农业信息采集技术大全11篇

农业信息采集技术篇（1）

嵌入行业标准，确保了数据的规范性。农信采嵌入《农产品全息市场信息采集规范》和《农产品市场信息分类与计算机编码》两个行业标准，丰富了全信息采集要素，规范了数据采集步骤，统一了数据编码标准，保证了信息采集的规范性；嵌入知识库功能，实现了农产品名称、品种图谱和产品属性信息的有效辨识，增强信息采集的准确性；嵌入图片采集功能，做到了信息的可视化采集，有效解决了农产品市场信息采集过程中的品质跟踪问题，提升了信息的透明度；嵌入了自动纠错功能，有效防范了信息采集过程中的误操作问题；设置密码功能，减少了信息的随意报送，防止设备丢失后的信息泄露与恶意采集。通过嵌入行业标准、增加知识库、设置报错及密码确认等功能，全面保证了数据的规范性，增强了数据的准确性。

CAMES智能处理，实现了监测预警的即时化。农信采通过网络与CAMES系统（中国农产品监测预警系统）的无缝对接，实现了数据实时采集和自动聚合；CAMES融合了生物学机理和经济机制等模型，建立了上万个方程式，做到了多品种、多市场、多区域的覆盖，能够对粮食、油料、糖料、蔬菜、水果、肉类、蛋类、奶类、水产品、棉麻类等11大类农产品进行并行处理，实时分析和智能研判，将农产品市场中的风险从定性分析转向量化判断，并快速做出预警，化解市场风险，真正满足了农产品监测预警即时性的需要。

多元化协同布局，增强了农信采的普适性。农信采利用了组件开发、嵌入式开发等技术，形成了基于Windows Mobile和Android操作系统的专用机和手机两个版本，增强了系统的兼容性。专用机农信采具有防水、防压、防摔的特点，手机农信采操作灵活、便于携带，多版本的开发大大增强了农信采在不同自然条件下的适应性。农信采可以通过GSM、GPRS、3G/Wifi等多种通信方式实现数据传输，做到了与电信、移动、联通等多种网络信号的兼容，提高了农信采的网络环境适应性。农信采的软件系统具备自动更新功能，实现了设备的远程交互管理，减少了人工系统维护，降低了设备运维成本。分系统、分版本、分运营商、远程更新的多元化协同布局，极大地增强了农信采的普适性。

农业信息采集技术篇（2）

2农业机械信息化的意义

主要内容：①促进全球化发展。农业机械从传统农业机械向信息化发展已经是必然的趋势。充分利用信息化技术，不仅可提高农作物的产量，还能节约农村生产力，还能满足社会发展的需求，从基础产业推进我国全球化发展的进程[5]；②农业机械信息化。农业方面的人才与资源相结合，使得资源充分全面的利用，提高效益；③提升自身竞争力。农业机械信息化不仅能够实现产业结构的转变，还能促进竞争机制，提升农民自身的竞争力。农民学到新技术，增加产量以及收入，实现从单纯种植农作物到销售农作物的发展，提升自身竞争力；④提升产业水平。实现农业机械的信息化可以适应市场的发展需求，不断提升产业水平，生产处高质量高效率的设备。

3农业机械信息化应用

3.1农业机械设计水平

信息化技术借助CAD/CAM技术，结合VR设计优化传统农业机械的设计方案。虚拟仿真技术可以向设计者和使用者生动的展示出开发的过程，这样就能够预测产品的相关性能的使用感，提高设计水平，减少成本。

3.2农业机械制造水平

结合信息化可以有效提升农业机械制造水平。比如：柔性制造技术（FlexibleManufacturingTechnology，FMT）和计算机集成制造（ComputerIntegratedManufacturing，CIM）对农业机械制造进行改善。柔性制造技术可以提高农业机械设备利用率并减少运行成本；CIM技术结合多种技术可有效提升农业机械制造的工艺水平。

3.3农情信息采集

只有有效的分析把握农情信息，根据农情信息进一步对农作物做出调整，才能有好的收成。1）采集土壤信息。土壤对于农作物的生长有着重要的影响，没有土壤的供应就没有农作物的生产。因此监测土壤信息至关重要，利用信息化技术对土壤进行检测，为农作物的生长打下良好的基础。2）采集农作物信息。农作物信息包括：生化参数比如叶绿素含量、水分含量等；理化参数比如叶面积指数等。根据采集的农作物生长状态进行相关措施，有效提高产量。3）采集虫害信息。虫害对于农作物的影响是不可忽视的，一旦虫害泛滥那么农作物的产量将会大幅度的降低，非常有必要对虫害进行监控和采集信息。传统农作物虫害只是靠人力，耗时且效果不佳，采用信息化技术可以更好地监控虫害信息，准确率也能够得到提升。

3.4农业机械导航及作业水平

精确测量耕深可以保证农作物的最终产量，信息化技术可以精确测量土地的耕深，确保农业机械作业水平；而农作物种植环节包括播种、育苗、嫁接。播种时采用播种检测技术查看播种的进程以及漏播率等，对于漏播的地方后期可进行相关的补救措施。在种植后还要对农作物进行管理，比如施肥、灌溉等，将信息技术运用到施肥和灌溉等管理上可以为农作物的生长创造更好的生长条件，为后续高产打下基础。

4结论

文章研究了农业机械信息化研究基础包括：农业机械基础化、经济规模化、产业结构的变化等。文章旨在突出研讨农业机械信息化的重要性。得到以下结论：农业机械信息化能够提升农业机械设计和制造水平，采集农情信息包括：土壤信息、农作物信息、虫害信息等、农业机械信息化，还能够对农业机械进行导航包括：灌溉、施肥等田间的管理工作还能检测作业水平。

作者:高思佳 单位:新疆乌鲁木齐市中收农牧机械有限公司

参考文献：

[1]秦芳磊,王新建.浅谈电子信息化技术在农业机械中的应用[J].农技服务,2015(10):158.

[2]闫国豪.如何发展农业机械的自动化、信息化和智能化[J].河北农机,2016(1):13-14.

农业信息采集技术篇（3）

计算机网络技术可以实现对农业系统各系统模型及预测模型的建立工作，通过对农业系统中土壤、水分以及气候等因素信息的分析与整理，建立一套相关的系统模型关系，进而通过该模型关系对未来农业生产发展进行预测和干预调整，以便获得最大的农业生产收益。这其中所涉及的计算机网络技术主要有信息搜集和模型建立技术。

1)信息搜集技术。该技术不仅实现了对农业基础信息的搜集工作，并且可以通过采样对搜集的信息进行分析，实现对农业系统的实时监控，进而实现对农业生产系统的监测和调整。一般的信息搜集需要借助于远程感应系统、定位系统，甚至是传感技术等，这些技术与系统使得采集的信息更加精确，保证了预测结果的可行性与准确性。信息搜集技术实现了对农业系统中土壤成分、水分含量以及气候因素等信息的采集与整理，有利于建立适当的农业系统模型。

2)模型建立技术。该技术的应用可以实现对农业产品生产的动态预测与估计，使作物的生长朝有利于农业生产的方向发展。一般要实现动态模型的建立，需要对农业系统作物的动态生长规律(主要包括生长环境因素、发育影响因素以及营养需求等规律)进行研究与分析，建立系统的优化模型，对农业生长进行最优化管制。

1.2农业管理决策支持系统

农业管理决策支持系统中含有一套模拟模型，可以实现对农业管理的决策;同时具有一套知识体系，可以进行专家诊断和智能支持。该系统的建立需要信息库、模拟库以及预测库等的支持与帮助，一般包括计算机信息处理技术、农业管理决策系统和智能化实践系统。

l)计算机信息处理技术。该技术主要用来对搜集到的农业信息进行分析、处理与储存，为决策支持系统提供信息支持。

2)农业管理决策系统。该系统主要是通过对农田作物的实时生长信息进行管理与统计，并通过专家系统进行决策的，是精准农业管理的辅助技术。

3)智能化实践系统。该系统采用传感技术对系统进行反馈处理，并通过定位系统对系统操作实践进行定位，实现了操作的智能化，可以自动的清除农田生产中的病虫旱涝等危害，为农业管理决策提供了操作支持。

1.3农业空间信息技术

空间信息技术主要是指3S技术，该技术可以实现对农业系统的信息搜集、地理定位以及远程感应管理。通过该技术可以对农业系统的发展进行监查和预测，保证生产决策的开明性与可行性。同时，在长时期的空间信息技术应用中，可以实现对农业系统信息库的建立，实现农业系统更加便捷的信息管理。

1.4虚拟农业

虚拟农业主要是采用计算机虚拟模拟技术对农作物生产因素进行动态分析和仿真模拟分析的农业系统。该农业的实现并不需要自然生物的参与，仅仅通过对虚拟作物进行数据搜集，即可实现对作物生产生长规律的研究。该过程节省了大量的人力、物力，采用先进的计算机网络技术保证了研究结果的可靠性与准确性。研究结果比较具有实践意义和应用价值。

1.5精确农业

精确农业主要是将农业信息与机械生产进行具体结合应用的管理方式，它综合考虑农业生产种植的具体环境因素、地理因素、成分因素等，选择最合适的生产方式，尽可能的降低生产投人，并扩大农业收益，将农业管理细化到每一个农业小单元中，充分利用农业单元的自身条件与自身资源。精确农业的实现需要3S系统、信息搜集技术和分析技术等的支撑与参与，是比较先进的农业应用。目前，该农业已经在国外较发达国家普及应用，并取得了优良效果，虽然我国在该农业的研究尚待提高与追进，但仍然取得了一些具有指导价值的试验成果。

农业信息采集技术篇（4）

引言

近两年来，我国科技界在研究推进新的农业科技革命中，关于国外“精细农业”技术的发展，引起了广泛的关注。新闻媒体陆续有了一些报导，科技部在筛选“面向21世纪解决16亿人口食物安全的关键技术”项目、组织S-863农业高技术领域发展计划研究以及农业部948引进项目立项中，也受到了重视。有的单位已开展了有关研究和试验示范工程准备工作,加强了和国外的学术交流与合作联系，国内学术交流也开始活跃。国外有关产业界开始向我国推荐其技术产品，密切关注中国走向21世纪实现农业现代化、信息化中这一巨大的潜在技术市场。可以预言：“精细农业”技术体系的试验示范及其相关技术产品的开发研究，将在世纪之交成为推进我国新的农业科技革命中的重要研究课题。信息技术革命为农业生产现代化发展提供了新机遇，在开拓新的前沿科技应用研究领域中，发达国家和一些发展中国家的起跑线拉近了距离，时间上的差距在缩小。在某些重要领域实现技术发展上的跨越，将是机遇性的挑战。主席1998.9在安徽考察工作时的讲话中指出：“现在一些发达国家，已经把基因育种工程、电子信息互联网络、卫星地面定位系统等高新技术应用于农业。我们必需有紧迫感，尽快迎头赶上”。“精细农业”技术体系是农学、农业工程、电子与信息科技等多种学科知识的组装集成，其应用研究发展必将带动一批直接面向农业生产者应用服务的电子信息高新技术，如：卫星定位系统、地理信息系统、遥感技术的农业应用；农田信息快速采集仪器、农田耕作、土肥管理、农药利用、污染控制等适用技术和农业工程装备及其产业化技术的研究与开发，对推动我国基于知识和信息的传统农业现代化，具有深远的战略性意义。“精细农业”，即国际上已趋于共识的“PrecisionAgriculture”或“PrecisionFarming”学术名词的中译。国内科技界及媒体报导中目前尚有各种不同的译法和对其内涵的理解。实际上，目前国外关于PrecisionFarming的研究，基本上仍是集中于利用3S空间信息技术和作物生产管理决策支持技术（DSS）为基础的面向大田作物生产的精细农作技术，即基于信息和先进技术为基础的现代农田“精耕细作”技术。因此，作者认为采用“精细农作”译名来表达当前这一技术思想的内涵可能更为确切。“精细农作”是直接面向农业生产者服务的技术，这一技术体系的早期研究与实践，在发达国家始于八十年代初期从事作物栽培、土壤肥力、作物病虫草害管理的农学家在进行作物生长模拟模型、栽培管理、测土配方施肥与植保专家系统应用研究与实践中进一步揭示的农田内小区作物产量和生长环境条件的明显时空差异性，从而提出对作物栽培管理实施定位、按需变量投入，或称“处方农作”而发展起来的；在农业工程领域，自七十年代中期微电子技术迅速实用化而推动的农业机械装备的机电一体化、智能化监控技术，农田信息智能化采集与处理技术研究的发展，加上八十年代各发达国家对农业经营中必需兼顾农业生产力、资源、环境问题的广泛关切和有效利用农业投入、节约成本、提高农业利润、提高农产品市场竞争力和减少环境后果的迫切需求，为“精细农作”技术体系的形成准备了条件。海湾战争后GPS技术的民用化，使得它在许多国民经济领域的应用研究获得迅速发展，也推动了“精细农作”技术体系的广泛实践。使得近20年来，基于信息技术支持的作物科学、农艺学、土壤学、植保科学、资源环境科学和智能化农业装备与田间信息采集技术、系统优化决策支持技术等，在GPS、GIS空间信息科技支持下组装集成起来，形成和完善了一个新的精细农作技术体系和开展了试验实践。迄今支持“精细农作”示范应用的基本技术手段已逐步研究开发出来，在示范应用中预示了良好的发展前景。近

五、六年来，已有数千计的研究成果，实验报告见诸于国际学术会议或学术刊物；每年都举办专题“国际精细农业学术研讨会”和有关装备技术产品展示会；在万维网上设置有多个专题网址，可以及时查询到有关研究发展信息；美、英、澳、加等国一些著名大学设立了“精细农业”研究中心，开设了有关博士、硕士研究方向及培训课程；日、韩等国近年来已加快开展研究工作，并得到了政府部门和相关企业的大力支持。国际上对这一技术体系的发展潜力及应用前景有了广泛的共识，将成为世纪之交发展农业高新技术应用研究的重要课题。

