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精確農業的特征范文1
[關鍵詞] 精準種植應用 水稻 連云港、研究
[中圖分類號] S511 [文獻標識碼] A [文章編號] 1003-1650 （2013）11-0074-01
一、引言
精準種植農業是把遙感、地理信息系統與全球定位系統、計算機應用技術、自動控制技術與網絡通信技術充分結合到農業學、地質學與生態學的發展規律與模型中，根據耕地區域的變化對農業的生產過程進行精確定位與定量操作的一套完整的現代農業集成化技術，使農業技術措施和耕地區域變異達到精確匹配的目的，精確控制農田各個區域的種子、化肥與農藥的施用量，在提升作物產量的同時，降低對生態環境的污染與破壞程度，是有利于實現農業的可持續發展 。連云港地區運用此技術不但對提高糧食產量有重要意義，而且對改善此地區的環境有著重要意義。
二、連云港水稻種植運用精準種植技術研究
1.連云港地區精準種植農田信息采集的可能性
農田土壤、水分、養分與生物時空地理分布信息采集和分析是實行精準種植農業的重要基礎，同時是數據信息采集成本的最高組成部分。根據土壤營養成分的時空分布特點與農業作物生長特征，在定位條件下進行耕地區域土壤水分、土壤養分、作物產量與耕地氣候等各種參數的信息采集。根據各個不同年度的土壤養分圖與作物產量圖的分布特點，分析進行耕地各部分基礎數據信息采集的技術與方法。在實驗區域內以一定面積為單位劃分耕地區域，各個區域使用GPS的精準定位技術，而且根據區域單元采集土壤樣本信息，測量土壤養分與土壤水分的數據參數，描繪出相應的土壤養分圖，根據各個不同年度的土壤養分圖與農業作物產量圖的分布特點，分析進行耕地區域各種基礎信息采集的技術與方法。連云港位區我國溫帶和亞熱帶地帶，光線充足，氣候溫和，而且位于沿海地帶，非常適合水稻精準技術的應用。同時連云港地區的優勢農作物就是水稻，單產和總產在江蘇省都是很突出的，農民也有種植水稻的悠久習慣。東南沿海地帶的工業化程度高，科技相對發達，如果此技術能推廣，由于工業化的支持，很容易形成產業化和規?；Ｋ晕覀冋f，在連云港地區推行水稻精種植技術的條件是成熟的。
2.水稻精準種植信息處理在連云港地區應用
首先建立連云港地區耕地基本信息、氣象狀況、社會經濟條件與生產狀況等各種相關地理信息系統，為實行地理資源分布狀況分析、確認實際生產目標、設置持續性地穩定生產制度與年度規劃提供科學根據。把全球定位系統和連云港地區的具體地貌結合，構建土壤水分、養分、病蟲草危害、農業作物生長態勢、把數據信息轉換成為直觀形式的各種信息圖表，使農業管理人員能夠及時精確地關注耕地區域的動態數據信息，同時為農業作物的生產管理策略提供實時有效的精確信。在突破技術瓶頸的時候，我們要充份的利用到連云港地區的高校群，可以和農業方面的專家合作，實現多學科的技術知識。在水稻精準種植信息的處理方面，需要相關的技術人員和農業專家共同打造一個成熟的機制。
3.水稻精準種植技術的應用對連云港的環境影響。
對于水稻精準種植技術的初期評價分析表明，進行精準種植農業能夠充分地確保農業資源的有效使用，降低對生態環境的污染與破壞程度，在符合社會經濟發展需求的同時，充分完善資源狀況，有利于促進生態環境的良性循環發展。實施精準農業集感、地理信息系統、全球定位系統、計算機技術、自動化技術、通訊和網絡等高新技術于一體應用于農業生產過程，可以明顯提升農業產業的現代化管理水平。精準種植技術的農業經濟效益是長期階段的綜合效益，在短時期以內精準種植農業技術實施的耕地無法產生經濟效益，其長期階段的經濟效益可以直接體現在耕地區域的空間分布狀況，合理使用相應的農藥化肥，不斷改善耕地區域的環境條件。信息化的農業是未來階段現代化發展的重要標志，信息科學技術是達到農業現代化的必備方法，然而我國的信息化農業產業仍然處在起步階段，實施精準種植農業技術具有良好形式的市場發展前景，通過精準有效的農業技術和儀器設備，能夠獲得一定程度的經濟效益，能夠促進智能化農業機械、農業信息服務等一系列有關產業的實質發展。傳統農業的效益有限，需要大量的耕地，這和連云港地區的當前情況不符。由于經濟的發展和城市化的進程，連云港地區的可用耕地越來越少，而有限的耕地再不適合粗糙的傳統種植方法，采用水稻精準種技術可以提高有限的耕地利用率。同時，傳統的種植方法需要大量的化肥才能提高產量，使連云港地區的水質和土壤受到極大的污染，采用新的種植方法能極大的提高連云港地區的生態環境。
三、結束語
水稻精準種植技術的成果具有良好的應用發展前景，屬于應用性技術成果方面的產出環節，但是這種技術真正的在連云港地區甚至全國進行推廣，形成規?；洜I，還有很多的路要走。它還需要我們的技術在應用中不斷的進行改進，等完全成熟后，還要對廣大的農民進行一個技術推廣，讓水稻精準種植技術真正的在連云港甚至全國推廣，我們完全有理由期待這項技術會帶來更好的水稻種植前景。
參考文獻
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精確農業的特征范文2
關鍵詞：農業信息化 山東
中圖分類號：S-1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（a）-0131-01
