精确农业背景下农业机械论文

摘要：我国传统农业面临着转型升级，农业将是互联网和大数据的下一个风口。农业大数据是利用大数据的思维、方法以及技术解决农业及涉农行业的具体和宏观问题，对推动农业现代化进程具有重要的意义。文章通过对农业大数据的概念、发展意义及存在的问题进行阐述，并提出了如何利用农业大数据思维促进农业现代化的思路。以下是小编精心整理的《精确农业背景下农业机械论文(精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!

精确农业背景下农业机械论文 篇1：

从植保无人机经验探析我国精确农业发展路径

摘   要：在当前时代的不断发展下，我国农业取得了良好的成绩，出现了精确农业。作为信息技术与智能装备技术管理为一体的农业形式，其可以降低成本、提高产量，符合目前社会的需求。从植保无人机角度出发，明确其发展路径，助力于打造极具中国特色的精确农业。

关键词：植保无人机;精确农业;发展路径

1   现阶段精确农业所存在的问题

1.1   技术要求过高

与传统农业的对比中可了解到，精确农业在农业设备上安装定位装置，确定空间位置，获得作业信息，并在决策支持系统下，严格按照农作物的生长规律与土壤的现状，针对性实施农业生产，具有定时、定量、定位的特点。此外，精确农业所涉及到的内容众多，包括3S技术、决策支持系统，实现了跨学科与跨领域，正因为如此，其超出了农民的认知，大多数农民无法真正对精确农业加以探索[1]。

1.2   投入费用过大

精确农业是建立在农田空间差异之上的一种农业形式，可以满足高效且高产的目标。其中在产量上，因为受到土壤肥力、病虫害等因素的影响，所以产量不等，然而应用精确农业技术体系中的决策支持系统，可以分析差异，实现精确化管理。从另一个角度分析，要想满足这一要求，则需要在农业机械设备上安装定位装置，取样进行理化分析，应用高分辨率遥感影像技术获取病虫草害的分布等，这一系列的工作会耗费大量的费用，成本过高。

1.3   生产规模过小

因受众多因素的影响，现阶段我国农业生产以小块耕作规模为主，其不符合精确农业大规模经营的特点[2]。同时，我国地域辽阔且地形复杂，根据气候已经探索出了不同的栽培管理模式，比如像农民习惯栽培模式、超高产栽培模式等，每一种模式都有独特的优势，为粮食生产提供了保障。面对这种情况，要想真正发挥出精确农业的作用与价值，其挑战性比较大。

1.4   农业产业链过短

从严格意义上分析，农业在发展进程中会经历不同的阶段，且每一个阶段都有差异性。现如今我国农业正处于传统农业到现代农业过渡的关键阶段，该阶段产业链比较短，而且农业综合体系并不成熟，组织化程度也不高，无论是生产方式、生产过程还是组织管理等均有所差异，在此发展背景下无法形成区域生产规模化，对精确农业发展会造成限制。农户分散生产经营与管理方式有所差异，所选择的品种不同，往往会造成不同管理单元之间产品的不同，如此或多或少对精确农业的发展与挑战造成影响。

2   植保无人机的发展特征

从整体角度分析，植保无人机的发展特征包括：①国家扶持，发展快速。近几年，国家对农业进行了大力扶持，有效推动了农用无人机的发展，并且众多省份也纷纷将农用无人机纳入到了财政补贴之中，以此有效地推动了植保无人机的商业化发展与可持续进步。②市场空间大。现如今，我国农作物容易受到病虫草鼠害所带来的影响，粮食损失现象比较严重。我国国土辽阔，山地丘陵约占总面积的1/3，这一类地区植保机械无法得到使用，如果仍旧在新时代采取传统的人工方式，那么不仅效率低，而且效果差。在农村土地流转进程不断加快下，各类新型经营主体出现，与此同时，对农用无人机的依赖性也有所增加，由此可见植保无人机的发展市场比较大。③缺乏标准与规范。正因为缺乏相关的监督管理，没有制定切实有效的管理体系，所以导致植保无人机朝着2个方面发展：一方面是迅速发展;另一方面则是鱼龙混杂，如果不及时处理和解决，则会对农作物以及操作人员的安全性造成威胁。

