际存在的空间和时间差异信息，病虫害等）实际存在的空间和时间差异信息，分析小区产量差异的原因，采取技术上可行分析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，按需实经济上有效的调控措施，区别对待，按需实施定位调控的施定位调控的“处方农业处方农业”。（2）精确农业的表现形式）精确农业的表现形式 1）PA体现了劳动工具的高科技；体现了劳动工具的高科技；2）PA体现了生物技术的高科技；体现了生物技术的高科技；3）PA体现了信息技术统帅农业领域。体现了信息技术统帅农业领域。7NCEPUNCEPU1.2 精细农业的核心思想8NCEPUNCEPU1.2 精细农业的核心思想（3）精确农业与传统农业的区别精确农业与传统农业的区别 1）目标不同。减少投入、降低污染，提高）目标不同。减少投入、降低污染，提高产品质量、产量，实现农业可持续发展；产品质量、产量，实现农业可持续发展；2）手段不同。区别对待、按需实施；）手段不同。区别对待、按需实施；3）结果不同。经济、环境效益双丰收。）结果不同。经济、环境效益双丰收。9NCEPUNCEPU1.2 精细农业的核心思想（4）精确农业的发展思路精确农业的发展思路 1）以最节省的投入达到同等或更高的收入，）以最节省的投入达到同等或更高的收入，并改善环境、高效利用各类农业资源，以取并改善环境、高效利用各类农业资源，以取得好的经济效益和环境效益；得好的经济效益和环境效益；2）他将农业带入了数字和信息时代，是）他将农业带入了数字和信息时代，是21世世纪农业的重要发展方向；纪农业的重要发展方向；3）需要多部门、多学科联合作战；）需要多部门、多学科联合作战；4）切实做好有关应用技术的研究开发，力求）切实做好有关应用技术的研究开发，力求走出适合中国国情的发展道路。走出适合中国国情的发展道路。10NCEPUNCEPU1.3精确农业的技术体系及实施 1）精确种植技术体系）精确种植技术体系 11NCEPUNCEPU1.3精确农业的技术体系及实施2）精确种植技术体系技术细节）精确种植技术体系技术细节n全球定位系统全球定位系统（Global Positioning Systems）n地理信息系统地理信息系统(Geographic Information Systems)n遥感技术遥感技术(Remote Sensing)n农业生物信息采集技术（农业生物信息采集技术（Farming biological information Acquired Technology）n产量分布图生成系统（产量分布图生成系统（Yield Mapping Systems）n作物生产模型（作物生产模型（Crop Production Modeling）n决策支持系统（决策支持系统（Decision Support Systems）n智能化变量农作机械智能化变量农作机械（Intelligent Farm Machinery）n变量控制技术变量控制技术（Variable-Rate Technologies）12NCEPUNCEPU全球定位系统（Global Positioning Systems）13NCEPUNCEPU1.3精确农业的技术体系及实施2）精确种植技术体系技术细节）精确种植技术体系技术细节n全球定位系统全球定位系统（Global Positioning Systems）n地理信息系统地理信息系统(Geographic Information Systems)n遥感技术遥感技术(Remote Sensing)n农业生物信息采集技术（农业生物信息采集技术（Farming biological information Acquired Technology）n产量分布图生成系统（产量分布图生成系统（Yield Mapping Systems）n作物生产模型（作物生产模型（Crop Production Modeling）n决策支持系统（决策支持系统（Decision Support Systems）n智能化变量农作机械智能化变量农作机械（Intelligent Farm Machinery）n变量控制技术变量控制技术（Variable-Rate Technologies）14NCEPUNCEPU地理信息系统(Geographic Information Systems)15NCEPUNCEPU地理信息系统(Geographic Information