1 農業信息化
1.1 農業信息化特征
信息化在農業方面的應用則稱為農業信息化。農業信息不僅泛指農業及農業相關領域的信息集合，也是農業信息的整理、采集、傳播等農業信息化進程[1]。將計算機和現代信息技術應用于農業生產與發展，大大提高了農業生產的效率與水平，對農業發展的貢獻率高[2]。農業信息化主要內容有農業物聯網、農業產品電子商務、農產安全品溯源、精確農業等。農業信息技術逐步走向智能化、集成化、系統化，這為實現農業現代化意義重大。
1.2 農業信息化的重要性
農業信息化是農業高新技術的重要組成部分，將農業生產過程的每個環節信息化，促進了農業可持續協調發展[3]。1994年12月，為了加速和推進農業和農村信息化，在國家經濟信息化聯席會議上提出“金農工程”。1996年，中國農業部建立了國家級的中國農業信息網。2013年6月，國家成立了農業部農業信息化領導小組。2013年11月，黨的十提出了推進“四化同步”的總體要求，加快推進信息化與農業現代化相融合，加快推進信息技術與農民生產生活相融合。顯然，國家對農業信息化的發展已經是越來越重視，并且為發展農業信息化做出了有效地舉措。
2 山東部分農業資源狀況分析
2.1 山東水資源狀況
通過查閱《山東統計年鑒》[8]（下同）表明山東2003年至2012年，水資源總量逐年波動。2003年至2012年總體呈現下降趨勢，2003年山東水資源總量近500億立方米，而2012年僅為273億立方米。表明山東水資源面臨嚴峻考驗，水資源作為當今緊缺的必需農業生產資源，倘若其進一步減少必將抑制山東農業發展。
2.2 山東氣候降水狀況
山東屬暖溫帶季風氣候類型。降水集中，雨熱同季，春秋短暫，冬夏較長。年平均氣溫11℃～14℃，山東省氣溫地區差異東西大于南北。年平均降水量一般在550～950 mm之間，由東南向西北遞減。降水季節分布很不均衡，全年降水量有60%～70%集中于夏季，易形成澇災，冬、春及晚秋易發生旱象，對農業生產影響最大[4]。
2.3 山東農耕肥料施用量的狀況
通過數據[8]可以看出，山東近12年來，農用鉀肥和復合肥施用量逐年增多，增幅顯著；作為農業重要肥料的氮肥和磷肥的施用量逐年略有減少。面對我國肥料資源不足，利用率低，損失嚴重的緊迫局面，如何提高肥料高效利用成為當前的焦點。除此之外，在農業生產過程中，不合理施肥造成的環境污染問題嚴重，肥料資源配置不合理等問題也日益嚴重。
通過上述表明，山東水資源不足、肥料資源利用率低、農業科技水平不高的基本省情制約農業發展。農業資源和環境信息化、農業生產和農業管理信息化和農業生產資料信息化將為解決上述問題提供強有力的保障，這也是農業信息化的發展要求。由于農業信息化離不開智能農機裝備的技術支持，所以農業機械擁有量的持續增加也為農業信息化的發展提供間接的保障。
3 山東農業信息化發展建議
3.1 農業科技信息化
山東省各地的農業科技成果頗多，但由于信息交流不暢，農業生產急需的實用技術得不到保障，導致農業技術與生產活動相互脫節的局面。因此，加快農業科技信息化，可以加強農業科研和生產活動的信息溝通，加快農業新技術成果的實踐，提高農業的科技含量和競爭力[5]。
3.2 增加農業信息傳播形式
進一步完善農業信息網絡服務的實施方案，合理利用中國農業信息網所提供的信息。保障農業短信服務等通訊服務的正常運行，完善服務水平，提高信息的時效性。規范農業期刊內容，保障先進農業技術的可靠性。借助手機AAP軟件，設立農業信息微信賬號，通過微信向社會農業相關信息。
3.3 發展要借助高新技術
農業信息化離不開高新技術的支持，將遙感技術、系統理論、物聯網技術、專家決策系統、GIS、GPS等技術應用于農業，可實現農業精細化生產，提高經濟效益。同時，應進一步加大3S技術應用于糧食種植面積、土壤墑情、水旱災害、農作物產量等監測預測，為農業決策提供了科學依據。
3.4 明確建設的主體關系
農業信息化建設重要組成部分是參與主體。政府、農民、企業、涉農科研機構和農業協會之間需要密切配合，協調分工，最大程度獲取農業信息化領域的價值。只有明確農業信息化建設的主體關系，才能有效杜絕分工不明確，機構不合理以及責任不清的問題，為農業信息化健康發展提供保證。
4 結論
大力發展農業生產力的同時，更要符合山東人多耕地少、水資源不足、肥料資源利用率低、農業科技水平不高的基本省情。農業信息化的發展為農業生產力由相對落后的原始農業、傳統農業向現代農業的發展提供強有力的支撐[6]。今后，山東應主導農業信息化的多元化發展，著重對農業信息網絡建設、農業資源信息建設、農業信息技術的產業化等方面加大力度。另外，由于山東不同地區的農業技術水平差異性較大，因此，采用因地制宜的方式有利于資源的高效利用，同時為山東全省推廣農業信息化奠定基礎[7]。
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精確農業的特征范文3
關鍵詞：精準農業；研究進展；發展方向
中圖分類號：S-0文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2013）09-0118-04