“精细农作”技术思想的内涵及其主要支持技术：

“精细农作”技术思想的核心，是获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素（如土壤结构、地形、植物营养、含水量、病虫草害等）实际存在的空间和时间差异性信息，分析影响小区产量差异的原因，采取技术上可行、经济上有效的调控措施，区别对待，按需实施定位调控的“处方农作”。正是信息技术革命为这一技术思想的实践，提供了先进的技术手段。千百年来的作物生产，都是以地区或田块为基础，在区域或田块的尺度上，把耕地看作是具有作物均匀生长条件的对象进行管理，如利用统一的耕作、播种、灌溉、施肥、喷药等农艺措施，满足于获得区域、农场或田块的平均产量的认识水平，很少顾及对农田的盲目投入及过量施肥施药造成的环境后果。传统的农业技术推广模式，也是在区域尺度上进行品种选择、土肥监测，通过地区试验积累的适于当地的栽培管理措施向农户推荐使用。实际上，即使在同一农田内，地表上、下影响作物生长条件和产量的明显时空分布差异性，包括农田内作物病、虫、草害总是先以斑块形式在小区发生，再逐步按时空变化蔓延的特性，早已为人们所认识。几世纪前，农民把土地划分为小田块来耕作经营，正是受到对作物生长环境和产量空间变异的感性知识的影响。我国农民几千年来在小块土地上经过劳动密集的投入和积累的丰富生产管理经验而形成的“传统精耕细作”技术，也可以在小块农田内达到很好的经济产量，只是没有现代科学方法的定量研究和现代工程手段的支持来形成大规模的生产力。本世纪初期，科学家就研究报告过作物产量和田间土壤特性，如N、P、K、pH、SOM含量等在田间分布具有明显的差异性。1929年，Illinois大学C.M.Linsley和F.C.Bauer发表文章劝告农户应绘制自己田区内的土壤酸度分布图和按小区需求使用石灰的建议。之后，一直都有关于农田土壤和收获量空间变异性研究的报导。八十年代以来，关于在农田中实施土壤肥力、植保和作物生产定位管理（SiteSpecificCropManagement）的技术研究受到广泛的重视。世界著名厂商先后向市场提供了装有空间定位和产量传感器的现代谷物联合收获机，已可以在收获过程中自动生成以12-15m2为单元组成的农田小区产量分布图。多年的试验实践表明，田区内小区平均产量的最大差异可以超过100％。由于作物生产还受到气候变异的影响，经连续多年对同一田区积累的数据表明，同一小区年际间的产量差异性也可能是十分明显的。田区内产量上述明显的时空分布差异性，显示了农田资源利用存在的巨大潜力。现代农学技术与电子信息技术的发展，为定量获取这些影响作物生长因素及最终收成的空间差异性信息，实施基于知识和现代科技的分布式调控，达到田区内资源潜力的均衡利用和获取尽可能高的经济产量成为可能。图1是精细农作技术思想的示意图。其实施过程可描述为：带定位系统和产量传感器的联合收获机每秒自动采集田间定位及对应小区平均产量数据通过计算机处理，生成作物产量分布图根据田间地形、地貌、土壤肥力、墒情等参数的空间数据分布图，作物生长发育模拟模型，投入、产出模拟模型，作物管理专家知识库等建立作物管理辅助决策支持系统，并在决策者的参与下生成作物管理处方图根据处方图采用不同方法与手段或相应的处方农业机械按小区实施目标投入和精细农作管理。上述精细农作技术体系在许多发达国家的试验和应用表明，可以显著节约投入，获得良好的经济效益，受到农户的欢迎。

“精细农作”是基于田间小区农作条件的空间差异性，为实现优化作物生产系统的目标而提出的。但工程支持技术的开发研究，对实现这一技术思想起着关键的作用。如：农田信息采集与处方农作的空间定位，需依靠卫星定位系统（GPS）；地理空间信息管理和数据处理，需要应用地理信息系统(GIS)；未来大量地理空间数据的更新，需要遥感技术(RS)的支持；作物产量计量与小区产量图的生成需要能按秒记录收获机累计产量和对应地理坐标位置的智能型收获机械，以及计算机数据处理和产量图自动生成技术；田区空间变量信息的快速实时采集，需要研究基于新原理的传感技术与信号处理技术；按小区实施自动处方农作、调控目标投入需要变量处方农业机械；制定科学的农作处方需要计算机作物管理辅助决策支持系统的支持；作为一个能协调运作的智能化系统需要有高效的信息集成以及有关信息传输、标准化技术的研究等等。

迄今“精细农业”在发达国家也不过

五、六年的应用试验历史，部分支持技术手段还不十分成熟，有待不断研究完善，相关的应用基础研究还比较薄弱。“精细农作”应用实践可根据不同国家、不同地区的社会、经济条件，围绕提高生产、节本增效、保护环境的目标，采用不同的技术组装方式，逐步提高作物生产管理的科学化与精细化水平。其中，获取农田小区产量空间分布的差异性信息是实践精细农作的基础。有了小区产量分布图，农户既可以根据自己的经验知识，分析小区产量差异的原因，选择经济适用的对策，在现实可行条件下采取适当措施实施调控；也可以根据技术经济发展的条件，利用先进的科技手段或智能化变量处方农业机械实现生产过程的自动调控。建立一个完整的精细农作技术体系，需要有多种技术知识和先进技术装备的集成支持

3.“精细农作”技术发展与工程技术创新

3.13S技术农业应用研究：

“精细农作”中的定位信息采集与处方农作实施，需要采用全球卫星定位系统（GPS）。已经建成投入运行的有美国GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统。美国GPS系统包括在离地球约20,000km高空近似圆形轨道上运行的24颗地球卫星，其轨道参数和时钟，由设于世界各大洲的五个地面监测站和设于其本土的一个地面控制站进行监测和控制。使得在近地旷野的GPS接收机在昼夜任何时间、任何气象条件下最少能接受到4颗以上卫星的信号，通过测量每一卫星发出的信号到达接收机的传输时间，即可计算出接收机所在的地理空间位置。信号处理技术的发展，可使微弱的卫星信号为便携式或掌上型接收机的小型天线所接收。这是一个功能强大、对任何人、在全球任何地方都可以免费享用的空间信息资源。尽管美国政府对其GPS系统施加了“选择可用性政策”(SA)的影响和卫星信号在空间传输过程中发生的各种累积误差，但技术上可通过差分误差校正方式及信息处理技术使通用接收机的动态3维定位精度容易达到米级或分米级，测量型GPS接收机动态定位精度可达厘米级要求。近几年来，GPS产业技术发展迅速，若干大公司迅速涉足农业领域，提供了用于农田测量、定位信息采集和与智能化农业机械配套的DGPS产品。这类产品通常均具有12个可选择的卫星信号接收通道、动态条件下每秒能自动提供一个3维定位数据，动态定位精度一般可达分米和米级，并具有与计算机和农机智能监控装置的通用标准接口。如美国Trimble公司Ag13212通道GPS接收机，可接收信标台的地区性差分校正信号免费服务或获得由近地卫星转发的广域差分收费校正信号服务，提供可靠的分米级定位和0.1米/小时的速度测量精度。系统可用于农田面积和周边测量、引导田间变量信息定位采集、作物产量小区定位计量、变量作业农业机械实施定位处方施肥、播种、喷药、灌溉和提供农业机械田间导航信息等。配置这一系统需要考虑本地区可能提供的差分信号现有条件，或在缺乏上述服务条件下购置两台Ag132和配套通信电台建立独立的自用差分GPS系统，另还可配置必要的专用可选件如：基站附件、导航附件、背负式田间信息采集附件、掌上型计算机及必要的联接信号电缆等。Ashtect公司的AgNavigator结构设计有些不同，但功能大体相当。DGPS技术的迅速发展，使得近几年来各国提供局域差分信号免费服务的信标站迅速建设起来，至1996年末，美国这类信标站的地区覆盖范围已接近国土的2/3。信标站差分信号服务半径约计300km。我国在东南沿海原交通部也建立了近20个这类信标站。以近地卫星作为星载GPS广域差分信号服务系统在今后几年内也可望在我国部分地区相继建立。在竞争中谋求信息高新技术产品市场的商业利益，将是今后GPS技术发展竞争的总趋势。今年3月30日美国副总统戈尔在白宫新闻会上，宣布开放GPS卫星的L2频道并进一步开放L3频道民用服务，这将大大有利于进一步改善GPS卫星服务的精度和可靠性，使用户获得性能价格比更好的精确定位、定时技术服务。GPS用户系统外观结构简单，小型化，操作方便，但技术含量高。现有国外农机厂商配套的GPS产品，大多采用OEM方式引进关键部件进行二次开发后嵌入于农业机械应用系统中，可使性能价格比显著改善。DGPS作为农业空间信息管理的基础设施，一旦建立起来，即不但可服务于“精细农作”，也可用于农村规划、土地测量、资源管理、环境监测、作业调度中的定位服务，其农业应用技术开发的前景广阔。地理信息系统（GIS）作为用于存储、分析、处理和表达地理空间信息的计算机软件平台，技术上已经成熟。它在“精细农作”技术体系中主要用于建立农田土地管理，土壤数据、自然条件、作物苗情、病虫草害发生发展趋势、作物产量的空间分布等的空间信息数据库和进行空间信息的地理统计处理、图形转换与表达等，为分析差异性和实施调控提供处方信息。它将纳入作物栽培管理辅助决策支持系统，与作物生产管理与长势预测模拟模型、投入产出分析模拟模型和智能化农作专家系统一起，并在决策者的参与下根据产量的空间差异性，分析原因、作出诊断、提出科学处方，落实到GIS支持下形成的田间作物管理处方图，指导科学的调控操作。由于农业活动涉及广阔的地理空间和各种管理信息都有明显的空间随机分布特征，GIS在农业中具有广泛的应用价值。在形成农业空间信息地理图形时，采样密度、采样成本与信息处理的方法如何能更准确反映参数的空间分布，仍然是尚待深入研究的课题。由于商用GIS系统的功能一般都照顾到各种类型用户的需要，针对农业资源信息管理和精细农业实践的需要和农村用户的特点，开发基于GIS设计规范的简单实用、易于向基层农村用户推广、界面友好的田间地理信息系统（FIS）已引起学术界的注意，值得我国农业工程师进行创新研究。

遥感（RS）技术是未来精细农作技术体系中获得田间数据的重要来源。它可以提供大量的田间时空变化信息。近30多年来，RS技术在大面积作物产量预测，农情宏观预报等方面作出了重要贡献。由于卫星遥感数据目前尚达不到必要的空间分辨率和提供满足农作需要的实时性，目前还未用于作物生产的精细管理。然而，遥感技术领域积累起来的农田和作物多光谱图象信息处理及成像技术、传感技术和作物生产管理需求密切相关。RS获得的时间序列图象，可显示出由于农田土壤和作物特性的空间反射光谱变异性，提供农田作物生长的时空变异性的信息，在一季节中不同时间采集的图象，可用于确定作物长势和条件的变化。基于遥感产业界对“精细农作”的商业兴趣，一系列的地球观测卫星将在近几年内发射，到2005年，将有超过40个这类卫星提供服务。大部分这类卫星采集的全色图象，空间分辩率将达1～3米，多光谱图象分辩率预计可达3～15米，扫视区6～30km。由于采用卫星遥感比航空摄影的成本将低一半以上，卫星遥感技术可预期在近3～5年内，在“精细农作”技术体系中扮演重要角色。农业工程师应该涉足这一领域，了解有关的知识，参与应用研究，现在的RS软件已可装载在PC机上使用，性能价格比已可为普通用户所接受。

3.2收获机械产量计量与产量分布图生成技术

作物产量是许多因素综合影响形成的结果和评价种植管理水平的基础。“精细农作”技术思想也正是从获得田间小区产量的差异性信息出发，分析原因，指导管理决策。在“精细农业”研究发展中，虽然也有关于甜菜、土豆、甘蔗、牧草、棉花、水果等收获机械产量计量及产量分布图自动生成的试验研究成果，但迄今已商品化的产品仍集中于谷类作物收获机械方面。据报导，美国目前约有20个制造商供应谷物联合收获机产量计量系统，1997年底，全国使用这一技术的联合收获机约17,000台，其中约有一半带GPS定位系统可支持产量分布图自动生成。一个主要生产厂商宣称，至2001年其生产的90%谷物联合收获机将装备产量监视器。迄今已进入商品化的这类产品主要是基于冲击式-力传感技术（如美国JohnDeree和CaseIH）、容积式光电计量技术（如英国RDS产品）和γ射线流量传感技术（如MasseyFerguson产品）等。在谷物流量自动传感过程中，还可同时测量净粮含水量，在小区产量分布图基础上结合定位处方投入的成本分析直接显示小区经济效益分布图（GrossMarginVariabilityMap）。“精细农作”体系中的产量图自动生成技术，需要解决如下的科学技术问题：

流量传感器的计量精度、稳定性、通用性、标定简便性的进一步改善；

产量计量中同时获得收获机的实际割幅和前进速度信息；

生成产量分布图需要的空间分辨率不大于收获机械工作幅宽的DGPS定位系统；

针对不同收获机械建立谷物由割台至流量测量点的谷物运移过程模型，以校正产量分布信息的动态误差；

研究采集的定位数据和产量数据编码格式与快速存储传输方式。这些数据通常都是存储在软盘或IC智能卡中，能一次存储至少一个作业班内的全部数据，然后再传入PC机进行处理和生成产量分布图；

开发PC上进行产量分布图生成的软件，含文件结构、数据结构、误差校正、数据图形化、显示方式等；

上述技术都还需要继续完善。研究适于不同国家的农业机械装备、种植特点、适于不同作物和更为精确的上述各环节的智能化技术，仍然是农业工程师面临的挑战。谷物联合收获机电子装置，包括谷物产量自动计量和产量图自动生成技术，是当代农机研究的一个重要方向，也应是我国农机装备机电一体化、信息化研究的优先发展方向之一。对于改善易地收获、农机社会化服务，提高农机作业信息化意识，促进作物生产科学管理，都有十分重要的现实意义，应是世纪之交我国农机技术创新的重要课题。3.3田间变量信息采集与处理技术

快速、有效采集和描述影响作物生长环境的空间变量信息，是实践“精细农作”的重要基础。优先需予考虑的主要是土壤含水量、肥力、SOM、土壤压实、耕作层深度和作物病、虫、草害及作物苗情分布信息采集等。目前田间信息快速采集技术的研究仍大大落后于支持精细农作的其它技术发展，已成为国际上众多单位攻关研究的重要课题。现有的土壤信息采集方法是基于定点采样与实验室分析相结合，耗资费时、空间尺度大、难于较精细地描述这些信息的空间变异性。技术创新的方向是研究开发可快速操作，有利于提高采样密度，测量精度能满足实际生产要求的新传感技术和进一步改善空间分布信息的定量描述与近似处理方法。部分参数将可用扫描方式通过安装于作业机械上的传感器连续采集和进一步自动生成空间信息分布图。已经取得实用化或具有良好开发前景的成果，如：土壤含水量测量将在TDR成熟技术基础上，在开发经济实用的基于驻波比、频域法原理、近红外技术的快速测量仪方面拓宽研究领域。土壤主要肥力因素（N、P、K）测量仪器开发方面，基于传统化学分析技术基础上的快速肥力分析仪，目前国内已有实用化产品投入使用，其稳定性、操作性和测量精度虽然尚待改进，但对农田主要肥力因素的快速近似测量具有实用价值；一种基于近红外技术通过间接叶面反射光谱特性进行农田氮肥肥力水平快速评估仪器已在试验使用，它与遥感技术的农业应用密切相关，可以相互借鉴相关技术研究成果；一种基于离子选择场效应晶体管（ISFET）集成元件的土壤主要矿物元素含量测量技术的研究在国外已取得进展，将是值得关注的技术突破性研究方向。土壤耕作层深度对评价土壤持水能力和指导定位处方耕作，确定播种深度、施肥用量密切相关，在美、加、澳等已经开发出不接触式、基于电磁场测量土壤电导率用于评价土层深度分布图的仪器已试验使用，可对指导定位处方深耕取得良好的经济效益；关于SOM传感器，早在数年前已有报导，通过NIR原理研制的可用于田间在线测量的多光谱SOM测量仪已有商品化产品。在作物生长有关变量信息的采集方面，田间杂草识别是“精细农业”支持技术中引起广泛关注的领域。在杂草识别的光谱响应特性方面已有许多研究成果及参考数据可供借鉴。其它田间作物变量传感与空间信息处理技术方面的研究，将围绕新的物理原理与数学方法的应用，如多光谱识别、NIR视角技术、图象模式识别、人工智能方法（ANN、Fuzzy系统分析、ES应用）、状态空间分析、小波分析、卡尔曼滤波方法等。在实践“精细农作”方面，开发基于新的物理原理的近似快速信息采集技术与改善空间地理信息处理方法，仍然是科技工作者面临的艰巨任务。

