3s技术在农业中的应用及发展.docx

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1、3S 技术在农业中的应用摘要：农业是在信息技术发展的基础上,以地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)、遥感技术(RS)和计算机自动控制技术为核心技术引发的一场新农业技术革命,将对我国农业技术的发展产生重大影响。因此,应在充分了解国际精准农业发展的理论基础和技术原则的基础上, 结合我国具体情况,研究发展适合我国国情的精准农业技术体系。3S 系统将信息获取、信息处理、信息应用集结于一身,突出表现在信息获取与处理的高速、实时与应用的高精度、可定量化方面。3S系统是三者相互补充相得益彰构成的一个功能完整强大的空间数据采集处理分析系统，3S 集成技术已成为农业、生物信息管理的先进技术手段。关键字

2、：3S 技术，精准农业，遥感，信息处理正文：一、3S 技术的概念：3S 是全球定位系统( GPS)、地理信息系统( G IS)和遥感( RS)的统称。是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。二、3S 技术在农业中的应用：1. “3S”技术在农作物中的应用：农作物是一个国家赖以生存的灵魂，以科学技术发展农业是未来发展的必然趋势。“3S”技术在农作物估产中的应用。作物估产的主要容是估算作物种植面积和由单产模型、长势遥感监测来确定估产模式。我国农作物遥感估产最初采用 FAO 推行的美

3、国农业部的框图面积取样法，该方法是集统计估产、农学估产、气象估产和遥感光谱估产于一体的综合遥感估产，是传统的统计估产方法与遥感估产的结合，简易可行。我国遥感估产的第二阶段是 1984 年由国家气象局主持的“全国冬小麦 NOAA 卫星遥感综合估产”项目，这是一种大面积农作物估产方法，在对冬小麦的宏观地理分布了解的基础上，根据气候和生物特点，分区建立绿度修正值，在充分研究了小麦不同生育期的不同绿度值特点之后，利用相应的绿度值日来研究不同的估产模式，在微机网络上实现通讯和产量计算。遥感估产的第三种方法以“八五”攻关项目“重点产粮区主要农作物遥感估产”为代表，估产容涉与小麦、玉米和水稻，充分利用了 T

4、M 影像的多波段特性和高几何分辨率”（30m），在农作物套作区进行了提高面积解译精度的研究，同时结合利用 NOAA 数据，对作物面积、单产和长势变化等进行了估计。1.1 “3S”技术在农业监测和调查的应用。1.2.1 农作物长势监测。作物在生长发育的不同阶段，其部成分、结构和外部形态特征等都会存在一系列的变化。叶面积指数是综合反映作物长势的个体特征与群体特征的综合指数。遥感具有周期性获取目标电磁波谱的特点，通过建立遥感植被指数和叶面积指数的数学模型，就可监测作物长势，进而根据作物长势能够估测作物产量。1.2.2 土壤水分含量和分布监测。在植被条件和非植被条件下，热红外波段都对水分反应非常敏感，

5、所以利用热红外波段遥感监测对象和作业监测土壤和植被水分十分有效。研究表明，不同热惯量条件下，遥感波谱间的差异性表现最明显， 所以通过建立热惯量与土壤水分间的数学模型，就能够监测土壤水分含量和分布状况。1.2.3 土壤养分分布调查。在播种之前，可用一种适用于在农田中运行的采样车辆按一定的要求在农田中采集土壤样品。车辆上配置有 GPS 接收机和计算机， 计算机中配置地理信息系统软件。采集样品时，GPS 接收机把样品采集 点的位置精确地测定出来，将其输入计算机，计算机依据地理信息系统将采样点标定， 绘出 一幅土壤样品点位分布图。1.2.4 农作物病虫害监测。应用遥感手段能够探测病虫害对作物生长的影响

6、，跟踪其发生演变状况，分析估算灾情损失，同时还能监测虫源的分布和活动习性。长期以来对农作物产量的预测都是农业系统的一项重要工作。随着科学技术的发展，预测方法和手段逐步完善和提高，不但能较准确地估测出各种作物的最终产量，也能跟踪监测各类作物在不同生长期的长势，从而根据需要即使采用有效措施，对农作物的生长进行监控，保证当年产量的稳定增长。为了在农作物监测和估产中发挥和利用现代科学技术的成果，提高快速、准确、经济地获得监测和估产信息，为国家经济建设和农业生产服务，虽然农作物估产和监测技术与理论十分复杂、地理信息技术和资料，从不同于传统的统计部门得到信息。1.2.5 监测作物产量。在联合收割机上配置计

