精細(xì)農(nóng)業(yè)與智能化農(nóng)機裝備課件

精細(xì)農(nóng)業(yè)

與

智能化農(nóng)業(yè)機械裝備1PPT課件精細(xì)農(nóng)業(yè)

與

智能化農(nóng)業(yè)機械裝備1PPT課件2PPT課件2PPT課件3PPT課件3PPT課件1.精細(xì)農(nóng)業(yè)的基本概念2.精細(xì)農(nóng)業(yè)前3S簡介3.智能化農(nóng)業(yè)機械裝備4.結(jié)束語4PPT課件1.精細(xì)農(nóng)業(yè)的基本概念4PPT課件1.1精細(xì)農(nóng)業(yè)概念的引入背景與演變;1995年，前國家農(nóng)業(yè)部部長劉江同志率中國農(nóng)業(yè)代表團訪問美國時，與前美國農(nóng)業(yè)部部長會談曾提問：未來21世紀(jì)引起全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域重大裝備技術(shù)變革將是什么？當(dāng)時明確回答是：“PrecisionAgriculture”,在美國還有一種說法叫“PrecisionFarming

”。代表團回來后，我國的新聞媒介便開始了“精確農(nóng)業(yè)”、“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的宣傳。我國從事：“PrecisionAgriculture”

研究與攻關(guān)的學(xué)科帶頭人是中國工程院院士、原國務(wù)院學(xué)位委員會農(nóng)業(yè)工程學(xué)科評議組組長、中國農(nóng)業(yè)機5PPT課件1.1精細(xì)農(nóng)業(yè)概念的引入背景與演變;5PPT課件械學(xué)會和中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會名譽理事長、世界糧農(nóng)組織農(nóng)業(yè)工程專家組專家、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授汪懋華先生。多年來，他致力于該領(lǐng)域的宣傳、研究、攻關(guān)，每年多次出國專項考察，指導(dǎo)培養(yǎng)碩士和博士研究生，倡導(dǎo)組建中國精細(xì)農(nóng)業(yè)工程示范研究基地。汪懋華先生認(rèn)為：結(jié)合我國勞動人民千百年來精耕細(xì)作的優(yōu)良傳統(tǒng)，把：“PrecisionAgriculture”

翻譯成精細(xì)農(nóng)業(yè)更為合宜。所以本次講座名稱為精細(xì)農(nóng)業(yè)與智能化農(nóng)業(yè)機械裝備。66PPT課件械學(xué)會和中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會名譽理事長、世界糧農(nóng)組織農(nóng)業(yè)工程專家1.2精細(xì)農(nóng)業(yè)的重大意義;2000年前后在我國有無搞精細(xì)農(nóng)業(yè)的必要，學(xué)術(shù)界還有一定的爭議。贊同者認(rèn)為：精細(xì)農(nóng)業(yè)集最先進的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)于一體，它的研究與推廣應(yīng)用不僅會引起農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中重大革命，同時也會促進農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)的重大變革，必將促進我國的電子產(chǎn)業(yè)、計算機產(chǎn)業(yè)、信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)和機械裝備產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進步和發(fā)展。智能化農(nóng)業(yè)機械裝7PPT課件1.2精細(xì)農(nóng)業(yè)的重大意義;7PPT課件備是實現(xiàn)精細(xì)農(nóng)業(yè)的載體，它是知識經(jīng)濟的產(chǎn)物，也是知識經(jīng)濟的具體體現(xiàn)。目前從國外引進一臺智能化農(nóng)業(yè)機械裝備，少則幾萬元、幾十萬元，多則一百多萬元。持不同觀點的人們認(rèn)為：中國是一個發(fā)展中的國家，耕地少，人口多，資金缺乏，目前用7%的土地養(yǎng)活22%的人口已是了不起的成就。精細(xì)農(nóng)業(yè)投入太大，暫時還不符合中國國情。8PPT課件備是實現(xiàn)精細(xì)農(nóng)業(yè)的載體，它是知識經(jīng)濟的產(chǎn)物，也是知識經(jīng)濟的具我的觀點屬前者。當(dāng)然搞精細(xì)農(nóng)業(yè)也不是搞群眾運動，全面展開。但是我們要投入一定的精力予以關(guān)注、投入一定的財力予以支持研究，開發(fā)具有我國知識產(chǎn)權(quán)并適合我國國情的精細(xì)農(nóng)業(yè)智能化機械裝備。因為它必然代表了先進生產(chǎn)力的方向，具有重大的戰(zhàn)略意義。我認(rèn)為：持懷疑態(tài)度人的觀點也有其現(xiàn)實的道理，但是眼前看得太多，應(yīng)該看事物的發(fā)展規(guī)律與發(fā)展前景9PPT課件我的觀點屬前者。當(dāng)然搞精細(xì)農(nóng)業(yè)也不是搞群眾運動，全面展開。但縱觀世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展史可見：20世紀(jì)50年代前，第一、第二世界國家要從第三世界國家進口糧食和農(nóng)產(chǎn)品來維持他們國家人民的生活；但是20世紀(jì)50年代以后，情況發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，第一、第二世界國家要向第三世界國家出口大量的糧食和農(nóng)產(chǎn)品，當(dāng)然這些國家人民的生活需要進口。然而，處于第一、第二世界的發(fā)達(dá)國家的耕地面積并無明顯增加，僅有3~5%的勞動10PPT課件縱觀世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展史可見：20世紀(jì)50年代前，第一、第二世界力從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。也就是說在農(nóng)業(yè)資源沒有增加、反而減少的情況下，為什么會出現(xiàn)這樣的逆轉(zhuǎn)呢？他們主要是依靠科學(xué)技術(shù)，包括逐漸發(fā)展起來的精細(xì)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，大大提高了勞動生產(chǎn)率和農(nóng)業(yè)資源的利用率、降低了生產(chǎn)成本、減少了化肥、農(nóng)藥、石油的投入，減輕了對環(huán)境的污染，達(dá)到了經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益的同步增長與可持續(xù)發(fā)展。11PPT課件力從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。也就是說在農(nóng)業(yè)資源沒有增加、反而減少的情況下目前，我國化肥、農(nóng)藥有效利用率在30%左右，天然降水的利用率不足35%，僅為發(fā)達(dá)國家水平的一半；而每公頃擁有的農(nóng)業(yè)動力約為1KW，相當(dāng)于美國水平的2倍。我國的低產(chǎn)田占耕地總面積的60%以上，其單產(chǎn)僅為高產(chǎn)田的幾分之一；對于中、高產(chǎn)田，或者即使是同一地塊里，土壤的肥力、墑情、雜草、病蟲害、產(chǎn)量等等在局部區(qū)域往往差異很大，并非均勻一致12PPT課件目前，我國化肥、農(nóng)藥有效利用率在30%左右，天然降水的利用率而傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械裝備的設(shè)計參數(shù)與考核指標(biāo)是以均勻一致性為準(zhǔn)則的。耕深要求均勻一致、肥料要求撒播均勻，播種指標(biāo)（播量、播深等）要求一致，農(nóng)藥、除草劑噴灑均勻，農(nóng)田灌溉均勻一致等等。以均勻一致的資源消耗投入到實際差異懸殊的具體環(huán)境之中，要么造成局部供應(yīng)不足，土地、日光、空氣等資源不能充分發(fā)揮自身的最大功能；要么造成局部供應(yīng)過剩，13PPT課件而傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械裝備的設(shè)計參數(shù)與考核指標(biāo)是以均勻一致性為準(zhǔn)則最終造成資源的浪費和環(huán)境的污染，不能達(dá)到農(nóng)業(yè)作業(yè)最佳理想的目標(biāo)。1.1.3精細(xì)農(nóng)業(yè)的定義：精細(xì)農(nóng)業(yè)是一種戰(zhàn)略思想，是信息和人工智能高新技術(shù)在大農(nóng)業(yè)中的微觀運用。它的全部概念建立在空間差異和時間差異的數(shù)據(jù)采集和處理上，其核心意圖是實時測知作物（畜禽）14PPT課件最終造成資源的浪費和環(huán)境的污染，不能達(dá)到農(nóng)業(yè)作業(yè)最佳理想的目個體或小群體或小區(qū)地塊生長和防疫的實際需要，而及時確定針對性投入（肥、水、藥飼料等）的量、質(zhì)和時機，一反傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大面積平均投入的作法，以求最佳效果和最低代價。實行精細(xì)農(nóng)業(yè)可以在減少投入的情況下增加（或維持）產(chǎn)量、提高品質(zhì)、降低成本、節(jié)約資源、減少污染、保護生態(tài)。15PPT課件個體或小群體或小區(qū)地塊生長和防疫的實際需要，而及時確定針對性1.4精細(xì)農(nóng)業(yè)的技術(shù)體系:

