精准农业概论范文

前言：我们精心挑选了数篇优质精准农业概论文章，供您阅读参考。期待这些文章能为您带来启发，助您在写作的道路上更上一层楼。

第1篇

关键词：3S技术集成；精准农业；应用；研究进展

一、前言

“3S”技术是以遥感技术（RS）、地理信息系统（GlS）、全球定位系统（GPS）为基础,将RS、GlS、GPS三种独立技术领域中的有关部分与其它高技术领域（如网络技术、通讯技术等）有机地构成一个整体而形成的一项新的综合技术。它集信息获取、信息处理、信息应用于一身,突出表现在信息获取与处理的高速、实时与应用的高精度、可定量化方面。

在信息社会，精准农业代表着农业发展的方向，精准农业的诞生和发展受到3S单项技术的推动，目前国内外关于精准农业的研究，主要内容仍然集中在3S技术利用上。

近年来，随着电子计算机技术、无线电通讯技术、空间技术及地球科学的迅猛发展，3S技术已从各自独立发展进入相互融合、共同发展的阶段，并且在农业生命科学、交通网络、环境监测、资源调查、区域管理、城市规划等诸多领域里得到了迅速广泛的应用。3S技术的集成为精准农业的发展提供了科学而适用的技术方法和手段，它不仅可为精准农业工作提供及时、可靠的基础信息，而且还可对所获取的信息进行综合分析、处理，其应用前

景非常广阔。

二、3S技术及其集成

（一）遥感技术（RS）

遥感（Remote Sensing，RS）是指从远距离高空以及外层空间的各种平台上利用可见光、红外光、微波等电磁波探测仪器，通过摄影、扫描及信息感应、传输、处理，从而研究地面物体的形状、大小、位置及其环境的相互关系的现代科学技术。现代遥感技术将向集多种传感器、多级分辨率、多光谱段和多时相为一体的方向发展，并将与GPS、INS、CCD等技术结合，从而以更快的速度、更高的精度和更大的信息量来获取对地观测数据。

（二）全球定位系统（GPS）

全球定位系统（Global Positioning System，GPS）是美军自70年代初期开始研制的新一代卫星导航和定位系统。

其基本工作原理是通过GPS接收机接收GPS卫星发射的导航电文，获得必要的导航信息及观测量，再经数据处理，从而完成导航和定位工作。目前，GPS可满足高精度实时数据采集的精度要求。

（三）地理信息系统（GIS）

地理信息系统（Geographic Information System,GIS）是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。GIS有两个显著特征：一是它不仅可以像传统的数据库管理系统（DBMS）那样管理数字和文字信息（属性信息），而且可以管理空间信息（图形信息）；二是它可以利用各种空间分析的方法，对多种不同的信息进行综合分析，寻求空间实体间的相互关系，分析和处理在一定区域内分布的现象和过程。

目前，GIS正向多功能、高精度、现势性强的时态GIS（TemporalGIS，TGIS）方向发展。

（四）RS、GPS、GIS技术集成

GPS提供适时而准确的定位信息，对于空间数据的确定有特殊的意义；RS技术利用某些仪器设备在不与被研究对象直接接触的情况下收集数据，通过处理分析最后提取和应用有关对象信息，是一种高效的信息采集手段，具有极高的空间、时间分辨率；GIS是利用现代计算机图形和数据库技术来输入、存储、编辑、查询、分析、决策和输出空间图形及属性数据的计算机系统，即RS发现变化、GPS测量变化区域、GIS统一管理数据，形成“一个大脑，两只眼睛”的框架。

以GIS为核心的3S技术集成，构成了对空间数据适时进行采集、更新、处理、分析及为各种实际应用提供科学决策的强大技术体系。

三、精准农业及其产生背景和国内外发展现状

（一）精准农业的概念

“精准农业”也被称为因地制宜农业（Site Specific Farming）、处方农业（Prescription Farming）。精准农业的含义是按照田间每一操作单元的环境条件和作物产量的时空间差异性（Temporal and Spatial Variability），精细准确地调整各种农艺措施，最大限度地优化各种投入（水、肥、种子、农药等）的量、质和时机，以期获得最高产量和最大经济效益，同时保护农业生态环境，保护土地等农业自然资源。

