浅谈GPS技术在精细农业中的应用

浅谈GPS技术在精细农业中的应用硕研09-16李晓璐2009011603本科的时候学过一些GPS的基本理论知识——包括GPS的产生、定义、发展前景，以及它的组成、信号结构等等，了解了GPS定位中的各种主要的误差来源，学会了怎样用手持GPS。但是对于距离测量与GPS数据处理方面的原理，自己并不是很了解。所以这次自己也没有看很多关于GPS计算原理方面的论文，而是看了些关于GPS应用的论文。下面我着重谈一下GPS技术在精细农业中的应用。一、精准农业概述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。随着科技的发展和农业生产市场化程度的提高,农业生产中降低成本、提高产出率、发展优质高效农业以及农业可持续发展等方面的要求,迫切呼唤新型农业的出现。基于这种想法,美国率先提出了精准农业构想,以智能化监控技术以及农业专家系统共同构成了精准农业早期技术基础。随后,美国将GPS(全球定位系统)技术应用到农业生产领域,标志着精准农业技术体系的初步形成,1992年4月在美国召开第1次精准农业学术研讨会,精准农业这一概念逐渐被人们所接受。精准农业(PrecisionAgricultural)，也叫精细农业或精确农业，是20世纪80年代初国际农业领域发展起来的一门跨学科新兴综合的以获得农田高产、优质、高效的现代农业生产模式和技术体系[1]。精准农业是指以信息技术支持现代化农业操作与管理,依据农作物生长的土壤性状以及温度、湿度、光照等影响因素,调节对作物的投入,并对耕地和作物长势进行定量、实时诊断,提高土壤生产力,实现农业的优质、高产、低耗和环保的可持续发展。其技术支持主要是GPS,核心是实时测知作物个体或小群体或平方米尺度小地块生长及疫病的实际情况,进而确定针对性的农业措施,在取得最优效果和付出最低代价的同时,减少污染,保护生态,实现农业的可持续发展。二、全球定位系统（GlobalPositioningSystem）全球定位系统[2](GlobalPositioningSystem,GPS)是20世纪70年代由美国国防部研制,历时20余年,耗资数百亿美元,于1994年全面建成并投入使用。GPS系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统,具有全能性(陆地、海洋、航空和航天)、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能,能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。GPS系统由空间卫星星座、地面控制系统、用户接收机系统3部分组成。其卫星星座部分由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成,卫星有6个轨道面,高度20200km,轨道倾角55°,卫星运行周期11h58min,载波频率为1575.4MHz和1227.60MHz。卫星通过天顶时,卫星可见时间为5h,在地球表面任何时刻,在高度角15°以上,平均可同时观测到6颗卫星,最多可达9颗卫星。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，DifferentialGlobalPositioningSystem）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。三、GPS在精细农业的主要应用GPS的快速度、高精度、低成本、简单操作等特点,能快速准确地获取研究区域内农业资源的空间位置信息,提供大量其他常规手段难以得到的资源信息。Blackmore认为国外很多农场主都在增加使用信息技术帮助在多变的管理中下决定,很多农民利用精准农业的GPS接受器来收集生长季节里每块田地的各项数据[3]。Daberkow等人了解在美国有10%的小麦,25%的黄豆,30%的玉米地都采用了农田监视器[4]。自1993到目前,美国有20%的耕地、80%的大农场都已实行精准农业操作。据美国Purdue大学的研究,在美国采用精准农业技术的农民有60%由电脑控制的大型拖拉机能自动驾驶作业,无需人工操作,而且耕地质量高。加强GPS的使用能更好的监测农作物的生长情况，使农场能因地制宜的种植作物。在对品种资源的野外考察和引种研究中,利用GPS技术可以准确定位野生群落和引种区的经纬度和高度,结合GIS技术可计算出区域的面积,查询到该区域的气候条件掌握当地生态环境的状况。将3S技术和其他技术体系相结合,精准农业可以更好的发展起来。参考文献[1]赵凯.从精准农业看当代农学思想的发展[J].中国科技信息,2006,1:142.[2]徐绍铨,张华海,杨志强,等.GPS测量原理及应用[M].武汉:武汉大学出版社,2006.[3]YaoH,ClarkRL.EvaluationofSub-Meterand2to5MeterAccuracyGPSReceiverstoDevelopDigitalElevationModels[J].PrecisionAgriculture,2000,2:189~200.[4]FountasS,BlackmoreS.FarmerExperiencewithPrecisionAgricultureinDenmarkandtheUSEasternCornBelt[J].PrecisionAgriculture,2005,6:121~141.[5]LutherT.Isprecisionfarminggoodforsociety?Bettercropswithplantfood.1996,80(3):3~5.[6]StoneML,So1ieJB,RaunWR,eta1.UseofSpectralRadianceforCorrectingIn-seasonFertilizerNitrogenDeficienciesinWinterWheat[J].TransofASAE,1996,39:1623~1631.[7]CordessesL,CariouC,BerducatM.CombineHarvesterControlUsingRealTimeKinematicGPS[J].PrecisionAgriculure,2000,(2):147~162.[8]刁承军,胡伟.关于精准农业发展的探讨[J].农机市场,2003,8:16~18.[9]杨海君,汤楚宙.我国现代精准农业的发展方向[J].作物研究,2002,16(1):4~6.[10]翟传凤.GPS在精准农业中的应用[J].当代农机,2007(6):59-60.[11]唐延林,王人潮.遥感技术在精准农业中的应用[J].现代化农业,2002(2):33-35.[12]徐绍铨，张华海等.GPS测量原理与应用.武汉大学出版社，2001，219-221.[13]周忠谟，易杰军，周琪.GPS卫星测量原理与应用.测绘出版社，1991，1-13.[14]阳艳弟,王力,陈宵.“3S”技术及其在土地资源管理中的应用[J].重庆邮电学院学报,2006,18(3):422~426.[15]田珂，周卫军，龙晓辉，薛涛(2008)."GPS在精准农业中的应用."农业科技通讯:26~28.[16]雷伟伟，张锋，王元波(2008)."GPS技术在现代精准农业中的应用研究."农技服务25(3):113~115.[17]李德仁(1998)."“三S”技术与农业发展.