智慧农业3S技术与应用 课件 第7章 面向智慧农业的3S技术集成与应用

面向智慧农业的3S技术集成与应用石河子大学/新疆兵团农业大数据国家地方联合工程研究中心目录一智慧农业集成技术方案二三智慧农业集成应用四应用效果总结与展望一、智慧农业集成技术方案一、智慧农业集成技术方案感知层是关键环节，及时获取棉花长势、病虫害以及环境变量的时空分布情况，是做出科学决策、“让数据说话”的关键，而在农情信息的指导下开展的种、管、收的数字化，则是实现精准管理与精细管理的基础。二、智慧农业集成应用（一）智慧水肥

建设内容基肥变量施用水肥一体化精准管理

建设地点第八师石河子总场土壤采集样品采样网格样品化验过筛预处理（一）智慧水肥—基肥1、土壤样品采集采用GPS定位的网格采样法完成项目区土壤样品采集，共采集土壤样品812个，测试了氮磷钾、有机质共计9744项次。二、智慧农业集成应用2、区养分分布和施肥处方图以土壤养分测试数据为依据，结合GPS定位信息，利用ArcGIS构建空间和属性信息数据库，制作了土壤养分分布图。养分分布图施肥处方图（一）智慧水肥—基肥二、智慧农业集成应用3、变量施肥机作业变量施肥机依据变量施肥处方图，在秋后施底肥的时候进行基肥的变量撒施。（一）智慧水肥—基肥二、智慧农业集成应用1、滴灌水肥一体化精准管理系统

在石河子总场四分场三连和六分场六连配置1套滴灌水肥一体化精准管理系统。

水肥一体机

土壤墒情监测气象监测控制阀门控制系统三分场水肥一体化系统（液肥）（一）智慧水肥—水肥一体化二、智慧农业集成应用六分场水肥一体化系统（固体肥）田间墒情系统及气象站泵前过滤器（杂质容忍度：100g/L）自动化阀门监控系统自动施肥机（一）智慧水肥—水肥一体化二、智慧农业集成应用2、田间信息精准监测系统田间信息精准监测系统，在棉花生育时期全程监测农田墒情、气象、设备工况等信息，为水肥决策和作业管理提供信息支撑。温度监测墒情监测湿度监测阀门监测（一）智慧水肥—水肥一体化二、智慧农业集成应用3、滴灌水肥远程精准控制系统

开发了滴灌水肥远程精准控制系统，使用者可通过PC或手机APP来发送指令，通过GPRS通讯模式实现阀门和自动施肥机的远程控制，实现田间的无人作业功能，全年无需下地手动开关阀门。阀门控制棉情监测（一）智慧水肥—水肥一体化二、智慧农业集成应用4、追肥精准管理基于棉花养分快速监测诊断技术，构建全程养分监测模型，结合精准施肥控制装置，集成监测-决策-控制的追肥精量控制系统。（一）智慧水肥—水肥一体化施肥不均匀管理效率低经济损失严重

创建了滴灌精准追肥系统，配肥精度98%，注肥均匀度较同类产品高30%。信息获取分析决策追肥精控控制反馈过量追肥导致肥害滴灌棉花氮素营养光谱诊断技术滴灌精量施肥装置经验施肥二、智慧农业集成应用5、棉花生长监测与管理决策在棉花生长期间，开展棉花生长、营养等指标的监测，并依据数据制定监测报告和水肥方案。（一）智慧水肥—水肥一体化二、智慧农业集成应用（二）智慧施药