精准农业要求实时获取地块中每个小区（每1m2到每10Om2）土壤、水、农作物、光、热等信息，诊断作物长势和产量在空间上差异的原因，并按每一个小区做出决策，精确地在每一个小区进行施肥、灌溉、杀虫、除草、播种、耕作、收获等。

精准农业要求实现三个精确：一是定位的精确，精确确定灌溉、施肥、杀虫等的地点；二是定量的精确，精确确定水、肥、药、种子等的施用量：三是定时的精确，精确确定各种农艺措施实施的时间。

（二）精准农业的产生背景和国内外发展现状

1、产生背景。传统农业把耕地看作是具有作物均匀生长条件的对象进行管理，采用统一的耕作、播种、灌溉、施肥、喷药等农艺措施。传统农业一直忽视作物和资源环境的时空差异性，实行大田均匀施肥、均匀灌溉、均匀喷药等统一的农艺措施。为了从根本上解决传统农业存在的问题，随着信息技术、人工智能化技术、计算机网络技术和自动化技术的发展和应用普及，美国农业工作者于20世纪90年代初倡导并实施了精准农业。

2、国内外发展现状。精准农业目前在发达国家发展十分迅速，美国国家研究委员会1997年已建议将PA的研究与发展纳入国家发展战略。日本政府专门启动了“2l世纪农业机械开发课题”，也将PA的相关技术研究列入计划。我国精准农业的研究和应用尚处在起步阶段，但已引起各方面的重视。2O02年国家科技部批准在北京农业科学院成立了“国家农业信息化工程技术研究中心”，中国农业大学成立了“精确农业研究中心”。“十五”期间，现代农业信息技术与精准农业列入了国家高技术研究计划（“863”计划）。

四、3S技术集成与精准农业

精准农业是基于作物和资源环境的时空差异性，以最小投入、最大收益和最小环境危害为目标，以管理信息系统（MIS）、计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以3S技术为核心，以宽带网络为纽带，运用海量农业信息对农业生产实行处方作业的一种全新农业发展模式。

（一）作为精准农业的核心技术的GIS在精准农业中的具体应用表现

1、对GPS和传感器采集的各种离散性空间数据进行空间差值运算，形成田间状态图，如土壤养分分布图、土壤水分分布图、作物产量分布图等。

2、对点、线、面不同类型的空间数据进行复合叠置，为决策者提供数字化和可视化分析依据。例如，不同作物由于其不同的生物特性对土壤类型、土壤养分、耕作层深度、水分条件、光热条件、有效积温等均有不同的要求，在进行作物种植规划和布局时，只需将上述各专题图层利用GIS的叠加功能，就可以快速、准确地确定出各种作物的最佳生物布局，如果再将市场、运输等社会经济条件专题图与最佳生物布局图叠加，就可进一步规划出作物的最佳经济布局。

3、利用GIS的缓冲区分析功能，能直观地显示分析灌排系统的控制范围、水肥的有效渗透区域、病虫害的扩散范围以及周围环境对作物生长的影响范围等。

4、利用GIS的路径分析功能，能够快捷地确定出农道、水系、机井等各种农业基础设施的最佳空间布局和机械喷施农药、化肥以及收获作物的最佳作业路线。

5、与专家系统和决策支持系统相结合，生成作物不同生育阶段生长状况“诊断图”（Diagnosis Maps）和播种、施肥、除草、中耕、灌溉、收获等管理措施的“实施计划”（Action Plan）。

6、利用GIS的数字高程模型（DEM），计算作业区的面积、周长、坡度、坡向、通视性等空间属性数值。

（二）精准农业的关键技术需要GPS

精准农业的关键技术之一是实时动态地确定作业对象和作业机械的空间位置，并将此信息转变为地理信息系统能够贮存、管理和分析的数据格式，这就需要采用GPS。

GPS在精准农业中的主要作用有：精确定位水、肥、土等作物生长环境的空间分布；精确定位作物长势和病、虫、草害的空间分布；精确绘制作物产量分布图；自动导航田间作业机械，实现变量施肥、灌溉、喷药等作业。为实现上述功能，需要将GPS接收机和田间变量信息采集仪器、传感器以及农业机械有机的结合起来。安装有GPS接收机的农田机械及田间变量信息采集仪器，除能够不问断地获取土壤含水量、土壤养分、土壤压实、耕作层深度和作物病、虫、草害以及苗情等属性信息，与此同时还同步记录了与这些变量相伴而生的空间位置信息，从而为进一步生成GIS图层和专家决策提供了基础数据。

