地理信息系统的发展及其在精确农业中的应用

1、地理信息系统的发展及其在精确农业中的应用朱云开，陈树人，王新忠（江苏大学 江苏省现代农业装备与技术重点实验室，江苏 镇江 212013）摘 要：简要介绍了地理信息系统（GIS ）的概念、特点以及其发展过程。对地理信息系统（GIS ）在现代精确农业领域中的应用现状进行了分析研究。同时，以基于GPS 和GIS 的田间车辆监控系统为例，详细介绍了地理信息系统（GIS ）在精确农业中的应用，为我国农业现代化建设提供参考。 关键词：农业基础科学；地理信息系统；应用；精确农业；信息技术中图分类号：S126 文献标识码：A 文章编号：1003188X(2007050179020 引言地理信息系统萌芽于20世

2、纪60年代初期，加拿大学者Roger F. Tomlinson 和美国学者Duane F. Marble 在不同地点、从不同角度提出了地理信息系统这一概念。它是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用整个或部分地球表面与空间地理分布有关的数据的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术1,2，是一门集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴边缘学科。地理信息系统在最近30多年内取得了惊人的进展，功能不断扩展完善，越来越显示出其强大的生命力以及广阔的应用前景。目前，已被广泛应用于城市规划、交通运输、农业生产、自然资源调查、生态环境评估、公共设

3、施管理等多个领域3,4。1 地理信息系统概述GIS 是英文Geographical Information System的缩写。它是在计算机软硬件支持下将描述客观世界的各种数据按其地理坐标或者空间位置输入计算机，并在其中存储、更新、查询、检索、分析、处理、综合应用、显示制图和输出，从而实现利用这些数据改造客观世界的某些目标的一种计算机技术和方法。GIS 的基本特点：一是GIS 是对多源信息的集成管理；二是GIS 能够对具有空间特性的数据进行综合分析并做出解释；三是GIS 的交互式快速处理能力，提供了反复尝试，不断完善知识的能力。GIS 的概念模型包括软件模型、数据模型、空间模型等。GIS 的软

4、件模型是实现用户通过计算机进行系统管理的工具。GIS 的数据模型是定义数据及其数据之间的关系，并通过一种公共结构，为数据理解提供一个公共的基础，以便描述所采集的数据，用于计算机系统的开发、定义数据库和进行数据转换。GIS 的空间模型有：图形运算包括图内及图间的图元运算，主要反映各图元之间的关系；空间检索检索出符合条件的图形，适用于不能用数学公式描述，但具有专业特征条件的模型；统计识别进行统计分类和主成分分析；网络分析图论及运筹学，解决最短路径及运量分配；空间扩散利用数值方法解决扩散方程。2 地理信息系统的发展从20世纪60年代初建立GIS 概念迄今，概括起来大致有以下几个阶段1,7。1 起步阶

5、段：20世纪60年代为GIS 的起步阶段，注重于空间数据的地学处理。2 发展成熟阶段：20世纪7080年代是GIS 的发展时期。发达国家政府迫切需要应用GIS 来解决自然资源开发、国土规划及环境保护等领域日益严重的各种问题，再加上计算机技术迅速发展，使得GIS 在这一时期取得了飞速发展，并且有商业化实用系统进入市场。3 普及应用阶段：20世纪90年代，GIS 已经成为许多机构尤其是政府决策部门必备的工作系统。进入21世纪，随着GIS 理论、方法和技术的成熟，其应用更加普及，目前涉及的领域已达100多个，并且从狭义的土地资源管理进入了广义的地理空间性质收稿日期：2006-09-05基金项目：江苏