3   植保无人机下精确农业的发展路径

诚如上文所言，现阶段精确农业存在些许问题，植保无人机得到有效发展，实现两者的结合，不仅可以发挥各自的优势，而且还能够进一步推动精确农业的发展与进步，其发展路径需从以下几点出发。

3.1   积极迎合生产要求

植保无人机需要迎合生产要求，在解放劳动力的同时要提高植保的效率与质量，如此才能得到人们的认可[3]。当前我国农田类型以小规模田块为主，要想发展精确农业，需从现实入手，将农户作为发展中心，严格按照实际的生产问题，研发可靠的软硬件产品，这样才能真正保障精确农业的发展与进步。比如在农田信息获取方面要突破与土壤肥力、农作物生长参数为主的技术，且在决策支持环节需要解决农业模型参数复杂的现象，或者积极研发适用于复杂地形与小地块的装备，在提高作业安全可靠性的同时实现增产、增效。

3.2   积极提升用户的体验

积极提升用户的体验十分关键，近几年在植保无人机的发展下，越来越多的农户对其有所了解，其受众面有所增广，应用门槛比较低。但是因为精确农业的支持技术比较多，且操作环节具有复杂性，对使用者有着一定的要求，对此影响了用户的体验，这种情况下，需要从用户角度出发，简化技术与产品，保证不同层次、不同文化程度的用户都能够合理使用。

3.3   积极发挥技术优势

嚴格意义上分析，精确农业技术属于体系，当然也可以以单项技术加以应用。从古到今，我国农业发展一直遵循精耕细作的基本原则，并且衍生出了不同的栽培管理模式，不仅个性化需求有所突出，而且在农业生产之中精确农业技术也发挥了作用与价值。在新时期，要借助于植保无人机，从不同角度出发，针对性做到因地制宜。其中可以在植保无人机的应用领域积极解决传统模式下GPS定位偏差问题，或者采取RTK定位技术，实现无人机植保作业的精准定位，这样一来才能真正保证无人机作业的可靠性与智能化。

3.4   做好政策扶持

无论从宏观角度还是微观角度分析，均可以清楚了解到做好政策扶持至关重要，只有在资金的有效扶持下，才能真正促使植保无人机的有效应用。然而现阶段因为缺少标准与规范，当前市场上无人机种类繁多，出现良莠不齐的现象，对精确农业发展产生影响。面对这种情况，则需要从不同的角度出发，积极做好政策扶持工作，引领农业朝着可持续方向不断发展与进步。笔者认为，当地部门可以加大资金的投入，采取试点与推广宣传的方式，构建精确农业的标准与作业规程，实现软件与硬件的兼容统一。

3.5   做好人才培养

众所周知，精确农业涉及到了众多的学科，其知识结构具有复杂性，如果人才匮乏，则会影响精确农业的发展效率，对此在新时期需要加强人才培养工作，选择懂农业、懂技术的人员，并做好人才培训工作，制定完善的考核培训体系，降低门槛，积极吸引优秀人才参与其中。同时，笔者认为，还需要从两点出发，其一是与农业高校相互联系，发挥人才培养的优势，培养创新人才，引领精确农业的发展;其二是要加强农业科技推广队伍建设，不断提高人员素养与水平，以此才能为精确农业的发展奠定基础，提供保障。

参考文献：

[ 1 ] 段向敏，代荣.精确农业背景下我国农业机械发展趋势[J].农机化研究，2013，35（12）：229-232.

[ 2 ] 周虹，芮晓峰.我国发展精确农业问题浅析[J].沈阳农业大学学报（社会科学版），2001（2）：118-121.

[ 3 ] 乔力.分析精确农业与农业机械化智能技术的应用[J].种子科技，2017，35（6）：125，128.

