1、3S技术在农业中的应用3S技术在农业中的应用摘要：3S技术和农业是相辅相成的，农业因为3S技术有了全新的发展精准农业，同时也促进了3S技术的成熟与进步，现代农业的发展已经逐步脱离了以往落后的生产技术, 21世纪的农业要走集约化的道路, 实现节水农业、优质高产无污染农业, 需要与各种新技术的结合应用。而测绘行业的3S技术, 即全球定位系统( GPS)技术、地理信息系统(G IS)技术和遥感( RS)技术, 能为农业发展建立与其相适应的地理信息系统, 提供规划、设计、施工、管理和决策使用, 为现代农业的高科技发展提供了广阔的前景。随着技术的发展，单纯地运用 GPS、RS与 GIS中的某一种技术往往
2、不能满足综合工程的需要，不能提供精准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。这就需要把RS、GIS、GPS有机结合，综合应用，构成一个一体化信息获取、信息处理、信息应用技术系统，这是一个充分利用各自技术特点的空间技术应用体系，并逐步成为一个实践性和应用性较强的新学科，简称为“3S”集成技术。论文简要介绍了“3S”的概念及相互关系，并通过解读地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、遥感（RS）的技术特点及技术优势，结合工商管理专业阐述了“3S”技术在农业生产中的作用。同时阐述了精准农业的相关概念。关键字：3S技术，精准农业，遥感，信息处理正文：1. 3S技
3、术的概念： 3S 是全球定位系统( GPS)、地理信息系统( G IS)和遥感( RS)的统称。是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。1.1 全球定位系统( Global Positioning System )技术是美国第二代卫星导航系统, 是美国从20世纪70年代开始研制，于1994年全面建成，具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS是由空间星座、地面控制和用户设备等三部分构成的。GPS测量技术能够快速、高效、准确地提供点、线、面要素的
4、精确三维坐标以及其他相关信息，具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，广泛应用于军事、民用交通(船舶、飞机、汽车等)导航、大地测量、摄影测量、野外考察探险、土地利用调查、精确农业以及日常生活(人员跟踪、休闲娱乐)等不同领域。1.2. 地理信息系统简称GIS( Geographical Information System) 就是一个专门管理地理信息的计算机软件系统，它不但能分门别类、分级分层地去管理各种地理信息；而且还能将它们进行各种组合、分析、再组合、再分析等；还能查询、检索、修改、输出、更新等。地理信息系统还有一个特殊的“可视化”功能，就是通过计算机屏幕把所有的信息逼真地再现到地图上
5、，成为信息可视化工具，清晰直观地表现出信息的规律和分析结果，同时还能在屏幕上动态地监测“信息”的变化。总之，地理信息系统具有数据输入、预处理功能、数据编辑功能、数据存储与管理功能、数据查询与检索功能、数据分析功能、数据显示与结果输出功能、数据更新功能等。通俗地讲，地理信息系统是信息的“大管家”。地理信息系统一般由计算机、地理信息系统软件、空间数据库、分析应用模型图形用户界面及系统人员组成。地理信息系统技术现已在资源调查、数据库建设与管理、土地利用及其适宜性评价、区域规划、生态规划、作物估产、灾害监测与预报、精确农业等方面得到广泛应用。1.3. 航空航天遥感(RS)技术是通过遥感平台(像卫星、飞
6、机、气球等)稳定地运载传感器, 来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波, 并按照一定的规律转换为原始图像, 从而提取这些物体的信息, 完成远距离识别物体。遥感技术可用于植被资源调查、气候气象观测预报、作物产量估测、病虫害预测、环境质量监测、交通线路网络与旅游景点分布等方面。例如，在大比例尺的遥感图像上，可以直接统计烟囱的数量、直径、分布以及机动车辆的数量、类型，找出其与燃煤、烧油量的关系，求出相关系数，并结合城市实测资料以及城市气象、风向频率、风速变化等因数，估算城市大气状况。同样，遥感图像能反映水体的色调、灰阶、形态、纹理等特征的差别，根据这些影像显示，一般可以识别水体的污染源、污染范