精細(xì)農(nóng)業(yè)的技術(shù)體系：主要由前3S、后3S和最后1S組成。簡稱精細(xì)農(nóng)業(yè)7S體系。前3S：GPS—全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem)

GIS—地理信息系統(tǒng)(GeographicalInformationSystem)

RSS—遙感系統(tǒng)(RemoteSensingSystem)16PPT課件1.4精細(xì)農(nóng)業(yè)的技術(shù)體系:16PPT課件后3S：ES—專家系統(tǒng)(ExpertSystem)

SS—模擬系統(tǒng)

(SimulationSystem)

DSS—決策支持系統(tǒng)

(DecisionSupportSystem)

最后1S：

ICS—智能控制系統(tǒng)

(IntelligenceControlSystem)

17PPT課件后3S：ES—專家系統(tǒng)(ExpertSystem)1718PPT課件18PPT課件前3S的集成作用是及時采集田間信息，經(jīng)過信息處理形成田間狀態(tài)圖，田間狀態(tài)圖應(yīng)能田間狀態(tài)（肥、水、病、蟲、產(chǎn)量）的斑塊狀不均勻分布。后3S集成的作用是及時生成優(yōu)化的決策，它的支持技術(shù)包括專家系統(tǒng)（知識模型）、模擬系統(tǒng)（數(shù)學(xué)模型）和決策支持系統(tǒng)（從多方案中優(yōu)化或綜合，作出決策）。決策的表述形式可以是田間對策圖或指令19PPT課件前3S的集成作用是及時采集田間信息，經(jīng)過信息處理形成田間狀態(tài)IC卡，IC卡便于智能控制新型農(nóng)業(yè)裝備在田間作業(yè)時執(zhí)行，實現(xiàn)按需變量投入的目的要求。

最后1S，ICS智能控制系統(tǒng)是智能化農(nóng)業(yè)機械裝備的控制指揮中心。由農(nóng)機操作者下達(dá)指令，從DGPS接受位置信息，從GIS中的執(zhí)行電子地圖提取決策信息，20PPT課件IC卡，IC卡便于智能控制新型農(nóng)業(yè)裝備在田間作業(yè)時執(zhí)行，實也可以接受實時傳感器的信息，并將它們轉(zhuǎn)化為向執(zhí)行器發(fā)出的控制信號，執(zhí)行設(shè)備在接受信號后通過液動、氣動或電動系統(tǒng)實現(xiàn)對作物的變量投入或作業(yè)操作調(diào)整。它還可以接受自執(zhí)行設(shè)備傳來的反饋信號，對作物投入量進行微調(diào)并存檔備查。21PPT課件也可以接受實時傳感器的信息，并將它們轉(zhuǎn)化為向執(zhí)行器發(fā)出的控制2.1全球定位系統(tǒng)GPS；

GPS是縮寫詞NAVSTAR/GPS的簡稱，其全部意義為：導(dǎo)航衛(wèi)星測時和測距/全球定位系統(tǒng)，即NavigationSateliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem.

2.1.1導(dǎo)航衛(wèi)星：24顆衛(wèi)星，分布在6個軌道平面上，每個軌道上有4顆衛(wèi)星。在地球上任意地方，至少同時可觀察到5顆衛(wèi)星。其中至少有4顆在地平線7.50以上。22PPT課件2.1全球定位系統(tǒng)GPS；22PPT課件23PPT課件23PPT課件24PPT課件24PPT課件25PPT課件25PPT課件26PPT課件26PPT課件

衛(wèi)星軌道高度約21083km，運行周期接近12h，精確地說衛(wèi)星經(jīng)過地面上同一點上空的時間，每天提前4min，衛(wèi)星時鐘日穩(wěn)定度達(dá)10-14/日。衛(wèi)星上的導(dǎo)航發(fā)射機向用戶播發(fā)信號，采用雙頻方式,頻率1575.42MHZ和1227.60MHZ。發(fā)射雙頻是為了校正電離層產(chǎn)生的附加延時。27PPT課件衛(wèi)星軌道高度約21083km，運行周期接近12h2.1.2地面站組:

地面站組亦稱地面控制部分，包括4個監(jiān)控站，1個注入站和1個主控站。出于軍事目的，這些站全部設(shè)在美國本土的空軍基地內(nèi)，進行導(dǎo)航衛(wèi)星的監(jiān)視和運行參數(shù)的修正控制。2.1.3用戶設(shè)備:

用戶設(shè)備是GPS接收機，它的主要功能是接收導(dǎo)航衛(wèi)星播發(fā)的信號并利用本機產(chǎn)生的隨機編碼取得距離測量和導(dǎo)航電文，根據(jù)導(dǎo)航電文提供的衛(wèi)星位置28PPT課件2.1.2地面站組:地面站組亦稱地面控制部分，包括和鐘差修正信息，計算顯示接收機的位置，這就是定位。衛(wèi)星發(fā)射的信號包括P碼和C/A碼。

P碼為精密導(dǎo)航定位，為保密碼，專供美國軍方和特許用戶使用，屬精密定位業(yè)務(wù)，又記作PPS業(yè)務(wù)；

C/A碼供一般用戶使用，稱作標(biāo)準(zhǔn)定位業(yè)務(wù)，又記作SPS業(yè)務(wù)。29PPT課件和鐘差修正信息，計算顯示接收機的位置，這就是定位。29PPT2.1.3GPS定位原理:

GPS接收機接收的衛(wèi)星導(dǎo)航電文中有衛(wèi)星的空間坐標(biāo)位置，兩兩衛(wèi)星間的距離；接收機通過衛(wèi)星播發(fā)的信號傳輸時間可以計算出接收機與各個衛(wèi)星間的距離，這樣已知條件具備，即可計算出接收機位置坐標(biāo)，以所處地理位置經(jīng)、緯度顯示。30PPT課件2.1.3GPS定位原理:30PPT課件31PPT課件31PPT課件2.1.4美國政府GPS工作衛(wèi)星的SA政策:由于GPS全球定位系統(tǒng)是美國國防部研制開發(fā)為美國陸、海、空三軍使用的導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有可以覆蓋全球的多維連續(xù)定位能力，可以極大地提高軍隊的作戰(zhàn)能力。出于國家安全角度考慮，最關(guān)鍵的是信號精度。P碼（精碼）目前可以提供10m的實時定位精度，C/A碼（粗碼），可以提供幾十米32PPT課件2.1.4美國政府GPS工作衛(wèi)星的SA政策:32PPT課