7、算机、产量监视器和 GPS 接收机， 就构成了作物产量监视系统。对 不同的农作物需配备不同的监视器。例如监视玉米产量的监视器，当收割玉米时，监视器 记录下玉米所接穗数和产量，同时GPS 接收机记录下收割该株玉米所处位置，通过计算机最终绘制出 一幅关于每块土地产量的产量分布图。通过和土壤养分含量分布图的综合分析，可以找出 影响作物产量的相关因素，从而进行具体的田间施肥等管理工作。1.2.6 合理施肥，精确农业管理。依据农田土壤养分含量分布图，设置有 GPS 接收机的“受控应用”的喷施器，在 GPS 的控制下， 依据土壤养分含量分布图， 能够精确地给田地的各点施肥，施用的化肥种类和数量由计算机根据

8、养分含量分布图控制。在作物生长期的管理中，利用遥感图象并结合 GPS 可绘出作物色彩变化图。利用 GPS 定位采集一定数量 的土壤与作物样品进行分析，可以绘制出作物生长的不同时期的土壤含量的系列分布图。 这样可以做到精确地对作物生长进行管理。总之，GPS 技术在农业领域将发挥重要作用。在我国，尚需积极开展在农业中的应用研究 以与相关设备的研制，特别在大平原地区，利用大规模的机械化生产的地区，应当重视 GPS 技术在农田作业和管理中的应用。2. “3S”技术在土壤侵蚀调查中的应用:土壤侵蚀问题对农业资源和环境问题关系重大。利用卫星遥感影像可提供许多土壤侵蚀因子信息，如地形、坡度、岩性、植被等，据

9、此以通用土壤侵蚀方法为基础建立土壤侵蚀模式，并与相应地区的水文观测站的输沙模式相叠合，进行土壤侵蚀量因子分析和区域侵蚀模数计算，并顾与气象、水文要素与土壤侵蚀的关系。我国利用遥感方法，先后对三江河流域、地区、永定河上游等进行了土壤侵蚀调查。1993 年在水利部遥感中心的组织下，进行了全国土壤侵蚀的遥感制图研究，利用 TM 图像对全国进行了土壤侵蚀的清查工作，编制了全国 150 万（部分地区 125 万110 万）土壤侵蚀图，将全国土壤侵蚀因子编码建模， 而且将全国的水蚀、风蚀和融冻侵蚀采用统一的分类标准，统一编码制图，并输入计算机以备检索查询。另外，土壤空间信息查询有空间定位查询和空间关系查询

10、，对如某种土壤类型的空间分布位置进行查询，查询与某种土壤类型或某一行政区域包括的土壤类型、沿河流与分布的土壤类型等。GIS 既有很强的制图功能，可以编绘出所需要的各种要素的专题地图，如土壤肥力图、土壤评级图、土壤类型图、土壤利用图以与一系列社会经济指标统计图等。在可视化方面，这些专题地图叠加在三维DEM 上显示，可以直观地看出不同高程的土壤等级分布与 N、P、K 分布、土壤类型分布等，据此可进行多种专题图的重叠而获得土壤综合信息。同时，课利用RS 的实时信息，对土壤空间信息进行动态监测，与时调整和更新各种地图。3. “3S”技术在精准农业中的应用：“精细农业”技术是用现代高新技术特别是信息技术

11、来改造传统农业，在机械化的基础上，把地理信息系统（ GIS ）、定位系统（ GPS ）、决策支持系统、传感技术进行集成，定量获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素（如土壤肥力、含水量、苗情、病虫草害等）实际存在的空间和时间差异性信息，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”。在“精细农业”技术体系中， DGPS 的定位应用以与 GIS 的应用开发是实施“精细农业”实践的关键技术之一，即利用 DGPS 定位引导定量获取农田作物产量和影响作物生长的环境因素的差异性信息，在 GIS 中利用各种空间分析方法生成差异性信息分布图，通