Systems)16NCEPUNCEPU1.3精确农业的技术体系及实施2）精确种植技术体系技术细节）精确种植技术体系技术细节n全球定位系统（全球定位系统（Global Positioning Systems）n地理信息系统地理信息系统(Geographic Information Systems)n遥感技术遥感技术(Remote Sensing)n农业生物信息采集技术（农业生物信息采集技术（Farming biological information Acquired Technology）n产量分布图生成系统（产量分布图生成系统（Yield Mapping Systems）n作物生产模型（作物生产模型（Crop Production Modeling）n决策支持系统（决策支持系统（Decision Support Systems）n智能化变量农作机械智能化变量农作机械（Intelligent Farm Machinery）n变量控制技术变量控制技术（Variable-Rate Technologies）17NCEPUNCEPU遥感技术(Remote Sensing)18NCEPUNCEPU遥感技术(Remote Sensing)19NCEPUNCEPU1.3精确农业的技术体系及实施2）精确种植技术体系技术细节）精确种植技术体系技术细节n全球定位系统（全球定位系统（Global Positioning Systems）n地理信息系统地理信息系统(Geographic Information Systems)n遥感技术遥感技术(Remote Sensing)n农业生物信息采集技术（农业生物信息采集技术（Farming biological information Acquired Technology）n产量分布图生成系统（产量分布图生成系统（Yield Mapping Systems）n作物生产模型（作物生产模型（Crop Production Modeling）n决策支持系统（决策支持系统（Decision Support Systems）n智能化变量农作机械智能化变量农作机械（Intelligent Farm Machinery）n变量控制技术变量控制技术（Variable-Rate Technologies）20NCEPUNCEPU农业生物信息采集技术农业生物信息采集技术21NCEPUNCEPU1.3精确农业的技术体系及实施2）精确种植技术体系技术细节）精确种植技术体系技术细节n全球定位系统（全球定位系统（Global Positioning Systems）n地理信息系统地理信息系统(Geographic Information Systems)n遥感技术遥感技术(Remote Sensing)n农业生物信息采集技术（农业生物信息采集技术（Farming biological information Acquired Technology）n产量分布图生成系统（产量分布图生成系统（Yield Mapping Systems）n作物生产模型（作物生产模型（Crop Production Modeling）n决策支持系统（决策支持系统（Decision Support Systems）n智能化变量农作机械智能化变量农作机械（Intelligent Farm Machinery）n变量控制技术变量控制技术（Variable-Rate Technologies）22NCEPUNCEPU产量分布图生成系统（Yield Mapping Systems）23NCEPUNCEPU1.3精确农业的技术体系及实施2）精确种植技术体系技术细节）精确种植技术体系技术细节n全球定位系统（全球定位系统（Global Positioning Systems）n地理信息系统地理信息系统(Geographic Information Systems)n遥感技术遥感技术(Remote Sensing)n农业生物信息采集技术（农业生物信息采集技术（Farming biological information Acquired Technology）n产量分布图生成系统（产量分布图生成系统（Yield Mapping Systems）n作物生产模型（作物生产模型（Crop Production Modeling）n决策支持系统（决策支持系统（Decision Support Systems）n智能化变量农作机械智能化变量农作机械（Intelligent Farm Machinery）n变量控制技术变量控制技术（Variable-Rate Technologies）24NCEPUNCEPU作物生产模型（作物生产模型（Crop Production Modeling）作物生长模型作物生长模型是对作物生育过程的基本规律是对作物生育过程的基本规律和关系的量化表达。