GIS技术在精准农业模式的应用与研究

分类：论文范文 发表时间：2021-11-15 13:33

　　摘要：本文以精准农业产业特征为出发点，通过分析精准农业的含义和特征为GIS技术在其中应用的方向指明了道路，并通过农田信息采集与查询、田间精准化水肥管理以及农业病虫害监控与预报等三项GIS技术在精准农业中的具体应用形式为研究对象展开了相关研究和论述。

　　关键词：GIS；精准农业；应用

　　0.引言

　　我国作为农业生产大国其可耕种的土地资源分布较为松散，农业机械化水平较低，农业生产长期以来均以“靠天吃饭”为主，其生产过程和作业方式随意性较大，从而导致农业生产对化肥、农药、水资源的消耗量长期超标。为了实现我国农业的可持续化发展，让有限的土地能够种植更多的农作物，在近年来提出要大力发展精准农业。但是在精准农业的推广过程中，其中的精准度不仅包括对于各类农业生产信息的采集和收集，而且包括了经济合理作业方式的选择和执行。GIS技术出现为实现生产信息的收集、存储、分析、管理奠定了坚实的基础，本文将针对GIS在精准农业中的应用形式展开相应的研究。

　　1.精准农业产业特征分析

　　1.1精准农业理论发展历程

　　精准农业最初是由美国的农业学家在上世纪八十年代所提出，其是农业学家根据对农作物生产模拟实验、标准化栽培技术以及合理的水肥管理等相关学科共同发展下，从而提出了这一对农作物的栽培管理进行定位并按需定量投入的理论[1]。随着以GIS、GPS、RS等为代表的地理信息技术不断成熟和进步，其与计算机系统、机械自控系统、无线通讯技术结合的紧密程度越来越高，从而使得根据作物生长环境因素和信息的变化进行精细调控管理的精细农业理论从遥不可及的理论转变为触手可及的技术高峰。

　　1.2精准农业的含义和特点

　　精准农业又被称为精细农业，是国、内外农业科研领域的焦点。精准农业主要是利用RS进行宏观控制，用GPS精确定位地面位置，用GIS将农业生产区的地形、地貌、作物种类和长势、土壤质地和养分、水分状况等进行储存，按区内要素的空间变量数据进行计算，从而精确设定最佳耕种时间、施肥与灌溉计量、病虫害防治时机与方式等相关农业生产作业内容。精准农业主要是通过各类传感、遥感遥测技术，从而能够准确地掌握其土壤、水肥、病虫害、作物产量等在时空上的差异，从而达到以最小的生产投入获取最大经济利益与生态利益的目的。

　　2.GIS技术概述

　　2.1RS与GPS技术简介

　　RS是RemoteSensing的英文缩写是遥感遥测技术的简称，其主要通过设备从距离地表一定高度的空间收集地表发生或反射的各类电磁波信息，并通过对上述电磁波信息就西宁层层梳理、筛选从而读取部分有用的图像信息，目前已被应用于植被资源调查、作物产量估测、病虫害监测等领域。GPS是GlobalPositioningSystem的英文缩写中文名称为全球定位技术，其主要通过分布于全球上空的同步地球通讯卫星为客户提供精度较高的经纬度坐标与绝对高程信息。该技术主要被用于全球导航、大地测量测绘、野外科考、人员定位等领域。

　　2.2GIS技术特征

　　如果说RS技术是人类探知世界的眼睛，GPS技术是一枚灵敏的指南针，那么GIS技术便如同人类的大脑，其是以计算机强大的数据计算能力为先决条件，从RS与GPS两项技术所收集和提供的错综复杂的数据中甄别出与农业生产相关的特征图像信息。从本质而言，GIS技术更像是一种对空间图形数据进行分析、储存、管理的工具，因此其具有极强的分析、查询和辅助决策功能[2]。

　　3.GIS技术在精准农业生产的应用形式

　　通过上文中对于精准农业的阐述，其本质便是利用各种先进技术来精确掌握农田与农作物的各项指标，并以此为依据确定最为经济和合理的生产投入，从而在经济、环境等方面获得最高回报。目前，我国GIS技术在精准农业上的应用主要体现在农田信息采集与查询、田间精准化水肥管理以及农业病虫害监控与预报等三个方面[3]。