我國農業資源約束日益突出，農業生態環境退化加劇，化肥占農業生產成本25%以上，但利用率僅為30%～35%，遠低于發達國家的50%～60%，不僅造成了經濟上的巨大損失，更帶來了嚴重的地下水污染和生態環境破壞。國內外研究表明，精準變量施肥可使多種作物平均增產8.2%～19.8%，降低總成本約15%，化肥施用量減少約20%～40%，土壤理化性質得到改善。因此，解決上述問題的最佳途徑是大范圍地推廣應用按需變量施肥的精準農業和測土配方施肥技術。
1 精準農業及其在我國的實踐與發展
精準農業[1～5]又稱精細農業，它以信息技術為基礎，根據田間每一操作單元的具體條件，定位、定時、定量地調整土壤和作物的各項管理措施，最大限度地優化各項農業投入的量、質和時機，以期獲得最高產量和最大經濟效益，同時兼顧農業生態環境，保護土地等農業自然資源。
精準農業技術是基于信息技術、生物技術和工程裝備技術等一系列科學技術成果上發展起來的一種新型農業生產技術，由全球定位系統、農田信息采集系統、農田遙感監測系統、農田地理信息系統、農業專家系統、智能化農機具系統、環境監測系統、網絡化管理系統和培訓系統等組成。其核心技術是“3S”（即RS、GIS、GPS）技術[6，7]及計算機自動控制技術。
遙感（RS）技術[8]的主要作用是農作物種植面積檢測及產量估算、作物生長環境信息檢測（包括土壤水分分布檢測、水分虧缺檢測、作物養分檢測和病蟲害檢測）、災害損失評估。地理信息系統（GIS）[9]是精細農業技術的核心。應用該系統可以將土地邊界、土壤類型、地形地貌、灌溉系統、歷年土壤測試結果、化肥和農藥使用情況、歷年產量等各種專題要素地圖組合在一起，為農田管理提供數據查詢和分析，繪制產量分布圖，指導生產。應用全球定位系統（GPS）可以精確定位水、肥、土等作物生長環境和病、蟲、草害的空間分布，輔助農業生產中的播種、灌溉、施肥、病蟲害防治工作。另外，農機具上安裝GPS系統還可以進行田間導航，實現變量作業。
我國在1994年就有學者進行精細農業的研究。國家“十五”科技戰略重點將發展精準農業技術、提高農業生產水平作為重中之重，并首次在“863”計劃中支持研究機構進行精準農業技術自主創新。目前一些地區已經將精細農業引入生產實踐中，在北京、上海、黑龍江以及新疆一些地區建立起一批精細農業示范基地，并取得了可觀的經濟效益。
2 國內精準農業技術研究現狀
從技術角度來看，完整的精細農業技術由土壤及作物信息獲取、決策支持、處方生成、精準變量投入四個環節組成（圖1）。信息獲取技術、信息處理與分析技術、田間實施技術是精準農業不可或缺的組成部分，三者有機集成才能實現精準農業的目標。
圖1 精準農業（PA/PF）技術組成
2.1 土壤及作物信息獲取[10，11]
由全球衛星定位系統（GPS）獲得的定位信息、遙感系統（RS）獲得的遙感信息和基礎、動態信息構成了農業生物環境監測數據信息。
2.1.1 土壤環境信息的獲取 （1）土壤養分信息的獲取：土壤養分的快速測量一直是精準農業信息采集的難題。目前主要的測量儀器一是基于光電分色等傳統養分速測技術的土壤養分速測儀，其穩定性、操作性和測量精度雖然尚待改進，但對農田主要肥力因素的快速測量具有實用價值。如河南農業大學開發的YN型便攜式土壤養分速測儀[12]，相對誤差為5%～10%，盡管每個項目測試所需時間仍在40～50 min，但較傳統的實驗室化學儀器分析在速度上提高了20倍。二是基于近紅外（NIR）多光分析技術、極化偏振激光技術、離子選擇場效應晶體管（ISFET）集成元件[13，14]的土壤營養元素快速測量儀器，相關研究己取得初步進展，有的已裝置在移動作業機上支持快速信息采集。
（2）土壤水分信息的獲取：土壤水分的測量是精細農業實施節水灌溉的基礎。目前常用的水分測量方法有基于時域反射儀（TDR）原理的測量方法、基于中子法技術的測量方法、基于土壤水分張力的測量方法和基于電磁波原理的測量方法[15]。
（3）土壤電導率信息的獲?。和寥离妼誓懿煌潭鹊胤从惩寥乐械柠}分、水分、有機質含量、土壤質地結構和孔隙率等參數的大小[16，17]。有效獲取土壤電導率值對于確定各種田間參數時空分布的差異具有重要意義?？焖贉y量土壤電導率的方法有電流-電壓四端法和基于電磁感應原理的測量方法。
（4）土壤pH值的獲取：目前適合精細農業要求的pH值檢測儀器主要有光纖pH值傳感器和pH-ISFET電極[18～21]。光纖pH值傳感器雖然易受環境干擾，但在精度和響應時間上基本能滿足田間實時快速采集的需要?；趐H-ISFET電極的測量方法具有良好的精度和較短的響應時間，但易受溫度影響，需要溫度補償，且電極的壽命較短。
（5）土壤耕作層深度和耕作阻力：圓錐指數CI（Cone Index）可以綜合反映土壤機械物理性質，表征土壤耕作層深度和耕作阻力[22]。圓錐指數CI是用圓錐貫入儀（簡稱圓錐儀）來測定的。圓錐儀的研制工作不斷發展，從手動貫入到機動貫入，從目測讀數到電測記錄，出現了多種多樣的圓錐儀。
2.1.2 作物生長信息的獲取 作物生長信息包括作物冠層生化參數（葉綠素含量、作物水分脅迫和營養缺素脅迫）、植物物理參數（如根莖原位形態、葉片面積指數）等。作物長勢信息是調控作物生長、進行作物營養缺素診斷、分析和預測作物產量的重要基礎和根據。主要方法有三種：一是從宏觀角度利用RS遙感的多時相影像信息研究植被生長發育的節律特征[23]。二是在區域或田塊的尺度上，近距離直接觀測分析作物的長勢信息。三是基于地物光譜特征間接測定作物養分和生化參數。