的實時定位精度。1983年前C/A碼水平定位精度設(shè)在500m，1983年6月宣布改為100m。一旦美國軍隊遇到敵方使用的GPS輔助武器或戰(zhàn)術(shù)帶來明顯威脅，美國可以提高引入的誤差，此時公開使用的GPS系統(tǒng)定位誤差可能大大超過和平時期標(biāo)準(zhǔn)定位業(yè)務(wù)的水平。這就是美國政府GPS工作衛(wèi)星的SA政策，即“選擇可用性”政策（SelectiveAvailability）。33PPT課件的實時定位精度。1983年前C/A碼水平定位精度設(shè)在52.1.5差分GPS（DGPS—DifferentialGPS）:采用差分GPS幾乎可以完全消除“選擇可用性”帶來的誤差。此外差分技術(shù)不需要雙頻卻能精確地作電離層補償，從而使定位精度超過單獨使用精密定位業(yè)務(wù)所得到的精度。之所以能獲得這種效果，是因為“選擇可用性”和電離層帶來的誤差都是緩慢變化的偏差，利用誤差在時間上和空間上的相關(guān)性就可以將它們校正掉。34PPT課件2.1.5差分GPS（DGPS—Differential目前GPS接收機多數(shù)具有差分系統(tǒng)，除了接收衛(wèi)星信號外，它還接收地面基準(zhǔn)站的信號，通過差分計算處理，獲得高的定位精度。美國政府允許這種差分工作的存在，因為局部區(qū)域的差分不會得造成對美國安全的威脅，再者美國軍方認(rèn)為在必要時，它有能力摧毀差分系統(tǒng)的通訊能力。35PPT課件目前GPS接收機多數(shù)具有差分系統(tǒng)，除了接收衛(wèi)星信號外，它還接2.2.6導(dǎo)航飛防—農(nóng)業(yè)GPS應(yīng)用實例：利用飛機噴灑農(nóng)藥,一般飛行高度為7~30m，航線間隔50m，藥效覆蓋寬度正負(fù)40m，常用“運五”飛機，飛行速度為200Km/h,對于10Km航線，飛機只需5min左右，加上飛機轉(zhuǎn)彎，飛一條航線約需7~8min。用人工地標(biāo)，地面工作人員需用50人；采用GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可大大節(jié)約地面工作人員的需求量、節(jié)約成本、保證作業(yè)質(zhì)量。36PPT課件2.2.6導(dǎo)航飛防—農(nóng)業(yè)GPS應(yīng)用實例：36PPT課件2.2地理信息系統(tǒng)GIS：

1998年，前美國副總統(tǒng)戈爾曾提出美國大型科研計劃，建立數(shù)字化地球。這表明美國的科研基礎(chǔ)已經(jīng)具備完成這一計劃的能力。所謂數(shù)字化地球，就是將地球表面、地表上方空間、地表以下的地理信息以數(shù)字的形式存貯于計算機系統(tǒng)之中，以便今后決策和任務(wù)執(zhí)行中隨時調(diào)用。地理信息是指表征地理諸要素的數(shù)量、質(zhì)37PPT課件2.2地理信息系統(tǒng)GIS：37PPT課件量分布特性、相互聯(lián)系及其變化規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像與圖形特征的總稱。其信息屬于空間信息，具有區(qū)域性、多維結(jié)構(gòu)牲。例如：在一個地面點上，可取高度、土壤肥力、作物產(chǎn)量、噪聲、污染、交通、通訊、電力線、輸油輸氣管網(wǎng)等多種信息。地理信息有明顯的時序特征，即動態(tài)變化特征。38PPT課件量分布特性、相互聯(lián)系及其變化規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像與圖形特征2.2.1地理登信息系統(tǒng)的分類：地理信息系統(tǒng)按其內(nèi)容可分為：2.2.1.1專題地理地理信息系統(tǒng):如水資源管理信息系統(tǒng)、礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)估產(chǎn)信息系統(tǒng)、交通管理信息系統(tǒng)、環(huán)境管理信息系統(tǒng)、城市地下管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)等。2.2.1.2區(qū)域地理信息系統(tǒng):如加拿大國家信息系統(tǒng)、中國京津唐區(qū)域開發(fā)信息系統(tǒng)等。39PPT課件2.2.1地理登信息系統(tǒng)的分類：39PPT課件2.2.1.3地理信息系統(tǒng)工具（軟件平臺）：它是一種具有圖形、圖像數(shù)字化、存貯管理、查詢檢索、分析處理和輸出功能的軟件包。2.2.2地理信息系統(tǒng)的組成:2.2.2.1計算機硬件系統(tǒng)：（1）包括計算機主機，提供存貯空間，對數(shù)據(jù)進行編輯處理。（2）數(shù)字化儀可將地圖或遙感圖像數(shù)字化后輸入計算機。3）繪圖儀。40PPT課件2.2.1.3地理信息系統(tǒng)工具（軟件平臺）：它是一種具有41PPT課件41PPT課件和其它設(shè)備,用來表示數(shù)據(jù)處理結(jié)果。（4）磁帶（盤）機，用于存貯大型數(shù)據(jù)庫和程序。（5）顯示器，用戶通過顯示器和終端控制計算機和外圍設(shè)備。2.2.2.2計算機軟件系統(tǒng)：計算機軟件系統(tǒng)包括計算機通用程序、地理信息系統(tǒng)軟件包（平臺）和應(yīng)用分析軟件三部分組成。（1）計算機通用程序是計算機廠家提供的使用計算機的程序系統(tǒng)，包括操作系統(tǒng)、42PPT課件和其它設(shè)備,用來表示數(shù)據(jù)處理結(jié)果。（4）磁帶（盤）機，用于存匯編程序、論斷程序以用各種維護使用手冊。（2）地理信息系統(tǒng)軟件包（平臺）一般包括五類基本模塊：即數(shù)據(jù)的輸入和校驗、數(shù)據(jù)的存貯和管理、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)的顯示和輸出、用戶接口等。（3）應(yīng)用分析軟件是系統(tǒng)開發(fā)人員根據(jù)地理信息專題或區(qū)域分析模型編制的程序，是系統(tǒng)功能的擴充和延伸。43PPT課件匯編程序、論斷程序以用各種維護使用手冊。（2）地理信息系統(tǒng)軟2.2.3地理信息系統(tǒng)GIS軟件平臺：目前世界上商用的GIS軟件已多達(dá)400多種。它們大小不一，風(fēng)格各異，占領(lǐng)著不同應(yīng)用市場。2.2.3.1國外GIS軟件：（1）ARC/INFO系統(tǒng)：ARC/INFO是美國環(huán)境系統(tǒng)研究所研制的地理信息系統(tǒng)軟件，它是世界上應(yīng)用最廣泛的GIS軟件之一。1991年，ARC/INFO系統(tǒng)進行了漢化處理，從此大量進入中國市場。44PPT課件2.2.3地理信息系統(tǒng)GIS軟件平臺：44PPT課件ARC/INFO