7、围、面积和浓度。另外，利用热红外遥感图像能够对城市的热岛效应进行有效的调查。2. 3S技术在农业中的应用：2.1. 农业资源的清查、核算、评估与监测通过对RS系统提供的农业资源的遥感图像、图片等信息进行判读解译、图像分类处理以提取专题信息, 及时更新GIS数据库, 对农业资源质和量的变化进行动态的监测, 调整各种图件, 达到对农业资源的清查及核算; 利用GIS系统的空间分析和制图功能, 制作各种资源要素的图件, 诸如土地利用现状图、植被分布图等专题信息图; 并可进行多种专题图的叠加而获得综合信息; 在资源清查和动态监测基础上, 借助资源分析与评价模型, 基于GIS强大的数据管理与空间分析功能,
8、 即可以对具有时空变化特点的农业资源进行存量和价值量的测算, 进行资源现状、潜力和质量的客观评估, 真实地反映农业资源的状况, 不仅快速、准确, 而且现势性好、时效性强, 为科学利用和管理农业资源提供了强有力的决策依据。2. 2. 作物估产与长势监测作物长势监测是一个动态过程, 利用RS多时相的影像信息, 就能够反映出宏观植被生长发育的节律特征; 解译RS影像信息, 在GIS中对各种数据信息进行空间分析, 识别作物类型, 统计量算出其播种面积, 分析作物生长过程中自身的态势和生长环境的变化; 发挥GIS系统的模型功能, 构建出不同条件下作物生长模型和多种估产模式, 把上述因素信息引入模型中便能
9、估算出大面积作物的产量和实时监测作物生长态势。2. 3. 农业气象中的应用遥感是获取地表各类地物和现象实时信息的重要手段。多年来，农业气象工作者不断开拓遥感技术(RS)应用 领域，在作物和牧草动态监测与估产、土壤湿度监测、大面积旱涝灾情监测、森林草原火险监测等研 究方面取得了丰硕成果，并通过遥感监测业务系统的建立和完善，取得了明显的业务服务效益。近几年来，农业气象遥感监测技术应用领域进一步开拓，提出了定量遥感反演农田作物蒸腾和土 壤水分利用率区域分异的方法，探讨了基于植物光 谱诊断原理的作物水分和氮素遥感实时监测和快速诊断的研究重点与研究方向。另外，还进一步加 强了与地理信息系统(GIS)和全
10、球定位系统(GPS) 技术结合进行遥感监测的研究，如基于GIS技术的旱灾遥感监测研究、3S一体化技术支持下的山区 复杂地貌类型农作物估产研究、基于GIS技术的水稻遥感估产最佳时相选择研究等，GIS和GPS技术的应用进一步提高了遥感监测的精度和可靠性2. 4. 在农业节水方面的应用应用“3S”技术建立“土壤墒情监测网系统”，对全国农田墒情进行监测，为农业灌溉用水和抗旱减灾服务。在监测土壤墒情的同时，与当时当地的作物需水量相结合，可科学确定灌溉用水计划。目前发达国家的一些先进灌区以土壤墒情监测作为灌溉用水管理的主要依据，根据气象观测资料、土壤墒情资料、作物长势资料等确定作物的灌溉水量及灌溉时间，及
11、时提供用水信息，从而使农业灌溉管理更加科学、精确。我国农业结构和水土资源分布具有很强的区域性，各地区发展不平衡，应当根据不同地区的自然经济状况，包括水资源状况、气候条件、农业生产经营方式、作物种类、经济发展水平等，科学确定不同地区、不同阶段的节水灌溉发展模式。 3. 基于“3S”技术的精准农业世界农业的发展大致历经了三个阶段：原始农业、传统农业、现代农业。信息化与现代农业的结合是未来农业的发展方向。精准农业就是信息技术应用于农事管理的现代化农业技术，是当今农业发展的新潮流。它的兴起引起了一场真正意义的农业技术上的革命。 精准农业是数字农业的重要组成部分，是现有农业生产措施与新近发展的高新技术的
12、有机结合，其核心技术是由地理信息系统（GIS）、全球卫星定位系统（GPS）、遥感技术（RS）组成的“3S”集成技术。利用“3S”集成技术可以做到监测农作物产量分布、土壤成分和性质分布、做到合理施肥、播种和喷洒农药，节约费用、降低成本、达到增加产量提高效益的目的。正是3S技术和计算机控制技术的快速发展极大地促进了精准农业在世界范围内的广泛研究和应用。可以说3S技术是精准农业的基本工具。3.1 地理信息系统（Geographic Information System，GIS） 地理信息系统是实现精准农业概念的核心系统。它可以用于农田数据管理，查询土壤、自然条件、作物苗情、作物产量等，并能够方便的绘
13、制各种农业专题地图，也能采集、编辑、统计分析各种不同类型的空间数据。在精准农业中地理信息系统还应用于绘制作物产量分布图和进行农业专题地图分析。通过地理信息系统提供的覆合叠加功能，将不同农业专题数据组合在一起，形成新的数据集。例如，将土壤类型、地形、作物覆盖数据采用覆合叠加，建立三者在空间上的联系，可以很容易分析出土壤类型、地形、作物覆盖之间的关系。对于某一管理措施做出的实施计划也用GIS系统管理。以施肥为例，按照某一地块的土壤测试结果、历年施肥历史和产量情况（均以GIS图层表示），制定出当季在不同位点上各种养分的适宜适用量，做成GIS施肥操作指导系统（图层），然后转移到自动控制变量施肥机上，实
