精准农业与3S技术.ppt

精准农业 民 以 食 天 为 农业 3S技术 SubTitle 精准农业 1 GIS RS GPS简介2 3S 整体集成模式 1 精准农业概述2 3S技术的具体应用3 我国精准农业存在的问题及发展前景 GIS 地理信息系统 GIS技术优势在于它的集地理数据采集 存储 管理 分析 三维可视化显示与输出于一体的数据流程 在于它的空间分析 预测预报和辅助决策的能力 地理信息系统从外部来看它表现为计算机软硬件系统 而其内涵是由计算机程序和地理数据组织而成的地理空间信息模型 是一个逻辑缩小的 高度信息化的地理系统 RS 遥感 1 定义 不直接接触物体 从远处通过探测仪器接收来自目标地物的电磁波信息 经过对信息的处理 判别出目标地物的属性 2 空间特性 视域范围大 具有宏观特性 光谱特性 探测的波段从可见光向两侧延伸 扩大了地物特性的研究范围 时相特性 周期成像 有利于进行动态研究和环境监测 3 特点 大面积的同步观测 时效性 数据的综合性和可比性 经济性 GPS 全球定位系统 GPS定位技术是利用高空中的GPS卫星 向地面发射L波段的载频无线电测距信号 由地面上用户接收机实时地连续接收 并计算出接收机天线所在的位置 因此 GPS定位系统是由以下三个部分组成 1 GPS卫星星座 空间部分 2 地面监控系统 地面控制部分 3 GPS信号接收机 用户设备部分 应用特点 定位精度高 观测时间短 测站间无需通视 可提供三维坐标 操作简便 全天候作业 功能多 应用广 3S 整体集成模式 3S 整体集成包括 以GIS为中心的集成方式 目的 非同步数据处理 通过利用GIS作为集成系统的中心平台 对包括RS和GPS在内的多种来源的空间数据进行综合处理 动态存储和集成管理 以GPS RS为中心的集成方式 目的 同步数据处理 通过RS和GPS提供的实时动态空间信息 结合GIS的数据库和分析功能 为动态管理 实时决策提供在线空间信息支持服务 该模式要求集成多种信息采集和信息处理平台 同时需要实时通信支持 实现代价高 精准农业概述 1 定义 精准农业 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 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 是农业可持续地发展下去 精准农业要求实现3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 精准农业技术体系框架 精准农业实施过程简图 主要内容 精准农业主要包括精准种子工程 含生物工程与机械工程 精准播种 精准施肥 精准灌溉 作物动态调控及精准收获六大技术系统 精准种子工程通过加快种子产业化体系建设 增加种子本身的科技含量 提高种子质量 为实现精准播种奠定基础 精准种子工程是精准农业优质高效的物质基础 也是农产品更新换代的生物工程 更是良种繁育 种子加工以适应精准农业要求的物质保证 其科技贡献率约为5 10 1 精准种子工程 2 精准播种 精准播种 包括精准栽植 是在精准种子的前提下对土地潜力 水分 肥料 的最佳利用 也是对光能 空气的最大限度利用 精准播种不仅要求种子质量 发芽率 整齐度 优良 更要求播种到田后的种子分布 三维空问 坐标位置精准 均匀一致 深浅一致 为作物创造最佳的生长空间 精准播种是精准农业的核心技术 其科技贡献率约为10 15 3 精准施肥 精准施肥不仅体现在对土壤肥力的科学补充和对作物所需营养的精准调配上 而且体现在按作物生育规律的动态营养需求适量供给 它不仅要求肥料质量 品质精优 更要求 三要素 调配和施肥位置精准 因而 精准施肥是农艺与农业机械技术的高度紧密结合 4 精准灌溉 精准灌溉技术是按照田间每一操作单元的具体条件 精细准确地调整各项土壤和作物管理措施 最大限度地优化灌溉水用量 以获得最高产量和最大经济效益 同时保护生态环境的一种高科技灌溉技术 精准灌溉是精准农业的重要支持系统 5 作物生长动态调控 通过作物生长动态调控系统对水 肥 药和化学制剂进行调控 使农业的投人和产出达到最佳效果 目前作物生长动态的监测仍依靠传统农艺方法和常规手段 精准收获是指根据地理信息系统或遥感技术掌握作物的生长情况 适时利用精准收获机械做到颗粒归仓 并根据一定标准对作物进行精确分级 它要求实现对作物收获过程的最少损失和最快捷收集 同时又要求对作物秸秆进行科学处理 6 精准收获 3S技术的具体应用 2 1 智能化农业机械作业的动态定位 GPS在精准农业中的应用 根据管理信息系统发出的指令 实施田间耕作 播种 施肥 灌溉 排水 喷药和收获的精确定位 在农田设置的数据采集点 自动或人工数据采集点和环境监测点均需GPS定位数据 以便形成数字信息进行存贮与共享 2 农业信息采集样点定位 3 遥感信息GPS定位 对遥感信息中的特征点用GPS采集定位数据 以便于与GIS配套应用 GIS在精准农业中的应用 1 在防虫治病方面 包括分析病虫害发生的空间动态 评估其发生的适宜生活环境及影响因子 监测 预测病虫害发生趋势等 通过结合网络 数据库 模型库 专家系统等组建基于网络的病虫害综合管理地理信息系统 G1S主要用于在水资源管理决策支持系统 区域水资源管理 地下水资源管理和水资源保护 2 水资源管理方面 应用相关的地理信息系统软件 可以建立用于精确农业变量施肥的田间土壤养分信息数据库及田间施肥管理方式 根据土壤采样数据生成田间土壤养分分布图 依此可以了解田间土壤养分差异 并根据该差异进行变量施肥决策和变量施肥作业 3 农业生产中施肥管理 RS在精准农业中的应用 1 作物长势监测和大面积农业估产 作物长势遥感监测是利用遥感数据对作物的实时苗情 环境动态和分布状况进行宏观的估测 及时了解作物的分布概况 生长状况 肥水行情以及病虫草害动态 便于采取各种管理措施 为作物生产管理者或管理决策者提供及时准确的数据信息平台 2 提供大量数据源 在精准农业体系中 遥感 特别是高光谱遥感 将为精准农业实施提供大量的田间时空变化信息 遥感技术将成为监测土壤和作物养分变化 水分胁迫和病虫害等的主要数据源 3 用于灾害遥感监测和损失评估 例如从1995年开始 我国就开展了利用卫星等资料进行黄淮海平原地区旱灾监测的业务化运行工作 到1999年旱灾监测由监测黄淮海平原地区扩展到了全国冬小麦主产区 我国精准农业存在的问题及发展前景 3 存在问题 1 现有的农业经营体制限制 2 技术人才和设备缺乏 3 创新能力不足 发展方向 一是大力发展节水精准农业 水资源短缺是中国许多地区农业生产的主要制约因素 据统计 我国农田灌溉水的有效利用率不足35 因而 根据农田作物需水特点 适种条件和土壤墒情实施定位 定时 定量的精准灌溉 最大程度的提高田间水分利用率是我国农业资源利用的主要方向 二是大力发展节肥精准农业 我国的化肥利用率相当低 仅为30 40 氮肥损失率高达70 80 浪费十分严重 还造成生态环境污染 根据不同地区 土类 作物种类 产量水平 实施精确施肥 因时 因地 因作物科学施肥 不但可以提高化肥资源利用率 还可降低成本 提高作物产量 三是借鉴国外精准农业技术理念和经验 以智能化 信息化技