系統(tǒng)提供了用于地理數(shù)據(jù)的自動輸入、處理、分析和顯示的強大功能。目前已成功地應(yīng)用于包括自然資源、農(nóng)業(yè)、自動制圖、設(shè)施管理、城市和區(qū)域規(guī)劃、人口和商業(yè)管理、交通運輸、石油和天然氣、教育、軍事等十大類別的一百多個領(lǐng)域。（2）澳大利亞的Genasys公司開發(fā)的GIS軟件GENAMAP。（3）美國Mapinfo公司研制開發(fā)的GIS軟件Mapinfo。45PPT課件ARC/INFO系統(tǒng)提供了用于地理數(shù)據(jù)的自動輸入、處理、分2.2.3.2國內(nèi)GIS平臺:（1）北京大學(xué)與陜西三秦企業(yè)集團聯(lián)合研制的地理信息系統(tǒng)城市之星—Citystar。（2）武漢測繪科技大學(xué)GIS研究中心研制的地理信息系統(tǒng)軟件吉奧之星Geostar。（3）中國地質(zhì)大學(xué)計算中心華地圖形數(shù)據(jù)公司開發(fā)的地理信息系統(tǒng)軟件MAP/GIS。46PPT課件2.2.3.2國內(nèi)GIS平臺:46PPT課件2.3遙感系統(tǒng)RSS：2.3.1遙感的基本概念:遙感的基本定義是:從遙遠(yuǎn)的地方感覺一個物體的客觀存在，它是在人類生活領(lǐng)域內(nèi)廣泛存在的現(xiàn)象。從現(xiàn)代的科學(xué)定義來說，遙感就是在一定距離之外，不與目標(biāo)物體直接接觸，通過傳感器收集被測目標(biāo)所發(fā)射出來的電磁波能量而加以記錄，并形成圖像，以供有關(guān)專業(yè)信息的識別、分類和分析的一種科學(xué)技術(shù)。47PPT課件2.3遙感系統(tǒng)RSS：47PPT課件2.3.2遙感系統(tǒng)的組成：一個完整的遙感系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)由三部分組成：（1）傳感器（sensor）（2）載體（carrier）（3）指揮系統(tǒng)（commandsystem）一個人就是一個天然、完整的遙感系統(tǒng)，眼睛是一對天然的傳感器，人的身體即為載體，人的大腦即為指揮系統(tǒng)。48PPT課件2.3.2遙感系統(tǒng)的組成：48PPT課件49PPT課件49PPT課件傳感器：是收集目標(biāo)物所反射或發(fā)射電磁波信息的裝置。有照相機、攝像機、多波段光譜掃描儀（MSS）、紅外光譜儀等。載體：也稱平臺（planform），它是負(fù)載傳感器的工具。有支架、車輛、氣球、飛機、衛(wèi)星等。指揮系統(tǒng)，就是指揮和控制傳感器與平臺并接收信息的指揮部，現(xiàn)代遙感指揮系統(tǒng)一般均為計算機系統(tǒng)。50PPT課件傳感器：是收集目標(biāo)物所反射或發(fā)射電磁波信息的裝置。有照相機、2.3.3透射特性（大氣窗口）：遙感信息，主要是利用傳感器，通過有關(guān)大氣窗口，在空中來獲取地球表面的地物反射和發(fā)射的光譜信息。大氣窗口就是電磁波在通過大氣層的過程中，被吸收和散射的比例較小而透過率很高的波段，也就是電磁波在大氣中傳輸損耗率很小的波段。目前使用七個窗口：遠(yuǎn)紫外窗口0.15~0.2微米、可見光窗口0.3~1.3微米、近紅外窗口51PPT課件2.3.3透射特性（大氣窗口）：遙感信息，主要是利用傳感52PPT課件52PPT課件53PPT課件53PPT課件1.4~1.9微米、近紅外窗口2.05~3.0微米、中紅外窗口3.5~5.5微米、遠(yuǎn)紅外窗口8~14微米、微波窗口>1.5cm。2.3.4遙感圖像識別基礎(chǔ):（1）地物識別：（2）作物種類識別：（3）作物長勢識別：54PPT課件1.4~1.9微米、近紅外窗口2.05~3.0微米、中紅外窗55PPT課件55PPT課件56PPT課件56PPT課件57PPT課件57PPT課件58PPT課件58PPT課件2.3.5遙感技術(shù)的應(yīng)用:應(yīng)用領(lǐng)域；農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、地質(zhì)、礦產(chǎn)等資源的普查、研究，結(jié)合GPS和GIS的應(yīng)用，可大大地提高普查效率和精度。具體應(yīng)用：土壤普查（類別、肥力、含水量）、作物估產(chǎn)、自然災(zāi)害的監(jiān)測等。59PPT課件2.3.5遙感技術(shù)的應(yīng)用:59PPT課件3.智能化農(nóng)業(yè)機械裝備智能化農(nóng)業(yè)機械裝備是GPS、GIS、RSS、ES、SS、DSS6S系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機械裝備上的綜合應(yīng)用。3.1DGPS農(nóng)機的定位與導(dǎo)航:農(nóng)業(yè)機械在田地中作業(yè)，不同的作業(yè)項目需求的定位分辨力也不相同。變量施肥時30m，變量施用除草劑1m，測產(chǎn)10m，筑埂5cm、噴灑農(nóng)藥重疊10cm。當(dāng)前DGPS系統(tǒng)可達(dá)精度如圖所示。60PPT課件3.智能化農(nóng)業(yè)機械裝備60PPT課件61PPT課件61PPT課件3.2作物產(chǎn)量分布圖的生成：20世紀(jì)90年代后期，國際上先進的各種作物聯(lián)合收獲機，大多數(shù)都具有產(chǎn)量分布圖自動生成功能。谷物聯(lián)合收獲機、棉花收獲機、馬鈴薯收獲機、花生收獲機等都裝備產(chǎn)量數(shù)字化自動生成系統(tǒng)。谷物聯(lián)合收獲機上的產(chǎn)量分布圖自動生成系統(tǒng)研究相對較早，技術(shù)比較成熟。其測產(chǎn)系統(tǒng)傳感器布置及定位系統(tǒng)如圖所示。62PPT課件3.2作物產(chǎn)量分布圖的生成：62PPT課件63PPT課件63PPT課件64PPT課件64PPT課件65PPT課件65PPT課件數(shù)字化產(chǎn)量分布圖是精細(xì)農(nóng)業(yè)的重要基礎(chǔ)信息。產(chǎn)量分布圖綜合了田間空間參數(shù)變化的信息，諸如土壤類型、土壤濕度、養(yǎng)分含量、及坡度等，故可用以確定田間地段作物均勻生長的條件并可分別確定各田塊各自所需的農(nóng)事操作。在下一次收獲時所得新的產(chǎn)量分布圖則可顯示精細(xì)農(nóng)作的實際效果。谷物聯(lián)合收獲機瞬時單產(chǎn)YG（t）的測定：66PPT課件數(shù)字化產(chǎn)量分布圖是精細(xì)農(nóng)業(yè)的重要基礎(chǔ)信息。產(chǎn)量分布圖綜合了田YG(t)=mG(t).（1—UG(t)）/（V(t)）.W(t)）YG(t)—瞬時t所測得單產(chǎn)；mG(t)—瞬時t所測得谷物質(zhì)量流量；UG(t)—瞬時t谷物含水量（相對濕度）；V(t)—瞬時t收獲機行駛速度；W(t)—瞬時t割幅寬度。割幅寬度W(t)的測量：利用超聲波測距傳感器，割幅1.5m時，分辨力為1mm。67PPT課件YG(t)=mG(t).（1—UG(t)）/（V(t)）68PPT課件68PPT課件瞬時t谷物質(zhì)量流量mG(t)可用谷物流量計測量。谷物含水量UG(t)可用谷物濕度計測得。聯(lián)合收獲機收獲作業(yè)時，同步測得谷物的瞬時流量、含水量、聯(lián)合收獲機的瞬時速度和割幅，通過計算機數(shù)據(jù)綜合處理，即可計算出田塊的瞬時產(chǎn)量。69PPT課件瞬時t谷物質(zhì)量流量mG(t)可用谷物流量計測量。69PPT課70PPT課件70PPT課件3.3作物處方圖的生成及智能型變量控制農(nóng)業(yè)機械:3.3.1精細(xì)種植的農(nóng)業(yè)機械體系:每當(dāng)收獲機繪制出產(chǎn)量分布圖，就顯示了田間各局部單產(chǎn)的差異，下一步工作就是要進行產(chǎn)量診斷，找出造成差異的主要原因，提出針對性的糾正措施加以優(yōu)化、量化而生成下一輪田間作業(yè)的處方圖。下圖為精細(xì)種植的農(nóng)業(yè)機械體系。71PPT課件3.3作物處方圖的生成及智能型變量控制農(nóng)業(yè)機械:71PP72PPT課件72PPT課件田間產(chǎn)量診斷步驟如下：首先查看產(chǎn)量分布圖，識別低產(chǎn)的明顯原因，例如是否為農(nóng)機拖拉機輪胎壓實土壤、局部陡坡、水土流失、鼠害等？如有必要，則進行第二步檢驗土壤的物理特性。第三步化驗土壤的PH值和營養(yǎng)化學(xué)成分。找出局部低產(chǎn)原因之后，可根據(jù)專家經(jīng)驗或作物生長模型提出針對性糾正措施加以量化，以數(shù)據(jù)卡和處方圖的形式把指令傳遞給智能變量控制農(nóng)業(yè)機械實現(xiàn)精細(xì)農(nóng)作。73PPT課件田間產(chǎn)量診斷步驟如下：首先查看產(chǎn)量分布圖，識別低產(chǎn)的明顯原因74PPT課件74PPT課件3.3.2精細(xì)變量施肥機械:3.3.3雜草驅(qū)動除草劑噴灑機械:3.3.4精確變量灌溉系統(tǒng):75PPT課件3.3.2精細(xì)變量施肥機械:75PPT課件變量施肥決策理論上應(yīng)該遵循的規(guī)律1、營養(yǎng)元素同等重要規(guī)律：作物對各種營養(yǎng)元素需要量差別可達(dá)十倍、百倍、甚至十萬倍，但是各種營養(yǎng)元素對作物的生長發(fā)育同等重要，不可替代，理論上施肥時，必須根據(jù)作物需要，全面考慮，以避免營養(yǎng)失調(diào)。2、最小養(yǎng)分規(guī)律：作物生長只要一種營養(yǎng)元素不足，其生長發(fā)育、產(chǎn)量就會受到限制，因此，施肥決策時，要使土壤保持適宜的養(yǎng)分?jǐn)?shù)量，平衡施肥，滿足作物需求。76PPT課件變量施肥決策理論上應(yīng)該遵循的規(guī)律76PPT課件3、作物需求階段營養(yǎng)規(guī)律：作物吸收養(yǎng)分并非作物整個生育期都有進行。一般規(guī)律是生長初期吸收養(yǎng)分?jǐn)?shù)量低，隨著作物的生長，對營養(yǎng)物質(zhì)吸收的強度和數(shù)量都有逐漸增加，到成熟期，吸收營養(yǎng)物質(zhì)的強度和數(shù)量會逐漸減少，甚至向植株體外排出。77PPT課件3、作物需求階段營養(yǎng)規(guī)律：作物吸收養(yǎng)分并非作物整個生育期都有78PPT課件78PPT課件79PPT課件79PPT課件80PPT課件80PPT課件81PPT課件81PPT課件結(jié)束語精細(xì)農(nóng)業(yè)與智能化農(nóng)業(yè)機械工程技術(shù)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的最先進的農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，它是電子技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)和7S技術(shù)進步和發(fā)展的產(chǎn)物，是知識經(jīng)濟的具體體現(xiàn)。國外著名的農(nóng)業(yè)機械裝備公司都有商品裝備出售，價格也相當(dāng)昂貴。國內(nèi)一些大專院校和科研機構(gòu)已經(jīng)開始這一領(lǐng)域的研究探索工作，這是一項具有長遠(yuǎn)戰(zhàn)略意義的工作。82PPT課件結(jié)束語82PPT課件83PPT課件83PPT課件84PPT課件84PPT課件85PPT課件85PPT課件86PPT課件86PPT課件87PPT課件87PPT課件88PPT課件88PPT課件89PPT課件89PPT課件90PPT課件90PPT課件91PPT課件91PPT課件92PPT課件92PPT課件2005年在八五二農(nóng)場進行拖拉機自動駕駛試驗2005年在八五二農(nóng)場進行拖拉機自動駕駛試驗93PPT課件2005年在八五二農(nóng)場進行拖拉機自動駕駛試驗2005年在八五94PPT課件94PPT課件95PPT課件95PPT課件96PPT課件96PPT課件97PPT課件97PPT課件98PPT課件98PPT課件99PPT課件99PPT課件100PPT課件100PPT課件101PPT課件101PPT課件102PPT課件102PPT課件103PPT課件103PPT課件104PPT課件104PPT課件105PPT課件105PPT課件106PPT課件106PPT課件謝謝！107PPT課件謝謝！107PPT課件精細(xì)農(nóng)業(yè)