作者：叶应楷

精确农业背景下农业机械论文 篇2：

农业大数据助力农业现代化研究

摘 要：我国传统农业面临着转型升级，农业将是互联网和大数据的下一个风口。农业大数据是利用大数据的思维、方法以及技术解决农业及涉农行业的具体和宏观问题，对推动农业现代化进程具有重要的意义。文章通过对农业大数据的概念、发展意义及存在的问题进行阐述，并提出了如何利用农业大数据思维促进农业现代化的思路。

关键词：大数据 农业现代化 信息化 互联网

一、农业大数据的内涵

（一）农业大数据的概念

大数据最早于1997年由Michael和David Ellsworth提出，他们指出不能在内存处理的数据集问题为大数据问题。农业大数据概念则是由山东农业大学温孚江教授在2013年提出的，他认为农业大数据是指大数据理论、技术和方法在农业或涉农领域的应用实践。农业数据涉及的领域广、环节多，是跨行业、跨专业的数据集合。从农业专业性讲，应对农业数据进行专门的整理归类，如有序地针对粮食安全的耕地保有量、土壤环境保护、市场供求信息等动态监测数据，指导育种、农业水利、农业病虫害及自然灾害的预警、农产品的流通、销售等方面的数据资源。从农业主体角度讲，农业数据不仅应包括国家及地方统计数据，还应包括涉农经济主体的供应信息、科技成果信息、股东信息、人才引进信息及GIS坐标信息等。

（二）农业大数据的应用

随着物联网、云计算、精准农业和智慧农业的发展，农业数据以前所未有的速度增加，农业大数据的应用也越来越广。当前农业领域存在的如粮食安全、食品安全、土壤治理、病虫害防治、动植物育种、农业结构调整、农产品价格、农副产品消费等诸多问题，都可以通过大数据的应用研究进行预测和干预。农业大数据可服务于农业的各个环节和领域：一是指导生产和经营，利用大数据资源为农业的生产过程提供服务，同时指导农业或涉农企业的经营；二是服务决策，为政府的决策咨询提供有价值的数据参考，为企业生产、转型、市场营销提供咨询、指导；三是预测未来，如未来人口变化趋势和粮食供给能力、未来气候变化趋势对粮食生产的影响，市场对某产品需求变化趋势等。

二、国内外农业大数据的发展现状

农业大数据主要是在收集和存储大规模数据资源基础上，利用数据分析技术为农业发展和经济效益增加提供服务的产业。

（一）国外农业大数据发展情况

国外农业大数据的发展相对比较早，2009年，美国的土壤抽样分析服务商Solum，利用No Wait Nitrate分析系统对耕地的土壤情况进行精确和科学的抽样分析，农民利用分析得到的数据，可以在合适的时间进行精准施肥；2011年，创建于克罗地亚农村的云端管理服务商Farmeron，在14个国家建立了农业管理平台，为农民提供农业数据跟踪和分析服务，该软件可以帮农场主将农场零碎的信息进行整理，用分析工具监测分析农场及生产情况，有利于农场主做出科学的农业生产计划。近几年，国外很多传统的IT供应商开始重视农业设施和技术的开发，如世界500强企业甲骨文，十分重视和关注全球农业大数据产业的发展，开始和出售针对农业大数据的软件和硬件系统。国外农业大数据产业已经处于蓬勃的发展阶段。

（二）我国农业大数据发展情况

我国农业大数据产业的发展还处于起步阶段，农业大数据的应用和研究正向农业产业链渗透，基于物联网技术的农业大数据采集初具雏形。在农业数据收集和传输的基础上，利用数据挖掘技术的分析及可视化的数据展示技术体系也开始起步，大数据的思维、研究、分析和应用开始影响着整个农业的生产过程。农业大数据产业技术创新战略联盟成为了我国农业大数据应用的先行者，如山东农业大学的农业大数据战略联盟，通过对农业相关信息和数据的分析研究，为政府决策和产业发展提供了服务和支持。

三、农业大数据的战略意义

当前，物联网、云计算等新的信息技术不断地被应用于现代农业，农业管理、科研、生产、流通等各个环节的数据在源源不断地产生，传统的数据处理模式不能及时有效地获取和处理海量的农业信息资源，农业大数据对于农业现代化发展具有重要的战略意义。

