搜索
论3S在农业摘要：本文主要阐述了何为“3S”，以及“3S”技术在农业领域的应用，并简单的论述了“3S”的未来。关键词：“3S”技术、农业、RS、GlS、GPS一，“3S”技术：“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。3S系统是三者相互补充相得益彰构成的一个功能完整强大的空间数据采集处理分析系统，3S集成技术已成为农业、生物信息管理的先进技术手段。1.GPS应用于精准农业中，可进行智能化农业机械作业动态定位、农业信息采样定和遥感信息定位。GPS还运用于地震监测系统、气象学、捕鱼业、放牧和狩猎等方面，形成GPS普及应用的缤纷五彩世界。2.GIS技术在国防、城市规划、交通运输、环境监测和保护等与国民经济乃至国家命脉相关的重要领域的成功应用，极大地推动了社会生产力的发展，同时也刺激了与GIS技术相关的重要领域的发展。GIS是与人类的生存、发展、进步密切关联的一门信息科学与技术，受到人们愈来愈大的重视，将成为“数字地球”的基础。GIS在精准农业中用于组织、分析、显示区域内各种数据；在GIS平台下，形成作物分布图；在农田信息采集系统方面的应用。应用GIS采集产量图、土壤物理特性、土壤养分、土壤污染物含量和作物农情等信息。此外，GIS还广泛用于资源调查、环境评估、区域发展/城市规划、地籍管理、公共设施管理、交通安全等领域，成为一个跨学科、多方向的研究领域。总之，由于地理信息在人类生活和国民经济中的重要作用，地理信息系统在未来的几十年中将保持高速发展的势头，成为高科技领域的核心技术.3.RS是不通过直接接触物体而获得信息的技术。随空间技术、传感器与数字图像处理技术的发展而快速发展。近年来，以航空遥感和卫星遥感技术为代表的现代遥感技术，已逐步实现动态、快速、准确及时地提供多种观测数据。由于遥感所具有的观测范围大、采集信息量大、获取信息速度快的特点，正广泛应用于灾害动态监测、农作物估产、资源勘探、土地规划与利用、城市规划、环境监测、气象预报、地质矿产、水文、城市建设与管理、测绘、军事、国土资源等领域，深入到很多学科，成为获取地球表面多层次、多视角、多方位信息的重要手段，对经济和社会发展有很重要的作用。二，“3S”集成技术在农业领域中的应用：1.“3S”技术在农作物估产和监测中的应用：农作物估产和监测对国家及时了解农作物产量，制定粮食进出口政策和价格至关重要。1.1“3S”技术在农作物估产中的应用。作物估产的主要内容是估算作物种植面积和由单产模型、长势遥感监测来确定估产模式。我国农作物遥感估产最初采用FAO推行的美国农业部的框图面积取样法，该方法是集统计估产、农学估产、气象估产和遥感光谱估产于一体的综合遥感估产，是传统的统计估产方法与遥感估产的结合，简易可行。我国遥感估产的第二阶段是1984年由国家气象局主持的“全国冬小麦NOAA卫星遥感综合估产”项目，这是一种大面积农作物估产方法，在对冬小麦的宏观地理分布了解的基础上，根据气候和生物特点，分区建立绿度修正值，在充分研究了小麦不同生育期的不同绿度值特点之后，利用相应的绿度值日来研究不同的估产模式，在微机网络上实现通讯和产量计算。遥感估产的第三种方法以“八五”攻关项目“重点产粮区主要农作物遥感估产”为代表，估产内容涉及小麦、玉米和水稻，充分利用了TM影像的多波段特性和高几何分辨率”（30m），在农作物套作区进行了提高面积解译精度的研究，同时结合利用NOAA数据，对作物面积、单产和长势变化等进行了估计。把RS和GIS相结合，取得了较好结果。其中浙江农业大学“水稻卫星遥感估产运行系统及其应用基础研究”已于2002年12月26日通过了浙江省科技厅组织的专家鉴定。1.2“3S”技术在农业监测的应用。1.2.1农作物长势监测。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，通过建立遥感植被指数和叶面积指数的数学模型，就可监测作物长势，进而根据作物长势能够估测作物产量。1.2.2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应非常敏感，所以利用热红外波段遥感监测对象和作业监测土壤和植被水分十分有效。研究表明，不同热惯量条件下，遥感波谱间的差异性表现最明显，所以通过建立热惯量与土壤水分间的数学模型，就能够监测土壤水分含量和分布状况。1.2.3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。长期以来对农作物产量的预测都是农业系统的一项重要工作。随着科学技术的发展，预测方法和手段逐步完善和提高，不但能较准确地估测出各种作物的最终产量，也能跟踪监测各类作物在不同生长期的长势，从而根据需要即使采用有效措施，对农作物的生长进行监控，保证当年产量的稳定增长。为了在农作物监测和估产中发挥和利用现代科学技术的成果，提高快速、准确、经济地获得监测和估产信息，为国家经济建设和农业生产服务，虽然农作物估产和监测技术与理论十分复杂、地理信息技术和资料，从不同于传统的统计部门得到信息。