與

智能化農(nóng)業(yè)機械裝備108PPT課件精細(xì)農(nóng)業(yè)

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智能化農(nóng)業(yè)機械裝備1PPT課件109PPT課件2PPT課件110PPT課件3PPT課件1.精細(xì)農(nóng)業(yè)的基本概念2.精細(xì)農(nóng)業(yè)前3S簡介3.智能化農(nóng)業(yè)機械裝備4.結(jié)束語111PPT課件1.精細(xì)農(nóng)業(yè)的基本概念4PPT課件1.1精細(xì)農(nóng)業(yè)概念的引入背景與演變;1995年，前國家農(nóng)業(yè)部部長劉江同志率中國農(nóng)業(yè)代表團訪問美國時，與前美國農(nóng)業(yè)部部長會談曾提問：未來21世紀(jì)引起全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域重大裝備技術(shù)變革將是什么？當(dāng)時明確回答是：“PrecisionAgriculture”,在美國還有一種說法叫“PrecisionFarming

”。代表團回來后，我國的新聞媒介便開始了“精確農(nóng)業(yè)”、“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的宣傳。我國從事：“PrecisionAgriculture”

研究與攻關(guān)的學(xué)科帶頭人是中國工程院院士、原國務(wù)院學(xué)位委員會農(nóng)業(yè)工程學(xué)科評議組組長、中國農(nóng)業(yè)機112PPT課件1.1精細(xì)農(nóng)業(yè)概念的引入背景與演變;5PPT課件械學(xué)會和中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會名譽理事長、世界糧農(nóng)組織農(nóng)業(yè)工程專家組專家、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授汪懋華先生。多年來，他致力于該領(lǐng)域的宣傳、研究、攻關(guān)，每年多次出國專項考察，指導(dǎo)培養(yǎng)碩士和博士研究生，倡導(dǎo)組建中國精細(xì)農(nóng)業(yè)工程示范研究基地。汪懋華先生認(rèn)為：結(jié)合我國勞動人民千百年來精耕細(xì)作的優(yōu)良傳統(tǒng)，把：“PrecisionAgriculture”