（一）农业大数据提高农业顶层设计能力

现代农业可持续发展的实现离不开农业发展的顶层设计。农业政策如何制定、农业产业如何布局、农业市场如何发展，都要依赖政府管理部门科学有效的管理。大数据为政府的顶层设计提供了有力的数据支撑，提高了政府决策的科学性和准确性，提升了政府的预测预警能力和应急响应能力。同时，利用农业大数据技术，可以跨越农业管理部门内部和外部的条块分割限制，有利于政令更加畅通，执行更加有力，配合更加高效。

（二）农业大数据规范农业产业市场发展

农业产业市场布局需要政府管理部门的宏观调控，保证战略方向的正确性，同时需要充分发挥市场调节机制。由于我国农业产业市场还不够完善，农产品经常出现较大的价格波动，大数据有助于及时披露农产品的价格，有效解决农产品流通和市场交易中的信息透明度。如期货市场的价格发现功能将有效平抑农产品的剧烈波动，规避风险，减少滞销和脱销现象的频繁发生。同时，大数据还有助于对大宗农产品的价格预测，稳定市场预期，维护农业可持续发展。

（三）农业大数据为农业大国提供战略决策支撑

近几年来，大数据已经从最先涉足的信息领域、经济领域逐步进军到农业生产等多个领域，农业大数据的应用，为我国农业现代化发展提供了重要的战略决策支撑。农业大数据从海量的数据中，快速获得有价值的信息，通过对数据的处理分析和构建模型，从而指导农业生产，为涉农企业服务和协助政府决策。完善我国农业生产的精准管理，推动政府部门农业管理方式变革，规范农业市场的发展，保障我国粮食和食品安全。

四、农业数据资源存在的问题

（一）数据质量参差不齐

我国大多数涉农信息网站和农业数据库信息量大，种类繁多，数据质量却参差不齐。数据来源及表现形式多样，缺乏系统性，数据存储格式目前还没有一套统一的规范的标准，数据的获取具有一定的难度，给农业数据查询带来了很多不便。

（二）数据获取难

由于农业领域的数据不能通过互联网自然形成，需要在生产经营过程中获取，数据获取来之不易，需要专业人员和仪器设备进行专门的观测、实验和挖掘，由于数据采集和分析技术手段滞后，在获取和挖掘数据上面临技术和管理的难题，缺乏深厚的数据分析手段支撑应用需求。

（三）数据分布分散

农业数据资源大部分都分散在中小规模的种植农户，这部分数据资源信息化程度低，收集难度大。同时，政府相关部门虽然掌握着大量的农业数据资源，但目前我国还没有出台专门针对数据共享的国家法律，大多数数据还处于信息孤岛，没有进行有效的整合，缺乏标准化的信息共享平台，严重影响了农业大数据的使用及功能的发挥。

五、大数据推动农业现代化的路径选择

（一）大数据推动农业规模化

1.大数据推动农业生产规模化。农业大数据将对农业产业带来颠覆性的变革，给农业产业在各个环节提供强有力的技术、营销和管理方面的支撑。通过农业大数据信息技术管理系统的传感器和监测技术，可以准确、科学地获取实时的土地数据，实现对农作物的精确投入和作业，实现农业的高效优质生产；同时农业信息化管理平台所提供的农产品生产溯源系统，对农产品产业链质量安全进行全程的信息化管理，并对过程中出现的质量安全问题进行及时的追踪处理，在源头上确保了农产品质量安全。

2.大数据推动农业经营管理规模化。农业经营管理规模化主要指土地规模的扩大和集中管理，使得土地利用效率得以提高，农业生产取得最佳的经济效益。经营管理的规模化需要配套的技术管理体系，否则，由于土地面积的扩大，农户将难以实现土地的有效管理。基于农业大数据的监测系统将成为农业经营管理规模化的重要技术。农业环境信息监测系统，对规模化生产农田的作物生长的空间气象信息、土壤环境信息及地下水等相关信息进行实时监测有助于农田的田间管理；无人机技术对旱涝排查、灾害定损的应用推动了农业经营管理规模化。

