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聚焦农业
- 3S技术助推智慧农业蓬勃发展发表日期：2017-06-20 来源：托普物联网 浏览次数：4486次我国十分重视农业信息化的发展，2005~2013年中央1号文件均提出要积极推进农业信息化。加大农业科技创新、加强农业信息基础建设、促进农村信息化和发展现代农业已成为我国新时期的重大历史任务。随着3S(Remote Sensing，RS，遥感；Geography Information System，GIS，地理信息系统；Global Positioning System，GPS，全球定位系统)、物联网、云计算等技术的在农业领域的应用，传统农业正在加快向现代农业转型，智慧农业成为现代农业未来发展的趋势。
一、RS技术在智慧农业中的应用
RS技术是指以飞机、人造地球卫星、航天飞机等为运载工具，通过其上安装的探测仪器，获取和记录地球表面上物体或景观的电磁辐射信息，并经过信息的传输及处理，识别出地物或景观的属性、分布及其发展演化的规律，进而对地球的资源、环境等进行研究分析的综合技术。农业信息全面感知是智慧农业的基础，是整个智慧农业链条上最基础的环节，RS技术在智慧农业中利用高分辨率传感器，采集地面空间分布的地物光谱反射或辐射信息，在不同的作物生长期，实施全面监测，根据光谱信息，进行空间定性、定位分析，为定位处方农作提供大量的田间时空变化信息，RS技术是智慧农业实现全面感知的核心技术之一。
土地资源信息感知是农业信息感知中的重要组成部分，是智慧农业实现的基础保证。遥感具有采样范围大的特点，可以在较大范围内对农业资源进行快速调查。而随着遥感影像分辨率的不断提高，农业资源调查的精度也在不断的提高。
不同的作物具有不同的光谱反射特性。不同的作物生长阶段和环境的差异也会引起光谱反射特性的变化。作物长势是作物生长发育状况评价的综合参数，长势监测是对作物苗情、生长状况与变化的宏观监测。利用RS技术对作物生长的不同阶段进行监测，获得不同时间序列的图像，结合由物联网技术得到的监测数据判定它的营养、水分状况及生理状况，自动进行液体肥料施肥、自动灌溉、自动降温、自动喷药等自动控制。
作物生态环境信息感知。对比于物联网的无线传感节点，遥感可以在大范围上把握农作物的生态环境信息。应用RS技术可以实时监测土壤侵蚀面积、土地盐碱化程度及其变化趋势，也可以对土壤水分、养分和水体环境及水体污染等作物生态环境进行动态监测。
作物产量估产。作物产量是重要的经济情报，因此每个国家都很重视作物产量的估算。生产者可以根据各种植被指数，如：比值植被指数（RVI）和归一化植被指数（NDVI）等来估算农作物产量，实施农业宏观调控。
灾害损失评估。气候异常、极端天气等自然灾害影响着作物的生长，RS技术可以监测与定量评估作物受灾程度。利用RS技术提供的信息结合作物的生长日历特点可以较准确的评估作物受灾害面积及程度，针对具体受灾情况，进行补种、浇水、施肥或排水等灾后生产自救措施，尽可能的减少损失。
二、GIS在智慧农业中的应用
GIS是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。由于物联网和遥感技术在智慧农业中的深化应用，农业信息具有了多种数据采集的手段和感知终端，所以智慧农业庞大的数据集有着比以往更大的容量、更高的多样性和复杂性。要想使这些大数据更好的服务于农业，必须要从农业大数据产生、存储、分析、管理等各个角度管理好这些大数据，因此农业信息的智能处理与分析是智慧农业建设中需要解决的重要问题。GIS作为智慧农业的核心组件，将RS、GPS、专家系统、决策支持系统等组合起来，可以实现农业信息的存储、分析和智能处理。
农田信息可视化与专题图制作。与一般的信息系统相比较，GIS具有空间信息可视化功能，它可将获取的各种田间信息图形化，绘制各种田间信息的空间分布图，以二维平面、三维立体以及动态等方式形象展现，便于用户直观分析、查询和统计。GIS具有制图功能，它可以将各种专题要素地图组合在一起，产生新的地图，为智慧农业信息提供一个直观的展示平台。