3.4智能型处方农作机械

七十年代中期微电子应用技术的迅速发展，使得工业化国家的农业机械进入到一个以迅速融合电子技术向机电一体化方向发展的新时期。农业机械的设计中，广泛引入了微电子监控技术用于作业工况监测和控制。八十年代后期起，其监控系统又迅速趋向智能化，由单元控制发展到分布式控制，由单机作业系统向与管理决策系统集成的方向发展。这新一代农业机械装备技术的发展，与过去十多年来基于信息技术的作物生产管理决策支持系统的迅速发展，都是近五年来“精细农作”技术得以进入日益广泛试验实践的重要条件。虽然，迄今支持“精细农作”的若干主要农机装备，除了如前述带产量图自动生成的谷物收获机以外，实施按处方图进行农田投入调控的智能化农业机械,如安装有DGPS定位系统及处方图读入装置的，可自动选择作物品种（二选一）、可按处方图调节播量和播深的谷物精密播种机；可自动选择调控两种化肥配比的自动定位施肥机和自控喷药机；可分别控制喷水量的定位喷灌机均已有商品化产品，并在继续完善。拖拉机驾驶室已安装智能化显示器，在一个LED显示屏上，可随意调用各种图形化可视界面,监控机器各部分的工况和显示处方作业和导航信息。现代带有多处理器的智能型农业机械，已经引用了工业部门中采用的控制器局部网总线技术（CAN），相互间采用光缆传输信息，建立了工业化设计标准。我国当今农业机械技术水平从总体上看与发达国家落后了不止20年，需要在某些领域推动高新技术的应用研究与实践。开发适于我国国情的先进技术。“精细农作”的示范试验研究有可能成为农业机械装备领域应用信息高新技术实现技术创新的切入点。3.5系统集成技术新晨

“精细农业”技术体系是一个集成系统，它涉及到多种学科知识的支持，需要学习应用不同子系统已经形成的硬、软件设计规范、标准、数据格式与通信协议，应用已有的单项技术成果，研究建立某些支持技术的新标准。近几年来，国外研究实践中已经积累了一些进行“精细农业”技术体系集成组装的经验。我国科技工作者要研究这方面的进展，参与国际交流。作为工程师，要善于根据工程项目的整体目标，既能从具体技术角度去思考和研究问题，具有不断突破现有解决实际问题的观念与模式的创新意识；又能注意进行项目目标的整体评估，协调技术先进性与经济可行性的综合优化目标，提出推动技术进步的试验实践方案。

农业信息采集技术篇（5）

中图分类号：309 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 16-0000-02

我国是农业大国，但在农村信息化建设道路的发展水平相对滞后，农业信息的技术开发和服务工作没做到位，就目前而言还远远跟不上社会发展的步伐。搭建覆盖全市范围的农村信息平台，为农民提供农业创新的思路，就必须建设一种创新型的农业信息服务模式，加大人力物力对农村信息服务工作进行有效的管理和指导，用信息化、科技化的工具指引农业生产等有着十分重要的意义。

1 农村信息服务平台的现状与存在问题

1.1 农民对信息需求散杂

纵观信息农业发达的地区，农民可以很容易地从各种媒介获得所需信息，农业协会、种养大户、龙头企业等能起到很好的带动和引导作用，且科技信息服务人员提供服务的效益和效率较高。但在很大范围里，农民仅仅靠个体生产，不能形成有效的规模化、产业化、特色化经营，对信息的需求方面都存在技术含量、内容和时间的参差不齐、上散而杂，甚至需要一些冷癖的知识，现有的信息服务体系无法满足。

1.2 信息内容缺乏质量不高

农业信息系统与经济管理、生产技术、生物环境等系统相互渗透，且需涵盖农产品的生产、加工、贮运、销售等多个环节，因此构建系统有相当的复杂性。一般来说，生产技术类的问题通过多年的积累都有现成的信息，信息内容缺乏主要表现市场行情类，此类内容由于覆盖面广，难以收集到准确而全面的信息，由此导致信息质量不高、时效性差及只能对过去的形势进行分析，无法准确预测将来的市场行情，无法科学系统地对农民进行生产引导。

1.3 农村信息服务人才、资金缺乏

对农村信息服务人员要求而言，不仅要求熟悉各种农业技术知识，掌握电脑操作、网络查询等相关软硬件知识，还要掌握具备经济管理基础，收集、处理、相关农产品市场供求信息，引导农民进行科学生产。还有就是经费投入问题，现有的信息服务体系普遍缺乏资金，农业信息服务机构日常运作都难以为继，计算机等信息设备老旧，信息处理的软硬件设施落后，维修更新困难，这严重制约了农村信息工作的发展。

1.4 农村信息平台服务水平低，管理不到位。

农村信息平台的建设目标是为农民提供高效及时、全方位、多层次的信息资源，要提高信息平台服务水平，就要做好相关政策、数据采集、整理导入工作，把系统数据的及时性、准确性作为工作中的重中之重，然后在国家法律的范围内下强化服务和监管。

2 农村信息服务平台系统结构设计

建设农村信息服务平台，要做好数据库、应用模块和用户友好界面的设计与开发，还要处理好信息资源、服务手段等涉及整个体系建设的多个问题。本平台采用的是比较高效的B/S网络结构，采用基于面向服务架构（SOA）的模型，并分为界面层、接口层、业务应用层、专业数据库层和网络基础层等5个层次[1]。

3 农村信息服务平台功能设计

3.1 市场信息服务系统

以农产品市场行情信息为基础。通过采集市场上各类农产品的日产价格，在网站上即时对农户，使农户能立即掌握农产品价格行情的变化和趋势，有计划地采收和销售。

3.2 信息推送服务系统

农资及农产品等信息经过系统自动筛选、分类处理后，可依照农户的个性化需要，进行智能化匹配，再以电子邮件等多种平台及时发送给农户，满足农户供需方面信息要求。

3.3 农村信息采集与分析系统

农产品市场供需信息采集与分析预测这一系统模块功能主要为：国内外农产品信息的产量及市场行情统计查询统计分析、农产品国内外市场需求预测分析、农产品数据的手动自动采集功能。（a）信息自动数据收集功能。信息采集平台上信息资源的整理采集有人工采集和自动采集两种方式：人工采集是平台各级服务站点管理员收集整理的信息和平台注册用户的信息，信息自下向上的逐级汇总；自动采集是通过网络自动采集外界信息，对多个分散的信息源按固定的周期进行跟踪和采集，采用与搜索引擎相似的爬虫技术。信息处理信息采集还包括后期加工处理。（b）信息分析、预测功能。为了实现上述查询、统计、预测、分析功能，本系统平台设计了三个模块：查询统计模块、数据分析模块、信息预测模块。查询统计模块：可以实现全国各地和本地区的各类农产品产量、主要销往地区的消费量、库存情况等信息的查询统计，并采用各种图表方式来展示。信息预测模块：该模块采用移动加权平均预测法对农产品的近期数据进行短期预测，采用季节变动预测法和因果回归分析预测法等预测模型，进行深入分析，得出较为有指导性的预测结果。数据分析模块：该模块实现了从农产品供给、需求、供需平衡三方面进行的趋势波动分析及结构分析。[3]。

该系统采用了基于Windows 2003 Server的操作系统平台，选用了Microsoft Internet Information Server6.0（IIS）WEB服务器软件和SQL Server 2000数据库系统平台[3]，并在Visual Studio 2010环境下，采用C#编程语言进行开发。

4 农村信息服务平台的实践与效果

农村信息服务平台是一个满足农户需要、功能强大、服务齐全的农业综合信息服务平台，平台可通过数据采集获得市场价格行情和销量等信息，对农产品价格涨跌幅度进行监管，也可进行全面的市场行情预测，并利用科学方法对农产品信息进行处理和对照，对近期和未来的市场行情变化进行预测。

5 结束语

本课题对创新农业信息服务模式，加强农村信息服务点的管理指导，减少不必要的资源浪费等有着十分重要的意义。由此可知，建设农村信息服务平台无论从农民的角度还是从社会发展的角度出发都具有广泛且积极的意义，这也寄托着政府目标的追求和广大农民利益的追求，毫无疑问此项目的发展前景是无可估量的。

参考文献：

[1]张俊等.基于Web2.0的农村信息综合服务平台设计与实现[J].贵州农业科学，2009，37（5）.

[2]杨坤，王志峰.农产品价格信息监测预测系统设计与实现[J].农业网络信息，2010，（11）.

[3]罗婷婷，赵瑞雪.基于多模型的农产品供求信息预测系统研究[J].中国农学通报，2009，25（23）.

农业信息采集技术篇（6）

关键词：

电子信息技术；应用；现代农业

近年来，高新科技的快速发展和信息化水平的不断提高，为我国改造传统农业提供了现代生产要素和管理手段。电子信息技术是一项集现代电子技术、信息技术、通信技术于一体的新兴科技，其归属于技术科学和应用科学范畴，是现代科技中应用最广、影响最深的一个领域。目前，电子信息技术的发展成果已经应用于通信、计算机、软件、网络建设、信息服务等产业中，在现代农业领域也日渐得到重视。

1电子信息技术的概念与内容

电子信息技术是指借助电子科学技术手段来采集、存储、变换、传递、处理和利用信息，实现信息科学技术目标的理论、技术和方法，主要用于研究开发、设计、生产、维护和管理电子信息产品及系统，具有智能集约化、高效快捷化、网络数字化的应用特征。从技术角度来说，电子信息技术研究的主要内容为：信息获取—信息传输—信息处理—信息存储—信息利用。1）信息获取。包括语音、图像、物理参数的获取，以及遥感技术、雷达技术、GPS定位等。2）信息传输。包括编码、调制、检测，以及固定通信、移动通信、光纤传输等。3）信息处理。包括语音、图像、文字、信号等的处理，以及神经网络、模式识别等。4）信息存储。包括磁存储、光存储、半导体存储、网络存储等。5）信息利用。包括控制、显示、信息服务、网络信息检索等。

2在农业生产方面的应用

在农业生产上，将电子信息技术与农学、土壤学等基础学科有机地结合起来，可实现在农业生产过程中对农作物、土壤及环境的实时监测与调控，并可对农业生产中的现象、过程进行模拟，以合理利用农业资源、节本增效、改善生态环境。

2．1信息监测例如，在农业种植上实现环境信息实时监测。通过安装环境无线数据采集系统，由传感器采集种植地域环境数据（如环境温度、土壤温度、环境湿度及光照强度等参数），传送到数据采集器中，然后通过GPRS无线数据传输模块传送到网络数据库。农业生产管理人员通过互联网络，可以查阅到当前环境参数变化的一手实时数据，为农业生产合理决策提供依据。

2．2智能控制例如，在温室中采用自动控制系统。通过对温室内光、温、水、气、营养供给进行自动监控，根据温室植物生长要求，自动控制开窗、卷膜、环流风机、增降温设施、补光照明、灌溉、施肥等环境控制设备，调节温室内环境参数达到适宜范围，为植物生长提供最佳环境，实现生产、管理高度自动化。

3在农业机械方面的应用

以科技为引领的农业机械化是现代农业发展的基础，智能农机装备技术是改善生产条件、提高生产效率、降低生产成本、增强综合生产能力的关键。利用电子信息技术开发适合我国农业特点的先进农机装备，提高农机装备信息收集、智能决策和精准作业能力，实现控制智能化、操作自动化。

3．1农机装备制造例如，将数字化设计和柔性制造技术应用于农机装备生产中。利用计算机辅助设计软件，可以实现对农机装备的概念化设计、几何造型、工程图生成、有限元分析、优化设计、虚拟装配、运动学仿真、加工方法选择、工艺路线制定、加工仿真检验等功能，达到提高设计效率、改进设计质量、降低产品开发成本、缩短设计周期、完善信息管理的效果。采用柔性制造技术完成现代农机装备制造，可以提高制造精度，实现最省投资、最高生产效率与最好经济效益。

3．2农机智能控制大多数现代化农机装备内部都采用电子技术控制系统，可以实现智能化网络控制。例如：利用通信技术的遥控喷灌机、自动驾驶拖拉机等；利用GPS定位的播种机、施肥机、喷雾机、联合收割机等；利用计算机技术的农场机务管理、拖拉机机载电脑等；利用自动控制技术的大型拖拉机作业控制系统；利用无线视频技术的作业机车田间作业实况监控装置；利用北斗GNSS卫星高精度定位技术与车辆自动驾驶技术相结合的农机装备自动导航系统。

4在农村信息化方面的应用

农村信息化建设对于现代农业技术的推广和农村经济的发展具有重要作用。将电子信息技术普遍而系统地应用于农村生产、生活、管理等方面，加强农村地区网络基础条件建设，建立农业综合信息服务平台，健全农村信息服务体系，以信息化促新农村建设与发展。

4．1农业信息平台建设连续几年，国家一号文件中均强调了农村信息化的重要性，加强农村一体化的信息基础设施建设，规范农业信息收集整理方法，充分利用和整合涉农信息资源，共建平台，创新服务模式。一是加强综合信息数据库建设，目前我国已建成大型涉农数据库100多个，其中最主要的成绩是由农业科研单位先后引进建立的CABI，AGRIS，AGRICOLA和FSTA数据库，以及以中国农科院牵头开展的农业数据库和农业光盘服务网络。二是搭建跨系统的农业网络信息资源整合平台，推进“金农”“三电合一”以及农村信息化示范和农村商务信息服务等工程建设。三是利用网络信息平台拓展多样化的农业信息服务，让农民学会使用信息技术手段，提高农民整体素质，科学致富。

4．2农村电子商务发展当前，“互联网＋”已经上升为国家战略。国家针对“互联网＋农业”专门出台了《关于加快发展农村电子商务的意见》等扶持政策，以培育多元化农村电子商务市场主体，构建农村购物网络平台，实现农资供应、农产品流通、农村服务等重点领域和环节互联网化。目前全国涉农电子商务平台已超3万家，其中农产品电子商务平台已达3000家。农民是农村电子商务平台建立与使用的最大获利者，而商家也获得了新的利润增长。

5结语

现代农业的发展需要借助高新科技发展的成果。电子信息技术以其信息化、智能化、自动化、集约化的特点在现代农业领域得到广泛应用，为现代农业技术创新发展、农业机械装备设计制造、农村信息化建设等提供了科学手段和技术基础。今后，要进一步将高新技术与农业发展结合起来，强化农业技术和装备工程技术保障手段，推进我国农业现代化建设，实现农业可持续发展。

