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- 3S技術助推智慧農業蓬勃發展發表日期：2017-06-20 來源：托普云農 瀏覽次數：5020次我國十分重視農業信息化的發展，2005~2013年中央1號文件均提出要積極推進農業信息化。加大農業科技創新、加強農業信息基礎建設、促進農村信息化和發展現代農業已成為我國新時期的重大歷史任務。隨著3S(Remote Sensing，RS，遙感；Geography Information System，GIS，地理信息系統；Global Positioning System，GPS，全球定位系統)、物聯網、云計算等技術的在農業領域的應用，傳統農業正在加快向現代農業轉型，智慧農業成為現代農業未來發展的趨勢。
一、RS技術在智慧農業中的應用
RS技術是指以飛機、人造地球衛星、航天飛機等為運載工具，通過其上安裝的探測儀器，獲取和記錄地球表面上物體或景觀的電磁輻射信息，并經過信息的傳輸及處理，識別出地物或景觀的屬性、分布及其發展演化的規律，進而對地球的資源、環境等進行研究分析的綜合技術。農業信息全面感知是智慧農業的基礎，是整個智慧農業鏈條上最基礎的環節，RS技術在智慧農業中利用高分辨率傳感器，采集地面空間分布的地物光譜反射或輻射信息，在不同的作物生長期，實施全面監測，根據光譜信息，進行空間定性、定位分析，為定位處方農作提供大量的田間時空變化信息，RS技術是智慧農業實現全面感知的核心技術之一。
土地資源信息感知是農業信息感知中的重要組成部分，是智慧農業實現的基礎保證。遙感具有采樣范圍大的特點，可以在較大范圍內對農業資源進行快速調查。而隨著遙感影像分辨率的不斷提高，農業資源調查的精度也在不斷的提高。
不同的作物具有不同的光譜反射特性。不同的作物生長階段和環境的差異也會引起光譜反射特性的變化。作物長勢是作物生長發育狀況評價的綜合參數，長勢監測是對作物苗情、生長狀況與變化的宏觀監測。利用RS技術對作物生長的不同階段進行監測，獲得不同時間序列的圖像，結合由物聯網技術得到的監測數據判定它的營養、水分狀況及生理狀況，自動進行液體肥料施肥、自動灌溉、自動降溫、自動噴藥等自動控制。
作物生態環境信息感知。對比于物聯網的無線傳感節點，遙感可以在大范圍上把握農作物的生態環境信息。應用RS技術可以實時監測土壤侵蝕面積、土地鹽堿化程度及其變化趨勢，也可以對土壤水分、養分和水體環境及水體污染等作物生態環境進行動態監測。
作物產量估產。作物產量是重要的經濟情報，因此每個國家都很重視作物產量的估算。生產者可以根據各種植被指數，如：比值植被指數（RVI）和歸一化植被指數（NDVI）等來估算農作物產量，實施農業宏觀調控。
災害損失評估。氣候異常、極端天氣等自然災害影響著作物的生長，RS技術可以監測與定量評估作物受災程度。利用RS技術提供的信息結合作物的生長日歷特點可以較準確的評估作物受災害面積及程度，針對具體受災情況，進行補種、澆水、施肥或排水等災后生產自救措施，盡可能的減少損失。
二、GIS在智慧農業中的應用
GIS是在計算機硬、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統。由于物聯網和遙感技術在智慧農業中的深化應用，農業信息具有了多種數據采集的手段和感知終端，所以智慧農業龐大的數據集有著比以往更大的容量、更高的多樣性和復雜性。要想使這些大數據更好的服務于農業，必須要從農業大數據產生、存儲、分析、管理等各個角度管理好這些大數據，因此農業信息的智能處理與分析是智慧農業建設中需要解決的重要問題。GIS作為智慧農業的核心組件，將RS、GPS、專家系統、決策支持系統等組合起來，可以實現農業信息的存儲、分析和智能處理。
農田信息可視化與專題圖制作。與一般的信息系統相比較，GIS具有空間信息可視化功能，它可將獲取的各種田間信息圖形化，繪制各種田間信息的空間分布圖，以二維平面、三維立體以及動態等方式形象展現，便于用戶直觀分析、查詢和統計。GIS具有制圖功能，它可以將各種專題要素地圖組合在一起，產生新的地圖，為智慧農業信息提供一個直觀的展示平臺。