2.1.3 病蟲草害信息的采集 病蟲害和雜草是限制農作物產量和品質提高的重要因素，及時、準確、有效檢測病蟲害的發生時間、發生程度是采取治理措施的基礎。目前，病蟲草害信息的自動快速采集主要是基于計算機圖像處理和模式識別技術，以研究植株的根、莖、冠層（葉、花、果實）等的形態特征作為診斷判讀的目標。主要分析方法有光譜特征分析法、紋理特征分析法、形狀特征分析法等[24～29]。
2.1.4 作物產量信息的獲取 獲取作物產量信息是實現作物生產過程中變量管理的重要依據。國際上已商品化的谷物聯合收割機產量監視系統主要有美國CASE IH公司的AFS（advanced farming system ）系統、英國AGCO公司的FieldStar系統、美國John-Deree公司的Greenstar系統、美國AgLeader公司PF（precision farming）系統及英國RDS公司的產量監測系統等[30]。這些系統具有功能較強的GIS綜合功能，能自動完成產量監測和生成產量分布圖。我國谷物產量測產系統的研究起步較晚，目前尚在研制中。
2.2 決策支持與處方生成
分析決策系統[31]主要包括地理信息系統（GIS）、作物生產函數或生長模型和決策系統三部分，決定變量施肥效果[14]。
地理信息系統（GIS）用于描述農田屬性的空間差異和建立土壤數據、自然條件、作物苗情等空間信息數據庫，進行空間屬性數據的地理統計。它主要應用于離線的處方控制方式中，而在實時控制模式中沒有使用的必要。
作物生產函數或生長模型是生物技術在農業實際生產中的應用。它將作物、氣象和土壤等作為一個整體進行考慮，應用系統分析的原理和方法，綜合農學領域內多個學科的理論和研究成果，對作物的生長發育與土壤環境的關系加以理論概括和數量分析，并建立起相應的數學模型。該模型描述了作物的生長過程及養分需求，是變量施肥決策的根本依據。
決策系統根據農業專家長期積累的經驗和知識或GIS與作物生長模型的組合分析計算[11]，這些存儲在GIS系統中的數據信息經由作物生產管理輔助決策支持系統，最終生成具有針對性的優化了的投入決策及對策圖，即進行時、空、量、質全方位的田間管理實施處方圖，得到施肥的處方圖（離線形式）或具體的施肥量（在線形式），并將其存入存儲卡或者數據庫中，供施肥作業使用。
2.3 變量投入技術
由配套農業設施設備（ICS農機裝備和VRT變量投入設備）組成調控實施系統，經全球衛星定位系統GPS定位，在田間管理處方圖的指導下實施精細控制，田間實施的關鍵技術是現代工程裝備技術，是“硬件”，其核心技術是“機電一體化”。田間實施技術應用于農作物播種、施肥、化學農藥噴灑、精準灌溉和聯合收割機計產收獲等各個環節中。
3 國內精準農業發展對策
3.1 宣傳普及，提升對精準農業的認識
精準農業技術本身能帶來可觀的經濟效益和社會生態效益，同時對提高農民收入、減少農民勞動強度、改善環境質量等有非常重要的作用。
精準農業技術的推廣應用涉及精準農業技術本身的發展、農業機械化水平、農業技術培訓、農民承擔生產風險的能力等，其中農業技術培訓是推廣應用過程中的關鍵。由于農民獲得信息的渠道有限，只有通過農業技術培訓，農民才能認識到精準農業技術的優點并在技術培訓過程中掌握這項技術，精準農業技術才能在生產實踐中大范圍地推廣應用。
3.2 完善精準農業的配套技術
通過測土配方和相應的變量施肥技術，改變農民傳統施肥觀念，根據土地的肥力現狀按需變量配合施用肥料，提高肥料利用率，減少面源污染，增產增收。
做好精準農業資料收集和信息標準化工作，應用3S技術建立農作物品種、栽培技術、病蟲害防治等技術信息網絡以及農業科研成果、新材料等科研信息網絡，實現農業資源的社會化、產業化。
3.3 選準適合國情的精準農業項目
我國大部分地區尤其是較落后地區的農村承包地普遍處于碎片化狀態，難以支撐起發展精準農業的要求，必須通過土地流轉達到規模經營的效果。
另一方面，隨著農村市場化和產業結構的調整，在墾區農場（如黑龍江大型農場、新疆建設兵團）和大面積作物生產平原區建立“精確施肥”技術示范工程，或聯合一些高效益企業（煙草企業、中藥材企業等）帶動“精確施肥”的發展是結合中國國情發展精確施肥的有效途徑。
4 結束語
精準農業的發展在我國尚處于起步階段，面臨諸多問題與困難。而且我國土地相對分散，技術落后，環保意識不強，在相當長的時期內仍然是小農經濟占主導成分。因此建立一個集資源化、信息化、知識化、生態化于一體的全方位生態系統，走具有中國特色的精準農業發展之路，是我國農業發展的必然。
《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006～2020年）》中明確把農業精準作業與信息化作為農業領域科技發展的優先主題，精準農業對提高我國農業現代科技水平具有重要作用，具有廣闊的發展前景。
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精確農業的特征范文4
關鍵詞：氮素營養；無損測試；葉綠素計；遙感；數字圖像