参考文献

［1］刘曼．新型温室设施装备技术在现代农业中的推广利用［J］．上海农业科技，2014（4）：28．

［2］段海波，曾福生．农业与相关产业融合的基本类型及促进措施［J］．湖南农业科学：下半月，2014（5）：67－69．

［3］赵洪亮．基于资源整合的农业信息服务平台构建与实现［D］．沈阳：沈阳农业大学，2012．

［4］陈良玉，陈爱锋．中国农村信息化建设现状及发展方向研究［J］．中国农业科技导报，2005（2）：67－71．

农业信息采集技术篇（7）

引言

近两年来，我国科技界在研究推进新的农业科技革命中，关于国外“精细农业”技术的发展，引起了广泛的关注。新闻媒体陆续有了一些报导，科技部在筛选“面向21世纪解决16亿人口食物安全的关键技术”项目、组织S-863农业高技术领域发展计划研究以及农业部948引进项目立项中，也受到了重视。有的单位已开展了有关研究和试验示范工程准备工作,加强了和国外的学术交流与合作联系，国内学术交流也开始活跃。国外有关产业界开始向我国推荐其技术产品，密切关注中国走向21世纪实现农业现代化、信息化中这一巨大的潜在技术市场。可以预言：“精细农业”技术体系的试验示范及其相关技术产品的开发研究，将在世纪之交成为推进我国新的农业科技革命中的重要研究课题。信息技术革命为农业生产现代化发展提供了新机遇，在开拓新的前沿科技应用研究领域中，发达国家和一些发展中国家的起跑线拉近了距离，时间上的差距在缩小。在某些重要领域实现技术发展上的跨越，将是机遇性的挑战。主席1998.9在安徽考察工作时的讲话中指出：“现在一些发达国家，已经把基因育种工程、电子信息互联网络、卫星地面定位系统等高新技术应用于农业。我们必需有紧迫感，尽快迎头赶上”。“精细农业”技术体系是?┭А⑴┮倒こ獭⒌缱佑胄畔⒖萍嫉榷嘀盅Э浦兜淖樽凹桑溆τ醚芯糠⒄贡亟慌苯用嫦蚺┮瞪哂τ梅竦牡缱有畔⒏咝录际酰纾何佬嵌ㄎ幌低场⒌乩硇畔⑾低场⒁8屑际醯呐┮涤τ茫慌镄畔⒖焖俨杉瞧鳌⑴锔鳌⑼练使芾怼⑴┮├谩⑽廴究刂频仁视眉际鹾团┮倒こ套氨讣捌洳祷际醯难芯坑肟ⅲ酝贫夜谥逗托畔⒌拇撑┮迪执哂猩钤兜恼铰孕砸庖濉?nbsp;“精细农业”，即国际上已趋于共识的“PrecisionAgriculture”或“PrecisionFarming”学术名词的中译。国内科技界及媒体报导中目前尚有各种不同的译法和对其内涵的理解。实际上，目前国外关于PrecisionFarming的研究，基本上仍是集中于利用3S空间信息技术和作物生产管理决策支持技术（DSS）为基础的面向大田作物生产的精细农作技术，即基于信息和先进技术为基础的现代农田“精耕细作”技术。因此，作者认为采用“精细农作”译名来表达当前这一技术思想的内涵可能更为确切。“精细农作”是直接面向农业生产者服务的技术，这一技术体系的早期研究与实践，在发达国家始于八十年代初期从事作物栽培、土壤肥力、作物病虫草害管理的农学家在进行作物生长模拟模型、栽培管理、测土配方施肥与植保专家?低秤τ醚芯坑胧导薪徊浇沂镜呐锬谛∏魑锊亢蜕せ肪程跫拿飨允笨詹钜煨裕佣岢龆宰魑镌耘喙芾硎凳┒ㄎ弧葱璞淞客度耄虺啤按Ψ脚鳌倍⒄蛊鹄吹模辉谂┮倒こ塘煊颍云呤甏衅谖⒌缱蛹际跹杆偈涤没贫呐┮祷底氨傅幕缫惶寤⒅悄芑嗫丶际酰镄畔⒅悄芑杉氪砑际跹芯康姆⒄梗由习耸甏鞣⒋锕叶耘┮稻斜匦杓婀伺┮瞪Α⒆试础⒒肪澄侍獾墓惴汗厍泻陀行Ю门┮低度搿⒔谠汲杀尽⑻岣吲┮道蟆⑻岣吲┎肥谐【赫图跎倩肪澈蠊钠惹行枨螅熬概鳌奔际跆逑档男纬勺急噶颂跫：M逭秸驡PS技术的民用化，使得它在许多国民经济领域的应用研究获得迅速发展，也推动了“精细农作”技术体系的广泛实践。使得近20年来，基于信息技术支持的作物科学、农艺学、土壤学、植保科学、资源环境科学和智能化农业装备与田间信息采集技术、系统优化决策支持技术等，在GPS、GIS空间信息科技支持下组装集成起来，形成和完善了一个新的精细农作技术体系和开展了试验实践。迄今支持“精细农作”示范应用的基本技术手段已逐步研究开发出来，在示范应用中预示了良好的发展前景。近五、六年来，已有数千计的研究成果，实验报告见诸于国际学术会议或学术刊?铮幻磕甓季侔熳ㄌ狻肮示概┮笛跹刑只帷焙陀泄刈氨讣际醪氛故净幔辉谕蛭仙柚糜卸喔鲎ㄌ馔罚梢约笆辈檠接泄匮芯糠⒄剐畔ⅲ幻馈⒂ⅰ摹⒓拥裙恍笱枇⒘恕熬概┮怠毖芯恐行模枇擞泄夭┦俊⑺妒垦芯糠较蚣芭嘌悼纬蹋蝗铡⒑裙昀匆鸭涌炜寡芯抗ぷ鳎⒌玫搅苏棵藕拖喙仄笠档拇罅χС帧9噬隙哉庖患际跆逑档姆⒄骨绷坝τ们熬坝辛斯惴旱墓彩叮晌兰椭环⒄古┮蹈咝录际跤τ醚芯康闹匾翁狻?/P>

“精细农作”技术思想的内涵及其主要支持技术：

“精细农作”技术思想的核心，是获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素（如土壤结构、地形、植物营养、含水量、病虫草害等）实际存在的空间和时间差异性信息，分析影响小区产量差异的原因，采取技术上可行、经济上有效的调控措施，区别对待，按需实施定位调控的“处方农作”。正是信息技术革命为这一技术思想的实践，提供了先进的技术手段。千百年来的作物生产，都是以地区或田块为基础，在区域或田块的尺度上，把耕地看作是具有作物均匀生长条件的对象进行管理，如利用统一的耕作、播种、灌溉、施肥、喷药等农艺措施，满足于获得区域、农场或田块的平均产量的认识水平，很少顾及对农田的盲目投入及过量施肥施药造成的环境后果。传统的农业技术推广模式，也是在区域尺度上进行品种选择、土肥监测，通过地区试验积累的适于当地的栽培管理措施向农户推荐使用。实际上，即使在同一农田内，地表上、下影响作物生长条件和产量的明显时空分布差异性，包括农田内作物病、虫、草害总是先以斑块形式在小区发生，再逐步按时空变化蔓延的特性，早已为人们所认识。几世纪前，农民把土地划分为小田块来耕作经营，正是受到对作物生长环境和产量空间变异的感性知识的影响。我国农民几千年来在小块土地上经过劳动密集的投入和积累的丰富生产管理经验而形成的“传统精耕细作”技术，也可以在小块农田内达到很好的经济产量，只是没有现代科学方法的定量研究和现代工程手段的支持来形成大规模的生产力。本世纪初期，科学家就研究报告过作物产量和田间土壤特性，如N、P、K、pH、SOM含量等在田间分布具有明显的差异性。1929年，Illinois大学C.M.Linsley和F.C.Bauer发表文章劝告农户应绘制自己田区内的土壤酸度分布图和按小区需求使用石灰的建议。之后，一直都有关于农田土壤和收获量空间变异性研究的报导。八十年代以来，关于在农田中实施土壤肥力、植保和作物生产定位管理（SiteSpecificCropManagement）的技术研究受到广泛的重视。世界著名厂商先后向市场提供了装有空间定位和产量传感器的现代谷物联合收获机，已可以在收获过程中自动生成以12-15m2为单元组成的农田小区产量分布图。多年的试验实践表明，田区内小区平均产量的最大差异可以超过100％。由于作物生产还受到气候变异的影响，经连续多年对同一田区积累的数据表明，同一小区年际间的产量差异性也可能是十分明显的。田区内产量上述明显的时空分布差异性，显示了农田资源利用存在的巨大潜力。现代农学技术与电子信?⒓际醯姆⒄梗炕袢≌庑跋熳魑锷ひ蛩丶白钪帐粘傻目占洳钜煨孕畔ⅲ凳谥逗拖执萍嫉姆植际降骺兀锏教锴谧试辞绷Φ木饫煤突袢【】赡芨叩木貌砍晌赡堋M?是精细农作技术思想的示意图。其实施过程可描述为：带定位系统和产量传感器的联合收获机每秒自动采集田间定位及对应小区平均产量数据通过计算机处理，生成作物产量分布图根据田间地形、地貌、土壤肥力、墒情等参数的空间数据分布图，作物生长发育模拟模型，投入、产出模拟模型，作物管理专家知识库等建立作物管理辅助决策支持系统，并在决策者的参与下生成作物管理处方图根据处方图采用不同方法与手段或相应的处方农业机械按小区实施目标投入和精细农作管理。上述精细农作技术体系在许多发达国家的试验和应用表明，可以显著节约投入，获得良好的经济效益，受到农户的欢迎。

“精细农作”是基于田间小区农作条件的空间差异性，为实现优化作物生产系统的目标而提出的。但工程支持技术的开发研究，对实现这一技术思想起着关键的作用。如：农田信息采集与处方农作的空间定位，需依靠卫星定位系统（GPS）；地理空间信息管理和数据处理，需要应用地理信息系统(GIS)；未来大量地理空间数据的更新，需要遥感技术(RS)的支持；作物产量计量与小区产量图的生成需要能按秒记录收获机累计产量和对应地理坐标位置的智能型收获机械，以及计算机数据处理和产量图自动生成技术；田区空间变量信息的快速实时采集，需要研究基于新原理的传感技术与信号处理技术；按小区实施自动处方农作、调控目标投入需要变量处方农业机械；制定科学的农作处方需要计算机作物管理辅助决策支持系统的支持；作为一个能协调运作的智能化系统需要有高效的信息集成以及有关信息传输、标准化技术的研究等等。

迄今“精细农业”在发达国家也不过五、六年的应用试验历史，部分支持技术手段还不十分成熟，有待不断研究完善，相关的应用基础研究还比较薄弱。“精细农作”应用实践可根据不同国家、不同地区的社会、经济条件，围绕提高生产、节本增效、保护环境的目标，采用不同的技术组装方式，逐步提高作物生产管理的科学化与精细化水平。其中，获取农田小区产量空间分布的差异性信息是实践精细农作的基础。有了小区产量分布图，农户既可以根据自己的经验知识，分析小区产量差异的原因，选择经济适用的对策，在现实可行条件下采取适当措施实施调控；也可以根据技术经济发展的条件，利用先进的科技手段或智能化变量处方农业机械实现生产过程的自动调控。建立一个完整的精细农作技术体系，需要有多种技术知识和先进技术装备的集成支持

图1.精细农作技术思想示意图

（来源：MasseyFergusonInc.）

，这为农业工程师提供了进行技术创新的机遇。

3.“精细农作”技术发展与工程技术创新

3.13S技术农业应用研究：

“精细农作”中的定位信息采集与处方农作实施，需要采用全球卫星定位系统（GPS）。已经建成投入运行的有美国GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统。美国GPS系统包括在离地球约20,000km高空近似圆形轨道上运行的24颗地球卫星，其轨道参数和时钟，由设于世界各大洲的五个地面监测站和设于其本土的一个地面控制站进行监测和控制。使得在近地旷野的GPS接收机在昼夜任何时间、任何气象条件下最少能接受到4颗以上卫星的信号，通过测量每一卫星发出的信号到达接收机的传输时间，即可计算出接收机所在的地理空间位置。信号处理技术的发展，可使微弱的卫星信号为便携式或掌上型接收机的小型天线所接收。这是一个功能强大、对任何人、在全球任何地方都可以免费享用的空间信息资源。尽管美国政府对其GPS系统施加了“选择可用性政策”(SA)的影响和卫星信号在空间传输过程中发生的各种累积误差，但技术上可通过差分误差校正方式及信息处理技术使通用接收机的动态3维定位精度容易达到米级或分米级，测量型GPS接收机动态定位精度可达厘米级要求。近几年来，GPS产业技术发展迅速，若干大公司迅速涉足农业领域，提供了用于农田测量、定位信息采集和与智能化农业机械配套的DGPS产品。这类产品通常均具有12个可选择的卫星信号接收通道、动态条件下每秒能自动提供一个3维定位数据，动态定位精度一般可达分米和米级，并具有与计算机和农机智能监控装置的通用标准接口。如美国Trimble公司Ag13212通道GPS接收机，可接收信标台的地区性差分校正信号免费服务或获得由近地卫星转发的广域差分收费校正信号服务，提供可靠的分米级定位和0.1米/小时的速度测量精度。系统可用于农田面积和周边测量、引导田间变量信息定位采集、作物产量小区定位计量、变量作业农业机械实施定位处方施肥、播种、喷药、灌溉和提供农业机械田间导航信息等。配置这一系统需要考虑本地区可能提供的差分信号现有条件，或在缺乏上述服务条件下购置两台Ag132和配套通信电台建立独立的自用差分GPS系统，另还可配置必要的专用可选件如：基站附件、导航附件、背负式田间信息采集附件、掌上型计算机及必要的联接信号电缆等。Ashtect公司的AgNavigator结构设计有些不同，但功能大体相当。DGPS技术的迅速发展，使得近几年来各国提供局域差分信号免费服务的信标站迅速建设起来，至1996年末，美国这类信标站的地区覆盖范围已接近国土的2/3。信标站差分信号服务半径约计300km。我国在东南沿海原交通部也建立了近20个这类信标站。以近地卫星作为星载GPS广域差分信号服务系统在今后几年内也可望在我国部分地区相继建立。在竞争中谋求信息高新技术产品市场的商业利益，将是今后GPS技术发展竞争的总趋势。今年3月30日美国副总统戈尔在白宫新闻会上，宣布开放GPS卫星的L2频道并进一步开放L3频道民用服务，这将大大有利于进一步改善GPS卫星服务的精度和可靠性，使用户获得性能价格比更好的精确定位、定时技术服务。GPS用户系统外观结构简单，小型化，操作方便，但技术含量高。现有国外农机厂商配套的GPS产品，大多采用OEM方式引进关键部件进行二次开发后嵌入于农业机械应用系统中，可使性能价格比显著改善。DGPS作为农业空间信息管理的基础设施，一旦建立起来，即不但可服务于“精细农作”，也可用于农村规划、土地测量、资源管理、环境监测、作业调度中的定位服务，其农业应用技术开发的前景广阔。地理信息系统（GIS）作为用于存储、分析、处理和表达地理空间信息的计算机软件平台，技术上已经成熟。它在“精细农作”技术体系中主要用于建立农田土地管理，土壤数据、自然条件、作物苗情、病虫草害发生发展趋势、作物产量的空间分布等的空间信息数据库和进行空间信息的地理统计处理、图形转换与表达等，为分?霾钜煨院褪凳┑骺靥峁Ψ叫畔ⅰK扇胱魑镌耘喙芾砀ㄖ霾咧С窒低常胱魑锷芾碛氤な圃げ饽D饽P汀⑼度氩龇治瞿D饽P秃椭悄芑髯蚁低骋黄穑⒃诰霾哒叩牟斡胂赂莶康目占洳钜煨裕治鲈颉⒆鞒稣锒稀⑻岢隹蒲ТΨ剑涫档紾IS支持下形成的田间作物管理处方图，指导科学的调控操作。由于农业活动涉及广阔的地理空间和各种管理信息都有明显的空间随机分布特征，GIS在农业中具有广泛的应用价值。在形成农业空间信息地理图形时，采样密度、采样成本与信息处理的方法如何能更准确反映参数的空间分布，仍然是尚待深入研究的课题。由于商用GIS系统的功能一般都照顾到各种类型用户的需要，针对农业资源信息管理和精细农业实践的需要和农村用户的特点，开发基于GIS设计规范的简单实用、易于向基层农村用户推广、界面友好的田间地理信息系统（FIS）已引起学术界的注意，值得我国农业工程师进行创新研究。