（三）卫星遥感是精准农业农田信息采集的主要数据源

卫星遥感具有覆盖面大、周期性强、波谱范围广、空间分辨率高等优点，是精准农业农田信息采集的主要数据源。

遥感技术在精准农业中的作用主要表现在以下几个方面：

1、农作物长势监测和产量估算。作物在生长发育的不同阶段，其内部成分、结构和外部形态特征等都会存在一系列的变化。叶面积指数（LAI）是综合反映作物长势的个体特征与群体特征的综合指数。遥感具有周期性获取目标电磁波谱的特点，因此通过建立遥感植被指数（VI）和叶面积指数（LAI）的数学模型，就能够监测作物长势和估测作物产量。

2、土壤水分含量和分布监测。在植被条件和非植被条件下，热红外波段都对水分反映非常敏感，所以利用热红外波段遥感监测土壤和植被水分十分有效。

3、作物水分亏缺监测。干旱时，作物供水不足，一方面作物的生长受到影响，植被指数降低，另一方面由于缺水，没有足够的水分供给植物蒸腾蒸发，迫使叶片关闭部分气孔，导致植物冠层温度升高，因此通过遥感植被指数和作物冠层间数学模型的建立，能够监测作物水分的亏缺。

4、作物养分监测。作物养分供给的盈亏对叶片叶绿素含量有明显的影响，通过遥感植被指数与不同营养素（N、P、K、Ca、Mg等）数学模型的建立，能估测作物营养素供给状态。研究表明，遥感监测作物氮素营养水平的精度比监测其他营养素的精度高。

5、农作物病虫害监测。应用遥感手段能够探测病虫害对作物生长的影响，跟踪其发生演变状况，分析估算灾情损失，同时还能监测虫源的分布和活动习性。

（四）3S技术集成优势

GPS的优势是精确定位，GIS的优势是管理与分析，RS的优势是快速提供各种作物生长与农业生态环境在地表的分布信息，它们可以做到优势互补，促进精准农业的发展。如GPS和GIS结合提供了科学种田需要的定位和定量进行田间操作与田间管理的技术手段。RS与GIS结合提供了多种数据源，为建立农田基础数据库奠定了基础。

五、结论

3S技术集成为精准农业的发展提供了科学适用的技术方法和手段，其应用前景非常广阔。与此同时，3S技术集成在精准农业应用中也存在许多亟待解决的问题，需要通过深入开展遥感机理和农业遥感图像解译机理研究、进一步提高农田作业定位精度、加强农田基础数据库自动更新研究、更加重视新型农田机械与3S技术集成的整合等方法与途径来解决。

参考文献：

1、邝朴生,蒋文科等.精确农业基础[M].中国农业大学出版社,1999.

2、承继成.精准农业技术与应用[M].科学出版社,2004.

3、刘金铜,谢高地等.精准农业概论[M].气象出版社,2002.

4、王长耀,牛铮等．对地观测技术与精细农业[M].科学出版社,2001.

5、王人潮,史舟等.农业信息科学与农业信息技术[M].中国农业出版社,2002.

6、张学俭.精准农业与3S技术[J].宁夏农林科技,2006(3).

