【摘 要】精细农业是农业的发展趋势，也是农业的主要研究方向。从精细农业的思想内涵为入口，主要介绍3S技术以及各自在精细农业中的应用，并讨论3S集成技术在精细农业中的作用，并指出3S技术在精细农业中面临的主要问题。
【关键词】3S技术；精细农业；应用；发展现状
0.引言
我国是世界上最重要的农业国之一，用占世界7%的耕地面积养活了世界22%的人口。农业是一个国家的基本产业，依据农业地域分布规律，因地制宜发展农业，合理利用农业资源，发挥地区优势，是农业生产的基本原则和规律。农业的发展呼吁新的农业技术革命，农业现代化建设需要高新技术的支持。精细农业代表着农业发展的方向，也是农业研究的重点。
1.精细农业
1.1精细农业的核心思想
传统农业的管理是针对某一片土地的管理，而忽略了大多数土地都存在的时空差异。精细农业是随着信息技术水平的提高而出现的，它是一种战略思想，是信息和人工智能等高新技术在大农业中的微观和宏观运用。其核心意图是实时测知作物（畜禽）个体、小群体、小区地块生长或防疫的是实际需要，而及时确定针对性投入（肥、水、药、饲料等）的量、质、和时机，一反传统农业大群体大面积平均投入的作法，以求最佳效果而付出最低资源成本。
其技术思想是获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素（如土壤结构、地形、土壤营养、含水量、病虫草害等）实际存在的空间和时间差异性信息，分析影响小区产量差异的主要原因，采取技术上可行、经济上合算的调控措施，区别对待，按需实施定位调控的“处方农作”。
1.2精细农业的主要技术支持
要实现精细农业，目前采用的关键技术有全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、遥感(RS)、传感器及检测系统等。而由前三项构成的及“3S”技术，它是精细农业进行抽样调查，获取作物生长的各种影响因素信息的重要技术手段之一。通过“3S”技术，可以实时采集时间、空间变化数据，绘制电子地图，并加工处理形成管理设计，并对精细农业的效果、效益进行评估。
1.3在3S技术支持下的精细农业特点
1.3.1技术性强
3S技术涉及到电磁波理论、图像处理、图像解译、计算机硬件与软件技术、空间分析技术、卫星导航原理、测量等多个领域，将这些理论、方法和技术与农业生产结合，具有很强的技术性。
1.3.2定量化
3S技术应用使新型农田作业机械中的计算机可以根据不同的土质、作物的长势和其他农业生态环境特点精确地控制种子、肥料、农药等的用量等。
1.3.3定位化
GPS可提供准确定位，具有GPS导航仪的农业机械,在经过每块土地时,都记录下了作物的各种数据。农民分析这些资料,就能制定出对每块土地内的作物或土壤区别对待的田间耕作和管理计划,把计划输入到农田作业机械的计算机里。在GPS定位系统的协助下,农田机械可以根据不同地块的差别,自动调节种子、肥料和化学剂的投放量。
2.3S技术在精细农业中的综合应用
2.1 GIS在精细农业中的应用
地理信息系统（GIS）是用于存储、分析、处理和表达地理信息系统的计算机软件平台。它在精细农业技术体系中主要用于建立农田土地管理，土壤数据、自然条件、作物苗情、病虫草害等发生发展趋势、作物产量的空间分布等的空间信息数据库和进行空间信息的地理统计处理、图形转换与表达等，为分析差异性和实施调控提供处方信息。
其在精细农业中的应用主要包括以下几个方面：
(1)GIS是精细农业整个系统的运作平台，起到大脑和神经中枢的作用。精细农业作为一个完整的大系统，各种农业资源数据都通过GIS流入、决策、控制、流出。GIS作为精细农业的核心组件，将RS、GPS、专家系统、决策支持系统等组合起来。
(2)GIS可以作为农田空间数据库的管理系统。在精确农业中，GIS用于农田土地数据管理，查询土壤、自然条件、作物苗情、作物产量等数据，也能采集、编辑、统计分析不同类型的空间数据。
(3)绘制作物产量分布图。安装GPS的新型联合收割机,在田间收割农作物时,每隔一定时间记录下联合收割机的位置,同时产量计量系统随时自动称出农作物的重量,置于粮仓中的计量仪器能测出农作物流入储存仓的速度及已经流出的总量,这些结果随时在驾驶室的显示屏上显示出来,并被记录在地理数据库中。利用这些数据,在地理信息系统支持下,可以制作农作物产量分布图。
(4)农业专题图分析。通过GIS提供的复合叠加功能,将不同农业专题数据组合在一起,形成新的数据集。通过对其分析,可以分析出土地上各种限制因子对作物的相互作用与相互影响,从中可以发现它们之间的关系。
2.2 GPS在精细农业中的应用