3.大数据推动农产品市场交易规模化。农产品市场交易规模化是指在农产品交易过程中采取集体的营销方案，对农产品市场做出统一的价格和销售策略，形成大规模的交易群体。物联网、电子交易等公开透明的信息平台，大大提高了市场交易的信息化程度，推动市场交易规模化发展。

（二）大数据推动农业标准化

1.大数据技术推动农业标准的制定。由于农业标准的制定过程需要复杂的统计及实验分析，需要通过检查、分析、抽样、统计等各种方法确定相应的标准，而原有的技术难以进行大规模的检测和全面分析，农业大数据应用领域的精准农业是依靠信息技术的农业管理系统，利用传感器及监测技术对农业海量的、复杂的信息进行记录，再根据农业信息间的相互关系作出科学判断，具有一定的权威性，推动了农业标准的制定。

2.大数据技术推动农业标准化的应用与推广。农业标准化管理集中体现在农业生产过程中标准实施情况的统一及其监管，由于农业标准项目繁多复杂，在农业标准实施和管理过程中，依靠传统的人力物力难以实现具体的标准，而农业大数据所应用的物联网控制系统和遥感技术对农业标准的实施起到了重要作用。物联网控制系统充分利用现代智能传感技术、计算机智能控制及物联网和大数据先进信息技术，实现对生产环境和生产过程的实时监控，实现田间的统一管理；遥感技术可以提供作物生态环境和生长的各种信息，根据时空动态信息变化，精确判断作物田间生长发育情况，实现对作物生长过程的统计和测定，为生产标准的制定提供全面的数据支撑。

3.大数据技术推动农业溯源系统的建立。农产品质量安全追溯体系与农产品质量安全密切相关，它是一个通过相应的技术方法，对农产品产地、运输情况等各环节进行跟踪、溯源的制度和手段交互作用的动态体系。农产品质量安全追溯体系有助于农产品质量的控制，通过溯源体系，可以对农产品的生产到终端消费的整个产业链过程进行监控，消费者可以在溯源系统上了解所购买的农产品的信息，一旦出现食品安全问题，政府部门很容易就可以查到产生问题的环节，及时召回有问题的产品。

（三）大数据推动农业机械智能化

农业机械智能化是农业机械化的重要一环。智能化农业机械使用农用智能仪器和传感器武装农业机械。在农业机械装备中应用计算机技术和电子技术，促进了我国农业机械智能化的发展。随着农业生产规模化、信息化的发展，对动植物育种以及栽培技术也提出了新的要求，农业大数据思维是农业组织协同性的创新，是在全程机械化的背景下设计农业规格和农机装备规格，把现代工程技术和现代农艺技术有效融合，统筹和优化了农业生产的各个环节，促进了农机与农艺的结合。

（四）大数据推动农业市场化

我国现行农产品和涉农产品的交易大多数是场外交易，这种交易存在着行为不规范和交易风险的弊端，缺少权威的、并具有信用约束功能的供需信息平台，因而农产品价格的波动厉害，对国家的粮食安全和食品安全带来严重影响。借助大数据技术，互联网电子商务及现代物流使得农业整个产业链各个要素进行重组，线上线下的耦合度提高，大大拓展了农业经营模式。O2O电子商务模式就是在大数据背景下的农产品场外交易模式的一种创新，它将线上订单和线下消费相结合，具有获取信息及时、购买方便、无缝对接等优势，减少流通环节，降低流通成本，缓解了信息不对称等问题。我国现在有很多电商企业已经加入到了O2O的模式，如沃尔玛、阿里巴巴、顺丰优选、沱沱工社、优菜网、菜管家等。除了农产品的场外交易，大数据也促进了农产品场内交易——农产品期货市场的发展。在播种期间，期货市场就通过自身价格发现的功能推算出粮食收获时的价格，到成熟期以后，期货市场最终与现货市场价格达成一致。农民可以在期货市场获得自己农产品未来的价格信息，有效避免了“谷贱伤农”这种现象的发生。