翻譯成精細(xì)農(nóng)業(yè)更為合宜。所以本次講座名稱為精細(xì)農(nóng)業(yè)與智能化農(nóng)業(yè)機械裝備。113113PPT課件械學(xué)會和中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會名譽理事長、世界糧農(nóng)組織農(nóng)業(yè)工程專家1.2精細(xì)農(nóng)業(yè)的重大意義;2000年前后在我國有無搞精細(xì)農(nóng)業(yè)的必要，學(xué)術(shù)界還有一定的爭議。贊同者認(rèn)為：精細(xì)農(nóng)業(yè)集最先進的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)于一體，它的研究與推廣應(yīng)用不僅會引起農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中重大革命，同時也會促進農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)的重大變革，必將促進我國的電子產(chǎn)業(yè)、計算機產(chǎn)業(yè)、信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)和機械裝備產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進步和發(fā)展。智能化農(nóng)業(yè)機械裝114PPT課件1.2精細(xì)農(nóng)業(yè)的重大意義;7PPT課件備是實現(xiàn)精細(xì)農(nóng)業(yè)的載體，它是知識經(jīng)濟的產(chǎn)物，也是知識經(jīng)濟的具體體現(xiàn)。目前從國外引進一臺智能化農(nóng)業(yè)機械裝備，少則幾萬元、幾十萬元，多則一百多萬元。持不同觀點的人們認(rèn)為：中國是一個發(fā)展中的國家，耕地少，人口多，資金缺乏，目前用7%的土地養(yǎng)活22%的人口已是了不起的成就。精細(xì)農(nóng)業(yè)投入太大，暫時還不符合中國國情。115PPT課件備是實現(xiàn)精細(xì)農(nóng)業(yè)的載體，它是知識經(jīng)濟的產(chǎn)物，也是知識經(jīng)濟的具我的觀點屬前者。當(dāng)然搞精細(xì)農(nóng)業(yè)也不是搞群眾運動，全面展開。但是我們要投入一定的精力予以關(guān)注、投入一定的財力予以支持研究，開發(fā)具有我國知識產(chǎn)權(quán)并適合我國國情的精細(xì)農(nóng)業(yè)智能化機械裝備。因為它必然代表了先進生產(chǎn)力的方向，具有重大的戰(zhàn)略意義。我認(rèn)為：持懷疑態(tài)度人的觀點也有其現(xiàn)實的道理，但是眼前看得太多，應(yīng)該看事物的發(fā)展規(guī)律與發(fā)展前景116PPT課件我的觀點屬前者。當(dāng)然搞精細(xì)農(nóng)業(yè)也不是搞群眾運動，全面展開。但縱觀世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展史可見：20世紀(jì)50年代前，第一、第二世界國家要從第三世界國家進口糧食和農(nóng)產(chǎn)品來維持他們國家人民的生活；但是20世紀(jì)50年代以后，情況發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，第一、第二世界國家要向第三世界國家出口大量的糧食和農(nóng)產(chǎn)品，當(dāng)然這些國家人民的生活需要進口。然而，處于第一、第二世界的發(fā)達(dá)國家的耕地面積并無明顯增加，僅有3~5%的勞動117PPT課件縱觀世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展史可見：20世紀(jì)50年代前，第一、第二世界力從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。也就是說在農(nóng)業(yè)資源沒有增加、反而減少的情況下，為什么會出現(xiàn)這樣的逆轉(zhuǎn)呢？他們主要是依靠科學(xué)技術(shù)，包括逐漸發(fā)展起來的精細(xì)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，大大提高了勞動生產(chǎn)率和農(nóng)業(yè)資源的利用率、降低了生產(chǎn)成本、減少了化肥、農(nóng)藥、石油的投入，減輕了對環(huán)境的污染，達(dá)到了經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益的同步增長與可持續(xù)發(fā)展。118PPT課件力從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。也就是說在農(nóng)業(yè)資源沒有增加、反而減少的情況下目前，我國化肥、農(nóng)藥有效利用率在30%左右，天然降水的利用率不足35%，僅為發(fā)達(dá)國家水平的一半；而每公頃擁有的農(nóng)業(yè)動力約為1KW，相當(dāng)于美國水平的2倍。我國的低產(chǎn)田占耕地總面積的60%以上，其單產(chǎn)僅為高產(chǎn)田的幾分之一；對于中、高產(chǎn)田，或者即使是同一地塊里，土壤的肥力、墑情、雜草、病蟲害、產(chǎn)量等等在局部區(qū)域往往差異很大，并非均勻一致119PPT課件目前，我國化肥、農(nóng)藥有效利用率在30%左右，天然降水的利用率而傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械裝備的設(shè)計參數(shù)與考核指標(biāo)是以均勻一致性為準(zhǔn)則的。耕深要求均勻一致、肥料要求撒播均勻，播種指標(biāo)（播量、播深等）要求一致，農(nóng)藥、除草劑噴灑均勻，農(nóng)田灌溉均勻一致等等。以均勻一致的資源消耗投入到實際差異懸殊的具體環(huán)境之中，要么造成局部供應(yīng)不足，土地、日光、空氣等資源不能充分發(fā)揮自身的最大功能；要么造成局部供應(yīng)過剩，120PPT課件而傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機械裝備的設(shè)計參數(shù)與考核指標(biāo)是以均勻一致性為準(zhǔn)則最終造成資源的浪費和環(huán)境的污染，不能達(dá)到農(nóng)業(yè)作業(yè)最佳理想的目標(biāo)。1.1.3精細(xì)農(nóng)業(yè)的定義：精細(xì)農(nóng)業(yè)是一種戰(zhàn)略思想，是信息和人工智能高新技術(shù)在大農(nóng)業(yè)中的微觀運用。它的全部概念建立在空間差異和時間差異的數(shù)據(jù)采集和處理上，其核心意圖是實時測知作物（畜禽）121PPT課件最終造成資源的浪費和環(huán)境的污染，不能達(dá)到農(nóng)業(yè)作業(yè)最佳理想的目個體或小群體或小區(qū)地塊生長和防疫的實際需要，而及時確定針對性投入（肥、水、藥飼料等）的量、質(zhì)和時機，一反傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大面積平均投入的作法，以求最佳效果和最低代價。實行精細(xì)農(nóng)業(yè)可以在減少投入的情況下增加（或維持）產(chǎn)量、提高品質(zhì)、降低成本、節(jié)約資源、減少污染、保護生態(tài)。122PPT課件個體或小群體或小區(qū)地塊生長和防疫的實際需要，而及時確定針對性1.4精細(xì)農(nóng)業(yè)的技術(shù)體系:

精細(xì)農(nóng)業(yè)的技術(shù)體系：主要由前3S、后3S和最后1S組成。簡稱精細(xì)農(nóng)業(yè)7S體系。前3S：GPS—全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem)

GIS—地理信息系統(tǒng)(GeographicalInformationSystem)

RSS—遙感系統(tǒng)(RemoteSensingSystem)123PPT課件1.4精細(xì)農(nóng)業(yè)的技術(shù)體系:16PPT課件后3S：ES—專家系統(tǒng)(ExpertSystem)

SS—模擬系統(tǒng)

(SimulationSystem)

DSS—決策支持系統(tǒng)

(DecisionSupportSystem)

最后1S：

ICS—智能控制系統(tǒng)

(IntelligenceControlSystem)

124PPT課件后3S：ES—專家系統(tǒng)(ExpertSystem)17125PPT課件18PPT課件前3S的集成作用是及時采集田間信息，經(jīng)過信息處理形成田間狀態(tài)圖，田間狀態(tài)圖應(yīng)能田間狀態(tài)（肥、水、病、蟲、產(chǎn)量）的斑塊狀不均勻分布。后3S集成的作用是及時生成優(yōu)化的決策，它的支持技術(shù)包括專家系統(tǒng)（知識模型）、模擬系統(tǒng)（數(shù)學(xué)模型）和決策支持系統(tǒng)（從多方案中優(yōu)化或綜合，作出決策）。決策的表述形式可以是田間對策圖或指令126PPT課件前3S的集成作用是及時采集田間信息，經(jīng)過信息處理形成田間狀態(tài)IC卡，IC卡便于智能控制新型農(nóng)業(yè)裝備在田間作業(yè)時執(zhí)行，實現(xiàn)按需變量投入的目的要求。

最后1S，ICS智能控制系統(tǒng)是智能化農(nóng)業(yè)機械裝備的控制指揮中心。由農(nóng)機操作者下達(dá)指令，從DGPS接受位置信息，從GIS中的執(zhí)行電子地圖提取決策信息，127PPT課件IC卡，IC卡便于智能控制新型農(nóng)業(yè)裝備在田間作業(yè)時執(zhí)行，實也可以接受實時傳感器的信息，并將它們轉(zhuǎn)化為向執(zhí)行器發(fā)出的控制信號，執(zhí)行設(shè)備在接受信號后通過液動、氣動或電動系統(tǒng)實現(xiàn)對作物的變量投入或作業(yè)操作調(diào)整。它還可以接受自執(zhí)行設(shè)備傳來的反饋信號，對作物投入量進行微調(diào)并存檔備查。128PPT課件也可以接受實時傳感器的信息，并將它們轉(zhuǎn)化為向執(zhí)行器發(fā)出的控制2.1全球定位系統(tǒng)GPS；

GPS是縮寫詞NAVSTAR/GPS的簡稱，其全部意義為：導(dǎo)航衛(wèi)星測時和測距/全球定位系統(tǒng)，即NavigationSateliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem.