氮肥是全世界施用最多的化學肥料，在世界農業發展中發揮了重要作用，氮素營養已成為作物生長與產量最主要的限制因子之一。盡管氮素在糧食增產方面呈現出巨大的優勢作用，但盲目增施氮肥和不合理利用也帶來了一系列不可忽視的問題。過量施氮降低了氮肥利用率，同時也造成了地表和地下水體的嚴重污染。迅速、準確、非破壞性地判斷作物氮素營養狀況，進而確定氮肥需要量，對作物精確施肥具有重要意義。
傳統的氮素營養失調診斷一般包括癥狀診斷、長勢長相診斷和葉色診斷。癥狀診斷的方法通常只在植株僅缺一種營養元素的狀況下有效，長勢長相診斷沒有固定模式，應用受到限制，葉色診斷不能區分作物失綠是由于缺氮引起的還是由于其他因素的干擾口。這些傳統的測試手段需要破壞性取樣，需要一定的專業性，在測定、數據分析等方面耗費大量的人力、物力、財力，不可避免地使用具有腐蝕性和潛在危險的化學藥品，且時效性差，故尋求一種快速、經濟、可靠的氮素營養診斷技術已成為當務之急。近年來，隨著相關領域科技水平的不斷提高，氮素營養診斷的測試技術正由傳統的實驗室常規測試向田間直接無損測試方向發展，測試水平由定性或半定量的手工測試向精確定量的智能化方向發展。
1 便攜式葉綠素計在作物氮素診斷中的應用
植物在可見光波段的反射率主要受葉綠素的影響。缺氮、干旱等各種植物脅迫都會使作物葉片的光反射特性發生改變，通過檢測地面植物冠層光學反射特性可以了解作物的營養狀況。葉片中影Ⅱ向光吸收和光反射的主要物質是葉綠素、蛋白質、水分和含碳化合物，其中影響最大的是葉綠素含量。由于葉片顏色與葉綠素含量正相關[4]，并且葉片含氮量和葉綠素變化趨勢相似，故常用葉綠素含量間接指示植物的氮素含量。因此，通過觀察葉片顏色的變化就可以了解作物的氮營養狀況。許多研究發現，植物在550 nm、675 nm附近的反射率對葉綠素含量比較敏感[6]，但單一波段的反射率易受生物量、背景等的影響，因而具體應用中，常用兩波段比值以提高葉綠素光譜診斷的精度。
日本Minolta公司近年來推出的便攜式葉綠素計(sPAD-502 Chlorophyll Meter)，可以在田間無損檢測植物葉片的葉綠素含量。其工作原理是：葉綠素a和b在可見光波段的紅光區都有最大吸收峰，而在紅外區則幾乎沒有。SPAD采用雙波長LED光源，一為650 nm紅光LED，一為940 nm紅外光LED，儀器的光線接受系統為硅光二極管，它將光信號轉換為模擬電信號，經放大器放大后再由A／D轉化為數字信號，微處理器自動將通過樣品的兩種光的光密度比值進行計算得到SPAD值。使用該儀器測定具有簡單、快速、非破壞性的特點，近年來其被廣泛應用于小麥、水稻、玉米等作物的氮素營養診斷和氮肥推薦。
2 多光譜遙感測試技術在作物氮素營養診斷中的應用
近年來，高分辨率多光譜近地測量技術在作物氮素診斷方面發揮了非常重要的作用，在精確農業管理中結合變量施肥系統發展非常迅速。利用高光譜遙感技術，可以快速精確地獲取作物生長狀態以及環境脅迫的各種信息，從而相應調整投入物資施入量，達到減少浪費、增加產量、保護農業資源和環境質量的目的，是未來農業可持續發展的重要手段。
植物的反射光譜曲線具有顯著的特征。不同的植物以及同一種植物的不同生長發育階段，正常生長的植物和由于受病蟲害侵擾或患有缺素癥的植物，其反射光譜曲線的形態和特征不同，因此冠層光譜信息是作物生長綜合狀況的外在表現。在農業生產中，肥料因素是作物生長的最主要限制因子，其中以氮素最為明顯，氮素的豐缺直接影響作物的光譜反射。隨著遙感技術在農業中的普及應用，人們已經深刻認識到作物的光譜特性是由于作物的生理特征決定了它對光的吸收、透射、反射，而作物的生理特征又相應反映了它的長勢情況，故可以根據光譜特征差異監測作物的生長狀況。為了探索植物葉片氮素遙感診斷的可能性，20世紀70年代以來，有關科學家就進行了大量的基礎研究，已經成功地尋找出氮素的敏感波段及其反射率在不同氮素水平下的表現。研究表明，植物葉片的光譜特性與葉片厚度、水分含量和葉綠素等色素含量有關，己經有很多研究表明植物營養元素狀況與光譜特性也密切相關。不同營養狀況下植物光譜特性的差異引起了農學、植物生理學和遙感等許多學科研究者的重視。這不僅使田間非破壞性、快速、簡易地診斷營養狀況有了可能，而且由于傳感器等遙感技術的發展，使得大面積監測植物的營養狀況取得了很大進展。研究發現許多植物在缺氮的情況下無論是葉片還是植物冠層水平的可見光波段反射都有所增加，許多學者便通過各種統計方法來尋求含氮量與光譜反射率或其演生量的關系，并建立模型來估算作物的氮素含量。1972年，Thomas等通過測定甜椒葉片的反射率來估測氮素含量，研究發現氮素營養水平對甜椒葉片在550 nm和670 nm波段反射率的影響大，并利用這兩個波段建立了估算氮素含量的相關模型；2000年，Daup和Htry等對不同供氮處理的玉米通過多光譜遙感確定最佳測定波段，并通過光譜反射來估計冠層葉綠素含量；1993年，王人潮等確定診斷水稻冠層氮素營養水平的敏感波段為760～900 nm、630～690 nm和520～550 nm；Chappelle等提出了一種光譜反射率分析算法用于評估葉綠素含量，當植株中的葉綠素逐漸累積時，用這種方法計算的結果與通過化學分析所得結果比較，具有較好的一致性。