遥感（RS）技术是未来精细农作技术体系中获得田间数据的重要来源。它可以提供大量的田间时空变化信息。近30多年来，RS技术在大面积作物产量预测，农情宏观预报等方面作出了重要贡献。由于卫星遥感数据目前尚达不到必要的空间分辨率和提供满足农作需要的实时性，目前还未用于作物生产的精细管理。然而，遥感技术领域积累起来的农田和作物多光谱图象信息处理及成像技术、传感技术和作物生产管理需求密切相关。RS获得的时间序列图象，可显示出由于农田土壤和作物特性的空间反射光谱变异性，提供农田作物生长的时空变异性的信息，在一季节中不同时间采集的图象，可用于确定作物长势和条件的变化。基于遥感产业界对“精细农作”的商业兴趣，一系列的地球观测卫星将在近几年内发射，到2005年，将有超过40个这类卫星提供服务。大部分这类卫星采集的全色图象，空间分辩率将达1～3米，多光谱图象分辩率预计可达3～15米，扫视区6～30km。由于采用卫星遥感比航空摄影的成本将低一半以上，卫星遥感技术可预期在近3～5年内，在“精细农作”技术体系中扮演重要角色。农业工程师应该涉足这一领域，了解有关的知识，参与应用研究，现在的RS软件已可装载在PC机上使用，性能价格比已可为普通用户所接受。

3.2收获机械产量计量与产量分布图生成技术

作物产量是许多因素综合影响形成的结果和评价种植管理水平的基础。“精细农作”技术思想也正是从获得田间小区产量的差异性信息出发，分析原因，指导管理决策。在“精细农业”研究发展中，虽然也有关于甜菜、土豆、甘蔗、牧草、棉花、水果等收获机械产量计量及产量分布图自动生成的试验研究成果，但迄今已商品化的产品仍集中于谷类作物收获机械方面。据报导，美国目前约有20个制造商供应谷物联合收获机产量计量系统，1997年底，全国使用这一技术的联合收获机约17,000台，其中约有一半带GPS定位系统可支持产量分布图自动生成。一个主要生产厂商宣称，至2001年其生产的90%谷物联合收获机将装备产量监视器。迄今已进入商品化的这类产品主要是基于冲击式-力传感技术（如美国JohnDeree和CaseIH）、容积式光电计量技术（如英国RDS产品）和γ射线流量传感技术（如MasseyFerguson产品）等。在谷物流量自动传感过程中，还可同时测量净粮含水量，在小区产量分布图基础上结合定位处方投入的成本分析直接显示小区经济效益分布图（GrossMarginVariabilityMap）。“精细农作”体系中的产量图自动生成技术，需要解决如下的科学技术问题：

流量传感器的计量精度、稳定性、通用性、标定简便性的进一步改善；

产量计量中同时获得收获机的实际割幅和前进速度信息；

生成产量分布图需要的空间分辨率不大于收获机械工作幅宽的DGPS定位系统；

针对不同收获机械建立谷物由割台至流量测量点的谷物运移过程模型，以校正产量分布信息的动态误差；

研究采集的定位数据和产量数据编码格式与快速存储传输方式。这些数据通常都是存储在软盘或IC智能卡中，能一次存储至少一个作业班内的全部数据，然后再传入PC机进行处理和生成产量分布图；

开发PC上进行产量分布图生成的软件，含文件结构、数据结构、误差校正、数据图形化、显示方式等；

上述技术都还需要继续完善。研究适于不同国家的农业机械装备、种植特点、适于不同作物和更为精确的上述各环节的智能化技术，仍然是农业工程师面临的挑战。谷物联合收获机电子装置，包括谷物产量自动计量和产量图自动生成技术，是当代农机研究的一个重要方向，也应是我国农机装备机电一体化、信息化研究的优先发展方向之一。对于改善易地收获、农机社会化服务，提高农机作业信息化意识，促进作物生产科学管理，都有十分重要的现实意义，应是世纪之交我国农机技术创新的重要课题。3.3田间变量信息采集与处理技术

快速、有效采集和描述影响作物生长环境的空间变量信息，是实践“精细农作”的重要基础。优先需予考虑的主要是土壤含水量、肥力、SOM、土壤压实、耕作层深度和作物病、虫、草害及作物苗情分布信息采集等。目前田间信息快速采集技术的研究仍大大落后于支持精细农作的其它技术发展，已成为国际上众多单位攻关研究的重要课题。现有的土壤信息采集方法是基于定点采样与实验室分析相结合，耗资费时、空间尺度大、难于较精细地描述这些信息的空间变异性。技术创新的方向是研究开发可快速操作，有利于提高采样密度，测量精度能满足实际生产要求的新传感技术和进一步改善空间分布信息的定量描述与近似处理方法。部分参数将可用扫描方式通过安装于作业机械上的传感器连续采集和进一步自动生成空间信息分布图。已经取得实用化或具有良好开发前景的成果，如：土壤含水量测量将在TDR成熟技术基础上，在开发经济实用的基于驻波比、频域法原理、近红外技术的快速测量仪方面拓宽研究领域。土壤主要肥力因素（N、P、K）测量仪器开发方面，基于传统化学分析技术基础上的快速肥力分析仪，目前国内已有实用化产品投入使用，其稳定性、操作性和测量精度虽然尚待改进，但对农田主要肥力因素的快速近似测量具有实用价值；一?只诮焱饧际跬ü浣右睹娣瓷涔馄滋匦越信锏史柿λ娇焖倨拦酪瞧饕言谑匝槭褂茫胍8屑际醯呐┮涤τ妹芮邢喙兀梢韵嗷ソ杓喙丶际跹芯砍晒灰恢只诶胱友癯⌒в骞埽↖SFET）集成元件的土壤主要矿物元素含量测量技术的研究在国外已取得进展，将是值得关注的技术突破性研究方向。土壤耕作层深度对评价土壤持水能力和指导定位处方耕作，确定播种深度、施肥用量密切相关，在美、加、澳等已经开发出不接触式、基于电磁场测量土壤电导率用于评价土层深度分布图的仪器已试验使用，可对指导定位处方深耕取得良好的经济效益；关于SOM传感器，早在数年前已有报导，通过NIR原理研制的可用于田间在线测量的多光谱SOM测量仪已有商品化产品。在作物生长有关变量信息的采集方面，田间杂草识别是“精细农业”支持技术中引起广泛关注的领域。在杂草识别的光谱响应特性方面已有许多研究成果及参考数据可供借鉴。其它田间作物变量传感与空间信息处理技术方面的研究，将围绕新的物理原理与数学方法的应用，如多光谱识别、NIR视角技术、图象模式识别、人工智能方法（ANN、Fuzzy系统分析、ES应用）、状态空间分析、小波分析、卡尔曼滤波方法等。在实践“精细农作”方面，开发基于新的物?碓淼慕瓶焖傩畔⒉杉际跤敫纳瓶占涞乩硇畔⒋矸椒ǎ匀皇强萍脊ぷ髡呙媪俚募杈奕挝瘛?/P>

3.4智能型处方农作机械

七十年代中期微电子应用技术的迅速发展，使得工业化国家的农业机械进入到一个以迅速融合电子技术向机电一体化方向发展的新时期。农业机械的设计中，广泛引入了微电子监控技术用于作业工况监测和控制。八十年代后期起，其监控系统又迅速趋向智能化，由单元控制发展到分布式控制，由单机作业系统向与管理决策系统集成的方向发展。这新一代农业机械装备技术的发展，与过去十多年来基于信息技术的作物生产管理决策支持系统的迅速发展，都是近五年来“精细农作”技术得以进入日益广泛试验实践的重要条件。虽然，迄今支持“精细农作”的若干主要农机装备，除了如前述带产量图自动生成的谷物收获机以外，实施按处方图进行农田投入调控的智能化农业机械,如安装有DGPS定位系统及处方图读入装置的，可自动选择作物品种（二选一）、可按处方图调节播量和播深的谷物精密播种机；可自动选择调控两种化肥配比的自动定位施肥机和自控喷药机；可分别控制喷水量的定位喷灌机均已有商品化产品，并在继续完善。拖拉机驾驶室已安装智能化显示器，在一个LED显示屏上，可随意调用各种图形化可视界面,监控机器各部分的工况和显示处方作业和导航信息。现代带有多处理器的智能型农业机械，已经引用了工业部门中采?玫目刂破骶植客芟呒际酰–AN），相互间采用光缆传输信息，建立了工业化设计标准。我国当今农业机械技术水平从总体上看与发达国家落后了不止20年，需要在某些领域推动高新技术的应用研究与实践。开发适于我国国情的先进技术。“精细农作”的示范试验研究有可能成为农业机械装备领域应用信息高新技术实现技术创新的切入点。3.5系统集成技术

“精细农业”技术体系是一个集成系统，它涉及到多种学科知识的支持，需要学习应用不同子系统已经形成的硬、软件设计规范、标准、数据格式与通信协议，应用已有的单项技术成果，研究建立某些支持技术的新标准。近几年来，国外研究实践中已经积累了一些进行“精细农业”技术体系集成组装的经验。我国科技工作者要研究这方面的进展，参与国际交流。作为工程师，要善于根据工程项目的整体目标，既能从具体技术角度去思考和研究问题，具有不断突破现有解决实际问题的观念与模式的创新意识；又能注意进行项目目标的整体评估，协调技术先进性与经济可行性的综合优化目标，提出推动技术进步的试验实践方案。

问题与思考

迄今，国际上关于“精细农业”的研究仍处于发展的幼年时期，支持技术产品也尚待不断深化研究。其革命性的意义是提出了一种经营现代农业的新技术思想并付诸于实践，发展前景已在国际上具有广泛的共识。1998.1美国副总统戈尔第一次提出要建立以1米分辩率的“数字地球”的概念，在地理信息学术界引起了广泛的反响，它为认识世界科技进步对未来人类生存方式的影响提出了全新的观念。“精细农业”的实践将在下一世纪开发“数字地球”的实践中占有十分重要的地位。我国农业仍处于传统农业向现代农业转化的历史过程中，全面实践这一新技术体系的路程还很遥远。但启动这一新技术的示范与实践研究，将有利与推动实现我国农业生产知识化与信息化进程，改变传统技术思想，追踪科技进步，有利于推动基于信息和知识的农用先进支持技术产品制造业、服务业的发展。在“精细农业”技术体系的实践中，也将可开发出一系列适用新技术产品，为支持当前的“科技兴农”服务。在发展研究中，个人认为需要重视如下问题：4.1加强对国际有关研究发展信息和经验的研究。九十年代以来，国外许多单位已经积累了一大批示范试验数据与支持技术产品开发研究成果。可以采取引进技术思想与部分装备技术和自主创新相结合。找准切入点，注重其支持技术产品的国产化及产业化开发。“精细农作”的技术思想在国际科技界共识的基础上有其特定的涵义，即认识农田内小区产量和影响作物生长条件的空间差异性，实施定位处方农作。它是适应集约化、规模化程度高的作物生产系统可持续发展目标而提出的，在我国可先在规模化农场和农业高新技术综合开发试验区，力求在农田小区的尺度上进行研究与实践。我国广大农村农田经营规模小，生产手段仍较落后，实现广域的农田精细经营尚需有较长的发展过程，有条件的地区可先以村片、农田的尺度上对精细农作的技术思想进行示范试验研究，并应结合农业技术推广性试验和农业社会化服务方式创新中，开拓出新的服务领域。这样，既可以使我国的研究实践与国际上的研究发展趋势相接轨，又可以探索形成具有国情特色、有利于在农村推广的先进农作技术体系。4.2在“精细农作”试验研究与实践过程中，注意组装一批基于信息和知识的单项适用先进技术支持当前的“科技兴农”。如：GPS、GIS技术用于农田管理、节水灌溉、环境监测的实用技术；面向农业生产者应用的电子仪器、实用监控设备；农业装备信息化技术；精细测土配方施肥、病虫草害快速实用监测技术；智能化农业生产管理辅助决策支持系统的推广及支持农业社会化服务体系的先进装备技术与工具的开发等。4.3迄今国外进行的精细农业（PrecisionAgriculture）的实践，实际上是面向大田作物生产的精细农作（PrecisionFarming）系统。实现基于信息和知识的农业产业系统精细经营的技术思想，应该扩展到种、养、加，产前、产中、产后的整个过程，即过渡到建立“精细农业”的技术体系。实际上，“精细农业”的技术思想，早在七十年代后期开始，已优先在发达国家奶牛场根据奶牛产奶量定量配料系统中得到了广泛的推广应用。近十多年来，全自动化设施园艺业的发展和养殖业中动物生长预测模型与配料、环境调控自动化系统的结合，农产品产后储藏、保鲜、加工为达到高品质、高附加值产品的过程中，都已吸收了电子信息科技前沿的成就。“精细农业”的技术思想，尤应在设施园艺，集约养殖，农产品品质优选、加工增值产业中先付诸实践与推广，这对我国目前处于传统农业的结构性调整时期和开始重视强调实现农业增产方式的转变中，依靠先进技术装备和农业精细经营技术的支持，对农业增产、农民增收，具有重要的现实意义。4.4在试验研究中加强多部门、多学科间的相互联系，协同攻关.发展学术讨论交流，加强国际合作，重视应用基础研究。在高等农业工程院系的学科建设与教学内容改革中，要逐步创造条件开设有关GPS、GIS、RS应用课程，加强必要的实验研究设施与课程建设等。

中国农业大学“精细农业研究中心“近二年多来已经启动了有关研究工作，内容涉及DGPS、GIS农业应用，田间信息采集传感技术，智能型农业机械监控技术，精细农作技术的系统集成与发展战略研究。与国外有关研究中心和企业界已建立了比较广泛的联系，积累了比较丰富的信息，我们愿意与国内有关单位、企业发展合作，共同为推动我国农业工程技术创新与“精细农业”技术在我国的应用示范与实践作出贡献。

参考文献

NationalResearchCouncil,PrecisionAgricultureinthe21stCentury,GeospatialandInformationTechnologiesinCropManagement,NationalAcademicPress,Washington,D.C.1997.

J.KSchueller,TechnologyforPrecisionAgriculture,ProceedingsoftheFirstEuropeanConferenceonPrecisionAgriculture,WarwickUniversity,U.K.8-10,September1997.

A.B.McBratheyandM.J.Pringle,SpatialVariabilityinSoil-implicationsforPrecisionAgriculture,ProceedingsoftheFirstEuropeanConferenceonPrecisionAgriculture,WarwickUniversity,U.K.8-10,September1997.

KennethA.Sudduth,EngineeringforPrecisionAgriculture-Past,AccomplishmentsandFutureDirections,USDAagriculturalResearchService,Copyright01998，SocietyofAutomotiveEngineers,Inc.