GPS在精细农业中的作用包括精确定位、田间作业自动导航和测量地形起伏状况.精细农业中的GPS主要是用来确定田间地块土壤信息采样点位置，然后结合其土壤的含水量、氮、磷、钾、有机质、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。另外在翻耕机、播种机、田间取样机、施肥喷药机、收获机等农具上安装GPS，可以精确指示机具所在位置坐标，对农业机械田间作业和管理起导航作用，从根本上来说是提供三维位置和时间。为了实现以上功能, GPS需要与农田机械结合,随着农田机械在田间作业,同时进行精确定位、田间作业自动导航和测量地形起伏。由于具有精确定位功能,农业机械可以将作物需要的肥料送到准确的位置,也可以将农药喷洒到准确位置。这不仅有助于提高作物产量,也可以降低肥料和农药的消耗。
2.3 RS在精细农业中的作用
遥感（RS）是在不接触物体的情况下利用传感器接收的物体的电磁波特性，来识别物体及其存在的环境条件的技术。
相对传统的观测技术，RS具有以下的特点：
(1)可以进行大面积的同步观测。比如，一帧美国Landsat图像覆盖面积为185km*185km，5～6min即可扫描完成，而一帧同步气象卫星可覆盖1/3的地球表面。
(2)可以短时期内重复观测。地球同步轨道卫星可以每30min对地面观测一次。
(3)进行全天候观测。遥感所使用的宽的电磁波波段可以大大超出人眼所能观测的可见光范围，在微波范围内，传感器可不受制于昼夜和天气变化。
(4)观测精度高。航天照片的分辨率可以达到厘米级甚至毫米级。
这些特点使遥感技术可以客观、准确、及时地提供作物生态环境和作物生长的各种信息。它是精细农业获取田间数据的重要来源。遥感技术在精细农业中主要应用于以下几方面。
(1)农作物播种面积检测和估算。遥感可实时记录农作物覆盖面积数据,通过这些数据可以对农作物分类,并在此基础上可以估算出每种作物的播种面积。
(2)监测作物长势和估算作物产量。利用遥感技术在作物生长不同阶段进行观测,获得不同时间序列的图像。农田管理者可以通过遥感提供的信息,及时发现作物生长中出现的问题,采取针对性措施进行田间管理。还可以根据不同时间序列的遥感图像,了解不同生长阶段中作物的长势,提前预测作物产量。
(3)作物生态环境监测。利用遥感技术可以对土壤侵蚀面积、土壤盐碱化面积、主要分布区域以及土地盐碱化变化趋势进行监测。也可以对土壤水和其他作物生态环境进行监测,这些信息有助于田间管理者采取相应的措施。
(4)灾害损失评估。气候异常对作物生长具有一定的影响。利用遥感技术可以监测与定量评估作物受灾程度,对作物损失进行评估,然后针对具体受灾情况,进行补种、浇水、施肥或排水等抗灾措施。
2.3 3S集成技术在精细农业中的应用
全球定位系统的优势是精确定位,地理信息系统的优势是管理和分析,遥感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,促进精细农业的发展。
GPS可以确定农业机械在田间作业中的精确位置, GIS可对各种田间数据进行处理和分析,二者结合为科学种田提供了所需要的定位和定量的技术手段,进行田间作业和田间管理。例如,地理信息系统能够根据地块中土壤特性和土地条件,结合GPS提供的位置数据,指挥播种机进行定量播种,确定播种的疏密程度。在GIS和GPS指挥下,农药喷洒机可以去病虫害发生地自动喷洒农药。
RS和GIS结合提供了多种数据源,这为建立农田基础数据库奠定了基础。农田基础数据库是农田科学管理的基础。搭载在农田机械上的地理信息系统,可以记录下各种农田操作过程中的数据,如作物品种、播种深度、喷洒农药类型、施肥和灌溉以及收获产量,同时记录下田间作业时的位置与范围、灌溉量、化肥使用量、农药喷洒量、喷施部位、使用时间、当天天气状况。通过RS,则可以获得作物生长情况、作物生态环境等数据。将这些数据都记录在数据库内,日积月累就形成了农田基础数据库。
3.结束语
可以说,精细农业是在遥感、地理信息系统和全球定位系统技术推动下发展起来的现代农田精耕细作技术,它代表了未来农业发展的一个主要方向。3S技术在精细农业中的应用,面临的主要问题有:农业遥感图像的解译技术的完善、农田作业定位精度的提高、农田基础数据库的更新,以及农田机械与3S技术的集成。 [科]
【参考文献】
［１］何勇.精细农业[M].杭州:浙江大学出版社,2000.
［２］江懋华.“精细农业”的实践与农业科技创新[J].中国软科学,1999(4):249-252.
［３］唐俊华.对地观测技术与精细农业[M].北京:科学出版社,2001.
［４］王克林,李文祥.精确农业与农业生态工程创新[J].农业工程学报,1999(1):1-8.