　　3.1农田信息采集与查询

　　农田或其他农业生产区的基础信息是开展精准化农业生产的前提条件，其基础信息的准确性和精准度直接影响着后期相关农业作业方式的开展，但是目前我国农田信息定位采集工作中存在外业作业空间定位能力较弱、定位数据密度较低等问题。不少地区虽然基本完成了农田或农业生产区的基础信息采集工作，其中往往存在数据“以点带面”的问题，从而导致数据的精度大幅下降。同时，在信息采集的过程中，相关数据必须带回超值数据中心进行再次编辑处理对信息添加地理坐标等空间信息，其在编辑和转录中部分数据会出现漏项或错项，而多次编辑转录工作也大大增加了系统数据更新的工作量从而导致系统数据更新不及时。上述问题随着近年来传感技术、多传感信息融合技术、无线通讯技术等相关技术的不断突破，使得农田基础信息的集成化采集成为了可能[4]。首先，发达的无线通讯技术大大加快了现场采集终端与后台数据库之间数据交互的能力，这使得现场终端设备不必再安装容量庞大的数据存储设备，其可直接通过无线网络访问后台数据库，并将所采集的农田基础信息上传至服务器。伴随着数据交互能力的增强，在终端研发的过程中不仅可缩减存储器的容量，而且可将部分运算任务布置在后台处理器中从而大大释放了终端的运行空间，使其能够同时处理更多的任务进程。其次，激光测量技术的普及使得农田基础信息的测量和采集工作效率得以大幅提高，利用激光测量技术能够实现农业生产区长度、面积、区域高程等相关数据的实时测量，而测量设备的小型化趋势也使其能够被应用于更多的测量载体平台，如无人机、无人船、测绘车等，进一步提升了测绘的速度和精度。最后，传统的农田信息调查采集工作通常以纸质材料进行保存，其既不利于信息的查询与调阅，又不利于信息的保管与储存，而且无法进行分析统计。利用GIS技术便可将农业生产信息与地理信息有机地结合起来，从而赋予各类农业信息前所未有的空间与时间特征。在GIS技术的应用过程中，不但可以明确农业普查区域界线、科学合理地规划现场调查路线，而且可以有效地监管农业信息普查人员的工作效率。同时，利用GIS技术还能将各类纸质的信息资料进行图形化、可视化，从而弥补传统农田信息统计数据以表格和文字材料为主的不利局面。

　　3.2田间精准施肥

　　相关资料显示我国农业生产中所消耗的化肥、农药以及水资源的消耗量远远高于欧美等发达，这一局面不但导致了我国农业生产时消耗了大量宝贵的水资源，而且超量的施用化肥农药还将造成农业生产区域内生态环境的破坏，亦提高了农业生产成本。而基于GIS技术的田间精准施肥系统主要依靠土壤水肥信息的掌握程度和定点定量施肥灌溉技术的应用。鉴于各类农业传感器和探测器的技术越来越成熟，其无论是在测量准确性、产品价格、设备稳定性等方面已取得了长足的进步，但在未与GIS技术相结合时，上述探测设备所提供的相关土壤水肥的信息仅仅是一堆指标性的数值，而结合GIS技术后所有测量数值便被赋予了独立的地理坐标信息。包含着地理坐标信息的土壤水肥数据不断通过无线传输设备上传至后台数据库，数据库则可根据相关的地理坐标信息较为便利地建立起一整片农业水肥信息监控体系。

　　3.3农业病虫害监控与预报

　　我国作为农业耕作面积较大的几个之一，但是在农业生产中却容易因各类病虫害而造成农作物的大规模减产甚至绝收，同时我国农业病虫害还具有爆发时间短、扩散速度快、受灾面积大、持续时间长等特征，其不仅与我国农业病虫害防治技术水平较低有着密切的联系，而且与我国农业病虫害监测与预报技术不完善有着一定的联系。传统的农业病虫害监测预报工作的难点在于灾情的掌握和灾情信息的数据化等内容，鉴于任何农业病虫害的爆发都存在一定的规律性，为此利用GIS技术对其灾情信息进行数据化处理并为病虫害预报和防治工作提供有力支持。

　　.结束语

　　通过上文的相关论述，不难发现在精准农业模式中推广和应用GIS技术需要采集大量的基础数据，而这些数据的采集则要耗费大量的人力和财力，因此在我国现阶段农业生产技术还较为薄弱的时期，该项技术还将长期处于探索和研究阶段，广大从业人员应在不断实践中探寻一条满足我国农业生产基本国情的应用之路。

　　同时，对节水灌溉、病虫害防治、水肥管理等领域进行重点关注，集中力量力求在上述领域中进行突破，从而弥补我国农业生产在上述领域中与发达的差距，最终实现“弯道超车”。

　　参考文献：

　　【1】陈恋,周卫军,余德,等.GIS在精准农业中的应用进展及展望[J].安徽农业科学,2015(22):352-354.

　　【2】史国滨.GPS和GIS技术在精准农业监控系统中的应用研究进展[J].湖北农业科学,2011(10):1948-1950.

　　【3】何山,孙媛媛,沈掌泉,等.大数据时代精准施肥模式实现路径及其技术和方法研究展望[J].植物营养与肥料学报,2015(6):1514-1524.

　　【4】潘瑜春,赵春江.地理信息技术在精准农业中的应用[J].农业工程学报,2003(4):1-6.

　　【5】方凡,马友华,丁文金,等.移动GIS在现代农业中的应用研究进展[J].农学学报,2014(5):86-89,95.

　　文晔王松妍

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