地理信息系统在精准农业中的应用

地理信息系统在精准农业中的应用

许善祥1,杜建强2

(1.浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310029;2.黑龙江省农垦社会保险事业管理局)

　　摘要:阐述了地理信息系统的形成和发展状况、地理信息系统在精准农业中的具体应用以及我国在这方面存在的问题和改进方向。

关键词:精准农业;地理信息系统;全球定位系统;遥感

1　地理信息系统的形成及发展

地理信息系统(GeographicInformationSys2tem,简称GIS)是一项以计算机为基础的新兴技术,围绕着这项技术的研究、开发和应用形成了一门交叉性、边缘性的学科,是管理和研究空间数据的技术系统。在计算机软硬件支持下,它可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理,对数据进行有效管理,研究各种空间实体及相互关系。通过对多因素的综合分析,可以迅速地获取满足应用需要的信息,并能以地图、图形或数据的形式表示处理的结果。

目前地理信息系统已经进入了新的发展阶段,成为一种包括硬件生产、软件研制、数据采集、空间分析及咨询服务的新兴信息产业。GIS技术的发展一方面是基于Client󰃗Server结构,即客户机可在其终端上调用在服务器上的数据和程序;另一方面是通过互联网络发展InternetGIS或WebGIS,可以实现远程寻找所需要的各种地理空间数据,包括图形和图像,而且可以进行各种地理空间分析。这种发展是通过现代通讯技术使GIS进一步与信息高速公路相接轨,而且借助于通讯技术,可以将遥感(RS)、全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)有机地集成起来,成为各行各业,包括农业发展和进步的有力技术手段。

达到同等收入或更高的收入,并改善环境,高效利用各类农业资源,取得经济效益和环境效益。

精准农业由10个系统组成,即全球定位系统、农田信息采集系统、农田遥感监测系统、农田地理信息系统、农业专家系统、智能化农机具系统、环境监测系统、系统集成、网络化管理系统和培训系统。其核心是建立一个完善的农田地理信息系统(GIS),可以说是信息技术与农业生产全面结合的一种新型农业。

发达国家精准农业技术体系的实践与发展,已经引起我国科技决策部门的高度重视,精准农业的思想已经被科技界和社会广为接受。我国以县、乡(镇)、村为单元的农业生产也较适于采用精准农业技术,近年来我国也在精准农业的实践方面做了一定的工作,如国家863计划在全国20个省市开展了“智能化农业信息技术应用示范工程”,黑龙江省农垦总局也在友谊农场五分场二队筹建了精准农业技术示范项目点。

3　地理信息系统在精准农业中的应用及尚

需改进的方面

　　在由传统农业生产模式逐步向发达国家精准农业发展模式转变过程中,地理信息系统发挥了巨大作用。农田地理信息系统管理精准农业所有信息,进行农作空间分析,给出准确可靠的农事操作方案,是实现精准农业概念的核心系统。

地理信息系统可用于农田土地数据管理,查询土壤、自然条件、作物苗情、作物产量等,并能够方便地绘制各种农业专题地图,也能采集、编辑、统计分析不同类型的空间数据。在精准农业中,地理信息系统可以应用于绘制作物产量分布图和进行农业专题地图分析。通过地理信息系统提供的覆合叠加功能,将不同农业专题数据组合在一起,形成新的数据集。例如,将土壤类型、地形、作物覆盖数据采用覆合叠

2　精准农业及其体系结构

精准农业是由信息技术支持的根据空间变异,

定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统,其基本涵义是根据作物生长的土壤性状,调节对作物的投入,即一方面查清田块内部的土壤性状与生产力空间变异,另一方面确定农作物的生产目标,进行定位的“系统诊断、优化配方、技术组装、科学管理”,调动土壤生产力,以最节省的投入

收稿日期:20021115

34现代化农业　　2003年第2期(总第283期)

