3S技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究

　　摘要：精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是通過3S技術(shù)與自動化技術(shù)的綜合應(yīng)用，文章簡單介紹了3S技術(shù)即RS、GIS、GNSS的概念，并概述分析了3S技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域如作物長勢監(jiān)測與作物估產(chǎn)、農(nóng)業(yè)災(zāi)害、精準(zhǔn)化施肥與灌溉、農(nóng)業(yè)資源管理、智能農(nóng)業(yè)機(jī)械、農(nóng)田信息等方面的具體應(yīng)用，明確了3S技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的重要地位。

　　關(guān)鍵詞：RS；GIS；GNSS；精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)

　　13S技術(shù)簡述

　　3S技術(shù)是遙感技術(shù)RS、地理信息系統(tǒng)GIS和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS的集成。3S技術(shù)是結(jié)合空間、傳感器、衛(wèi)星定位與導(dǎo)航、計算機(jī)等多學(xué)科技術(shù)集成的對地球表面的空間信息進(jìn)行采集、處理、管理、分析、表達(dá)、傳播和應(yīng)用的現(xiàn)代信息技術(shù)[1]。在現(xiàn)今科技水平飛躍發(fā)展的時代，我國的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的弊端已經(jīng)顯露，人均占有耕地面積減少、水土流失嚴(yán)重、水體污染等問題制約著我國農(nóng)業(yè)及其經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展[1]。而結(jié)合3S技術(shù)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)廣泛地運(yùn)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。本文將概述分析目前關(guān)于3S技術(shù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)的具體應(yīng)用。

　　2遙感（RS）在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的應(yīng)用

　　2.1RS

　　遙感（RS）。即遙遠(yuǎn)的感知，是運(yùn)用在不同平臺上的傳感器對遠(yuǎn)距離目標(biāo)或自然現(xiàn)象進(jìn)行探測，利用不同地物的反射率不同的特性來獲取地表信息[2]。

　　2.2RS在作物長勢監(jiān)測與作物估產(chǎn)中的應(yīng)用

　　作物長勢監(jiān)測與作物估產(chǎn)即利用遙感技術(shù)對作物生長情況、趨勢進(jìn)行觀測，以此估計作物產(chǎn)量與品質(zhì)[2]。目前作物長勢監(jiān)測最常見的就是運(yùn)用NDVI、新發(fā)展的EVI指數(shù)等來估算生物量、作物產(chǎn)量等反映作物生長特征因子的直接觀測法。如劉新杰等反演冬小麥葉綠素密度、葉面積指數(shù)，監(jiān)測指數(shù)時序變化規(guī)律，分析不同品種冬小麥的長勢情況，并建立安徽龍亢農(nóng)場基于NDVI的冬小麥估產(chǎn)模型[3]；與此同時，同期對比法即利用NDVI值的時序變化來反映年間作物生長狀況的差異也是重要運(yùn)用。如黃青等利用NDVI，監(jiān)測巴西2017年大豆長勢，并采用差值模型，對比研究2016年同期大豆長勢的平均狀況，獲得巴西大豆2017年產(chǎn)量變化趨勢[4]。

　　2.3RS在農(nóng)業(yè)災(zāi)害中的應(yīng)用

　　在干旱監(jiān)測中，針對遙感數(shù)據(jù)不同波段構(gòu)建土壤水分指數(shù)運(yùn)用廣泛。如高雅通過地表溫度LST和NDVI指數(shù)之間的關(guān)系，建立溫度植被干旱指數(shù)TVDI干旱監(jiān)測模型，并且進(jìn)行干旱等級劃分，并對內(nèi)蒙古地區(qū)進(jìn)行旱情監(jiān)測[5]。在農(nóng)作物的病蟲災(zāi)害遙感監(jiān)測中，不同類型的遙感數(shù)據(jù)成為了開展病害敏感指數(shù)的比較研究，構(gòu)建病害敏感指數(shù)的關(guān)鍵[6]。如劉創(chuàng)優(yōu)選了基于葉片高光譜數(shù)據(jù)和衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)的小麥白粉病嚴(yán)重度估測敏感光譜特征，并以Landsat8和MODIS反演的地表溫度作為關(guān)鍵生境特征，輔以篩選出的植被指數(shù)作為長勢因子區(qū)域尺度上對小麥白粉病嚴(yán)重度分級并進(jìn)行了評估[7]。上述兩種應(yīng)用為較為典型的兩種農(nóng)業(yè)災(zāi)害應(yīng)用，除此以外在應(yīng)對洪澇、冷凍等災(zāi)害也常利用遙感技術(shù)監(jiān)測。光學(xué)遙感數(shù)據(jù)如TM和SPOT等，一般可對農(nóng)業(yè)受損進(jìn)行評估[6]。陳穎姝等利用作物關(guān)鍵生育時期的Landsat8OLI高清影像進(jìn)行監(jiān)督分類，提取作物種植面積分布。利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)與資源三號衛(wèi)星數(shù)據(jù)對提取結(jié)果進(jìn)行驗證，平均精度達(dá)到88%，此結(jié)果較準(zhǔn)確地反映洪澇季節(jié)作物的分布情況，從而進(jìn)行洪澇災(zāi)害損失估算[8]。