6、大学高级人才启动基金项目（05JDG040）作者简介：朱云开（1980-）, 男，江苏靖江人，硕士研究师，(E-mailyunkai1980。GIS 监控系统调制解调器电 台电 台调 制 解 调 器 监控系统服务器电台天电线 GPS GPS 数监控中心的自然资源管理、城市规划、生态建设及环境保护等诸多社会领域。3 地理信息系统在精确农业中的应用3.1 精确农业的概念精确农业是一种战略思想，是信息和人工智能高新技术在农业中的运用。从技术角度上看，精确农业是将遥感(Remote Sense，RS 、地理信息系统(Geographical Information System, GIS、全球定位系统

7、(Global Positioning System, GPS、计算机技术、自动化技术和网络技术等高科技应用于现代农业，逐步实现精确化、集约化、信息化的现代农业8。它可根据田间因素的变化，精细准确地调整各种农艺措施(包括土壤和作物管理措施 ，最大限度地优化各项农业资源投入，以获取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。具体而言，精确农业是为了挖掘并谋求农业产业产出利润最大化，所采取的是精确投入的农业生产管理手段。3.2 地理信息系统在精确农业中的应用地理信息系统（GIS ）的优势是管理和分析，主要功能是对各种空间数据进行管理，通过把地形地貌、土壤类型、土壤测试结果

8、、化肥农药使用情况以及产量等数据输入GIS 系统，对这些信息进行加工处理，绘制信息电子地图，并抽取相关信息提供给施肥专家系统等决策支持系统，形成施肥、灌水、喷药等田间操作决策。它与GPS 相结合，在进行田间作业和田间管理时，为科学种田提供了所需要的定位和定量的技术手段。GIS 能够根据地块中土壤特性和土地条件，结合GPS 提供的位置数据，指挥播种机进行定量播种，确定播种的疏密程度。在GIS 和GPS 指挥下，农药喷洒机可在病虫害发生地自动变量、精确地喷洒农药。田间农业机械装备监控系统的总体结构是通过GPS 接收机接收由卫星发出的数据，经调制解调器和电台传送到监控中心接收后经调制解调器送到中心服

9、务器，由中心服务器的GIS 监控系统进行数据的各种处理，再将相应的信息发送至田间作业车辆。系统总体原理如图1所示。图1 田间农业机械装备实时监控系统总体原理图4 结束语21世纪是一个信息时代，信息化落后的中国农业面对着发达国家的强力挑战。可以预见，GIS 将以其特有的存储、处理、传输空间信息的能力，担负起加速我国农业快速走向现代化的重任。因此，深入开展地理信息系统在精确农业领域的应用研究将是必然趋势。 参考文献：1 陈述彭, 鲁学军, 周成虎. 地理信息系统导论M.北京:科学出版社,2000.2 饶卫民, 章家恩, 肖红生, 等. 地理信息系统(GIS在农业上的应用现状概述J.云南地理环境研究

10、, 2004,16(2:13-17.3 孙成明, 袁登荣, 王余龙. 地理信息系统的农业应用与进展J.上海农业学报,2004,20(3:99-101. 4 陈常松. 我国GIS 技术应用现状的调查与分析J.测绘科技动态,1996(1:26-34.5 褚庆全，李 林. 地理信息系统(GIS在农业上的应用及其发展趋势J.中国农业科技导报,2003,5 (1:22-26.6 周洁敏.GIS 的发展及在林业上的应用(综述J.林业资源管理,1996(1:58-62.7 石树刚, 郑振楣, 何炎祥, 等. 地理信息系统(GIS概述J.交通与计算机,1995,13(3:1-5.8 李晓冰. 精确农业技术及其

11、问题M.北京:气象出版社,1999.Development and Application in Precision Agriculture of GISZHU Yun-kai, CHEN Shu-ren, WANG Xin-zhong(Key Lab of Modern Agricultural Equipment and Technology, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, ChinaAbstract ：The paper briefly introduced the concept and character of Geographical Information System (GIS, the development of GIS is summarized too. The present situation of GIS application in precision agriculture is analyzed in the paper. The article takes the monitor system of field vehicle based on GPS and GIS for example; GIS applicati