（五）大数据推动农业信息化

农业信息化是改造传统农业，发展现代农业的必然选择。近年来，移动互联网、物联网、云计算、3S等信息技术及职能农业装备在农业领域的应用逐渐增多，产生了来源多样、类型不一、用途各异的海量数据，用大数据技术可以对农业生产、农产品流通、农业管理过程的相关数据进行有效的采集、整理和开发利用，对数据进行统一标准进行存储，建立庞大的数据库，进一步推动农业信息化进程。

参考文献：

[1] 温孚江.大数据农业[M].北京：中国农业出版社，2016

[2] 王超.农业大数据文献综述[J].信息传媒，2015（5）

[3] 郭建华.我国农业机械的现状及发展趋势[J].南方农机，2013（6）

[4] 任明杰.生鲜电商引PE掘金万亿元市场[N].中国证券报，2014.10.11

[5] 祝睿.用Access制作高校教材信息管理系统[J].信息传媒（武汉科技学院学报），2013（3）

（作者单位：中共漳州市委党校 福建漳州 363000）

（作者简介：林惠虾，中共漳州市委党校讲师。）

（责编：贾伟）

作者：林惠虾

精确农业背景下农业机械论文 篇3：

３Ｓ技术集成在精准农业中的应用

摘要：3S技术集成为精准农业的产生和发展提供了科学适用的技术方法与手段。文章阐述了近年来3S技术集成在精准农业中的应用和研究现状，展望了其广阔的应用前景，并提出了3S技术集成在精准农业应用中面临的问题和解决的途径。

关键词：3S技术集成；精准农业；应用；研究进展

一、前言

“3S”技术是以遥感技术（RS）、地理信息系统（GlS）、全球定位系统（GPS）为基础,将RS、GlS、GPS三种独立技术领域中的有关部分与其它高技术领域（如网络技术、通讯技术等）有机地构成一个整体而形成的一项新的综合技术。它集信息获取、信息处理、信息应用于一身,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。

在信息社会，精准农业代表着农业发展的方向，精准农业的诞生和发展受到3S单项技术的推动，目前国内外关于精准农业的研究，主要内容仍然集中在3S技术利用上。

近年来，随着电子计算机技术、无线电通讯技术、空间技术及地球科学的迅猛发展，3S技术已从各自独立发展进入相互融合、共同发展的阶段，并且在农业生命科学、交通网络、环境监测、资源调查、区域管理、城市规划等诸多领域里得到了迅速广泛的应用。3S技术的集成为精准农业的发展提供了科学而适用的技术方法和手段，它不仅可为精准农业工作提供及时、可靠的基础信息，而且还可对所获取的信息进行综合分析、处理，其应用前

景非常广阔。

二、3S技术及其集成

（一）遥感技术（RS）

遥感（Remote Sensing，RS）是指从远距离高空以及外层空间的各种平台上利用可见光、红外光、微波等电磁波探测仪器，通过摄影、扫描及信息感应、传输、处理，从而研究地面物体的形状、大小、位置及其环境的相互关系的现代科学技术。现代遥感技术将向集多种传感器、多级分辨率、多光谱段和多时相为一体的方向发展，并将与GPS、INS、CCD等技术结合，从而以更快的速度、更高的精度和更大的信息量来获取对地观测数据。

（二）全球定位系统（GPS）

全球定位系统（Global Positioning System，GPS）是美军自70年代初期开始研制的新一代卫星导航和定位系统。

其基本工作原理是通过GPS接收机接收GPS卫星发射的导航电文，获得必要的导航信息及观测量，再经数据处理，从而完成导航和定位工作。目前，GPS可满足高精度实时数据采集的精度要求。

（三）地理信息系统（GIS）

地理信息系统（Geographic Information System,GIS）是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。GIS有两个显著特征：一是它不仅可以像传统的数据库管理系统（DBMS）那样管理数字和文字信息（属性信息），而且可以管理空间信息（图形信息）；二是它可以利用各种空间分析的方法，对多种不同的信息进行综合分析，寻求空间实体间的相互关系，分析和处理在一定区域内分布的现象和过程。