　　2.4遙感技術(shù)在精準(zhǔn)化施肥與灌溉的應(yīng)用

　　精準(zhǔn)化施肥與灌溉是可以幫助農(nóng)業(yè)技術(shù)人員精準(zhǔn)施肥、灌溉，獲取最大收益。如張秋陽等將GeoEye-1高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)與氮肥優(yōu)化算法（NFOA）相結(jié)合，開展了冬小麥氮肥推薦應(yīng)用研究[9]。宋文龍等基于GF-1較高空間分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過光譜匹配方法像元尺度應(yīng)用，并引入OTSU自適應(yīng)閾值算法，構(gòu)建了高分辨率灌溉面積遙感監(jiān)測新方法[10]。

　　3地理信息系統(tǒng)（GIS）在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的應(yīng)用

　　3.1GIS

　　GIS是在計算機(jī)硬件與軟件的支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供對規(guī)劃、管理、決策和研究所需信息的空間系統(tǒng)[11]。

　　3.2GIS在農(nóng)業(yè)資源信息管理中的應(yīng)用

　　GIS能將人們從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或相關(guān)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)活動所利用的各種資源緊密聯(lián)系并使各自都發(fā)揮出最大作用。如劉兵建立的基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)[12]與寧方志建立的土地利用現(xiàn)狀調(diào)查管理系統(tǒng)[13]都屬于利用GIS的空間管理優(yōu)勢將自然資源聯(lián)系管理。

　　3.3GIS在農(nóng)業(yè)災(zāi)害防治中的應(yīng)用

　　GIS通過提取各個威脅因子實(shí)現(xiàn)對災(zāi)害區(qū)的孕災(zāi)條件信息量化，可以進(jìn)行災(zāi)情預(yù)警、災(zāi)害程度與損失狀況評估等應(yīng)用，以及時減少人民財產(chǎn)損失。如楊志捷等利春小麥抽穗至成熟期間氣象觀測資料、春小麥品種試驗的發(fā)育期觀測資料以及春小麥播種面積、產(chǎn)量和單產(chǎn)資料等，利用GIS技術(shù)開展內(nèi)蒙古春小麥干熱風(fēng)風(fēng)險精細(xì)化區(qū)劃與評估[14]。GIS在病蟲災(zāi)害主要作用包括探尋分析病蟲成因與規(guī)律、評估災(zāi)害發(fā)生時適宜因子、預(yù)測災(zāi)害演變趨勢，從而建立農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害科學(xué)數(shù)據(jù)庫和農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害信息系統(tǒng)[11]。我國已成功將GIS應(yīng)用到了棉蚜蟲、松毛蟲等害蟲防治工作上。如蔣杰賢等運(yùn)用地統(tǒng)計學(xué)方法GIS分析了桃樹桃蚜和草間鉆頭蛛種群的空間結(jié)構(gòu)，并模擬了其種群空間分布格局[15]與周文杰等建立的棉蚜蟲害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)[16]。

　　4全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）

　　在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用隨著自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）建設(shè)發(fā)展，美國全球定位系統(tǒng)（GPS）不再是GNSS的代名詞。但現(xiàn)目前GPS仍是運(yùn)用最廣泛的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

　　4.1GPS

　　GPS是由美國國防部研制建立的一種具有全方位、全天候、全時段、高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能為全球用戶提供低成本、高精度的三維位置、速度和精確定時等導(dǎo)航信息[1]。

　　4.2GPS在智能農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)中的應(yīng)用

　　智能化農(nóng)業(yè)動態(tài)定位根據(jù)管理信息系統(tǒng)發(fā)出的指令，實(shí)現(xiàn)田間耕作、施肥、灌溉、噴藥等精確定位操作[17]。現(xiàn)國內(nèi)的研究基于前人的基礎(chǔ)更加深入，如魏少東為解決單一的導(dǎo)航系統(tǒng)不能滿足現(xiàn)在化農(nóng)業(yè)機(jī)械的導(dǎo)航定位的精度要求，將GPS技術(shù)與慣性導(dǎo)航組合導(dǎo)航系統(tǒng)，研究了一套果園機(jī)械自動導(dǎo)航控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)果園機(jī)械自動化作業(yè)[17]。

　　4.3GPS在農(nóng)田信息采集中的應(yīng)用

　　GPS的準(zhǔn)確定位功能為農(nóng)業(yè)技術(shù)人員統(tǒng)計各個地理位置的農(nóng)作物狀態(tài)提供了便捷。近些年已有不少學(xué)者針對農(nóng)作物生長狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集研究。如陳宏等研制的基于GPS的農(nóng)田信息采集系統(tǒng)既能實(shí)現(xiàn)農(nóng)田信息的準(zhǔn)確采集，還可以在手機(jī)客戶端進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，又能實(shí)現(xiàn)采集地點(diǎn)的實(shí)時定位功能[18]。對提高農(nóng)作物產(chǎn)量，降低勞動力成本具有重要意義。

　　5結(jié)束語

　　在全面建成小康社會的緊要關(guān)頭，為了滿足經(jīng)濟(jì)與人類發(fā)展需求，必須促進(jìn)農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的出現(xiàn)協(xié)調(diào)了矛盾。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是3S技術(shù)與自動化技術(shù)的綜合應(yīng)用，結(jié)合田間最小單元的具體條件，最優(yōu)化配置耕地資源與勞動力投入，定量化精準(zhǔn)田間管理，以提高農(nóng)作物產(chǎn)量與質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，減小農(nóng)業(yè)活動為周邊環(huán)境帶來的污染及其他不利影響。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的施行將我國農(nóng)業(yè)發(fā)展代入一個新的臺階，不僅極大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，也在自然資源、環(huán)境、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)管理等方面具有重要作用與意義。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　王晗，何佳樂

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