3S在農(nóng)業(yè)中的缺陷

摘要：本文分別論述了3S技術(shù)中遙感技術(shù)(RS),全球定位系統(tǒng)(GPS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，并總結(jié)了它們綜合應(yīng)用給精細(xì)農(nóng)業(yè)帶來的好處，同時簡單分析了目前3S技術(shù)應(yīng)用在精細(xì)農(nóng)業(yè)上的不足和缺陷。關(guān)鍵詞：3S技術(shù)，精細(xì)農(nóng)業(yè)，GPS，RS，GISAstract:Thispaperdiscussestheapplianceof"3S”technologiesintheprecisionagriculture,includingRemoteSensing,GloblePositioningSystemandGeographicalInformationSystem.Meanwhilethepaperpointsoutadvantagesanddisadvantagesof"3S”technologiesinprecisionagriculture.Keywords:3Stechnology,precisionagriculture,GPS,RS,GIS引言3S技術(shù)包括對地觀測的三種空間高新技術(shù)系統(tǒng)，即遙感(RS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)；是以全球定位系統(tǒng)(GPS)和遙感技術(shù)(RS)作為獲取和更新空間數(shù)據(jù)的手段，以地理信息系統(tǒng)(GIS)作為存儲，管理，分析，應(yīng)用，顯示這些空間地理數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)平臺的集成技術(shù)。3S技術(shù)涉及到電磁波理論、圖象處理、圖象解譯、計算機(jī)硬件與軟件技術(shù)、空間分析技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航原理、測量等多個領(lǐng)域，并將這些理論、方法和技術(shù)與各行各業(yè)生產(chǎn)實際相結(jié)合。隨著3S技術(shù)的迅速發(fā)展，三者之間的交融日益密切，其應(yīng)用也越來越深入到國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，比如國防科技，土地管理，土地變更，車輛導(dǎo)航與監(jiān)控，海洋漁業(yè)開發(fā)，精細(xì)農(nóng)業(yè)等等。我國是個以農(nóng)業(yè)為本的國家，同時又是世界第一人口大國，我國的農(nóng)業(yè)必須自給自足，因此提倡“高產(chǎn)，優(yōu)質(zhì)，高效'的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)技術(shù)迫在眉急。早在1983年國外就有人提出“精細(xì)農(nóng)業(yè)”的概念，并在發(fā)達(dá)國家得到很好的開展應(yīng)用。所謂“精細(xì)農(nóng)業(yè)”[1]指的是：在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，特別是在計算機(jī)和信息科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)“提高產(chǎn)量，減少投入，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境”的要求而引發(fā)的一場新的農(nóng)業(yè)技術(shù)革命，代表著信息社會農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。發(fā)展精細(xì)農(nóng)業(yè)可以有效的解決我國農(nóng)業(yè)人多地少，資源浪費(fèi)的問題，解放農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的人口，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化、機(jī)械化，具有很大的潛力。精細(xì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展受到3S技術(shù)的推動作用。由于民用3S技術(shù)的迅猛發(fā)展和成本的降低，3S技術(shù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)示范應(yīng)用中預(yù)示著良好的發(fā)展前景。在3S技術(shù)支持下的精細(xì)農(nóng)業(yè)具有技術(shù)性強(qiáng)，定量化，定位化的特點，代表了未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。本文就簡單談?wù)?S技術(shù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用。3S技術(shù)分別在精細(xì)農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用1遙感(RS)在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的作用眾所周知，遙感技術(shù)指在遙感平臺上，通過傳感器獲取地物的電磁波信息并識別目標(biāo)幾何物理特征的技術(shù)，其最大的特點是：對地物不接觸而進(jìn)行大面積的同步觀測和具有很好的時效性。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，準(zhǔn)確及時地了解農(nóng)作物的生長狀況是十分重要的。這剛好給遙感這一先進(jìn)技術(shù)有了發(fā)揮的平臺，使遙感成為農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的重要來源之一。利用遙感技術(shù)可以估算農(nóng)作物的播種面積。通過較高分辨率的遙感影像可以估算農(nóng)作物的種植面積；通過遙感影像的判讀技術(shù)，獲取不同農(nóng)作物的分布區(qū)域，從而得到各種不同作物的種植面積和種植結(jié)構(gòu)。在農(nóng)作物的生長過程中，可以通過遙感圖像分析它的長勢征兆。通過不同階段的作物圖像，可以得到作物是否健康，生長是否遵循自然規(guī)律等等，以便及時施肥、灌溉、噴灑農(nóng)藥、預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生；當(dāng)作物即將成熟時期，還可以應(yīng)用遙感圖像獲取得到它的產(chǎn)量。另外，氣象遙感可以提供天氣預(yù)報，比如降水量等信息。這些信息如果及時反饋給農(nóng)民，使農(nóng)民“對癥下藥”，相信今后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將不再是“靠天收”了。與之同時，遙感技術(shù)還可以發(fā)現(xiàn)作物受到的自然災(zāi)害和人為破壞。