14、施该地块的自动变量平衡施肥。 3.2 全球卫星定位系统（Global Positional System, GPS）GPS系统在精确农业实施过程中异常重要，它一方面将农田各种信息给予准确定位，并输入到GIS，另一方面也是农机作业轨迹的依据。在翻耕机、播种机、田间取样机、施肥喷药机、收割机等机具上安装上 GPS接受器，可以准确指示机具所在位置的坐标，使操作人员可以按计算机上GIS操作指示图进行定点作业。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差分校正全球卫星定位技术（DGPS，Differential Global P
15、ositioningSystem）产品。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。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“精准农业”，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。 3.3 遥感技术（Remote Sensing，RS）遥感技术是未来精准农业技术体系中支持大面积快速获得田间数据的重要工具。它可以提供大量的田间时空变化信息。遥感在精准农业中的主要用途，在于利用高分辨率遥感信息，获取小
16、区域长势与背景的差异，从而提供精准农业实施定位处方农作所需的信息。在精准农业中它的应用主要体现以下几个方面： 作物长势及其背景的监测：运用高分辨率（米级分辨率）传感器，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依据； 作物冠层多光谱监测：运用地物光谱仪和多光谱相机获取的信息，监测叶绿素密度的变化，并分析其变化与养分的关系； 测定叶绿素的含量：该项工作与光谱测量同步，对鲜叶生物量及叶绿素含量进行测量，测定叶绿素a、叶绿素b的含量，分析叶绿素含量与反射光谱的关系； 应用多种遥感信息，分析叶绿素含量、叶绿素密度与干物质积累的关系； 运用多光谱遥感信息（
17、红外波段），在有作物条件下监测土壤水分的理论与方法。 4. 精准农业中的“3S”整体集成 在精准农业中，单纯地运用 GPS、RS与 GIS中的某一种技术往往不能满足综合工程的需要，不能提供精准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。这就需要把RS、GIS、GPS有机结合，综合应用，构成一个一体化信息获取、信息处理、信息应用技术系统，这是一个充分利用各自技术特点的空间技术应用体系，并逐步成为一个实践性和应用性较强的新学科，简称为“3S”集成技术。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，
18、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和GIS综合系统中处理的空间数据获得准确的空间坐标提供了获取和定位手段，并且可以作为一个数据源为 GIS提供相关数据，三者已发展成为不可分割的整体，相互渗透相互补充。5.总结 经过这一个学期的学习，我了解了很多3S技术和精准农业的知识，虽然我是经济学的一名学生，但仍受益匪浅，目前3S技术正在渐渐大众化和商业化，精准农业已经成为继现代农业后的必然，随着我国3S技术的成熟，在将来也一定会实现精准农业，从我们角度来看，我们可以通过3S技术对农业的产量，地区分布提供的信息进行分析和总结，从而对农业生产进行更好的规划，为农民提供更加具体和全面的
19、建议，从而避免现在我国农业的这种资源浪费状况，避免菜贱伤农的发生。并提高农业生产的效率，因地制宜！参考文献：1 汤国安 ,赵牡丹地理信息系统.北京 科学出版社 ,2002. 2 罗云启 ,罗毅数字化地理信息系统北京希望电子出版社 ,2001. 3 刘光地理信息系统二次开发教程(语言篇 )清华大学出版社 ,2003.4毛政元，李霖“3S”集成及其应用华中师范大学学报，20095 陈梅芬,赵兰坡吉林省黑土区玉米精准施肥技术研究与应用 .吉林农业大学学报 ,20086 金继远精准农业及其在我国的应用前景植物营养与肥料学报,20097 王人潮,史舟农业信息科学与农业信息技术 中国农业出版社,20028 shenjingzi3S技术 XX百科，20109 陈斓 精细农业及其技术思想 云南农业出版社 ,200510 张纯结基于GIS的精准农业发展模式 华中师范大学 2008