建设内容棉蚜监测预警系统棉叶螨监测预警系统变量施药精准技术

建设地点石河子总场二、智慧农业集成应用1、基于图像识别的棉蚜精准监测系统开发棉蚜监测APP系统，系统集成了棉蚜图像采集、区域定位、蚜虫数量快速统计、空间分布显示、发生量预测等功能。棉蚜监测APP蚜虫发生量分布（二）智慧施药二、智慧农业集成应用2、棉叶螨精准监测系统研发了基于Android的棉叶螨检测服务系统，实现棉叶螨危害等级的快速识别，准确记录受害中心株的位置。棉叶螨监测APP棉叶螨发生量分布（二）智慧施药二、智慧农业集成应用3、棉蚜和棉叶螨精准监测与施药处方制定按3天为一个周期对示范区棉田开展棉蚜和棉叶螨信息采集与监测工作，并按5-7天为一周期出具监测报告与虫情分布图，并依据监测结果出具施药处方。数据统计与预测图像采集与上传虫情分布与施药处方（二）智慧施药二、智慧农业集成应用4、棉花虫害无人机光谱监测在虫害发生期，开展虫害遥感监测5次，监测面积累积4500亩，主要发现虫害情况为红蜘蛛较为严重，通过生成虫害空间分布图，与农户反馈相对比，监测结果与实地对照结果高度一致。（二）智慧施药二、智慧农业集成应用5、配置和升级变量喷药机，实现了虫害防治的变量作业配置和升级变量喷药机各1套，实现依据喷药处方的变量喷药。喷药机配置与升级系统测试（二）智慧施药二、智慧农业集成应用6、开展了项目辐射区航空植保作业技术应用建立了一套适合北疆棉田作业的植保无人机作业技术体系。经过2018年、2019年的试验示范，有效节约农药的使用量20%以上，亩节约药剂成本22元以上。植保监测与作业（二）智慧施药二、智慧农业集成应用

建设内容棉花生长监测棉花营养监测棉花病虫害监测

建设地点六分场六连四分场三连（三）棉花遥感监测二、智慧农业集成应用在项目示范区选址，以示范区之一所在地开展棉花种植面积遥感监测，监测面积11000亩。累积飞行作业3次，棉花种植面积与连队土地利用现状图对照，准确率达到96%1、石河子总场棉花种植面积遥感监测（三）棉花遥感监测二、智慧农业集成应用2、棉田土壤含水量监测通过无人机数据与地面结合，利用相关算法进行示范区土壤温度进行检查和模拟，并用于指导农户适时采取播种措施。（三）棉花遥感监测二、智慧农业集成应用3、棉花出苗率监测通过采集研究区高精度的可见光数据，通过相关处理软件及图像处理方法有效的实现了棉田保苗株数的信息提取。（三）棉花遥感监测二、智慧农业集成应用4、棉花长势全生育期监测按照棉花生育期不同阶段，共计开展12次长势监测作业，监测面积2100亩完整覆盖棉花生长的苗期、盛蕾期、盛铃期，监测结果与农户实地对照，反馈结果与其具有较好的一致性。（三）棉花遥感监测二、智慧农业集成应用5、棉花冠层氮素监测在棉花生长过程中开展冠层氮元素监测6次，监测面积2000亩，覆盖苗期、盛蕾期、盛铃期，监测精度与实地对照结果达到项目指标要求。（三）棉花遥感监测二、智慧农业集成应用6、棉田株高监测在棉花打顶之前开展了共计6次株高监测，监测面积2100亩，经过实地对照结合农户反馈，监测估算精度达到89%。（三）棉花遥感监测二、智慧农业集成应用（四）农机协同作业

