基于3S技术的智慧农业研究进展

　　摘要:智慧农业是智慧地球的重要组成部分，它将成为我国现代农业未来的发展趋势，以遥感、地理信息系统、全球定位系统为一体的3S技术为智慧农业的实现提供了技术支撑。本文在对国内外相关文献资料分析研究的基础上，首先探讨了遥感技术（RS）在智慧农业中土地资源信息、作物长势信息和作物生态环境信息的采集和作物产量估产、灾害损失评估中的应用。然后分析了地理信息系统（GIS）在智慧农业中信息存储、分析和智能化处理方面的应用，着重研究了农田信息可视化与专题图制作、农业信息空间分析与建模、田间管理智能决策等应用。其次又对卫星定位（GPS）技术在智慧农业中空间和时间定位、土地更新调查、监测作物产量等方面的应用进行了探讨。最后，针对3S集成技术在智慧农业中的应用进行了总体分析研究。

　　关键词:智慧农业;3S技术;空间分析;集成应用

　　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(RemoteSensing，RS，遥感；GeographyInformationSystem，GIS，地理信息系统；GlobalPositioningSystem，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[1]。

　　1RS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[2]，RS技术是智慧农业实现全面感知的核心技术之一。

　　2GIS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[2]。

　　3GPS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[2]。

　　43S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，3S技术真正将农业空间信息的精确采集和利用变成了现实[24]。李文璐在其硕士论文中以山东省东营市广饶县丁庄镇为研究对象分别对基于RS的农业资源信息感知、基于GIS的农业资源信息智能管理与决策、RS-GIS集成的农业资源动态监测以及GPS-GIS集成的土壤理化性状信息感知模式进行构建并应用[25]，为3S集成技术在智慧农业信息感知和智能化处理方面的应用提供了参考。母金梅等将3S集成技术在应用于我国作物估产、长势检测、气象和病虫害预报、精细施肥、灌溉等，达到了精准施肥、精确灌溉、节肥节水、智能决策等目的[26]，对推动3S集成技术在智慧农业的应用具有重要的理论和现实意义。

　　5结束语

　　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。

　　参考文献

　　[1]施连敏,陈志峰,盖之华.物联网在智慧农业中的应用[J].农机化研究,2013(6):250-252

　　[2]李道亮.物联网与智慧农业[J].农业工程,2012(1):1-7

　　[3]席庆云.SPOT5卫星遥感影像数据在农村土地利调查中的应用与分析[J].地球,2012(2):104-107

　　[4]邵景安.RS-inducedcharacteristicsoflandusechangeinChongqing,China[J].农业工程学报,2008,24(8):58-62

　　[5]RAbdEl-Kawy,R?dJK,IsmailHA,etal.LanduseandlandcoverchangedetectioninthewesternNiledeltaofEgyptusingremotesensingdata[J].AppliedGeography.2011,31(2):483-494

　　[6]姚远,丁建丽,阿尔达克·克里木,等.基于实测高光谱和电磁感应数据的区域土壤盐渍化遥感监测研究[J].光谱学与光谱分析,2013(7):1917-1921

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