和关系的量化表达。模型模型是现实的或待实现的真实系统的一是现实的或待实现的真实系统的一种表示，是反映客观真实系统运动过程若种表示，是反映客观真实系统运动过程若干有关侧面的映像。干有关侧面的映像。作物生产模型（Crop Production Modeling）25NCEPUNCEPU 它是通过对作物生育和产量的实验数据加它是通过对作物生育和产量的实验数据加以理论概况和数据抽象，找出作物生育动态以理论概况和数据抽象，找出作物生育动态及其与环境之间的关系的动态模型，然后在及其与环境之间的关系的动态模型，然后在计算机上模拟作物在给定环境下，整个生育计算机上模拟作物在给定环境下，整个生育期的生长情况。期的生长情况。如田区内的虫害模型。如田区内的虫害模型。作物生产模型（Crop Production Modeling）26NCEPUNCEPU1.3精确农业的技术体系及实施2）精确种植技术体系技术细节）精确种植技术体系技术细节n全球定位系统（全球定位系统（Global Positioning Systems）n地理信息系统地理信息系统(Geographic Information Systems)n遥感技术遥感技术(Remote Sensing)n农业生物信息采集技术（农业生物信息采集技术（Farming biological information Acquired Technology）n产量分布图生成系统（产量分布图生成系统（Yield Mapping Systems）n作物生产模型（作物生产模型（Crop Production Modeling）n决策支持系统（决策支持系统（Decision Support Systems）n智能化变量农作机械智能化变量农作机械（Intelligent Farm Machinery）n变量控制技术变量控制技术（Variable-Rate Technologies）27NCEPUNCEPU决策支持系统决策支持系统(Decision Support Systems)决策支持系统决策支持系统包括模型库、数据库、知识库、包括模型库、数据库、知识库、方法库及其管理系统等，同时融合了良好的人机方法库及其管理系统等，同时融合了良好的人机接口，使得模型运算、数据处理、专家知识以及接口，使得模型运算、数据处理、专家知识以及在决策者的参与下，建立起模型库、数据库与领在决策者的参与下，建立起模型库、数据库与领域专家的有机联系。域专家的有机联系。28NCEPUNCEPU1.3精确农业的技术体系及实施2）精确种植技术体系技术细节）精确种植技术体系技术细节n全球定位系统（全球定位系统（Global Positioning Systems）n地理信息系统地理信息系统(Geographic Information Systems)n遥感技术遥感技术(Remote Sensing)n农业生物信息采集技术（农业生物信息采集技术（Farming biological information Acquired Technology）n产量分布图生成系统（产量分布图生成系统（Yield Mapping Systems）n作物生产模型（作物生产模型（Crop Production Modeling）n决策支持系统（决策支持系统（Decision Support Systems）n智能化变量农作机械智能化变量农作机械（Intelligent Farm Machinery）n变量控制技术变量控制技术（Variable-Rate Technologies）29NCEPUNCEPU变量控制技术变量控制技术VRT（VariableRate Technologies）世纪年代中期，由美国工业界提出的。世纪年代中期，由美国工业界提出的。变量控制技术变量控制技术是指安装有计算机、是指安装有计算机、DGPS等先进等先进设备的农机具（智能化农业机械）可以根据它所处设备的农机具（智能化农业机械）可以根据它所处的耕地位置自动调节货箱里某种农业物料（如化肥、的耕地位置自动调节货箱里某种农业物料（如化肥、种子、农药等）投入速率的一种技术。种子、农药等）投入速率的一种技术。