近地面遙感技術在作物氮素營養診斷中的應用，可以提高農業資源的利用效率，減少不必要的資源浪費和環境污染，提高作物栽培、管理和生產水平，提高農業生產的經濟和生態效益，促進我國精細農業的發展。
3數字圖像處理技術在作物氮素診斷中的應用
植物在可見光波段的反射率主要受葉綠素的影響。而葉綠素含量和植株的氮素含量密切相關，故常用葉綠素含量間接地指示植物的氮素含量。在傳統的農業生產中，人們常常通過觀察作物冠層顏色來指導施肥。隨著電子計算機圖像處理技術的發展，可以利用一個代替人眼的圖像傳感器獲取物體的圖像，將圖像轉換成數字圖像，并利用計‘算機模擬人的判別準則去理解和識別圖像，達到分析圖像和作出結論的目的。數碼相機就是應用這一原理研制的。數碼照相機實質上是傳統相機和電了計箅機相融合的產物，它對圖像的獲取是通過CCD陣列平面對光線吸收形成的，加裝了不同濾光鏡的CCD陣列吸收了反射進入鏡頭內的可見光，CCD陣列的每一點只能選擇性吸收一定波段的可見光，并將此光
信號轉換為電信號，并經過運算存入數碼相機的存儲器中。通常數碼相機是通過RGB加色原理進行成像的，每個像素由R、G、B即紅、綠、藍共3種顏色生成。
圖像處理技術是20世紀70年代在遙感圖像處理和醫學圖像處理成功應用的基礎上逐漸興起的，并應用于多個領域。隨著計算機硬件水平的提高，圖像處理技術開始在農業生產上廣泛應用。歐美等發達資本主義國家已經在獲取作物的生長狀態信息、農業種質資源管理、農產品品質資源管理、農產品品質鑒定、農產品自動化收獲等領域進行了廣泛深入的研究，從事這方面的專家提出了許多新算法和新理論，為這一技術的發展奠定了堅實基礎。近幾年，圖像處理技術在我國已廣泛應用于生物、醫學、建筑、工業生產、氣象、資源調查、災害檢測中的航拍和衛星圖像的解析等領域，其在農業中的研究和應用已開始顯現出巨大的發展潛力，通過圖像處理技術診斷作物營養狀況的研究正成為機器視覺在農業應用中的熱門課題。
作物在不同的營養狀況下表現出不同的莖葉顏色，尤其是對氮肥的響應比較敏感，因此作物冠層色彩信息是表征作物營養狀況的重要內容。作物營養狀況的變化直接影響著作物的冠層顏色，缺氮植物葉片顏色變淺，冠層顏色偏黃綠色，由于人眼對可見光最敏感的波段在550 nm，恰好在可見光的綠色波段，自古以來農民傳統判斷作物營養狀況的手段就是通過肉眼對作物綠色深淺的判斷。研究表明，植物冠層綠色狀況通常情況下都與葉片葉綠素含量有關，而葉綠素與植株的全氮含量有顯著的相關關系，其含量的變化影響了葉片冠層的光吸收或反射。葉片光特性與氮含量的關系進一步證明，通過檢測地面植物冠層顏色特性可以了解作物的營養狀況。
近年來，利用數碼相機結合圖像處理技術進行作物氮素營養診斷，已在作物生長狀況評價和營養診斷方面取得了新進展。1993年，美國科學家Blackmer和Schepers利用圖像處理技術對黑白膠卷進行研究，表明利用該方法可以預測氮供應情況；1995年，Blackmer和Schepers研究表明，同時利用葉綠素計測量結果和航拍圖像經過計算機圖像處理的結果進行比較，結果表明盡管在施肥處理上存在顯著差異，但是利用葉綠素計不能很好地反映作物氮肥施用水平的差異，航空拍攝圖像的紅色灰度值可以較好反映氮素供應水平；1996年，Blackmer研究了冠層光反射與玉米產量的關系，通過分析彩色照片上的冠層相對亮度對玉米產量進行了預測，紅、綠、藍三色光與玉米產量間都達到了極顯著的線性正相關關系；1997年，Dymond和Trotter利用數碼相機通過航空攝影獲得森林和牧場的彩色圖像，經校驗后有效評價了森林和牧場的植物冠層雙波長的反射特性；1999年，Adamsen等應用數碼相機獲取了冬小麥的冠層圖像，并分析了冠層圖像綠光(G)與紅光(R)的比值G／R，認為G／R與葉綠素計讀數有極顯著的相關關系；l 999年，Lukina等應用數碼相機獲取田間小麥冠層圖像并通過圖像處理獲得小麥冠層覆蓋度，估計了冬小麥冠層生物量；2004年，Liangliang和Cheng Xinping應用數碼相機獲取田間冬小麥冠層圖像，分別建立了拔節期和孕穗期冠層綠色深度與地上部植株全氮間的關系模型，建立了冬小麥拔節期氮肥營養推薦體系，取得了較好效果。
便攜式葉綠素計、多光譜遙感測試技術和數字圖像處理技術在作物氮素診斷中的應用能快速有效地跟蹤和監測作物氮素狀況，確定科學的施肥管理措施，提高氮素利用效率，合理利用資源，減少過度施氮造成的環境污染，保證人體健康和環境安全，實現作物田間氮肥管理的智能化和科學化。
精確農業的特征范文5
關鍵詞：專家系統；計算機應用；農業領域
TheApplicationofAgriculturalExpertSysteminChina
ZhaoLinFengXiongXingYao
(CollegeofHoritcultureandLandscapeArchitecture,HunanAgriculturalUniversity)
Abstract：Thispapersummarizedtheresearchhistory，frameworkanddesigningfoundationofagriculturalexpertsystemintheworld，analyzedtheapplicationofagriculturalexpertsysteminthenewcenturyinChina.