目前，GIS正向多功能、高精度、现势性强的时态GIS（TemporalGIS，TGIS）方向发展。

（四）RS、GPS、GIS技术集成

GPS提供适时而准确的定位信息，对于空间数据的确定有特殊的意义；RS技术利用某些仪器设备在不与被研究对象直接接触的情况下收集数据，通过处理分析最后提取和应用有关对象信息，是一种高效的信息采集手段，具有极高的空间、时间分辨率；GIS是利用现代计算机图形和数据库技术来输入、存储、编辑、查询、分析、决策和输出空间图形及属性数据的计算机系统，即RS发现变化、GPS测量变化区域、GIS统一管理数据，形成“一个大脑，两只眼睛”的框架。

以GIS为核心的3S技术集成，构成了对空间数据适时进行采集、更新、处理、分析及为各种实际应用提供科学决策的强大技术体系。

三、精准农业及其产生背景和国内外发展现状

（一）精准农业的概念

“精准农业”也被称为因地制宜农业（Site Specific Farming）、处方农业（Prescription Farming）。精准农业的含义是按照田间每一操作单元的环境条件和作物产量的时空间差异性（Temporal and Spatial Variability），精细准确地调整各种农艺措施，最大限度地优化各种投入（水、肥、种子、农药等）的量、质和时机，以期获得最高产量和最大经济效益，同时保护农业生态环境，保护土地等农业自然资源。

精准农业要求实时获取地块中每个小区（每1m2到每10Om2）土壤、水、农作物、光、热等信息，诊断作物长势和产量在空间上差异的原因，并按每一个小区做出决策，精确地在每一个小区进行施肥、灌溉、杀虫、除草、播种、耕作、收获等。

精准农业要求实现三个精确：一是定位的精确，精确确定灌溉、施肥、杀虫等的地点；二是定量的精确，精确确定水、肥、药、种子等的施用量：三是定时的精确，精确确定各种农艺措施实施的时间。

（二）精准农业的产生背景和国内外发展现状

1、产生背景。传统农业把耕地看作是具有作物均匀生长条件的对象进行管理，采用统一的耕作、播种、灌溉、施肥、喷药等农艺措施。传统农业一直忽视作物和资源环境的时空差异性，实行大田均匀施肥、均匀灌溉、均匀喷药等统一的农艺措施。为了从根本上解决传统农业存在的问题，随着信息技术、人工智能化技术、计算机网络技术和自动化技术的发展和应用普及，美国农业工作者于20世纪90年代初倡导并实施了精准农业。

2、国内外发展现状。精准农业目前在发达国家发展十分迅速，美国国家研究委员会1997年已建议将PA的研究与发展纳入国家发展战略。日本政府专门启动了“2l世纪农业机械开发课题”，也将PA的相关技术研究列入计划。我国精准农业的研究和应用尚处在起步阶段，但已引起各方面的重视。2O02年国家科技部批准在北京农业科学院成立了“国家农业信息化工程技术研究中心”，中国农业大学成立了“精确农业研究中心”。“十五”期间，现代农业信息技术与精准农业列入了国家高技术研究计划（“863”计划）。

四、3S技术集成与精准农业

精准农业是基于作物和资源环境的时空差异性，以最小投入、最大收益和最小环境危害为目标，以管理信息系统（MIS）、计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以3S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发展模式。

（一）作为精准农业的核心技术的GIS在精准农业中的具体应用表现

1、对GPS和传感器采集的各种离散性空间数据进行空间差值运算，形成田间状态图，如土壤养分分布图、土壤水分分布图、作物产量分布图等。

2、对点、线、面不同类型的空间数据进行复合叠置，为决策者提供数字化和可视化分析依据。例如，不同作物由于其不同的生物特性对土壤类型、土壤养分、耕作层深度、水分条件、光热条件、有效积温等均有不同的要求，在进行作物种植规划和布局时，只需将上述各专题图层利用GIS的叠加功能，就可以快速、准确地确定出各种作物的最佳生物布局，如果再将市场、运输等社会经济条件专题图与最佳生物布局图叠加，就可进一步规划出作物的最佳经济布局。