30NCEPUNCEPU变量控制技术系统有以下两种：（1）基于地图的（2）基于传感器的 需要一个需要一个GPS/DGPS地理信息定位系统和一个地理信息定位系统和一个用于存贮施用计划的命令单元，该施用计划包含用于存贮施用计划的命令单元，该施用计划包含了田块内每一位置的施用量期望值。了田块内每一位置的施用量期望值。包括一个动态命令单元，在田块内所到的每一包括一个动态命令单元，在田块内所到的每一位置通过实时地分析土壤传感器与（或）作物传位置通过实时地分析土壤传感器与（或）作物传感器的测量数据确定相应的施用量。感器的测量数据确定相应的施用量。31NCEPUNCEPU基于传感器的变量控制设备可以完成以下的农作：基于传感器的变量控制设备可以完成以下的农作：按土壤类型的不同变量施固态氨肥；按土壤类型的不同变量施固态氨肥；按土壤不同的按土壤不同的CECCEC与表土层深度改变种植密度；与表土层深度改变种植密度；按土壤的有机组成的不同变量施除草剂；按土壤的有机组成的不同变量施除草剂；按土壤按土壤CECCEC的变化变量施催肥剂；的变化变量施催肥剂；按土壤按土壤CECCEC、表土层深度和硝酸盐浓度在侧施肥、表土层深度和硝酸盐浓度在侧施肥料时变量施氮肥。料时变量施氮肥。32NCEPUNCEPU基于地图的变量控制技术系统 的应用：农用拖拉机用来喷洒液体肥料、固态氨、除草农用拖拉机用来喷洒液体肥料、固态氨、除草剂及种子等。剂及种子等。在枢轴式灌溉系统中控制水和肥料。在枢轴式灌溉系统中控制水和肥料。商用高悬浮式喷洒设备大量地喷洒磷肥、钾肥商用高悬浮式喷洒设备大量地喷洒磷肥、钾肥和石灰石。和石灰石。33NCEPUNCEPU1.3精确农业的技术体系及实施34NCEPUNCEPU1.3精确农业的技术体系及实施35NCEPUNCEPU1.3精确农业的技术体系及实施2）精确种植技术体系实施过程）精确种植技术体系实施过程2）精确种植技）精确种植技术体系实施过程术体系实施过程36NCEPUNCEPU1.3精确农业的技术体系及实施2）精确种植技术体系实施过程）精确种植技术体系实施过程2）精确种植技）精确种植技术体系实施过程术体系实施过程37NCEPUNCEPU1.4精确农业的发展现状 1）国外精细农业的发展）国外精细农业的发展 精细农业在国外发达国家发展十分迅速，其应精细农业在国外发达国家发展十分迅速，其应用已涉及到施肥、播种、耕作、水分管理等相关领域。用已涉及到施肥、播种、耕作、水分管理等相关领域。(美国、加拿大、以色列美国、加拿大、以色列)2）国内发展概况）国内发展概况 精细农业思想已开始在我国传播，且已引起科精细农业思想已开始在我国传播，且已引起科技和产业界的重视。技和产业界的重视。东北、新疆、广东、江苏、内蒙、浙江已进行东北、新疆、广东、江苏、内蒙、浙江已进行了立项前期研究，已引进为主了立项前期研究，已引进为主。科研机构和各高校逐步开展这方面的工作。科研机构和各高校逐步开展这方面的工作。38NCEPUNCEPU谢谢 谢谢!39NCEPUNCEPUn20052005年，年，中华人民共和国国民经济和社会发展第中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要十一个五年规划纲要明确提出：明确提出：“控制高耗能、控制高耗能、高污染和资源性产品出口高污染和资源性产品出口促进国内产业升级。促进国内产业升级。”在产业经济、商品贸易等领域，开始将在产业经济、商品贸易等领域，开始将“高耗能、高耗能、高污染和资源性高污染和资源性”称为称为“两高一资两高一资”，将具有这，将具有这3 3种特点的行业称为种特点的行业称为“两高一资两高一资”行业，生产过程中行业，生产过程中具有这具有这3 3种特点的产品称为种特点的产品称为“两高一资两高一资”产品。产品。中中国国对对“两高一资两高一资”行业有了明确的规定，限制或禁行业有了明确的规定，限制或禁止高污染、高能耗、消耗资源性外资项目准入，而止高污染、高能耗、消耗资源性外资项目准入，而对于能够缓解中国对于能够缓解中国“两高一资两高一资”发展的，比如发展发展的，比如发展循环经济、可再生能源和生态环境保护等方面，则循环经济、可再生能源和生态环境保护等方面，则明确鼓励。明确鼓励。返回返回两高一资两高一资40NCEPUNCEPU中央一号文件中央一号文件n20042004年至年至20112011年又连续八年发布以年又连续八年发布以“三农三农”（农农业业、农村农村、农民农民）为主题的中央一号文件，强调）为主题的中央一号文件，强调了了“三农三农”问题在问题在中国中国的社会主义现代化时期的社会主义现代化时期“重中之重重中之重”的地位。的地位。41