2.1.1導(dǎo)航衛(wèi)星：24顆衛(wèi)星，分布在6個軌道平面上，每個軌道上有4顆衛(wèi)星。在地球上任意地方，至少同時可觀察到5顆衛(wèi)星。其中至少有4顆在地平線7.50以上。129PPT課件2.1全球定位系統(tǒng)GPS；22PPT課件130PPT課件23PPT課件131PPT課件24PPT課件132PPT課件25PPT課件133PPT課件26PPT課件

衛(wèi)星軌道高度約21083km，運行周期接近12h，精確地說衛(wèi)星經(jīng)過地面上同一點上空的時間，每天提前4min，衛(wèi)星時鐘日穩(wěn)定度達(dá)10-14/日。衛(wèi)星上的導(dǎo)航發(fā)射機向用戶播發(fā)信號，采用雙頻方式,頻率1575.42MHZ和1227.60MHZ。發(fā)射雙頻是為了校正電離層產(chǎn)生的附加延時。134PPT課件衛(wèi)星軌道高度約21083km，運行周期接近12h2.1.2地面站組:

地面站組亦稱地面控制部分，包括4個監(jiān)控站，1個注入站和1個主控站。出于軍事目的，這些站全部設(shè)在美國本土的空軍基地內(nèi)，進行導(dǎo)航衛(wèi)星的監(jiān)視和運行參數(shù)的修正控制。2.1.3用戶設(shè)備:

用戶設(shè)備是GPS接收機，它的主要功能是接收導(dǎo)航衛(wèi)星播發(fā)的信號并利用本機產(chǎn)生的隨機編碼取得距離測量和導(dǎo)航電文，根據(jù)導(dǎo)航電文提供的衛(wèi)星位置135PPT課件2.1.2地面站組:地面站組亦稱地面控制部分，包括和鐘差修正信息，計算顯示接收機的位置，這就是定位。衛(wèi)星發(fā)射的信號包括P碼和C/A碼。

P碼為精密導(dǎo)航定位，為保密碼，專供美國軍方和特許用戶使用，屬精密定位業(yè)務(wù)，又記作PPS業(yè)務(wù)；

C/A碼供一般用戶使用，稱作標(biāo)準(zhǔn)定位業(yè)務(wù)，又記作SPS業(yè)務(wù)。136PPT課件和鐘差修正信息，計算顯示接收機的位置，這就是定位。29PPT2.1.3GPS定位原理:

GPS接收機接收的衛(wèi)星導(dǎo)航電文中有衛(wèi)星的空間坐標(biāo)位置，兩兩衛(wèi)星間的距離；接收機通過衛(wèi)星播發(fā)的信號傳輸時間可以計算出接收機與各個衛(wèi)星間的距離，這樣已知條件具備，即可計算出接收機位置坐標(biāo)，以所處地理位置經(jīng)、緯度顯示。137PPT課件2.1.3GPS定位原理:30PPT課件138PPT課件31PPT課件2.1.4美國政府GPS工作衛(wèi)星的SA政策:由于GPS全球定位系統(tǒng)是美國國防部研制開發(fā)為美國陸、海、空三軍使用的導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有可以覆蓋全球的多維連續(xù)定位能力，可以極大地提高軍隊的作戰(zhàn)能力。出于國家安全角度考慮，最關(guān)鍵的是信號精度。P碼（精碼）目前可以提供10m的實時定位精度，C/A碼（粗碼），可以提供幾十米139PPT課件2.1.4美國政府GPS工作衛(wèi)星的SA政策:32PPT課

的實時定位精度。1983年前C/A碼水平定位精度設(shè)在500m，1983年6月宣布改為100m。一旦美國軍隊遇到敵方使用的GPS輔助武器或戰(zhàn)術(shù)帶來明顯威脅，美國可以提高引入的誤差，此時公開使用的GPS系統(tǒng)定位誤差可能大大超過和平時期標(biāo)準(zhǔn)定位業(yè)務(wù)的水平。這就是美國政府GPS工作衛(wèi)星的SA政策，即“選擇可用性”政策（SelectiveAvailability）。140PPT課件的實時定位精度。1983年前C/A碼水平定位精度設(shè)在52.1.5差分GPS（DGPS—DifferentialGPS）:采用差分GPS幾乎可以完全消除“選擇可用性”帶來的誤差。此外差分技術(shù)不需要雙頻卻能精確地作電離層補償，從而使定位精度超過單獨使用精密定位業(yè)務(wù)所得到的精度。之所以能獲得這種效果，是因為“選擇可用性”和電離層帶來的誤差都是緩慢變化的偏差，利用誤差在時間上和空間上的相關(guān)性就可以將它們校正掉。141PPT課件2.1.5差分GPS（DGPS—Differential目前GPS接收機多數(shù)具有差分系統(tǒng)，除了接收衛(wèi)星信號外，它還接收地面基準(zhǔn)站的信號，通過差分計算處理，獲得高的定位精度。美國政府允許這種差分工作的存在，因為局部區(qū)域的差分不會得造成對美國安全的威脅，再者美國軍方認(rèn)為在必要時，它有能力摧毀差分系統(tǒng)的通訊能力。142PPT課件目前GPS接收機多數(shù)具有差分系統(tǒng)，除了接收衛(wèi)星信號外，它還接2.2.6導(dǎo)航飛防—農(nóng)業(yè)GPS應(yīng)用實例：利用飛機噴灑農(nóng)藥,一般飛行高度為7~30m，航線間隔50m，藥效覆蓋寬度正負(fù)40m，常用“運五”飛機，飛行速度為200Km/h,對于10Km航線，飛機只需5min左右，加上飛機轉(zhuǎn)彎，飛一條航線約需7~8min。用人工地標(biāo)，地面工作人員需用50人；采用GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可大大節(jié)約地面工作人員的需求量、節(jié)約成本、保證作業(yè)質(zhì)量。143PPT課件2.2.6導(dǎo)航飛防—農(nóng)業(yè)GPS應(yīng)用實例：36PPT課件2.2地理信息系統(tǒng)GIS：

1998年，前美國副總統(tǒng)戈爾曾提出美國大型科研計劃，建立數(shù)字化地球。這表明美國的科研基礎(chǔ)已經(jīng)具備完成這一計劃的能力。所謂數(shù)字化地球，就是將地球表面、地表上方空間、地表以下的地理信息以數(shù)字的形式存貯于計算機系統(tǒng)之中，以便今后決策和任務(wù)執(zhí)行中隨時調(diào)用。地理信息是指表征地理諸要素的數(shù)量、質(zhì)144PPT課件2.2地理信息系統(tǒng)GIS：37PPT課件量分布特性、相互聯(lián)系及其變化規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像與圖形特征的總稱。其信息屬于空間信息，具有區(qū)域性、多維結(jié)構(gòu)牲。例如：在一個地面點上，可取高度、土壤肥力、作物產(chǎn)量、噪聲、污染、交通、通訊、電力線、輸油輸氣管網(wǎng)等多種信息。地理信息有明顯的時序特征，即動態(tài)變化特征。145PPT課件量分布特性、相互聯(lián)系及其變化規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像與圖形特征2.2.1地理登信息系統(tǒng)的分類：地理信息系統(tǒng)按其內(nèi)容可分為：2.2.1.1專題地理地理信息系統(tǒng):如水資源管理信息系統(tǒng)、礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)估產(chǎn)信息系統(tǒng)、交通管理信息系統(tǒng)、環(huán)境管理信息系統(tǒng)、城市地下管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)等。2.2.1.2區(qū)域地理信息系統(tǒng):如加拿大國家信息系統(tǒng)、中國京津唐區(qū)域開發(fā)信息系統(tǒng)等。146PPT課件2.2.1地理登信息系統(tǒng)的分類：39PPT課件2.2.1.3地理信息系統(tǒng)工具（軟件平臺）：它是一種具有圖形、圖像數(shù)字化、存貯管理、查詢檢索、分析處理和輸出功能的軟件包。2.2.2地理信息系統(tǒng)的組成:2.2.2.1計算機硬件系統(tǒng)：（1）包括計算機主機，提供存貯空間，對數(shù)據(jù)進行編輯處理。（2）數(shù)字化儀可將地圖或遙感圖像數(shù)字化后輸入計算機。3）繪圖儀。147PPT課件2.2.1.3地理信息系統(tǒng)工具（軟件平臺）：它是一種具有148PPT課件41PPT課件和其它設(shè)備,用來表示數(shù)據(jù)處理結(jié)果。（4）磁帶（盤）機，用于存貯大型數(shù)據(jù)庫和程序。（5）顯示器，用戶通過顯示器和終端控制計算機和外圍設(shè)備。2.2.2.2計算機軟件系統(tǒng)：計算機軟件系統(tǒng)包括計算機通用程序、地理信息系統(tǒng)軟件包（平臺）和應(yīng)用分析軟件三部分組成。（1）計算機通用程序是計算機廠家提供的使用計算機的程序系統(tǒng)，包括操作系統(tǒng)、149PPT課件和其它設(shè)備,用來表示數(shù)據(jù)處理結(jié)果。（4）磁帶（盤）機，用于存匯編程序、論斷程序以用各種維護使用手冊。（2）地理信息系統(tǒng)軟件包（平臺）一般包括五類基本模塊：即數(shù)據(jù)的輸入和校驗、數(shù)據(jù)的存貯和管理、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)的顯示和輸出、用戶接口等。（3）應(yīng)用分析軟件是系統(tǒng)開發(fā)人員根據(jù)地理信息專題或區(qū)域分析模型編制的程序，是系統(tǒng)功能的擴充和延伸。150PPT課件匯編程序、論斷程序以用各種維護使用手冊。（2）地理信息系統(tǒng)軟2.2.3地理信息系統(tǒng)GIS軟件平臺：目前世界上商用的GIS軟件已多達(dá)400多種。它們大小不一，風(fēng)格各異，占領(lǐng)著不同應(yīng)用市場。2.2.3.1國外GIS軟件：（1）ARC/INFO系統(tǒng)：ARC/INFO是美國環(huán)境系統(tǒng)研究所研制的地理信息系統(tǒng)軟件，它是世界上應(yīng)用最廣泛的GIS軟件之一。1991年，ARC/INFO系統(tǒng)進行了漢化處理，從此大量進入中國市場。151PPT課件2.2.3地理信息系統(tǒng)GIS軟件平臺：44PPT課件ARC/INFO