农业信息空间分析与建模。农业信息空间分析与建模是智慧农业智能决策的技术基础。GIS针对数据存储格式的不同，提供了多种不同类型的空间分析方法。在农业领域较为常用的空间分析方法包括空间插值、缓冲区分析、叠置分析、地形分析、流域分析以及空间统计分析。这些空间分析方法可以与各种专项模型相结合，进行农业信息的预测、评估以及划分等，为农业决策提供实时、可靠和快速的依据。
田间管理智能决策。智能决策是农业智慧化的关键，GIS能监测农田土壤养分、水分、虫害等的变化情况，根据获取的农田信息的实际情况，绘制地形图、农田信息分布图等，制定施肥、喷洒农药、灌溉等科学管理方案。
三、GPS在智慧农业中的应用
GPS可以提供实时、全天候和全球性的导航、定位、定时服务。农业信息空间和时间变化量的采集是实现智慧农业的关键之一，GPS在智慧农业中具有核心地位，其实时定位和精确定时功能可为智慧农业提供实时、高效、准确的点位信息，从而实时地对农田水分、肥力、杂草和病虫害、作物苗情及产量等进行描述和跟踪；为农机作业提供高效导航信息，使农业机械将作物需要的肥料送到准确的位置，将农药喷洒到准确位置。
空间和时间定位。智慧农业中GPS主要用于定点定位，即测量指定点的经度、纬度和高程，以确定其具体位置。如：用来确定田间地块土壤信息采样点位置，然后结合其土壤的含水量、氮、磷、钾、有机质、病虫害等不同信息的分布情况，辅助农业生产中的灌溉、施肥、喷药等田间操作。另外在翻耕机、播种机、田间取样机、施肥喷药机、收获机等农具上安装GPS，可以精确指示机具所在位置坐标，对农业机械田间作业和管理起导航作用，如行驶中如何转向、何时转向。
土地更新调查。GPS在土地数据采集中的应用常常分为两种情况：一是直接用GPS技术对土地空间数据作实时更新和采集；二是把GPS接收机的实时差分定位技术与地理信息系统的电子地图相结合，组合成各种土地数据的野外测量系统；另外GPS还可以直接应用土地空间数据的采集，提供辅助的定位数据，可大大提高成果数据的精度和应用范围。
监测作物产量。结合GIS监测作物产量，并绘制作物产量分布图。在作物田间收割时，联合收割机上装有的GPS接收机记录下该植株所处位置，利用产量监测器记录下植株产量，并通过计算机绘制出每块土地的产量分布图。
四、3S技术的集成应用
RS具有周期性、大范围、多时相、多波谱、高分辨率地获取地面物体面状信息的特点，可以获取农田作物的生长环境、生长状况和空间变异的大量时空变化信息；GIS在存储管理和分析处理空间点、线、面信息方面具有强大的空间与属性信息一体化处理能力，可以建立农田土地管理、自然条件、作物产量的空间分布等空间数据库；GPS具有全球性、全天候、高精度实时动态地获取全球范围内任意实体点、线信息的优势，可以准确获取农田信息并快速定位。在智慧农业中，单纯地运用RS、GIS与GPS中的某一种技术往往不能满足需要，不能提供智慧农业实施过程中所需要的对地测量、存储管理、信息处理、分析模拟的综合能力。将RS、GIS、GPS有机结合，构成一个一体化信息获取、处理、应用的技术系统。在3S集成技术中，RS是GIS的一个重要数据源和强有力的数据更新手段，GIS作为一种空间数据管理、分析的有效技术，可以为RS提供各种有用的辅助信息和分析手段，而GPS则为RS、GIS系统中处理的空间数据获得准确的空间遥感影像和辅助数据进行农作物受洪涝灾害后的损失情况估测，并建立了相关模型，与基于NDVI方法的结果相比，该模型的准确率为66%，提高了32个百分点。
我国是一个农业大国，各地区农业资源条件差异显著。智慧农业的建设对我国农业增产、农民增收以及实现我国耕地总量动态平衡具有重要意义。随着空间信息技术的日益发展和完善，3S技术作为智慧农业的技术基础和核心将得到迅速发展，一方面智慧农业的研究和建设为3S技术的发展创造了条件，另一方面3S技术的发展为实现智慧农业的全面感知和智能处理提供了技术支撑。目前3S技术在智慧农业的应用研究已经取得了一定的成绩，但是由于受现有的农业经营体制限制，在农业领域的应用还不够深入，具体应用方案和技术还需要进行不断地探索和研究。