Keywords：expertsystem；computerapplication；agriculturalfield
1.前言
我國加入WTO，傳統型農業面臨巨大的挑戰，因而必須依靠先進的科學技術，向信息化、現代化農業邁進。信息技術的廣泛應用，為精確農業的發展提供了技術支持。精確農業在美國等發達國家已取得長足發展，但在我國尚處于起步階段。精確農業代表農業的發展方向．以農業專家系統為特征，發展精確農業是我國農業信息化、現代化的一條新路[1,2]。
專家系統也可以叫智能系統，是基于知識的程序設計方法建立起來的計算機系統。[3]它能夠對某一領域內大量的專家知識，應用計算機模擬專家的行為方式來實現對專家知識的獲取以及對知識庫與數據庫的管理，并能對數據庫和知識庫按照一定的規則進行推理、表達，最后模仿專家能解答終端“客戶”問題的計算機系統，是人工智能AI的組成部分。在農業領域中應用的專家系統稱為農業專家系統，也可以叫做農業智能系統，是農業信息技術中的一項重要技術，它是將人工智能的知識工程原理應用于農業領域的一項高新技術，它是運用知識表示、推理、知識獲取等技術，總結農業專家的寶貴經驗、實驗數據及數學模型，建造起來的計算機農業軟件系統。它具有獨立的知識庫，智能化的分析推理。對用戶所提出的的問題能給予專家水平的解答。農業專家系統可應用于農業的各個領域[4-7]。
2.農業專家系統的基本概述
2.1農業專家系統的基本結構:(1)知識庫;用來存放相關領域專家提供的專門知識。包括與領域相關的書本知識、常識性知識，其中最為寶貴的是專家經多年實踐而積累的經驗知識.(2)綜合數據庫；用于存放有關問題求解的原始數據、求解狀態、中間結果、假設、目標以及最終求解結果。(3)推理機；其功能是根據一定的推理策略從知識庫中選取有關的知識，對用戶提
趙林峰，碩士研究生，湖南農業大學園藝園林學院.410128。
*熊興耀，博士，教授，博士生導師，湖南農業大學園藝園林學院，410128，E-mail:xiongxingyao@
供的證據進行推理，直到得出相應的結論為止。(4)知識獲取模塊；獲取過程可以看作是一類專業知識到知識庫之間的轉移過程，通過對專門知識的自動獲取達到系統的再學習而不斷完善知識庫。(5)解釋接口用戶；專家系統能回答用戶的問題，具有解釋功能。并負責對推理給出必要的解釋[8]。
2.2農業專家系統應具備的基本功能(1)在產前能根據用戶的生產條件、生產目的，因地制宜地為用戶提供最佳或較佳的產量指標、效益指標以及達到指標的優化技術方案。[8](2)在生產中能對出現的問題，根據用戶提供的信息進行推導，判斷出問題出現的原因，并提供可行、有效的解決辦法。[9](3)在產后能根據用戶產品的數、質量和市場的需求提供合理貯、運、銷、加工等的建議[10]。
2.3農業專家系統的特點(1)啟發性;，能運用專家的知識和經驗進行推理和判斷。(2)透明性;，能解決本身的推理過程，能回答用戶提出的問題。(3)靈活性;能不斷地增長知識，修改原有的知識。[12](4)專一性;任何專家系統均是為某一特定領域而設計，其研究范圍具有高度的專一性。(5)可靠性不受疲勞、疏忽、緊張和外部壓力等主客觀因素的影響[8]。
3.專家系統在農業上的應用
3.1在植物保護中的應用
3.1.1作物病蟲預測預報；病蟲預測預報需要的基本信息是：病蟲害的生物學參數、發生環境狀況和氣象條件資料。這些數據往往需要通過繁瑣的計算才能獲得，人工操作費時費工，容易出錯。專家系統可根據輸入的原始資料自動選擇模擬和計算方法來預測或預報目標信息，快速得出預測預報模型，以便掌握其防治時期。如謝賢元等研制的SCDPM陜西農作物病蟲害計算機管理系統，全國測報總站和山東省植保站以及廣西植保站已組建了粘蟲、稻飛虱、稻螟、麥銹病、麥蚜、玉米螟、棉鈴蟲和三化螟等病蟲病專家數據庫[13-15]。
3.1.2作物病蟲雜草的分類、檢索、識別、診斷鑒定；分類鑒定和檢索診斷基本信息是：寄主作物、發生時期、地理區域及生物本身的宏觀特征。如人工開具病蟲處方，要求工作人員要有牢固的植物保護基礎知識和豐富的實踐經驗，由于工作效率低，查詢大量資料的難度大，植物醫生無法及時滿足農戶的需要。專家系統把這些資料編制成簡單的程序，來達到迅速確定目標信息的目的，從而得到最佳防治時期和方案[16]。
3.2在作物育種中的應用
新品種選育是相當復雜的長期過程，由于作物生長周期長，許多遺傳、變異規律還不清楚，因此，優良品種的選育相當困難，育種成功率較低。農業專家系統軟件可以用計算機模擬知名水稻專家的育種思想和預測、決策過程。把專家的育種經驗同作物遺傳規律有機地結合在一起，增強了水稻育種工作的預見性，提高了育種效率，加速了育種進程，能夠促進遺傳育種研究理論水平的提高，推動農業生產的發展。
3.3在作物栽培中的應用
3.3.1預測與動態調控；預測是通過模擬模型得以實現。但它必須引入專家知識，也就是說在模型系統之上耦合包含知識的專家系統，使之系統形成以模型為基礎，以專家知識為準的“專家曲線”。系統以“專家曲線”和一些高產栽培原則及生育指標為標準，當預測的作物生長發育偏離時，系統分析原因，推薦一個適宜的調控措施(和調控時期)。當系統預測的結果明顯偏離曲線時，用戶可以人為修正，輸入作物生育狀況，以提高下一階段的預測性。系統最后輸出決策的技術措施及預測的作物生育動態。
3.3.2方案設計；運用專家系統可進行方便的設計，如作物栽培方案可根據決策地點的常年生態條件、用戶的產量目標制定一套合理的栽培方案。北京示范區的小麥等實用專家系統等系統，可根據產生的氣象資料和當地常年土壤情況以及品種、播期、密度、肥料運籌、理想的產量結構、莖蘗動態等來設計一套合理的栽培方案。