12、过分析影响小区产量差异的原因，制定经济、合理的生产决策方案，生成作物管理处方图， 指导农田定位作业。高光谱遥感在精准农业中的应用，主要有以下相关工作：利用植被指数进行地表覆盖分析或作物长势的动态监测；对植被的叶面积指数、生物量、全氮量、全磷量等生物物理参数进行估算；农作物长势监测；利用多时相的高光谱数据提取出光谱物征对不同植被和作物进行识别和分类；作物个体生长状况与作物叶片光谱关系的研究；遥感信息模型研究。4. “3S”技术在农业气象服务的应用：农业气象服务系统是在 GIS 和 RS 平台上开发的集农业气象、遥感应用于一体的业务运行系统。它集成了农业气象服务为城市“菜篮子、米袋子”服务的科研成

13、果；建立了遥感、地学、气象、农情、社会经济统计等基础数据库；建立适应农业发展新需求的服务产品；将 GIS 分析功能应用于洪涝灾害监测、灾害损失评估、资源合理布局等领域，获取较好的服务效果。建立了下述分析模型。5. GPS 应用于精准农业中应用：可进行智能化农业机械作业动态定位、农业信息采样定和遥感信息定位。GPS 还运用于地震监测系统、气象学、捕鱼业、放牧和狩猎等方面，形成 GPS 普与应用的缤纷五彩世界三、精准农业中的“3S”整体集成在精准农业中，单纯地运用 GPS、RS 与 GIS 中的某一种技术往往不能满足综合工程的需要，不能提供精准农业实施过程中所需要的对地测量、存储管理、信息处理、分

14、析模拟的综合能力。这就需要把 RS、GIS、GPS 有机结合，综合应用，构成一个一体化信息获取、8 / 8信息处理、信息应用技术系统，这是一个充分利用各自技术特点的空间技术应用体系，并逐步成为一个实践性和应用性较强的新学科，简称为“3S”集成技术。在“3S”集成技术中，RS 是 GIS 的一个重要数据源和强有力的数据更新手段，GIS 作为一种空间数据管理、分析的有效技术，可以为 RS 提供各种有用的辅助信息和分析手段，而GPS 则为 RS 和 GIS 综合系统中处理的空间数据获得准确的空间坐标提供了获取和定位手段，并且可以作为一个数据源为 GIS 提供相关数据，三者已发展成为不可分割的整体，相

15、互渗透相互补充。四、3S 技术的未来发展的前景：3S 技术的发展方兴未艾，将来还可对下列项目进行开发：西南地区土地资源、土地利用（特别是耕地）的动态监则数据库（系统）， 农业布局、产量数据库，森林、草地数据库与其信息服务和决策支持系统；西南地区水稻、小麦估产，重点地区荒漠化监测分析；长江上游洪水、川东干旱以与贡嘎山植被、冰川动态变化监测；土地详查、变更系统；建立三峡地区生态环境和持续发展决策支持信息系统土地管理信息系统；参与国家基本资源环境信息分析决策系统的建立等。通过这些项目的开发应用，可为农业的发展提供一条广阔的道路， 使农业的发展迈上新的台阶，这就需要人类不断深入研究和探索，以便为农业的

16、未来服务。五、总结：经过这一个学期的学习，我了解了很多 3S 技术和精准农业的知识，虽然我是农业电气化的一名学生，但仍受益匪浅，目前 3S 技术正在渐渐大众化和商业化，精准农业已经成为继现代农业后的必然， 随着我国 3S 技术的成熟，在将来也一定会实现精准农业，从我们角度来看，我们可以通过 3S 技术对农业的产量，地区分布提供的信息进行分析和总结，从而对农业生产进行更好的规划，为农民提供更加具体和全面的建议，从而避免现在我国农业的这种资源浪费状况，避免菜贱伤农的发生。并提高农业生产的效率，因地制宜！参考资料：1德仁，空间信息技术与农业发展J.大自然探索，（25）：1112611128 2前勇，基于“3S”技术的精准农业J.农业科学，2006,34（16）：417041713 程一松,胡春胜.高光谱遥感在精准农业中的应用.农业系统科学与综合研究.2001,17(3):193-1955金铜,谋询,蔡虹等.我国精准农业的概念涵与理论体系的初步构建.农业系统科学与综合研究,2001,17(3):180-182