比如，預(yù)測農(nóng)作物是否會遭受病蟲害；發(fā)現(xiàn)有無化學(xué)污水排入灌溉區(qū)；當(dāng)作物遭受洪水襲擊后，可以分析得到受災(zāi)面積和損壞狀況等。針對這些信息提前采取相應(yīng)的措施，從而就能把損失降到最低程度。2.2全球定位系統(tǒng)（GPS）在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用全球定位系統(tǒng)是一種同時接收來自多顆衛(wèi)星的導(dǎo)航信號，利用空間距離后方交會測量地球表面某點準(zhǔn)確地理位置的一種技術(shù)，簡稱GPS。其優(yōu)點是高精度、全天候和實時性。GPS在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用主要是精確定位。傳統(tǒng)中國農(nóng)業(yè)耕作，都需要大量的人力來完成。從耕牛到鐵牛，雖然是個大變革，但是離完全實現(xiàn)自動化還有很大距離。有了GPS加上電子地圖的使用，可以實現(xiàn)自動化耕作機(jī)械的導(dǎo)航，播種精確定位，測得農(nóng)田的微地形變化等。比如，GPS接收機(jī)用于灌溉系統(tǒng)時，可以精確把水或肥料適量送給需要的作物，既不產(chǎn)生浪費(fèi)，也避免了肥料過多產(chǎn)生的危害。因此，GPS的應(yīng)用給農(nóng)民田間手工耕作的歷史畫上了句號，節(jié)約了大量的勞動力，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)自動化奠定了基礎(chǔ)。2.3地理信息系統(tǒng)（GIS）在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用GIS是采集，存儲，分析，查詢，輸出地理數(shù)據(jù)的計算機(jī)系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)可以比喻為精細(xì)農(nóng)業(yè)的大腦，精細(xì)農(nóng)業(yè)的技術(shù)核心是地理信息系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)最主要的特點是強(qiáng)大的空間分析功能，所以，應(yīng)用GIS對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過程進(jìn)行分析管理及優(yōu)化，如土地類型，灌溉系統(tǒng)，化肥農(nóng)藥用量等；并對農(nóng)作物的生長狀況做橫行和縱向的分析；還可以根據(jù)各地社會經(jīng)濟(jì)得到銷售信息等等。利用GIS技術(shù)繪制產(chǎn)量分布圖。據(jù)說［2］，安裝GPS導(dǎo)航儀的新型聯(lián)合收割機(jī)，每個一定時間記錄收割機(jī)的位置，同時計量系統(tǒng)隨時自動稱出農(nóng)作物的重量，自動記錄這些信息，并存于地理數(shù)據(jù)庫中，可以繪制農(nóng)作物的產(chǎn)量分布圖。利用GIS技術(shù)繪制農(nóng)業(yè)專題圖。根據(jù)專題圖，可以分析全國作物分布情況，分析不同農(nóng)作物的產(chǎn)量狀況等。并可以通過與土地類型圖疊加分析得出某一地區(qū)適合種哪種類型的作物，分析土壤的鹽堿度等等，對于我們合理的規(guī)劃和指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著積極的意義。3S技術(shù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的綜合應(yīng)用3S技術(shù)中遙感技術(shù)可以實時或準(zhǔn)實時地獲取目標(biāo)的語義或非語義信息［3］，特點是大面積同步觀測，全球定位系統(tǒng)有實時精確獲取目標(biāo)的空間位置的作用，兩者均為地理數(shù)據(jù)源，就如同兩只眼睛獲取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)；而地理信息系統(tǒng)像大腦是3S技術(shù)中最重要最核心的技術(shù)，用于綜合分析，科學(xué)管理，動態(tài)存取這些數(shù)據(jù)［3］，并指導(dǎo)數(shù)據(jù)的合理應(yīng)用。三者優(yōu)勢互補(bǔ)，是發(fā)展精細(xì)農(nóng)業(yè)的好方法。先通過RS影像進(jìn)行耕作前的土壤的調(diào)查，調(diào)查土壤的鹽堿度、土壤中的化學(xué)成分、水分、溫度等，然后應(yīng)用GIS進(jìn)行進(jìn)一步的綜合的定量分析，確定適宜種植何種農(nóng)作物；在作物生長的過程中實現(xiàn)自動化機(jī)械GPS導(dǎo)航，播種，除草，施肥，灌溉，噴灑農(nóng)藥都可以做到精確定位，避免浪費(fèi)節(jié)約資源；與此同時，利用RS分析農(nóng)作物的生長狀況，估算面積和長勢等可以及時地了解農(nóng)作物的生長狀況，并預(yù)防病蟲害的發(fā)生并且及時的采取必要的措施減少損失，利用GIS管理分析這些數(shù)據(jù)，建立農(nóng)田基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，并作出耕作方案和行動計劃。這一系列的高科技的應(yīng)用使農(nóng)民坐在家中就可以控制和管理所有勞作，是我國精細(xì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢，也是人類農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢。3S技術(shù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)應(yīng)用中面臨的問題和不足之處首先，利用全球定位系統(tǒng)GPS進(jìn)行導(dǎo)航定位，如果要追求高精度就要損失一定的時效性，反之，要保證時效性就必然要降低一定的精度，二者猶如魚和熊掌，不可兼得。因此，GPS定位精度和時效同時滿足精細(xì)定位的要求是個關(guān)鍵問題。其次，要真正實現(xiàn)全部室內(nèi)作業(yè)，農(nóng)民需要每隔3—5天得到一張農(nóng)田地區(qū)高分辨率遙感圖片。這需要很高的成本，目前還不能做到平民化。對于廣大中國農(nóng)民，可能在短時間內(nèi)還難以掌握先進(jìn)的影像判讀技術(shù)，也難以接受如此高的投入。因此，低成本的遙感圖像和智能化提取農(nóng)作物征兆信息的突破對提高農(nóng)業(yè)田間科學(xué)管理具有十分重要的意義。再次，GIS的分析功能雖然強(qiáng)大，但是要求有精確實時的數(shù)據(jù)源。復(fù)雜的數(shù)據(jù)使分析有時不能順應(yīng)市場的要求。我國耕地分布廣泛，數(shù)據(jù)獲取和更新是個瓶頸問題。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)原則上要根據(jù)市場的供求來指導(dǎo)和調(diào)整，但是由于GIS分析不可能考慮所有的影響方