3、利用GIS的缓冲区分析功能，能直观地显示分析灌排系统的控制范围、水肥的有效渗透区域、病虫害的扩散范围以及周围环境对作物生长的影响范围等。

4、利用GIS的路径分析功能，能够快捷地确定出农道、水系、机井等各种农业基础设施的最佳空间布局和机械喷施农药、化肥以及收获作物的最佳作业路线。

5、与专家系统和决策支持系统相结合，生成作物不同生育阶段生长状况“诊断图”（Diagnosis Maps）和播种、施肥、除草、中耕、灌溉、收获等管理措施的“实施计划”（Action Plan）。

6、利用GIS的数字高程模型（DEM），计算作业区的面积、周长、坡度、坡向、通视性等空间属性数值。

（二）精准农业的关键技术需要GPS

精准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GPS。

GPS在精准农业中的主要作用有：精确定位水、肥、土等作物生长环境的空间分布；精确定位作物长势和病、虫、草害的空间分布；精确绘制作物产量分布图；自动导航田间作业机械，实现变量施肥、灌溉、喷药等作业。为实现上述功能，需要将GPS接收机和田间变量信息采集仪器、传感器以及农业机械有机的结合起来。安装有GPS接收机的农田机械及田间变量信息采集仪器，除能够不问断地获取土壤含水量、土壤养分、土壤压实、耕作层深度和作物病、虫、草害以及苗情等属性信息，与此同时还同步记录了与这些变量相伴而生的空间位置信息，从而为进一步生成GIS图层和专家决策提供了基础数据。

（三）卫星遥感是精准农业农田信息采集的主要数据源

卫星遥感具有覆盖面大、周期性强、波谱范围广、空间分辨率高等优点，是精准农业农田信息采集的主要数据源。

遥感技术在精准农业中的作用主要表现在以下几个方面：

1、农作物长势监测和产量估算。作物在生长发育的不同阶段，其内部成分、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（LAI）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，因此通过建立遥感植被指数（VI）和叶面积指数（LAI）的数学模型，就能够监测作物长势和估测作物产量。

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映非常敏感，所以利用热红外波段遥感监测土壤和植被水分十分有效。

3、作物水分亏缺监测。干旱时，作物供水不足，一方面作物的生长受到影响，植被指数降低，另一方面由于缺水，没有足够的水分供给植物蒸腾蒸发，迫使叶片关闭部分气孔，导致植物冠层温度升高，因此通过遥感植被指数和作物冠层间数学模型的建立，能够监测作物水分的亏缺。

4、作物养分监测。作物养分供给的盈亏对叶片叶绿素含量有明显的影响，通过遥感植被指数与不同营养素（N、P、K、Ca、Mg等）数学模型的建立，能估测作物营养素供给状态。研究表明，遥感监测作物氮素营养水平的精度比监测其他营养素的精度高。

5、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，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。

（四）3S技术集成优势

GPS的优势是精确定位，GIS的优势是管理与分析，RS的优势是快速提供各种作物生长与农业生态环境在地表的分布信息，它们可以做到优势互补，促进精准农业的发展。如GPS和GIS结合提供了科学种田需要的定位和定量进行田间操作与田间管理的技术手段。RS与GIS结合提供了多种数据源，为建立农田基础数据库奠定了基础。

五、结论

3S技术集成为精准农业的发展提供了科学适用的技术方法和手段，其应用前景非常广阔。与此同时，3S技术集成在精准农业应用中也存在许多亟待解决的问题，需要通过深入开展遥感机理和农业遥感图像解译机理研究、进一步提高农田作业定位精度、加强农田基础数据库自动更新研究、更加重视新型农田机械与3S技术集成的整合等方法与途径来解决。

参考文献：

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8、常庆瑞等.遥感技术导论[M].科学出版社,2004.

（作者简介：李永平，湖南农业大学资源与环境学院博士研究生，主要研究方向为土地利用与信息技术；段建南，博士、教授、博士生导师，湖南农业大学资源与环境学院院长，主要研究方向为土地规划和信息技术应用）

作者：李永平　段建南