“精细农业”发展与工程技术创新 |
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3. “精细农作”技术发展与工程技术创新 3.1 3S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20,000 km 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Ag132 12 通道GPS接收机，可接收信标台发布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Ag Navigator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300 km。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发布会上，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。 |
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