东方红1002传动气吸式精播机的改装

马德祥,陆　萍

(黑龙江省普阳农场,绥滨156213)

　　用东方红1002型拖拉机与2BQS6型气吸式精播机组成播种机组,当作业中停车、起步、换挡时,由于踏下离合器切断了动力输出轴的动力,造成超越离合器转速下降,风机转速降低,风机风量不足,使种盘上不能吸种;机车重新起步时,3～5m内出现漏播现象。为解决这一问题,我们尝试了一种改装措施,取得了较好的效果,现介绍如下,供同行参考。

取替超越离合器,把风机前移到东方红1002拖拉机前部水箱左侧推土铲油缸支架处;利用发动机前曲轴皮带轮的闲置皮带槽来传动,曲轴皮带轮直径180mm(与风机皮带轮直接传动),风机皮带轮直径80mm,传动皮带选用E512键式逐稿器皮带(B型2500号)。在东方红1002拖拉机发动机转速为

收稿日期:20021205

1800～2200r󰃗min时保证了风机的转速为4000～4900r󰃗大油门时,能保证min,也就是说发动机在中、风机风量充足,排种器有效吸种。改装后消除了播种断条现象。每台改装费480元,我场共改装了11台机组,改装费共5280元。而节省补种劳务费合计2.1万元,提高机械利用率增收作业费2.4万元,提高土地利用率增收98.6万元,合计增收节支103万元。对比之下,改装成本是微不足道的,效益是十分可观的。

此项改装有效地解决了作业中途停车带来的播种断条问题,但要想随时使风机停止运转就不那么方便了。因此,还有待于进一步完善;当然,要想追求完善,还需增加改装费用。

(005)数据库、土壤数据库、环境数据库、气GPS数据库、象资料数据库、农业生产条件数据库、化肥农药数据库、航片及卫星数据影像数据库等。

b.适合精准农业的空间分析系统,包括作物产量空间分布、土壤养分的空间分布、土壤水分空间分布、土壤微量元素空间分析、作物需求空间分析、环境空间分析等。

遥感信c.地理信息系统与农田信息采集系统、

息监测系统、农机控制系统等的接口。

我国目前进行的研究与应用大部分局限于GIS、GPS、RS等单项技术领域与农业领域的结合,没有形成精准农业完整的技术体系。而国际上精准农业的实践表明,实施精准农业要求信息技术、生物技术、工程装备技术和适应市场经济环境的经营技术的集成组装。综合是其典型特征,技术集成是其核心,因此需要多部门、多学科联合作战。相信随着我国农业技术和相关信息产业、工程制造业的发展,智能控制技术的广泛应用,精准农业技术必将得到不断发展和完善,且将进一步扩展到更为广泛的设施农作、养殖业和加工业的精细管理与经营。

(005)

加,建立三者在空间上的联系,可以很容易分析出土壤类型、地形、作物覆盖之间的关系。

地理信息系统与传统地图相比,最大优点是能够很快地将各种专题要素地图组合在一起,产生出新的地图。将不同专题要素地图叠加在一起,可以分析出土地上各种因子对作物的相互作用与相互影响,从中可以发现它们之间的关系,如土壤pH值与产量的关系。利用已存储的土壤背景数据库和农田灌溉、施肥、种子等数据库进行分析,作出判断,形成“诊断图”,将这些结果与MIS等相结合进行综合分析,结合社会经济信息作出投入产出的估算,提出精准农业实施计划。在土壤普查原始数据及历年农业统计报表基础上,用数据库形式,以县、乡(镇)、村为单位,建立起以土壤、作物信息等数据为基础进行技术分析并提出最佳施肥方案的GIS施肥指导系统,实现精准施肥。

除上述一般地理信息系统的功能外,要建立适合我国国情的、今后可以推广的精准农业地理信息系统,还需要在下述一些方面继续努力,进一步加以完善。

a.适合精准农业的数据库应用,包括地理背景