农业信息采集技术篇（8）

引言

近两年来，我国科技界在研究推进新的农业科技革命中，关于国外“精细农业”技术的发展，引起了广泛的关注。新闻媒体陆续有了一些报导，科技部在筛选“面向21世纪解决16亿人口食物安全的关键技术”项目、组织S-863农业高技术领域发展计划研究以及农业部948引进项目立项中，也受到了重视。有的单位已开展了有关研究和试验示范工程准备工作,加强了和国外的学术交流与合作联系，国内学术交流也开始活跃。国外有关产业界开始向我国推荐其技术产品，密切关注中国走向21世纪实现农业现代化、信息化中这一巨大的潜在技术市场。可以预言：“精细农业”技术体系的试验示范及其相关技术产品的开发研究，将在世纪之交成为推进我国新的农业科技革命中的重要研究课题。信息技术革命为农业生产现代化发展提供了新机遇，在开拓新的前沿科技应用研究领域中，发达国家和一些发展中国家的起跑线拉近了距离，时间上的差距在缩小。在某些重要领域实现技术发展上的跨越，将是机遇性的挑战。主席1998.9在安徽考察工作时的讲话中指出：“现在一些发达国家，已经把基因育种工程、电子信息互联网络、卫星地面定位系统等高新技术应用于农业。我们必需有紧迫感，尽快迎头赶上”。“精细农业”技术体系是?┭А⑴┮倒こ獭⒌缱佑胄畔⒖萍嫉榷嘀盅Э浦兜淖樽凹桑溆τ醚芯糠⒄贡亟慌苯用嫦蚺┮瞪哂τ梅竦牡缱有畔⒏咝录际酰纾何佬嵌ㄎ幌低场⒌乩硇畔⑾低场⒁8屑际醯呐┮涤τ茫慌镄畔⒖焖俨杉瞧鳌⑴锔鳌⑼练使芾怼⑴┮├谩⑽廴究刂频仁视眉际鹾团┮倒こ套氨讣捌洳祷际醯难芯坑肟ⅲ酝贫夜谥逗托畔⒌拇撑┮迪执哂猩钤兜恼铰孕砸庖濉?nbsp;“精细农业”，即国际上已趋于共识的“PrecisionAgriculture”或“PrecisionFarming”学术名词的中译。国内科技界及媒体报导中目前尚有各种不同的译法和对其内涵的理解。实际上，目前国外关于PrecisionFarming的研究，基本上仍是集中于利用3S空间信息技术和作物生产管理决策支持技术（DSS）为基础的面向大田作物生产的精细农作技术，即基于信息和先进技术为基础的现代农田“精耕细作”技术。因此，作者认为采用“精细农作”译名来表达当前这一技术思想的内涵可能更为确切。“精细农作”是直接面向农业生产者服务的技术，这一技术体系的早期研究与实践，在发达国家始于八十年代初期从事作物栽培、土壤肥力、作物病虫草害管理的农学家在进行作物生长模拟模型、栽培管理、测土配方施肥与植保专家?低秤τ醚芯坑胧导薪徊浇沂镜呐锬谛∏魑锊亢蜕せ肪程跫拿飨允笨詹钜煨裕佣岢龆宰魑镌耘喙芾硎凳┒ㄎ弧葱璞淞客度耄虺啤按Ψ脚鳌倍⒄蛊鹄吹模辉谂┮倒こ塘煊颍云呤甏衅谖⒌缱蛹际跹杆偈涤没贫呐┮祷底氨傅幕缫惶寤⒅悄芑嗫丶际酰镄畔⒅悄芑杉氪砑际跹芯康姆⒄梗由习耸甏鞣⒋锕叶耘┮稻斜匦杓婀伺┮瞪Α⒆试础⒒肪澄侍獾墓惴汗厍泻陀行Ю门┮低度搿⒔谠汲杀尽⑻岣吲┮道蟆⑻岣吲┎肥谐【赫图跎倩肪澈蠊钠惹行枨螅熬概鳌奔际跆逑档男纬勺急噶颂跫：M逭秸驡PS技术的民用化，使得它在许多国民经济领域的应用研究获得迅速发展，也推动了“精细农作”技术体系的广泛实践。使得近20年来，基于信息技术支持的作物科学、农艺学、土壤学、植保科学、资源环境科学和智能化农业装备与田间信息采集技术、系统优化决策支持技术等，在GPS、GIS空间信息科技支持下组装集成起来，形成和完善了一个新的精细农作技术体系和开展了试验实践。迄今支持“精细农作”示范应用的基本技术手段已逐步研究开发出来，在示范应用中预示了良好的发展前景。近五、六年来，已有数千计的研究成果，实验报告见诸于国际学术会议或学术刊?铮幻磕甓季侔熳ㄌ狻肮示概┮笛跹刑只帷焙陀泄刈氨讣际醪氛故净幔辉谕蛭仙柚糜卸喔鲎ㄌ馔罚梢约笆辈檠接泄匮芯糠⒄剐畔ⅲ幻馈⒂ⅰ摹⒓拥裙恍笱枇⒘恕熬概┮怠毖芯恐行模枇擞泄夭┦俊⑺妒垦芯糠较蚣芭嘌悼纬蹋蝗铡⒑裙昀匆鸭涌炜寡芯抗ぷ鳎⒌玫搅苏棵藕拖喙仄笠档拇罅χС帧9噬隙哉庖患际跆逑档姆⒄骨绷坝τ们熬坝辛斯惴旱墓彩叮晌兰椭环⒄古┮蹈咝录际跤τ醚芯康闹匾翁狻?/P>

“精细农作”技术思想的内涵及其主要支持技术：

“精细农作”技术思想的核心，是获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素（如土壤结构、地形、植物营养、含水量、病虫草害等）实际存在的空间和时间差异性信息，分析影响小区产量差异的原因，采取技术上可行、经济上有效的调控措施，区别对待，按需实施定位调控的“处方农作”。正是信息技术革命为这一技术思想的实践，提供了先进的技术手段。千百年来的作物生产，都是以地区或田块为基础，在区域或田块的尺度上，把耕地看作是具有作物均匀生长条件的对象进行管理，如利用统一的耕作、播种、灌溉、施肥、喷药等农艺措施，满足于获得区域、农场或田块的平均产量的认识水平，很少顾及对农田的盲目投入及过量施肥施药造成的环境后果。传统的农业技术推广模式，也是在区域尺度上进行品种选择、土肥监测，通过地区试验积累的适于当地的栽培管理措施向农户推荐使用。实际上，即使在同一农田内，地表上、下影响作物生长条件和产量的明显时空分布差异性，包括农田内作物病、虫、草害总是先以斑块形式在小区发生，再逐步按时空变化蔓延的特性，早已为人们所认识。几世纪前，农民把土地划分为小田块来耕作经营，正是受到对作物生长环境和产量空间变异的感性知识的影响。我国农民几千年来在小块土地上经过劳动密集的投入和积累的丰富生产管理经验而形成的“传统精耕细作”技术，也可以在小块农田内达到很好的经济产量，只是没有现代科学方法的定量研究和现代工程手段的支持来形成大规模的生产力。本世纪初期，科学家就研究报告过作物产量和田间土壤特性，如N、P、K、pH、SOM含量等在田间分布具有明显的差异性。1929年，Illinois大学C.M.Linsley和F.C.Bauer发表文章劝告农户应绘制自己田区内的土壤酸度分布图和按小区需求使用石灰的建议。之后，一直都有关于农田土壤和收获量空间变异性研究的报导。八十年代以来，关于在农田中实施土壤肥力、植保和作物生产定位管理（SiteSpecificCropManagement）的技术研究受到广泛的重视。世界著名厂商先后向市场提供了装有空间定位和产量传感器的现代谷物联合收获机，已可以在收获过程中自动生成以12-15m2为单元组成的农田小区产量分布图。多年的试验实践表明，田区内小区平均产量的最大差异可以超过100％。由于作物生产还受到气候变异的影响，经连续多年对同一田区积累的数据表明，同一小区年际间的产量差异性也可能是十分明显的。田区内产量上述明显的时空分布差异性，显示了农田资源利用存在的巨大潜力。现代农学技术与电子信?⒓际醯姆⒄梗炕袢≌庑跋熳魑锷ひ蛩丶白钪帐粘傻目占洳钜煨孕畔ⅲ凳谥逗拖执萍嫉姆植际降骺兀锏教锴谧试辞绷Φ木饫煤突袢【】赡芨叩木貌砍晌赡堋M?是精细农作技术思想的示意图。其实施过程可描述为：带定位系统和产量传感器的联合收获机每秒自动采集田间定位及对应小区平均产量数据通过计算机处理，生成作物产量分布图根据田间地形、地貌、土壤肥力、墒情等参数的空间数据分布图，作物生长发育模拟模型，投入、产出模拟模型，作物管理专家知识库等建立作物管理辅助决策支持系统，并在决策者的参与下生成作物管理处方图根据处方图采用不同方法与手段或相应的处方农业机械按小区实施目标投入和精细农作管理。上述精细农作技术体系在许多发达国家的试验和应用表明，可以显著节约投入，获得良好的经济效益，受到农户的欢迎。

“精细农作”是基于田间小区农作条件的空间差异性，为实现优化作物生产系统的目标而提出的。但工程支持技术的开发研究，对实现这一技术思想起着关键的作用。如：农田信息采集与处方农作的空间定位，需依靠卫星定位系统（GPS）；地理空间信息管理和数据处理，需要应用地理信息系统(GIS)；未来大量地理空间数据的更新，需要遥感技术(RS)的支持；作物产量计量与小区产量图的生成需要能按秒记录收获机累计产量和对应地理坐标位置的智能型收获机械，以及计算机数据处理和产量图自动生成技术；田区空间变量信息的快速实时采集，需要研究基于新原理的传感技术与信号处理技术；按小区实施自动处方农作、调控目标投入需要变量处方农业机械；制定科学的农作处方需要计算机作物管理辅助决策支持系统的支持；作为一个能协调运作的智能化系统需要有高效的信息集成以及有关信息传输、标准化技术的研究等等。

迄今“精细农业”在发达国家也不过五、六年的应用试验历史，部分支持技术手段还不十分成熟，有待不断研究完善，相关的应用基础研究还比较薄弱。“精细农作”应用实践可根据不同国家、不同地区的社会、经济条件，围绕提高生产、节本增效、保护环境的目标，采用不同的技术组装方式，逐步提高作物生产管理的科学化与精细化水平。其中，获取农田小区产量空间分布的差异性信息是实践精细农作的基础。有了小区产量分布图，农户既可以根据自己的经验知识，分析小区产量差异的原因，选择经济适用的对策，在现实可行条件下采取适当措施实施调控；也可以根据技术经济发展的条件，利用先进的科技手段或智能化变量处方农业机械实现生产过程的自动调控。建立一个完整的精细农作技术体系，需要有多种技术知识和先进技术装备的集成支持

图1.精细农作技术思想示意图

（来源：MasseyFergusonInc.）

，这为农业工程师提供了进行技术创新的机遇。

3.“精细农作”技术发展与工程技术创新

3.13S技术农业应用研究：

“精细农作”中的定位信息采集与处方农作实施，需要采用全球卫星定位系统（GPS）。已经建成投入运行的有美国GPS系统和俄罗斯的GLONASS系统。美国GPS系统包括在离地球约20,000km高空近似圆形轨道上运行的24颗地球卫星，其轨道参数和时钟，由设于世界各大洲的五个地面监测站和设于其本土的一个地面控制站进行监测和控制。使得在近地旷野的GPS接收机在昼夜任何时间、任何气象条件下最少能接受到4颗以上卫星的信号，通过测量每一卫星发出的信号到达接收机的传输时间，即可计算出接收机所在的地理空间位置。信号处理技术的发展，可使微弱的卫星信号为便携式或掌上型接收机的小型天线所接收。这是一个功能强大、对任何人、在全球任何地方都可以免费享用的空间信息资源。尽管美国政府对其GPS系统施加了“选择可用性政策”(SA)的影响和卫星信号在空间传输过程中发生的各种累积误差，但技术上可通过差分误差校正方式及信息处理技术使通用接收机的动态3维定位精度容易达到米级或分米级，测量型GPS接收机动态定位精度可达厘米级要求。近几年来，GPS产业技术发展迅速，若干大公司迅速涉足农业领域，提供了用于农田测量、定位信息采集和与智能化农业机械配套的DGPS产品。这类产品通常均具有12个可选择的卫星信号接收通道、动态条件下每秒能自动提供一个3维定位数据，动态定位精度一般可达分米和米级，并具有与计算机和农机智能监控装置的通用标准接口。如美国Trimble公司Ag13212通道GPS接收机，可接收信标台的地区性差分校正信号免费服务或获得由近地卫星转发的广域差分收费校正信号服务，提供可靠的分米级定位和0.1米/小时的速度测量精度。系统可用于农田面积和周边测量、引导田间变量信息定位采集、作物产量小区定位计量、变量作业农业机械实施定位处方施肥、播种、喷药、灌溉和提供农业机械田间导航信息等。配置这一系统需要考虑本地区可能提供的差分信号现有条件，或在缺乏上述服务条件下购置两台Ag132和配套通信电台建立独立的自用差分GPS系统，另还可配置必要的专用可选件如：基站附件、导航附件、背负式田间信息采集附件、掌上型计算机及必要的联接信号电缆等。Ashtect公司的AgNavigator结构设计有些不同，但功能大体相当。DGPS技术的迅速发展，使得近几年来各国提供局域差分信号免费服务的信标站迅速建设起来，至1996年末，美国这类信标站的地区覆盖范围已接近国土的2/3。信标站差分信号服务半径约计300km。我国在东南沿海原交通部也建立了近20个这类信标站。以近地卫星作为星载GPS广域差分信号服务系统在今后几年内也可望在我国部分地区相继建立。在竞争中谋求信息高新技术产品市场的商业利益，将是今后GPS技术发展竞争的总趋势。今年3月30日美国副总统戈尔在白宫新闻会上，宣布开放GPS卫星的L2频道并进一步开放L3频道民用服务，这将大大有利于进一步改善GPS卫星服务的精度和可靠性，使用户获得性能价格比更好的精确定位、定时技术服务。GPS用户系统外观结构简单，小型化，操作方便，但技术含量高。现有国外农机厂商配套的GPS产品，大多采用OEM方式引进关键部件进行二次开发后嵌入于农业机械应用系统中，可使性能价格比显著改善。DGPS作为农业空间信息管理的基础设施，一旦建立起来，即不但可服务于“精细农作”，也可用于农村规划、土地测量、资源管理、环境监测、作业调度中的定位服务，其农业应用技术开发的前景广阔。地理信息系统（GIS）作为用于存储、分析、处理和表达地理空间信息的计算机软件平台，技术上已经成熟。它在“精细农作”技术体系中主要用于建立农田土地管理，土壤数据、自然条件、作物苗情、病虫草害发生发展趋势、作物产量的空间分布等的空间信息数据库和进行空间信息的地理统计处理、图形转换与表达等，为分?霾钜煨院褪凳┑骺靥峁Ψ叫畔ⅰK扇胱魑镌耘喙芾砀ㄖ霾咧С窒低常胱魑锷芾碛氤な圃げ饽D饽P汀⑼度氩龇治瞿D饽P秃椭悄芑髯蚁低骋黄穑⒃诰霾哒叩牟斡胂赂莶康目占洳钜煨裕治鲈颉⒆鞒稣锒稀⑻岢隹蒲ТΨ剑涫档紾IS支持下形成的田间作物管理处方图，指导科学的调控操作。由于农业活动涉及广阔的地理空间和各种管理信息都有明显的空间随机分布特征，GIS在农业中具有广泛的应用价值。在形成农业空间信息地理图形时，采样密度、采样成本与信息处理的方法如何能更准确反映参数的空间分布，仍然是尚待深入研究的课题。由于商用GIS系统的功能一般都照顾到各种类型用户的需要，针对农业资源信息管理和精细农业实践的需要和农村用户的特点，开发基于GIS设计规范的简单实用、易于向基层农村用户推广、界面友好的田间地理信息系统（FIS）已引起学术界的注意，值得我国农业工程师进行创新研究。