建设内容农机协同作业自动导航技术示范犁地质量监测系统示范

建设地点石河子总场二、智慧农业集成应用（四）农机协同作业自动驾驶系统可以降低劳动力成本，提高作业质量和作业效率。而且，通过云协同系统，可以实现导航线共享和田内流水作业。二、智慧农业集成应用（四）农机协同作业项目通过农机协同作业示范推广，在三分场合作社打造出了一支农机专业服务队伍，提高生产效率，进而降低劳动力，改进生产组织模式。二、智慧农业集成应用安装了机采棉在线测产系统1套，并采集了100亩的产量分布数据，制作了棉花产量分布图。拆输棉管安装传感器安装完成系统调试产量分布图（四）农机协同作业二、智慧农业集成应用（五）棉花大数据平台建设内容棉花大数据平台数字农业数控中心建设地点石河子大学平台辐射石河子总场第三师51团第四师可克达拉市二、智慧农业集成应用（五）棉花大数据平台二、智慧农业集成应用（五）棉花大数据平台二、智慧农业集成应用（五）棉花大数据平台二、智慧农业集成应用（五）棉花大数据平台二、智慧农业集成应用（五）棉花大数据平台二、智慧农业集成应用（五）棉花大数据平台二、智慧农业集成应用（五）棉花大数据平台关键技术：智能传感、多维遥感、时空剖分、深度学习；功能模块：农业资源、粮棉生产、多维时空谱遥感、农机作业和产品大数据的获取、分析挖掘与决策管理；实现目标：农业大数据关键技术及平台产业化，实现农业大数据技术及产品转化与规模化应用，显著提升规模化农业生产技术水平和产品市场价值。平台框架二、智慧农业集成应用（五）棉花大数据平台新疆棉花生产农业大数据平台基于Hadoop的棉花生产管理业务应用模型，集成资源、生产管理、市场信息等数据，基于大数据存储、分析、可视化等关键技术，研发新疆兵团棉花大数据平台二、智慧农业集成应用农业资源大数据系统构建了新疆作物种类、产量、产值、种植面积以及气象、土壤等自然资源信息数据库，实现了农业资源大数据分许与处理。农业生产大数据系统农机大数据系统通过对棉花生产土壤生产环境、水分养分、病虫害、作物长势等信息进行精准监测和管理，实现了棉花生产大数据实时监管。整合农机资源，构建农机位置、设备信息、所属人的信息数据库，实现了农业资源的合理配置，提高了农机的利用效率。农业遥感大数据系统利用遥感信息对种植情况、长势、自然灾害等进行大尺度监测预警，实现了棉花生产遥感信息的精准提取以服务农业生产。棉花市场监测大数据系统实时分析棉花种植面积、贮备、产量、价格等实时信息，对棉花生产、加工、销售等过程进行质量追溯，实现棉花产品大数据分析预警。农业农情大数据系统实现了农情信息大数据业务需求分析与农业系统业务化应用，可提供农情信息大数据门户网站信息系统与服务。三、应用效果（一）项目开展取得了较好的社会、经济效益经核算，无人机遥感的农情信息获取效率是人工的20倍，作业成本为人工的1/4，相关信息可以为精准施肥、灌溉和植保作业提供及时的数据参考。1、遥感监测技术的应用极大的提高了信息获取效率人工调查无人机遥感监测面积（亩）50011000成本（元/百亩）308调查内容长势长势、病虫害、水分等2、水肥一体化精准管理显著提高棉花综合生产效益对比指标20172018效益灌水（方/亩）430384↓10.5%施肥（元）240210↓12.5%劳动力2人，1人全职1人兼职↓50%以上产量（kg/亩）340>380↑10.5%2018年水肥一体化精准管理系统的应用，节约用水10%以上，追肥节约12.5%，劳动力投入节约50%以上，产量提高10.5%，显著提升了棉花综合生产效益。（一）项目开展取得了较好的社会、经济效益三、应用效果2、水肥一体化精准管理显著提高棉花综合生产效益对比指标示范田对照田效益灌水（方/亩）368405-450↓9.1%-18.2%电费节约31%-36%对比指标示范田对照田节氮%节磷%节钾%施肥(kg/亩)N：16.8P：9.4K：14.4N：21.4-25.2P：11.4-14K：14.4-30.621.5-33.317.5-32.952.9（一）项目开展取得了较好的社会、经济效益三、应用效果3、病虫害精准管理显著降低农药施用量经过项目建设期间的的试验示范，技术应用区域棉花平均亩产达到385kg，有效节约农药的使用量20%以上，亩节约药剂成本22元以上。4、农机协同作业与综合服务系统显著降低劳动力经过项目建设期间的试验示范，形成了“数据服务生产”的管理模式，用户、合作社利用信息化手段，实现各类数据“掌握在手”，减少人力成本投入30%以上。（一）项目开展取得了较好的社会、经济效益三、应用效果（一）项目开展取得了较好的社会、经济效益三、应用效果（二）项目开展有效提升了示范区影响力项目建设期间的共召开