農業信息空間分析與建模。農業信息空間分析與建模是智慧農業智能決策的技術基礎。GIS針對數據存儲格式的不同，提供了多種不同類型的空間分析方法。在農業領域較為常用的空間分析方法包括空間插值、緩沖區分析、疊置分析、地形分析、流域分析以及空間統計分析。這些空間分析方法可以與各種專項模型相結合，進行農業信息的預測、評估以及劃分等，為農業決策提供實時、可靠和快速的依據。
田間管理智能決策。智能決策是農業智慧化的關鍵，GIS能監測農田土壤養分、水分、蟲害等的變化情況，根據獲取的農田信息的實際情況，繪制地形圖、農田信息分布圖等，制定施肥、噴灑農藥、灌溉等科學管理方案。
三、GPS在智慧農業中的應用
GPS可以提供實時、全天候和全球性的導航、定位、定時服務。農業信息空間和時間變化量的采集是實現智慧農業的關鍵之一，GPS在智慧農業中具有核心地位，其實時定位和精確定時功能可為智慧農業提供實時、高效、準確的點位信息，從而實時地對農田水分、肥力、雜草和病蟲害、作物苗情及產量等進行描述和跟蹤；為農機作業提供高效導航信息，使農業機械將作物需要的肥料送到準確的位置，將農藥噴灑到準確位置。
空間和時間定位。智慧農業中GPS主要用于定點定位，即測量指定點的經度、緯度和高程，以確定其具體位置。如：用來確定田間地塊土壤信息采樣點位置，然后結合其土壤的含水量、氮、磷、鉀、有機質、病蟲害等不同信息的分布情況，輔助農業生產中的灌溉、施肥、噴藥等田間操作。另外在翻耕機、播種機、田間取樣機、施肥噴藥機、收獲機等農具上安裝GPS，可以精確指示機具所在位置坐標，對農業機械田間作業和管理起導航作用，如行駛中如何轉向、何時轉向。
土地更新調查。GPS在土地數據采集中的應用常常分為兩種情況：一是直接用GPS技術對土地空間數據作實時更新和采集；二是把GPS接收機的實時差分定位技術與地理信息系統的電子地圖相結合，組合成各種土地數據的野外測量系統；另外GPS還可以直接應用土地空間數據的采集，提供輔助的定位數據，可大大提高成果數據的精度和應用范圍。
監測作物產量。結合GIS監測作物產量，并繪制作物產量分布圖。在作物田間收割時，聯合收割機上裝有的GPS接收機記錄下該植株所處位置，利用產量監測器記錄下植株產量，并通過計算機繪制出每塊土地的產量分布圖。
四、3S技術的集成應用
RS具有周期性、大范圍、多時相、多波譜、高分辨率地獲取地面物體面狀信息的特點，可以獲取農田作物的生長環境、生長狀況和空間變異的大量時空變化信息；GIS在存儲管理和分析處理空間點、線、面信息方面具有強大的空間與屬性信息一體化處理能力，可以建立農田土地管理、自然條件、作物產量的空間分布等空間數據庫；GPS具有全球性、全天候、高精度實時動態地獲取全球范圍內任意實體點、線信息的優勢，可以準確獲取農田信息并快速定位。在智慧農業中，單純地運用RS、GIS與GPS中的某一種技術往往不能滿足需要，不能提供智慧農業實施過程中所需要的對地測量、存儲管理、信息處理、分析模擬的綜合能力。將RS、GIS、GPS有機結合，構成一個一體化信息獲取、處理、應用的技術系統。在3S集成技術中，RS是GIS的一個重要數據源和強有力的數據更新手段，GIS作為一種空間數據管理、分析的有效技術，可以為RS提供各種有用的輔助信息和分析手段，而GPS則為RS、GIS系統中處理的空間數據獲得準確的空間遙感影像和輔助數據進行農作物受洪澇災害后的損失情況估測，并建立了相關模型，與基于NDVI方法的結果相比，該模型的準確率為66%，提高了32個百分點。
我國是一個農業大國，各地區農業資源條件差異顯著。智慧農業的建設對我國農業增產、農民增收以及實現我國耕地總量動態平衡具有重要意義。隨著空間信息技術的日益發展和完善，3S技術作為智慧農業的技術基礎和核心將得到迅速發展，一方面智慧農業的研究和建設為3S技術的發展創造了條件，另一方面3S技術的發展為實現智慧農業的全面感知和智能處理提供了技術支撐。目前3S技術在智慧農業的應用研究已經取得了一定的成績，但是由于受現有的農業經營體制限制，在農業領域的應用還不夠深入，具體應用方案和技術還需要進行不斷地探索和研究。