遥感（RS）技术是未来精细农作技术体系中获得田间数据的重要来源。它可以提供大量的田间时空变化信息。近30多年来，RS技术在大面积作物产量预测，农情宏观预报等方面作出了重要贡献。由于卫星遥感数据目前尚达不到必要的空间分辨率和提供满足农作需要的实时性，目前还未用于作物生产的精细管理。然而，遥感技术领域积累起来的农田和作物多光谱图象信息处理及成像技术、传感技术和作物生产管理需求密切相关。RS获得的时间序列图象，可显示出由于农田土壤和作物特性的空间反射光谱变异性，提供农田作物生长的时空变异性的信息，在一季节中不同时间采集的图象，可用于确定作物长势和条件的变化。基于遥感产业界对“精细农作”的商业兴趣，一系列的地球观测卫星将在近几年内发射，到2005年，将有超过40个这类卫星提供服务。大部分这类卫星采集的全色图象，空间分辩率将达1～3米，多光谱图象分辩率预计可达3～15米，扫视区6～30km。由于采用卫星遥感比航空摄影的成本将低一半以上，卫星遥感技术可预期在近3～5年内，在“精细农作”技术体系中扮演重要角色。农业工程师应该涉足这一领域，了解有关的知识，参与应用研究，现在的RS软件已可装载在PC机上使用，性能价格比已可为普通用户所接受。

3.2收获机械产量计量与产量分布图生成技术

作物产量是许多因素综合影响形成的结果和评价种植管理水平的基础。“精细农作”技术思想也正是从获得田间小区产量的差异性信息出发，分析原因，指导管理决策。在“精细农业”研究发展中，虽然也有关于甜菜、土豆、甘蔗、牧草、棉花、水果等收获机械产量计量及产量分布图自动生成的试验研究成果，但迄今已商品化的产品仍集中于谷类作物收获机械方面。据报导，美国目前约有20个制造商供应谷物联合收获机产量计量系统，1997年底，全国使用这一技术的联合收获机约17,000台，其中约有一半带GPS定位系统可支持产量分布图自动生成。一个主要生产厂商宣称，至2001年其生产的90%谷物联合收获机将装备产量监视器。迄今已进入商品化的这类产品主要是基于冲击式-力传感技术（如美国JohnDeree和CaseIH）、容积式光电计量技术（如英国RDS产品）和γ射线流量传感技术（如MasseyFerguson产品）等。在谷物流量自动传感过程中，还可同时测量净粮含水量，在小区产量分布图基础上结合定位处方投入的成本分析直接显示小区经济效益分布图（GrossMarginVariabilityMap）。“精细农作”体系中的产量图自动生成技术，需要解决如下的科学技术问题：

流量传感器的计量精度、稳定性、通用性、标定简便性的进一步改善；

产量计量中同时获得收获机的实际割幅和前进速度信息；

生成产量分布图需要的空间分辨率不大于收获机械工作幅宽的DGPS定位系统；

针对不同收获机械建立谷物由割台至流量测量点的谷物运移过程模型，以校正产量分布信息的动态误差；

研究采集的定位数据和产量数据编码格式与快速存储传输方式。这些数据通常都是存储在软盘或IC智能卡中，能一次存储至少一个作业班内的全部数据，然后再传入PC机进行处理和生成产量分布图；

开发PC上进行产量分布图生成的软件，含文件结构、数据结构、误差校正、数据图形化、显示方式等；

上述技术都还需要继续完善。研究适于不同国家的农业机械装备、种植特点、适于不同作物和更为精确的上述各环节的智能化技术，仍然是农业工程师面临的挑战。谷物联合收获机电子装置，包括谷物产量自动计量和产量图自动生成技术，是当代农机研究的一个重要方向，也应是我国农机装备机电一体化、信息化研究的优先发展方向之一。对于改善易地收获、农机社会化服务，提高农机作业信息化意识，促进

作物生产科学管理，都有十分重要的现实意义，应是世纪之交我国农机技术创新的重要课题。3.3田间变量信息采集与处理技术

快速、有效采集和描述影响作物生长环境的空间变量信息，是实践“精细农作”的重要基础。优先需予考虑的主要是土壤含水量、肥力、SOM、土壤压实、耕作层深度和作物病、虫、草害及作物苗情分布信息采集等。目前田间信息快速采集技术的研究仍大大落后于支持精细农作的其它技术发展，已成为国际上众多单位攻关研究的重要课题。现有的土壤信息采集方法是基于定点采样与实验室分析相结合，耗资费时、空间尺度大、难于较精细地描述这些信息的空间变异性。技术创新的方向是研究开发可快速操作，有利于提高采样密度，测量精度能满足实际生产要求的新传感技术和进一步改善空间分布信息的定量描述与近似处理方法。部分参数将可用扫描方式通过安装于作业机械上的传感器连续采集和进一步自动生成空间信息分布图。已经取得实用化或具有良好开发前景的成果，如：土壤含水量测量将在TDR成熟技术基础上，在开发经济实用的基于驻波比、频域法原理、近红外技术的快速测量仪方面拓宽研究领域。土壤主要肥力因素（N、P、K）测量仪器开发方面，基于传统化学分析技术基础上的快速肥力分析仪，目前国内已有实用化产品投入使用，其稳定性、操作性和测量精度虽然尚待改进，但对农田主要肥力因素的快速近似测量具有实用价值；一?只诮焱饧际跬ü浣右睹娣瓷涔馄滋匦越信锏史柿λ娇焖倨拦酪瞧饕言谑匝槭褂茫胍8屑际醯呐┮涤τ妹芮邢喙兀梢韵嗷ソ杓喙丶际跹芯砍晒灰恢只诶胱友癯⌒в骞埽↖SFET）集成元件的土壤主要矿物元素含量测量技术的研究在国外已取得进展，将是值得关注的技术突破性研究方向。土壤耕作层深度对评价土壤持水能力和指导定位处方耕作，确定播种深度、施肥用量密切相关，在美、加、澳等已经开发出不接触式、基于电磁场测量土壤电导率用于评价土层深度分布图的仪器已试验使用，可对指导定位处方深耕取得良好的经济效益；关于SOM传感器，早在数年前已有报导，通过NIR原理研制的可用于田间在线测量的多光谱SOM测量仪已有商品化产品。在作物生长有关变量信息的采集方面，田间杂草识别是“精细农业”支持技术中引起广泛关注的领域。在杂草识别的光谱响应特性方面已有许多研究成果及参考数据可供借鉴。其它田间作物变量传感与空间信息处理技术方面的研究，将围绕新的物理原理与数学方法的应用，如多光谱识别、NIR视角技术、图象模式识别、人工智能方法（ANN、Fuzzy系统分析、ES应用）、状态空间分析、小波分析、卡尔曼滤波方法等。在实践“精细农作”方面，开发基于新的物?碓淼慕瓶焖傩畔⒉杉际跤敫纳瓶占涞乩硇畔⒋矸椒ǎ匀皇强萍脊ぷ髡呙媪俚募杈奕挝瘛?/P>

3.4智能型处方农作机械

七十年代中期微电子应用技术的迅速发展，使得工业化国家的农业机械进入到一个以迅速融合电子技术向机电一体化方向发展的新时期。农业机械的设计中，广泛引入了微电子监控技术用于作业工况监测和控制。八十年代后期起，其监控系统又迅速趋向智能化，由单元控制发展到分布式控制，由单机作业系统向与管理决策系统集成的方向发展。这新一代农业机械装备技术的发展，与过去十多年来基于信息技术的作物生产管理决策支持系统的迅速发展，都是近五年来“精细农作”技术得以进入日益广泛试验实践的重要条件。虽然，迄今支持“精细农作”的若干主要农机装备，除了如前述带产量图自动生成的谷物收获机以外，实施按处方图进行农田投入调控的智能化农业机械,如安装有DGPS定位系统及处方图读入装置的，可自动选择作物品种（二选一）、可按处方图调节播量和播深的谷物精密播种机；可自动选择调控两种化肥配比的自动定位施肥机和自控喷药机；可分别控制喷水量的定位喷灌机均已有商品化产品，并在继续完善。拖拉机驾驶室已安装智能化显示器，在一个LED显示屏上，可随意调用各种图形化可视界面,监控机器各部分的工况和显示处方作业和导航信息。现代带有多处理器的智能型农业机械，已经引用了工业部门中采?玫目刂破骶植客芟呒际酰–AN），相互间采用光缆传输信息，建立了工业化设计标准。我国当今农业机械技术水平从总体上看与发达国家落后了不止20年，需要在某些领域推动高新技术的应用研究与实践。开发适于我国国情的先进技术。“精细农作”的示范试验研究有可能成为农业机械装备领域应用信息高新技术实现技术创新的切入点。3.5系统集成技术

“精细农业”技术体系是一个集成系统，它涉及到多种学科知识的支持，需要学习应用不同子系统已经形成的硬、软件设计规范、标准、数据格式与通信协议，应用已有的单项技术成果，研究建立某些支持技术的新标准。近几年来，国外研究实践中已经积累了一些进行“精细农业”技术体系集成组装的经验。我国科技工作者要研究这方面的进展，参与国际交流。作为工程师，要善于根据工程项目的整体目标，既能从具体技术角度去思考和研究问题，具有不断突破现有解决实际问题的观念与模式的创新意识；又能注意进行项目目标的整体评估，协调技术先进性与经济可行性的综合优化目标，提出推动技术进步的试验实践方案。

问题与思考

迄今，国际上关于“精细农业”的研究仍处于发展的幼年时期，支持技术产品也尚待不断深化研究。其革命性的意义是提出了一种经营现代农业的新技术思想并付诸于实践，发展前景已在国际上具有广泛的共识。1998.1美国副总统戈尔第一次提出要建立以1米分辩率的“数字地球”的概念，在地理信息学术界引起了广泛的反响，它为认识世界科技进步对未来人类生存方式的影响提出了全新的观念。“精细农业”的实践将在下一世纪开发“数字地球”的实践中占有十分重要的地位。我国农业仍处于传统农业向现代农业转化的历史过程中，全面实践这一新技术体系的路程还很遥远。但启动这一新技术的示范与实践研究，将有利与推动实现我国农业生产知识化与信息化进程，改变传统技术思想，追踪科技进步，有利于推动基于信息和知识的农用先进支持技术产品制造业、服务业的发展。在“精细农业”技术体系的实践中，也将可开发出一系列适用新技术产品，为支持当前的“科技兴农”服务。在发展研究中，个人认为需要重视如下问题：4.1加强对国际有关研究发展信息和经验的研究。九十年代以来，国外许多单位已经积累了一大批示范试验数据与支持技术产品开发研究成果。可以采取引进技术思想与部分装备技术和自主创新相结合。找准切入点，注重其支持技术产品的国产化及产业化开发。“精细农作”的技术思想在国际科技界共识的基础上有其特定的涵义，即认识农田内小区产量和影响作物生长条件的空间差异性，实施定位处方农作。它是适应集约化、规模化程度高的作物生产系统可持续发展目标而提出的，在我国可先在规模化农场和农业高新技术综合开发试验区，力求在农田小区的尺度上进行研究与实践。我国广大农村农田经营规模小，生产手段仍较落后，实现广域的农田精细经营尚需有较长的发展过程，有条件的地区可先以村片、农田的尺度上对精细农作的技术思想进行示范试验研究，并应结合农业技术推广性试验和农业社会化服务方式创新中，开拓出新的服务领域。这样，既可以使我国的研究实践与国际上的研究发展趋势相接轨，又可以探索形成具有国情特色、有利于在农村推广的先进农作技术体系。4.2在“精细农作”试验研究与实践过程中，注意组装一批基于信息和知识的单项适用先进技术支持当前的“科技兴农”。如：GPS、GIS技术用于农田管理、节水灌溉、环境监测的实用技术；面向农业生产者应用的电子仪器、实用监控设备；农业装备信息化技术；精细测土配方施肥、病虫草害快速实用监测技术；智能化农业生产管理辅助决策支持系统的推广及支持农业社会化服务体系的先进装备技术与工具的开发等。4.3迄今国外进行的精细农业（PrecisionAgriculture）的实践，实际上是面向大田作物生产的精细农作（PrecisionFarming）系统。实现基于信息和知识的农业产业系统精细经营的技术思想，应该扩展到种、养、加，产前、产中、产后的整个过程，即过渡到建立“精细农业”的技术体系。实际上，“精细农业”的技术思想，早在七十年代后期开始，已优先在发达国家奶牛场根据奶牛产奶量定量配料系统中得到了广泛的推广应用。近十多年来，全自动化设施园艺业的发展和养殖业中动物生长预测模型与配料、环境调控自动化系统的结合，农产品产后储藏、保鲜、加工为达到高品质、高附加值产品的过程中，都已吸收了电子信息科技前沿的成就。“精细农业”的技术思想，尤应在设施园艺，集约养殖，农产品品质优选、加工增值产业中先付诸实践与推广，这对我国目前处于传统农业的结构性调整时期和开始重视强调实现农业增产方式的转变中，依靠先进技术装备和农业精细经营技术的支持，对农业增产、农民增收，具有重要的现实意义。4.4在试验研究中加强多部门、多学科间的相互联系，协同攻关.发展学术讨论交流，加强国际合作，重视应用基础研究。在高等农业工程院系的学科建设与教学内容改革中，要逐步创造条件开设有关GPS、GIS、RS应用课程，加强必要的实验研究设施与课程建设等。

中国农业大学“精细农业研究中心“近二年多来已经启动了有关研究工作，内容涉及DGPS、GIS农业应用，田间信息采集传感技术，智能型农业机械监控技术，精细农作技术的系统集成与发展战略研究。与国外有关研究中心和企业界已建立了比较广泛的联系，积累了比较丰富的信息，我们愿意与国内有关单位、企业发展合作，共同为推动我国农业工程技术创新与“精细农业”技术在我国的应用示范与实践作出贡献。

参考文献

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[7].汪懋华,“精细农业”研究的发展与农业装备科技创新，中国农业机械学会第六次全国代表大会暨学术年会论文集，上海，1998.11。

TheDevelopmentofPrecisionAgricultureand

InnovationofEngineeringTechnology

ResearchCentreforPrecisionAgriculture,ChinaAgriculturalUniversity

农业信息采集技术篇（9）

1.1信息采集系统的实现

信息采集系统是利用多种采集手段构建完整的数据采集体系,获取农业信息系统所需的数据,并通过空间数据建库技术对所采集的数据进行统一管理。与此同时,利用遥感技术对土地利用变化及分布、农作物种植面积的变化、农作物长势等方面进行动态遥感监测。信息采集包括GPS系统的采集;遥感卫星数据的获取(LandsatTM、SPOT、MODIS、P6、ALOS等);农业生产情况、气象、水利、农学参数(黑龙江省主要农作物生长特征参数)、不同比例尺的专题图(地形图、土壤图、土地利用现状图)等数据的收

1.2空间数据库系统的实现

该平台的核心是农业地理信息数据库系统,包括地理要素子数据库、土地利用子数据库、水资源子数据库、气候资源子数据库、粮食作物生产子数据库、土壤资源子数据库。

1.3统计分析系统的实现

通过信息平台的统计分析系统,实现了统计数据与空间数据的挂接,使数据库与地理信息系统有机结合,建立了一套完善的管理、分析和决策体系。从而实现对全省各种农业资源信息的有效管理,达到科学准确的评价与决策。

1.4网络管理系统的实现

WebGIS是利用Internet/Intranet与GIS的结合,GIS通过WWW功能得以扩展,真正成为一种大众使用的工具,用户可以浏览WebGIS站点的空间数据、制作专题图以及各种空间检索与空间分析[4]。此次信息平台的建设,可采用SuperMap软件的WEBGIS开发平台进行系统开发,基于技术和SuperMapObjects组件的技术开发,从而实现黑龙江省农业多维空间信息平台的建设。

