第五章-精细农业.ppt

四、精细农业的原理1、生态学原理精细农业最基本的出发点就是基于生物的生长分布及其生存的资源环境存在较大的空间异质性这以生态学原理。生态学原理告诉我们，生态系统是由生物及其生存的环境组成的具有一定的结构和功能的复合体。生物的生长发育与环境密切相关。2、工程学原理精细农业涉及到农业机械工程、农业工程、航空航天工程、计算机软件工程等多个方面。3、系统学原理系统学原理认为，对于一个由多个部分组成的复杂系统，各组分间的关系和结合方式对该系统整体的结构和功能具有重要影响。精细农业是基于GPS、GIS、RS、ES（用于云计算的搜索引擎）、DSS（决策支持系统）等多种技术组成的完整技术体系。这些单项技术必须进行合理衔接和协调，才能发挥有效作用，这就需要系统学原理来指导。4、信息学原理精细农业实施的基础是对田间与农作物生长有关的资源、环境信息进行收集、传输、变换、分析、整理和判断，实现智能管理决策，并将信息指令传输到农业设备上，完成相应的农业操作。5、控制学原理上述的每一个过程都必须在精确的控制之下实施完成，控制学原理的运用就是要保证在3S系统等设备的支持下，完成下列工作：（1）随时间及空间变换采集数据；（2）根据数据绘制电子地图，并经过加工、处理，形成管理设计执行图件；（3）精确控制田间作业等过程。第二节精细农业的技术体系精细农业的核心就是获得地块中每个小区（1m2或100m2）的土壤和农作物信息，诊断作物长势和产量在空间上的差异原因，并按每个小区做出决策，准确地在每个小区上进行灌溉、施肥和喷药，以及最大限度地提高水、肥和杀虫剂的利用效率，减少环境污染。一、精细农业的支撑技术空间信息和变量作业机械是精细农业的支撑技术。空间信息技术是指3S技术。精细农业的关键技术是实现农业机械化的精确定位与变量作业，根据作物的实际需要进行作业。这些机械需要3S技术的支持，需要带有GPS的谷物联合收割机以及带有GPS和变量做业处方图的变量播种机、变量施肥机、变量喷药机、土壤采样车等。1、带有GPS与测量谷物产量传感器的联合收割机能绘制小区产量分布图。这些产量分布图反映了不同小区的产量差异。这些差异是土壤、水分、土壤肥力不同而产生的。2、根据田间杂草及病虫害分布情况利用自动控制喷药机械进行定点精确喷药可节约成本，并可减少环境污染。3、变量施肥机能根据土壤肥力的不同，自动调节施肥量；变量播种机能根据土壤水分、土壤温度的不同，自动调节播种深度。二、精细农业的技术体系精细农业的实施必须运用成套的技术，包括指标体系、生物技术、资源与变量投入技术、资源环境技术、农业信息化技术、智能化农具、人工智能与自动控制技术、信息实时采集与传感技术、集成技术等。精准农业以全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、农田遥感监测系统(RS)（简称前“3S”技术）以及农业专家系统（ES）、决策支持系统(DSS)、作物生长模拟系统（SS）（简称后“3S”技术）和变量投入技术为核心，以宽带网络为纽带，运用海量农业信息对农业生产实行处方作业的一种全新农业模式。前3S的作用是及时采集田间信息，经过信息处理形成田间状态图，该图应能客观反映田间状态（肥、水、病、虫、产量）的斑块状不均匀分布；后3S的作用是及时生成优化了的决策。精细农业技术体系主要由信息获取技术、信息处理和分析技术和田间实施（作业）技术三部分组成。信息的获取主要包括全球定位系统、地理信息系统、遥感技术和田间信息采集传感技术。信息处理和分析技术主要包括专家系统、决策支持系统和模拟系统。田间实施（作业）技术主要是指变量投入农机具。信息获取技术是前提和基础，信息处理和分析技术是关键，田间实施（作业）技术是核心。（一）全球定位系统（GPS）精细农业的关键技术之一是实时、动态地确定作业对象和作业机械的空间位置，并将此信息转变为地理信息系统能够贮存、管理和分析的数据格式，这就需要采用全球定位系统。（全球定位系统有GPS、北斗导航系统、俄罗斯的格格纳斯定位系统、欧洲的伽利略定位系统）。GPS在精细农业上的应用有:(1)精确定位水肥土等作物生长环境的空间分布；（2）精确定位作物长势和病虫草害的空间分布；（3）精确绘制作物产量分布图；（4）自动导航田间作业机械，实现变量是非、灌溉、喷药等作业。精准农业中的定位信息采集与处方农作实施，需要采用全球卫星定位系统(GPS)。近几年来，GPS产业技术发展迅速，若干大公司迅速涉足农业领域，提供了用于农田测量、定位信息采集和与智能化农业机械配套的差分校正全球卫星定位技术(DGPS)产品。系统可用于农田面积和周边测量、引导田间变量信息定位采集、作物产量小区定位计量、变量作业农业机械实施定位处方施肥、播种、喷药、灌溉和提供农业机械田间导航信息等。它的特点是定位