7、郑可锋,祝利莉等.数字农业技术研究进展[J].浙江农业学报,2005(3)．

第2篇

[中图分类号] S451.21 [文献标识码] A [文章编号] 1003-1650 （2015）05-0090-01

1 国内环境及国家政策

在过去的几十年间，我国的农业生产发生了巨大的变化，农业生产的科技含量得到了很大的提高，高新技术在农业生产中得到了广泛的推广和应用。中国传统的粗放型作业方式正向“高产、优质、高效、持续"的精确节约型方向转变。瑕不掩瑜，加入世界贸易组织之后，我国农业仍面临着不小挑战――农田除草方面与西方国家的农业科平仍有很大差距。我国对株间除草应采取“以防为主，综合防治”的策略，优先采用农业、物理防治，积极采用生物防治和生态防治，合理应用化学防治技术。因此，我国农业科技创新必须立足于研发无污染、低能耗、智能化的机械式机器人。

全国农机购置补贴暨农机化工作座谈会召开，其主要任务是，深入贯彻党的十八届三中全会及中央农村工作会议、全国农业工作会议精神，总结交流2013年农机化工作和农机购置补贴政策落实情况，研究农机化发展重要问题。关于当前的农业机械化发展形势，农业部副部长张桃林表示，在党的强农惠农富农政策有力促进下，我国农业机械化取得了巨大成绩，得到了长足发展。

2 产品及技术介绍

产品为可拆卸的智能株间除草装置。图（1）为一个简易模型，仅供参考。

图（1）

可拆卸的智能株间除草装置可安装在家用拖拉机上，由多关节机械臂、末端执行器、雷达、嵌入式开发板、电机等组成。通过各部分的配合与响应，进行株间、行间的除草以及冠下的清耕等作业。

本组采用可安装在拖拉机或其他农业机器上的可拆卸装置，利用单片机原理进行控制，通过传感、识别等技术利用机械臂、刀片等装置进行除草，具有极大优势：（1）用简单的操作方法即在作业部进行除草机或中耕机的更换。所以， 很容易对应于不同的栽培方式，节约了大量人力、物力和财力。（2）不仅可实现多方面的株间、行间的同时除草，而且可完成树冠下清耕等管理作业。提高作业效率和资材的有效利用，实现了一定意义上的节能减排。

精准农业[1]（Precision Agriculture）是20世纪80年代初，从农业生产领域发展起来的一门跨学科的研究领域。精准农业中的智能化农机具[2]在农田中指装有全球卫星定位仪、产量传感器及监视器的联合收割机及带有自动装置的播种机、施肥机以及其他与拖拉机配套的农机具。

精准机械式除草技术是精准农业的重要课题之一，其核心是获取农田中杂草的位置信息，通过除草执行机构，将杂草的茎铲断。此过程没有了农药的使用，改善了农业生态环境，提高了农产品的质量；同时通过智能化的除草执行装置，实现了除草作业的低能耗和低碳化，从而促进了农业生产现代化和可持续发展。

除草机器硬件部分由主体、多关节机械臂、末端执行器等组成。软件部分主要包括导航控制和杂草检测。各种部件的联系极为重要，其中主体由客户已有的家用拖拉机担任。将可拆卸的智能株间除草装置安于主体上便可进行工作。由雷达检测装置周围植株并判断距装置的距离，将数据传到控制核心（由运行XP系统的嵌入式开发板承担）后进行分析，再由电机控制主体自主行走和机械臂升降，伸展与收缩，从而达到除草目的。另外，装置中的下位机系统采用稳定性高的 PLC 和人机界面搭建，中间继电器和一些开关、按钮等。车辆行进过程中装置周围环境的检测由雷达检测。

3 发展方向

杂草综合治理体系的主要环节[3]有：增强作物群体生长势；减少杂草密度；削弱杂草群体生长势等。由此，许多方法应运而生。如覆盖治草、人工除草、机械除草、化学除草、生物治草等。传统的人工除草费时费力，工作效率低，不利于现代农业的发展；化学除草广泛被人们接受，其带来高效和经济效益的同时，也伴随着严重的消极影响[4]：农田杂草抗药性明显增强，抗性杂草的数量增多，抗除草剂的杂草种类明显增加；除草剂混用不合理，从而药效差、造成药害；在土壤中残留时间长，对后茬作物造成药害。这些已给农业生产造成了严重损失，并严重影响了农业种植业结构调整，同时也违背了农业可持续发展宗旨。为了在对环境污染最小，低碳排放，促进农业生产现代化和可持续发展的前提下，达到最佳的除草效果，对机械式田间除草机械的研究已成为一种趋势。所以说智能株间除草机具有更广阔的前景。