2．“3S”技术在土壤侵蚀调查中的应用:土壤侵蚀问题对农业资源和环境问题关系重大。利用卫星遥感影像可提供许多土壤侵蚀因子信息，如地形、坡度、岩性、植被等，据此以通用土壤侵蚀方法为基础建立土壤侵蚀模式，并与相应地区的水文观测站的输沙模式相叠合，进行土壤侵蚀量因子分析和区域侵蚀模数计算，并顾及气象、水文要素与土壤侵蚀的关系。我国利用遥感方法，先后对山西三江河流域、延安地区、永定河上游等进行了土壤侵蚀调查。1993年在水利部遥感中心的组织下，进行了全国土壤侵蚀的遥感制图研究，利用TM图像对全国进行了土壤侵蚀的清查工作，编制了全国1∶50万（部分地区1∶25万—1∶10万）土壤侵蚀图，将全国土壤侵蚀因子编码建模，而且将全国的水蚀、风蚀和融冻侵蚀采用统一的分类标准，统一编码制图，并输入计算机以备检索查询。另外，土壤空间信息查询有空间定位查询和空间关系查询，对如某种土壤类型的空间分布位置进行查询，查询与某种土壤类型或某一行政区域包括的土壤类型、沿河流与分布的土壤类型等。GIS既有很强的制图功能，可以编绘出所需要的各种要素的专题地图，如土壤肥力图、土壤评级图、土壤类型图、土壤利用图以及一系列社会经济指标统计图等。在可视化方面，这些专题地图叠加在三维DEM上显示，可以直观地看出不同高程的土壤等级分布及N、P、K分布、土壤类型分布等，据此可进行多种专题图的重叠而获得土壤综合信息。同时，课利用RS的实时信息，对土壤空间信息进行动态监测，及时调整和更新各种地图。3．“3S”技术在精准农业中的应用：“精细农业”技术是用现代高新技术特别是信息技术来改造传统农业，在机械化的基础上，把地理信息系统（GIS）、定位系统（GPS）、决策支持系统、传感技术进行集成，定量获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素（如土壤肥力、含水量、苗情、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原因，采取技术上可行、经济上有效的调控措施，区别对待，按需实施定位调控的“处方农作”。在“精细农业”技术体系中，DGPS的定位应用以及GIS的应用开发是实施“精细农业”实践的关键技术之一，即利用DGPS定位引导定量获取农田内作物产量和影响作物生长的环境因素的差异性信息，在GIS中利用各种空间分析方法生成差异性信息分布图，通过分析影响小区产量差异的原因，制定经济、合理的生产决策方案，生成作物管理处方图，指导农田定位作业。高光谱遥感在精准农业中的应用，主要有以下相关工作：①利用植被指数进行地表覆盖分析或作物长势的动态监测；②对植被的叶面积指数、生物量、全氮量、全磷量等生物物理参数进行估算；③农作物长势监测；④利用多时相的高光谱数据提取出光谱物征对不同植被和作物进行识别和分类；⑤作物个体生长状况与作物叶片光谱关系的研究；⑥遥感信息模型研究。4．“3S”技术在农业气象服务的应用：农业气象服务系统是在GIS和RS平台上开发的集农业气象、遥感应用于一体的业务运行系统。它集成了农业气象服务为城市“菜篮子、米袋子”服务的科研成果；建立了遥感、地学、气象、农情、社会经济统计等基础数据库；建立适应农业发展新需求的服务产品；将GIS分析功能应用于洪涝灾害监测、灾害损失评估、资源合理布局等领域，获取较好的服务效果。建立了下述分析模型。三，3S技术的未来：3S技术可以实现远程寻找所需的各种地理空间数据，包括图形和图像，可以进行各种地理空间分析。通过现代通讯技术可以将RS、GPS和GIS有机地集成起来，成为各行各业，包括农业发展和进步的有力技术手段。3S技术的发展方兴未艾，将来还可对下列项目进行开发：西南地区土地资源、土地利用（特别是耕地）的动态监则数据库（系统），农业布局、产量数据库，森林、草地数据库及其信息服务和决策支持系统；西南地区水稻、小麦估产，重点地区荒漠化监测分析；长江上游洪水、川东干旱以及贡嘎山植被、冰川动态变化监测；土地详查、变更系统；；建立三峡地区生态环境和持续发展决策支持信息系统土地管理信息系统；参与国家基本资源环境信息分析决策系统的建立等。通过这些项目的开发应用，可为农业的发展提供一条广阔的道路，使农业的发展迈上新的台阶，这就需要人类不断深入研究和探索，以便为农业的未来服务。参考资料：[1]李德仁，空间信息技术与农业发展[J].大自然探索，（25）：11126—11128[2]张前勇，基于“3S”技术的精准农业[J].安徽农业科学，2006,34（16）：4170—4171[3]程一松,胡春胜.高光谱遥感在精准农业中的应用.农业系统科学与综合研究.2001,17(3):193-195[4]王树进,张景顺.农业高新技术产业的成长规律探讨.农业科技管理,2002,5:14-16[5]刘金铜,陈谋询,蔡虹等.我国精准农业的概念内涵及理论体系的初步构建.农业系统科学与综合研究,2001,17(3):180-182