2黑龙江省农业多维空间信息平台的功能设计

2.1数据采集功能

遥感数据采集主要用来对遥感卫星数据进行处理、入库;GPS数据采集是利用GPS接收机采集数据,并进行后期处理;其它数据采集包括农业生产情况、气象、专题图等数据的收集。

2.2动态监测功能

2.2.1土地利用变化监测模块该模块通过遥感技术,利用卫星影像数据对不同地物进行提取,并结合GPS、RS技术,生成土地利用现状矢量图形,然后将相关信息进行入库。

2.2.2农作物种植面积监测模块该模块通过遥感技术,利用卫星影像数据对不同作物进行提取,并结合GPS、RS技术,形成农作物种植面积的矢量图形,然后将相关信息进行入库。

2.2.3农作物旱情遥感监测模块通过对土壤湿度的监测,并结合当地的地形和气象条件,建立农作物旱情评估模型。并通过定期的连续监测,预测不同区域的旱情发展趋势,为决策部门和相关生产部门提供旱情的发展态势。

2.2.4病虫害监测模块利用遥感技术和GPS系统对采集到的数据进行处理、分析、分类,抽取出病虫害的发生地点与范围、灾情等信息,并将这些信息入库。

2.2.5农作物长势监测模块通过对农作物长势的定期监测,了解不同时期作物的生长情况,然后将获取的数据进行处理、分析后入库。作物长势模块可提供准确的不同作物的长势信息和不同区域的作物等级,包括不同长势情况等所占比例,以及作物长势与往年的对比情况。

2.2.6粮食产量监测模块对于粮食产量的估算主要通过估算粮食单产和粮食作物种植面积的变化来完成。通过粮食产量估算模块的运行,可以为决策部门和相关的生产部门提供实时的全省主要粮食产量信息,还可以根据其需求,实现对各县粮食产量进行精确预测和估算。

2.3数据查询与空间分析功能

数据查询包括空间数据查询、属性数据查询、空间与属性数据关联查询、文档数据的快速查询等功能;空间分析功能包括属性数据的生成、区位分析、聚类分析、缓冲区分析、空间叠加分析、图层拼接、遥感解译等。

2.4数据输出功能

输出内容主要有空间数据、统计数据两大类。空间数据可用颜色大小不同的点状符号、颜色粗细不同的线状地物、面状图斑,显示土地、水、农作物等资源的分布。对于各类要素应单独建立图层,这样可以单独显示,也可以进行空间叠加来显示各类要素。统计数据可用表格、饼状图、柱状图等方式显示,同时这些统计数据可以和图形数据一同显示,在图形上附上这些表格、饼状图和柱状图,以便使用。

2.5决策分析功能

农业信息采集技术篇（10）

中图分类号：S274.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0125-01

1 引言

随着信息技术的飞速发展，农业集约化、规模化程度不断提高，使传统农业向现代农业生产方式转变成为必然，为信息技术在农业领域中的应用提供了广阔的发展空间，我国农业发展面临着新的机遇。

水是农业的根本，也是整个国民经济和人类生活的根本。水资源状况和利用水平已成为评价一个国家一个地区经济能否持续发展的重要指标。我国是一个干旱缺水严重的国家。

2 农业用水现状及节水灌溉发展趋势

农业是我国的用水大户，约占总用水量的73%，但有效性很差，水资源浪费非常严重。并且随着城市化和经济社会发展，土地被大量占用，非农业灌溉用水需求在急剧增加，农业与工业、农村与城市、生产与生活、生产与生态等诸多用水矛盾进一步加剧。在我国尽管采取了最严格的耕地保护措施，但大量的农田和灌溉用水被城市和工业占用，耕地资源减少的势头不可逆转，水资源短缺的压力进一步增大。

目前，比较有发展潜力的节水灌溉新技术是：一是与生物技术相结合的作物调控灌溉技术。二是应用3S技术的精细灌溉技术。三是智能化节水灌溉装备技术。

本文所设计的农田节水灌溉系统是将上述的三者进行有机的结合，在此基础上运用物联网技术，从而实现全自动化与信息化的节水灌溉系统。

3 系统结构设计

农田节水灌溉系统由土壤水分传感器、物联网终端采集单元、喷灌机控制终端、远程监控计算机系统组成。如图1所示。传感器埋入土壤，直接获取0～100cm地表层下各个深度处的土壤水分信息，并将其转化为0～5V模拟电压信号。物联网终端采集单元一方面进行土壤水分信息的采集，另一方面用于在GPRS网络模式下土壤水分信息与监控中心的监控计算机相互传递。监控中心计算机循环接收各个采集终端发送的土壤墒情信息，监控计算机将接收到的数据进行分析，与数据库中的农作物需水量进行比较，形成最佳灌溉计划，监控计算机将灌溉命令下发到喷灌机控制终端，喷灌机控制终端直接控制喷灌机以及深井泵等设备进行灌溉作业。

4 物联网采集单元的设计

物联网采集单元的设计为本系统的终端采集单元，因为农田灌溉上探测范围比较大，数量多、位置不固定并只用于农耕季节等特点考虑，采集终端需要设计成可灵活移动、易于安装的方式，第二在每一个采集终端上安装GPS定位模块，使发送到监控中心计算机上的数据带有地理位置，中心计算机根据上传的数据的地理位置下标来确定采集点具体地理位置，从而实现准确的数据采集。另外，由于数据采集单元放置在农田里，采用的供电方式为“太阳能电池板+蓄电池”。

采集终端主要由MCU单元、采集单元、太阳能供电单元、通信单元、GPS定位单元等部分组成，其结构所示。其中，采集单元利用土壤湿温度传感器采集土壤墒情数据，数据经嵌入式微控制器MCU（MicroControUer Unit）处理后，通过GPRS网络发送至监控中心计算机上，中心计算机收集温湿度数据，并自动显示相关信息。土壤传感器输出的信号被信号调理电路处理后传送到子系统内部的模数转换器ADC（AnMog―to―DistalConvener）。MCU定时启动ADC，进行模数转换并取走数据，然后把经过处理的数据通过串行口传送到GPRS模块，并启动该模块将数据发送到GPRS无线网络。数据被GPRS网络接收后经由网关转送至Internet，最后被连接到Intemet的中心站计算机接收。

嵌入式GPRS模块的供电为直流5V供电，TXD、RXD为通信接口，在本设计中可直接连接至AVR单片机的串行接口上， ONLINE为在线指示接口，当连接到网络以后该端口输出一个低电平信号，通过74ALS04进行反向以后驱动D1发光二极管，当发光二极管点亮以后便证明现在控制器已连接网络。GPS模块通过单片机的COM2口连接。

5 应用前景分析

该系统的室外进行了测试的基础上，2011年在廊坊市安次区马神庙12亩农田上实际应用，取得了显著的效益，节水量较以前比较节约45%左右，晚春播玉米平均亩产929.44公斤，比对照亩增产252.84公斤，增幅为37.36%。对未来农业发展起到了重要作用。

参考文献

[1]梅方权，智慧地球与感知中国―物联网的发展分析，《农业网络信息》2009（12）

农业信息采集技术篇（11）

中图分类号：F124.3 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20161032065

随着经济的发展及计算机技术的应用扩展，农业生产从传统的人工种植，发展到现在的基于物联网技术的现代化设施智能农业。现代化的物联网农业是市场化、集约化、智能化、国际化的必然农业产业形态。物联网技术给与农业生产赋予了生命的气息和人类的智慧。

物联网是一种由多种信息技术融合而成的新型技术体系，继计算机、互联网之后的第3次浪潮。物联网融合了射频识别技术、无线传感技术、全球定位等技术，将物与物进行互联、相关信息的交换、监控、管理，并通过定位系统智能识别和追溯。因此，物联网在农业中的应用，加强了人类与农业的信息沟通，在动态的生产过程中，对农业生产有更加精细的认知、管理并控制农业生产中的各要素，加强人类对农业生产的调控及突发事件的处理。我国是农业大国，农业的生产与农产品的质量具有十分重要的地位，因此对于农业生产的研究也十分重视，因此，物联网技术作为新兴的技术，在多个领域的应用都取得了良好的成果。因此对农业物联网在农业中的应用进一步推进了农业的发展，并且已经成为我国农业信息领域发展的重要手段。物联网技术在农业中的应用，减少了劳动力，提升了农产品产量，使得农业从传统的人工种植，转变为高效、先进的现代化种植方式，提升了农产品的产量。农业生产是个复杂、难度极大的领域，生产过程中的各种因素都可能影响农产品的产量及质量。农业物联网已经成为物联网技术研究的一个非常重要的部分，从种植业、到养殖业等都受到了世界的关注，对其研究也日益深入。本文结合当今农业物联网发展及关键技术在关键环节的应用做出了阐述。

1 农业物联网发展现状及存在的问题

1.1 国内外发展现状

随着物联网技术在农业中的广泛应用，在互联网、数字技术以及传感技术的发展带动下，新工艺的传感器不断涌现。逐渐向嵌入式、智能化、集成化且微型化发展。目前，在传感器技术和制造工艺方面，美、日、德处于国际领先地位[1]。农业传感器技术的迅速发展，专业化程度越来越高。农业传感器的生产包含了土壤传感器、气象传感器、水体传感器、植物传感器等，随着人们对土壤重金属含量的关注，随之产生了土壤重金属检测传感器。各种精准的传感器的生产，越来越符合农业生产的复杂环境，各种检测的传感器，为农业生产数据采集提供了强大的支持。农业物联网中Zigbee无线网络实现了无线自组织数据传输，与RS485总线结合，是无线和有线数据传输有效融合，保证数据的远程传输的便捷性，稳定性。在智能控制方面，物联网的核心控制芯片研发取得了优异的进展。核心芯片融合了无线传感、控制、通信及数据处理等能力。在农业生产中的实时检测方面，20世纪70年代，国外开始对农作物生长监测进行研究并取得一定的成果，特别是欧美发达国家，如美国、荷兰等实现了机械化。欧美等国家利用卫星对大田种植进行精准作业、监测及水肥等智能监测，同时也建立了完善的生产过程。美国的农业物联网技术应用最为领先。大农场的构建采用了精准的农业模式，可以实现自动的杂草识别、精准施肥，大型的精准喷灌等。美国有15%以上的农户在农业设备上安装GPS系统，实现精准的定位。信息技术的发展推动着发达国家对农业物联网应用的健全和完善，在监测和智能管理的基础上，融合了人工智能技术，提升了传感器采集来的数据的利用，通过人工智能技术实现预测等功能，将农业物联网技术、在监测和控制的基础上结合了专家系统，有助于种植者的种植经验的提升和作物的精准管理。农业物联网技术的应用，在很大程度上推动了农业的发展。

1.2 农业物联网应用中存在的问题

我国农业物联网的应用和技术处于初级阶段，在农业生产过程中，由于大田等开放式农业生产环境的复杂性，因此在农业物联网技术在农业的应用过程中，仍然存在一些问题。在农业生产过程中的信息感知技术仍有待提高。在农业物联网的应用过程中，信息感知技术是智慧农业中非常重要的组成部分。在传感器的种类上有待增加。在农业生产过程中，农作物在种植、生长等过程中受到各种因素影响，现今比较成熟的传感器主要有光照、温湿度、pH值等传感器，而对于作物的生理生态信息、植株形态等的传感技术还不够完善[2]。在传感技术方面，传感器设备种类不够全面，不能够满足农业生产需求，精准度还有待提高。农业物联网安全方面也待提升，在完善传感设备、感知技术的同时，注重网络安全的管理。在信息处理方面，大量数据的采集和管理及分析也成为日后专家系统完善的依据，加强大数据的分析和算法应用，依据采集数据的内部联系的分析，推出做在生长过程中各种因素的关联性，为提前预测做准备。

2 物联网技术在农业领域应用

2.1 传感器技术

在农业生产过程中，影响农业生产的参数很多。包括土壤温湿度、空气温湿度、土壤酸碱度及作物生长的相关参数，而这些参数的采集均由传感器采集。传感器作为农业数据采集的最直接的部件，是农业物联网的基础。随着传感技术的研究和发展，传感器的发展逐渐向微型化、集成化发展。目前，生物传感器、微电传感器、物性型传感器应用最为广泛[3]。其中，物性型传感器主要是自身的材料敏感度的物理变化实现信号转变。而生物传感器是利用生物自身，将其作为敏感元件，根据其对外界的反应来传递信息；微机电传感器是新一代的研发技术，低成本、高可靠性、低功耗，同时传感器体积小，便于安放。各种传感器的应用有效的监测作物生长的相关参数。

2.2 信息传输技术

在农业生产过程中，生产过程的相关因素的监测是物联网农业至关重要的部分。国外的农业物联网的感知监测技术相对比较成熟，国内还在发展阶段。物联网应用过程中，数据的传输是至关重要的一部分。而无线传感网络是物联网中感知的消息传输的重要手段。在物联网的网络组建过程中是由有线网络和无线网络组成的。而无线网络是无线网络检测区较为灵活，便于管理的网络。在复杂的种植生产环境过程中，有线的网络不便于管理和布线。无线的传感网络可以在监测区域布置大量的传感节点，进行多跳式自组织成监测网络。无线传感网络构成的系统可以由无线网关、传感节点和监测中心3部分构成。作物生产需要监测的参数通过传感器节点进行采集和传输。例如土壤温湿度、空气温湿度及酸碱度等。

2.3 信息处理技术

在农业生产监控的过程中将会采集大量的生产数据，且数据具有实时、动态、海量等特点。信息处理技术就是负责将采集的数据进行收集和分析处理。利用数据挖掘等方式发觉数据内在的练习，进而发现数据间新的影响关系等。为后续的专家系统及用户的后续操作提供基础支持。信息的处理技术一般采用人工智能技术，对获得的数据进行数据的处理和分析。目前粗糙集、卡尔曼滤波[4]、动态贝叶斯等智能算法能够挖掘数据间的练习，并进行预测分析。对于海量的农业生产数据的存储、计算和相关处理工作，云计算技术能够有效的解决。同时大量涌现的云服务平台能够实现农业海量信息的存储及搜索、分析等服务。

2.4 射频识别技术

射频识别技术（RFID）是一种非接触式的自动识别技术。是物联网感知个体的主要技术。结合网络及相关通信技术能够实现全球的农产品定位和信息跟踪。射频识别技术在农产品质量安全及监测过程中起着至关重要的作用。能都对农作物进行农产品产地、加工、物流等进行全面的跟踪定位。射频识别系统的组成有3部分：电子标签、读写器及数据处理系统[5]。随着农业物联网技术的发展，射频识别技术仍有许多地方需要改进和提升。例如识别的精准度、成本及面临的信息安全等。

3 展望

物联网融合了多项的信息技术，本身就具有一定的复杂性。物联网在农业中的应用，不仅包含了自身的复杂技术，同时结合了农业生产过程中复杂的影响因素。未来农业中传感技术、定位技术、信息通信技术及云计算等将会贯穿整个农业生产过程，逐渐实现农业生产的现代化和智能化。但是，在农业物联网飞速发展的过程中，应关注农业物联网的网络安全，在完善农业物联网相关技术的基础上，更加要重视农业物联网的安全，加强安全的网络管理。农业物联网是农业生产新的变革，不仅有助于提升农业产量，同时也能够有效的提高农产品的质量，减少劳动力的付出，提高农民的收入。真正的实现农业的现代化和智能化。

参考文献

[1]唐珂.国外农业物联网技术发展及对我国的启示[J].中国科学院院刊，2013（06）：700-707.

[2]陈威，郭书普.中国农业信息化技术发展现状及存在的问题[J].农业工程学报，2013（22）：196-205.