参考文献

[1]陈桂芬等，《数据挖掘与精准农业智能决策系统》，科学出版社，2011

[2]刘金彤等，《精准农业概论》，气象出版社，2002

第3篇

关键字：建筑、精确性、环境设计

Abstract: Aiming at the construction of resource and environmental problem, put forward architecture and environment design should increase the " precision " principle and countermeasures. Accuracy refers to the design to the accurate extraction of different kinds of factors, the precise analysis of factor interaction mechanism and interaction, fine integration of factors, and with fine rules, precision standard for accurate description and expression of the content of design of precision design connotation, property, basis, effect and value are put forward, to guide the various types of engineering and environmental design to the depth direction of development, advancing the " precise construction industry " development.

Keywords: construction, accuracy, environment design

中图分类号：TU972+.12文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

由于人类自身需求的增长和消费的不断膨胀,使人居建筑与环境建设得到了空前大发展.面对建设空前膨胀,人本需求升级,资源危机,环境严重污染,自然生态的破坏,以及科技成果广泛应用和研究手段的现代化、自动化和数字化,人居建筑与环境的未来发展倍受关注.走可持续发展之路已得到人们的普遍认同.因此建立可持续发展的人居建筑与环境发展模式已成为带有战略性和关键性的课题.设计是建设模式的先导和表达,可持续的发展模式应以具有可持续性的设计为先导和示范.但如何结合本国、本地区的实际情况实施可持续性设计?切入点从那里开始可以有较大的突破?如何从宏观和微观两个方面进行有效的实施?如何进一步发挥建筑学科的作用?当前比较时尚的生态建筑、绿色建筑、健康建筑、智能型建筑、节能建筑,可持续性发展的建筑等,如何确切定义、评价和经济估算?如何推广应用和普及?这些都是当前发展中亟待解决的现实问题.

1精准性的内涵“精准性”内涵是指在设计的全过程中精细准确地确定相关决定因子,精确分析要素之间相互作用的机理和互动程度,精巧地整合诸因子,提出精确的设计指标体系和目标体系,选用精良的建筑用材、设备用品、绿化物种等,通过精心策划和精致工艺制造,达到精简节约各种生态资源,建造精美舒适的生存环境,使人居建筑成为真正意义上的精品的目的.而且设计应为加工及使用管理过程中实施精良管理和总量、分量的有效控制提供前提和基础.各地区也‘应形成具有当地地域、环境、经济、人本特性的设计精细准则、精量标准和实施方案.设计“精准性”的内涵构成了一个复杂的巨系统,实现“精准性”是一次变革的过程和一次革命的过程.如当前我国正在贯标实施中的采暖居住建筑的节能设计[1],若从建筑节能这一“精准性”设计目标出发,应从节能与住区规划布局、局地气候、日照环境、风环境、当地能源状况、地形地貌、保温体系、维护体系材料、供暖热源、供暖方式、供暖路径、住宅平面空间组合、室内通风组织、用户使用状况、工程施工状况、资金筹措、节支去向、法规、相邻用户使用状态、散热器、锅炉等设施设备运用、户内其他能源的利用、窗洞口尺寸、居住舒适度、建筑的耐用年限、建造能耗等方面的要素之间的综合作用机理和互动程度进行模拟分析与研究、精细准确的策划、提供精细准则、精量标准和整体设计方案,以保证建筑节能目标的“精准度”.

2精准性的属性

2.1整体性精准性有别于“标准化”又高于标准化,标准化是工业时代的产物,它具有固定性、单一性和同一性,局限于中间产品,强调的是尺寸的协调,产品的标准化、集约化生产.而精准性是信息时代知识经济时代的产物,强调动态同一,体现最终产品,强调是整体的一体化的协调,将最终产品置于更大的环境范围来整体性思考[2,3].2.2可控制性应能适时、适量、适地控制,以实现设计目标.2.3灵活性和多样性精准性要求通过不同因素的组合,不同质与量的组合,通过精良策划,精密结合,精打细算,按需要优化组合,以形成不同特点的方案,又可以形成在某些特点方面具有高度集成化的方案,所以个性突出,丰富多彩.2.4可匹配性由于在设计全过程中按一体化精致搭配而成,所以最终产品匹配准确、性能可靠.2.5明显的目标性由于所处地域、经济、人本、生态条件、生态资源和所处的时期不同,其精准出的结果是有很大出入的,因此精准性设计的对策和方案具有明显的目标性和多目标性.2.6可度量性精准性增加了产品可量化的指标的透明度,可以将这些指标体系用作评价、购买、租用、销售、使用、管理、纳费的依据.