系統(tǒng)提供了用于地理數(shù)據(jù)的自動輸入、處理、分析和顯示的強大功能。目前已成功地應(yīng)用于包括自然資源、農(nóng)業(yè)、自動制圖、設(shè)施管理、城市和區(qū)域規(guī)劃、人口和商業(yè)管理、交通運輸、石油和天然氣、教育、軍事等十大類別的一百多個領(lǐng)域。（2）澳大利亞的Genasys公司開發(fā)的GIS軟件GENAMAP。（3）美國Mapinfo公司研制開發(fā)的GIS軟件Mapinfo。152PPT課件ARC/INFO系統(tǒng)提供了用于地理數(shù)據(jù)的自動輸入、處理、分2.2.3.2國內(nèi)GIS平臺:（1）北京大學(xué)與陜西三秦企業(yè)集團聯(lián)合研制的地理信息系統(tǒng)城市之星—Citystar。（2）武漢測繪科技大學(xué)GIS研究中心研制的地理信息系統(tǒng)軟件吉奧之星Geostar。（3）中國地質(zhì)大學(xué)計算中心華地圖形數(shù)據(jù)公司開發(fā)的地理信息系統(tǒng)軟件MAP/GIS。153PPT課件2.2.3.2國內(nèi)GIS平臺:46PPT課件2.3遙感系統(tǒng)RSS：2.3.1遙感的基本概念:遙感的基本定義是:從遙遠(yuǎn)的地方感覺一個物體的客觀存在，它是在人類生活領(lǐng)域內(nèi)廣泛存在的現(xiàn)象。從現(xiàn)代的科學(xué)定義來說，遙感就是在一定距離之外，不與目標(biāo)物體直接接觸，通過傳感器收集被測目標(biāo)所發(fā)射出來的電磁波能量而加以記錄，并形成圖像，以供有關(guān)專業(yè)信息的識別、分類和分析的一種科學(xué)技術(shù)。154PPT課件2.3遙感系統(tǒng)RSS：47PPT課件2.3.2遙感系統(tǒng)的組成：一個完整的遙感系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)由三部分組成：（1）傳感器（sensor）（2）載體（carrier）（3）指揮系統(tǒng)（commandsystem）一個人就是一個天然、完整的遙感系統(tǒng)，眼睛是一對天然的傳感器，人的身體即為載體，人的大腦即為指揮系統(tǒng)。155PPT課件2.3.2遙感系統(tǒng)的組成：48PPT課件156PPT課件49PPT課件傳感器：是收集目標(biāo)物所反射或發(fā)射電磁波信息的裝置。有照相機、攝像機、多波段光譜掃描儀（MSS）、紅外光譜儀等。載體：也稱平臺（planform），它是負(fù)載傳感器的工具。有支架、車輛、氣球、飛機、衛(wèi)星等。指揮系統(tǒng)，就是指揮和控制傳感器與平臺并接收信息的指揮部，現(xiàn)代遙感指揮系統(tǒng)一般均為計算機系統(tǒng)。157PPT課件傳感器：是收集目標(biāo)物所反射或發(fā)射電磁波信息的裝置。有照相機、2.3.3透射特性（大氣窗口）：遙感信息，主要是利用傳感器，通過有關(guān)大氣窗口，在空中來獲取地球表面的地物反射和發(fā)射的光譜信息。大氣窗口就是電磁波在通過大氣層的過程中，被吸收和散射的比例較小而透過率很高的波段，也就是電磁波在大氣中傳輸損耗率很小的波段。目前使用七個窗口：遠(yuǎn)紫外窗口0.15~0.2微米、可見光窗口0.3~1.3微米、近紅外窗口158PPT課件2.3.3透射特性（大氣窗口）：遙感信息，主要是利用傳感159PPT課件52PPT課件160PPT課件53PPT課件1.4~1.9微米、近紅外窗口2.05~3.0微米、中紅外窗口3.5~5.5微米、遠(yuǎn)紅外窗口8~14微米、微波窗口>1.5cm。2.3.4遙感圖像識別基礎(chǔ):（1）地物識別：（2）作物種類識別：（3）作物長勢識別：161PPT課件1.4~1.9微米、近紅外窗口2.05~3.0微米、中紅外窗162PPT課件55PPT課件163PPT課件56PPT課件164PPT課件57PPT課件165PPT課件58PPT課件2.3.5遙感技術(shù)的應(yīng)用:應(yīng)用領(lǐng)域；農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、地質(zhì)、礦產(chǎn)等資源的普查、研究，結(jié)合GPS和GIS的應(yīng)用，可大大地提高普查效率和精度。具體應(yīng)用：土壤普查（類別、肥力、含水量）、作物估產(chǎn)、自然災(zāi)害的監(jiān)測等。166PPT課件2.3.5遙感技術(shù)的應(yīng)用:59PPT課件3.智能化農(nóng)業(yè)機械裝備智能化農(nóng)業(yè)機械裝備是GPS、GIS、RSS、ES、SS、DSS6S系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機械裝備上的綜合應(yīng)用。3.1DGPS農(nóng)機的定位與導(dǎo)航:農(nóng)業(yè)機械在田地中作業(yè)，不同的作業(yè)項目需求的定位分辨力也不相同。變量施肥時30m，變量施用除草劑1m，測產(chǎn)10m，筑埂5cm、噴灑農(nóng)藥重疊10cm。當(dāng)前DGPS系統(tǒng)可達(dá)精度如圖所示。167PPT課件3.智能化農(nóng)業(yè)機械裝備60PPT課件168PPT課件61PPT課件3.2作物產(chǎn)量分布圖的生成：20世紀(jì)90年代后期，國際上先進的各種作物聯(lián)合收獲機，大多數(shù)都具有產(chǎn)量分布圖自動生成功能。谷物聯(lián)合收獲機、棉花收獲機、馬鈴薯收獲機、花生收獲機等都裝備產(chǎn)量數(shù)字化自動生成系統(tǒng)。谷物聯(lián)合收獲機上的產(chǎn)量分布圖自動生成系統(tǒng)研究相對較早，技術(shù)比較成熟。其測產(chǎn)系統(tǒng)傳感器布置及定位系統(tǒng)如圖所示。169PPT課件3.2作物產(chǎn)量分布圖的生成：62PPT課件170PPT課件63PPT課件171PPT課件64PPT課件172PPT課件65PPT課件數(shù)字化產(chǎn)量分布圖是精細(xì)農(nóng)業(yè)的重要基礎(chǔ)信息。產(chǎn)量分布