农业田间信息获取技术研究及发展趋势

1、农业田间信息获取技术研究及发展趋势文段农业田间信息获取技术研究及发展趋势文段0引言数字农业技术是将现代信息技术、生物技术、农业科学技术与农机工程装备技术相结合的新型农业技术。数字农业技术体系由3个部分组成，即信息获取系统、信息处理系统和智能化农业机械。其中，田间的信息获取技术是数字农业的关键技术。目前，田问信息获取方法主要有传统的田间采样、田问GP标集、智能农机作业和多平台遥感获取等4种方式。通常所说的“3S'技术中的全球定位系统（GPS开口遥感技术（RS）是田间信息获取的重要手段，它是实现数字农业的重要支撑技术-一。1 全球定位系统全球定位系统（GPS，GlobalPositioni

2、ngSystem）是由地球导航卫星、地面监控系统和用户GP或收机等3个主要部分组成。现在最常用的是美国GPs系统，它包括在离地球约20000km高空近似圆形轨道上运行的24颗地球导航卫星，其轨道参数和时钟由设于世界各大洲的5个地面监测站与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GPSg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。农田养分信息具有显著的空间属性，其空间变异性很大。在数据采集过程中，其位置的识别是与数据监测密不可分的，因此需要对信息进行准确的定位。全球定位系统

3、（GPS）提供了全天候、实时精确定位的测量手段。数字农业中，GPS要是用来确定在田间的位置，结合其土壤的含水量、氮、磷、钾、有机质和病虫害等不同信息的分布情况，辅助农业生产中的灌溉、施肥、喷药等田间操作，其作用从本质来说是提供三维位置和时间。GPS要应用于以下3个方面：一是智能化农业机械的动态定位（即根据管理信息系统发出的指令，实施田间的精准定位）；二是农业信息采集样点定位（即在农田设置的数据采集点、自动或人工数据采集点和环境监测点均需GPS®位数据）；三是遥感信息GPS®位（即对遥感信息中的特征点用GPS采集定位数据，以便于GIS配套应用）。由于GPS#在较大的误差，所以

4、差分GPS即DGP碘来越受到人们的重视。DGPST以消除卫星钟差、星历误差、电离层和对流层延迟误差等，从而使定位精度大幅度提高。2 遥感技术遥感技术（RS，RemoteSensing）的基本原理是利用物体的电磁波特性，通过观测物体的电磁波，从而识别物体及其存在的环境条件。遥感技术系统由传感器、遥感平台及遥感信息的接受和处理系统组成。其中，接受从目标反射或辐射的装置叫做遥感器（如扫描仪、雷达、摄影机、摄像机和辐射计等），装载遥感器的平台称遥感平台（如飞机和人造卫星等）。经过遥感器得到的数据在使用前应根据用途需要做相应的纠正、增强、变换、滤波和分类等处理。遥感（RS）技术是未来数字农业技术体系中获

5、得田间数据的重要来源，它可以提供大量的田间时空变化信息。遥感技术在精准农业中的应用主要以下3个方面：一是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，并根据光谱信息进行空间定性和定位分析，为定位处方农作提供依据；二是作物冠层多光谱监测，利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；三是运用多光谱遥感信息（红外波段），在有作物条件下监测土壤水分。3 田间信息获取技术的现状和发展趋势31土壤水分和养分信息获取技术国内外已开始研究采用各种不同的手段来获取土壤水分和养分信息。目前，除了一些传统的常规测量方法外，已尝试采

6、用的较新的技术，包括遥感、计算机及网络和地面传感技术等。其中，实践较多的是以电子技术为支撑的地面信息传感技术和以空间技术为支撑的遥感信息采集技术。土壤水分信息的获取相对于其他土壤养分更易掌握，因此对土壤水分测量方法的研究已经取得了显著成果。各种在线式的测量方法相继产生，如电阻法、时域反射法（TDR法）、频域反射法（FDR法）、中子散射法和近红外光谱法等。这些方法均有一定的局限性：一是电阻法的测量精度受土壤含水率的影响很大；二是时域反射法在低频（&20MHz）T作时较易受到土壤盐度、粘粒和容重的影响，而且价格比较高；三是频域反射法的读数强烈地受到电极附近土体孔隙和水分的影响，特别是对于使

7、用套管的FDRW量；四是中子散射法虽然测量方法简单，但仪器设备昂贵，并且存在潜在的辐射危害。对于土壤养分信息（土壤中的N，P，K，pH值、有机质、含盐量和电导率）的获取技术，常规化学试验测量方法仍是现在土壤养分信息获取的主要手段。该方法具有破坏性和不及时性等缺陷，因此随着近红外光谱技术的不断完善和应用的广泛性，用近红外光谱技术来检测土壤养分已经成为国内外学者研究的重点。近红外光谱法是根据水的、红外吸收光谱来进行测量的，在红外区内，水的吸收波长为1200,1450,1940和2950nm,测量方式有反射式、透射式和反射透射复合式等几种。红外光谱水分仪具有无接触、快速、连续测量、测量范围大、准确度

8、高和稳定性好等优点，适用于在线水分监测，但在测量自然物体时因表面不规则使得反射率不稳定，影响测量精度，需对样本做简单处理。土壤其他养分信息的研究主要包括土壤中N,P,K,pH值、有机质、含盐量和电导率等信息的采集。现在，除了常规化学试验测量方法外，用近红外反射光谱法来测量土壤养分已成为国内外诸多学者研究的重点。Shibusawa等指出，用4001900nm波段来预测土壤湿度、pH值、土壤电导率和土壤有机质等，具相关系数从019变化到087；李民赞研究了基于可见光光谱分析的土壤参数分析，在11O0,1350,1398,2210nm处建立了多元线性回归模型，相关系数为0.934;于飞健等用近红外光谱法分析了土壤中的有机质和氮素；He等对土壤电导率和常量元素的测量；鲍一丹等应用光谱技术研究了土壤粒度和含水量对预测土壤氮含量的影响。3 2作物长势的监测技术对农作物长势