3精准性设计原则的作用精准性设计原则可以是软的细则,也可以是硬的条件,还可以是一种回归原理的方法和途径.引导人们思索、探求和实践,逐步地走向可持续,它的作用和意义将逐步被人们认同.贯彻执行精准性设计原则促进综合量化设计的深入,改善以往设计中的一些模糊性,在更大环境范围内作到量入为出,宏观控制.精准性原则可促进产品以及产品接口匹配化,并通过精良技术,精良工艺制作,实现精准性产品.精准性原则可以使室内各项环境指标因子在互动情况下,得出精准的设计指标,为实现自动控制提供基础,满足人们的质量追求.精准性原则可以实现以较小的生态资源消耗获取更大的生态效益回报,并可针对资源消费不限定、无节制,进行有效控制.精准性原则可为实现对资源、能源的有效控制和监测提供基础,保证在更大规模和范围内实现社会的平等和公平.精准性可以对环境实现监测和保护,增强抵御自然灾害的能力,创造适宜的人居环境,保证人类健康.精准性原则可以针对不同人群的身心健康、体能状态,在动态的居住环境中提供居住需要保证,以体现最大的关怀度.精准性原则有助于使人居建筑与环境中的能流、物流、信息流、人流、技术流形成精良循环.达到资源的可再生、可重复利用.精准性原则要求设计成果不仅是方案图、施工图;而且还包括周围环境生态条件分析图;各工种利用资源状况图、表;以及运营工况,管理水平的动态监控技术软件等.精准性原则的实施将召集各专长人才汇集,汇集得越多,精准性程度越高,则具有越高的应用和学术价值.精准性原则是实现资源共享,便于实施最佳配置的有效途径.精准性设计原则可以变粗放建筑业为精准建筑业.克服以往在学科领域方面存在的专一化、单一性设计,实现相关因素综合集合,精心考虑各种因素之间的相互支持、相互制约的作用机理和作用功效.精准性设计有利于对人居建筑环境实施有效控制,保持持久的高水平和高品味的生存质量.精准性设计可建立生态仿真模型,使设计科技化、仿真化.精准性设计能为智能化、信息化技术应用提供条件,使传统产业升级.精准性设计观念可以拓展设计者从更宏大的环境条件中去汇集创作灵感.数千年靠天吃饭的传统农业如今逐步走进“精准农业”.如意大利种植主利用卫星监察葡萄园里葡萄的生长过程,用电脑分析生长中葡萄的糖分和丹宁酸含量,以决定灌溉、施肥的适时方案并确定适宜的收割日期,还通过卫星追踪葡萄病菌.我国农业在示范区也开展卫星定位、精准灌溉、精准施肥和控制农用药等精准设计和精准技术.农业精准技术虽然起步较晚,但它为种植业带来变革,也带来新的发展前景,其影响是深远的.

5结语

人居建筑与环境是人类自身人为创造和制造的,它比农业更具有人为控制性. 21世纪是信息化、网络化时代,为精准性设计的理念和技术提供了条件,使人居建筑与环境实施人为控制成为必要和可能,可以达到可靠、有效、有序、有量和可调的设计目标.树立精准性的设计观念,明确精准性设计原则,建立精准化目标设计体系,实施科学严谨的设计方法是实现“精准建筑业”的基础和关键.本文提出“精准性”的内涵、属性、作用和价值,可以引起人们对人居建筑与环境设计研究的更大关注,并使精准性设计技术的精准程度不断提高,方向不断拓展,使人居环境质量迎来新面貌、新情感,也带来建设资源和环境的可持续发展.

参考文献:

[1]李桂文,周淑萍.住宅科技概论[M].哈尔滨:黑龙江民族出版社,1999.