3.3.3專家咨詢；專家系統可幫助用戶分析和解決具體問題。根據生產水平確定合適的產量目標；考慮品種的早熟性、抗寒性、發育特性類型、抗病蟲性等進行品種選擇；根據產量水平、栽培調控方式確定播種量；根據積溫模式確定播期；根據茬口情況選用合適的播種技術；根據當年的苗情與往年比較，進行苗情分析；根據生產水平，確定合適的施肥量、基肥、追肥的比例及施用的時間等。同時專家系統，采用多媒體技術——視頻影像、視頻圖象、圖形、音頻、文本等媒體相結合的形式分別，根據用戶不同的使用要求，分別由相應的條件觸發相應的動作，提供計算機專家咨詢服務，實現模擬專家咨詢的過程。
3.4在灌溉管理中的應用
3.4.1灌溉用水計劃；確定灌溉用水計劃需要的基本信息是：土壤墑情、作物蒸發蒸騰量、地下水情況、水源情況等。這些數據往往需要根據已獲得的氣象、土壤等資料，通過繁瑣的計算才能獲得。專家系統可根據輸入的原始資料自動選擇計算方法來預測或預報目標信息，快速確定灌溉用水計劃，并且可以隨時總結用水情況；專家系統處理時間短，而且準確，適用于大型灌區及農場。專家系統常被用來確定作物蒸發蒸騰量、灌溉日期、灌溉水量及土壤墑情。
3.4.2灌溉系統輔助設計；由于各灌區的地理、氣候、土壤條件不同，采用的渠系布置和灌溉方式均不相同，因而有不同的灌溉系統設計方法。人工很難設計出盡善盡美的灌溉系統，而專家系統通過內部的知識庫，利用豐富的知識可以解決規劃設計中的復雜問題，應用專家系統進行灌溉系統輔助設計，可以進行渠系優化布置，為灌溉管理提供各種咨詢服務，對于情況復雜的灌區很有幫助[17]。
4.結束語
隨著中國城市化進程的加快，農業人均耕地面積減少，這就要求農業能以小面積的土地生產大量的農產品來滿足我國生產，生活的需要。同時隨著經濟全球化發展，優質，高產，無公害，綠色食品將在競爭中處于主導地位。因此我國必將從傳統農業向現代化農業轉變。農業專家系統的研制、開發、推廣、應用將是傳統農業向現代化農業轉變的重要標志，是科教興農的重大突破。同時對緩解農業專家的不足及加快科技成果的轉化具有重要的意義。
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精確農業的特征范文6
隨著計算機技術以及圖像處理技術的快速發展，計算機視覺技術作為一種新興的技術，其被廣泛應用在軍事、醫學、工業以及農業等領域[1]。一般而言，計算機及視覺技術應用在農業的生產前、生產中以及生產后等各個環節，其主要就是鑒別植物種類，分級和檢測農產品的品質。計算機視覺相較于人類視覺而言，其具有更多的優點，能夠有效提高農業的生產率，實現農業生產與管理的智能化和自動化，促進農業的可持續發展。
一、計算機視覺技術概述
計算機視覺主要是指利用計算機來對圖像進行分析，從而控制某種動作或者獲取某描述景物的數據，是人工智能與模式識別的重要領域。計算機視覺興起于20世紀70年代，其涉及的學科范圍較為廣泛，包括視覺學、CCD技術、自動化、人工智能、模式識別、數字圖像處理以及計算機等。就目前而言，計算機視覺技術主要以圖像處理技術為核心，是通過計算機視覺模擬人眼，并利用光譜對作物進行近距離拍攝，運用數字圖像處理以及人工智能等技術，對圖像信息進行分析和研究。計算機視覺技術主要步驟包括采集圖像、分割圖像、預處理、特征提取、處理和分析提取的特征等[2]。
二、農業機械中計算機視覺技術的應用分析
一般而言，農業機械中計算機視覺技術的應用，主要表現在以下三個方面：一是田間作業機械中的應用；二是農產品加工機械中的應用；三是農產品分選機械中的應用。
（一）田間作業機械中的應用
在田間作業機械中，計算機視覺技術的應用較晚。近年來，由于環境保護政策的提出，在農田作業的播種、植保以及施肥機械中的應用越來越廣泛。在田間作業的過程中應用計算機視覺技術時，主要應用在苗木嫁接、田間鋤草、農藥噴灑、施肥以及播種等方面[3]。為了有效識別雜草，對除草劑進行精確噴灑，相關研究人員分析了美國中西部地區常見的大豆、玉米以及雜草二值圖像的形態學特征，發現植物長出后14～23天內能夠有效區別雙子葉和單子葉的效果，準確率最高達到90%。在1998年開發出Detectspary除草劑噴灑器，其能夠有效識別雜草，在休耕季節時，其相較于播撒而言，能夠減少19%～60%的除草劑用量。在農業生產中，農藥的粗放式噴灑是污染嚴重，效率低下的環節，為了有效改變這種現狀，Giler D.K.等研制出能夠精量噴霧成行作物的裝置。該系統主要是利用機器視覺導向系統，使噴頭能夠與每行作物上方進行對準，并結合作物的寬度，對噴頭進行自動調節，確保作物的寬度與霧滴分布寬度具有一致性，從而有效節省農藥。一般而言，該系統能夠促使藥量減少66%，提高霧滴沉降效率和施藥效率，減少農藥對環境產生的影響。
（二）農產品加工機械中的應用
隨著信息技術以及計算機技術的快速發展，計算機視覺技術被廣泛應用在農產品加工的自動化中。如Jia P等提出了圖像處理算法，該算法主要是以鲇魚水平方向與主軸的形心位置和夾角為依據，檢測鲇魚的方位以及背鰭、腹鰭、頭、尾的位置，從而確定最佳的下刀位置。此外，我國的黃星奕等人在研究胚芽米的生產過程時，在不經過染色的情況下，對胚芽米的顏色特性等進行分析，得出胚芽米顏色特征的參數為飽和度S。同時利用計算機視覺系統，自動無損檢測胚芽精米的留胚率，其結果與人工評定的結果大體一致。
（三）農產品分選機械中的應用
在分級和鑒定農產品的品質時，可以利用計算機視覺技術對其進行無損檢測。一般計算機視覺技術不需對測定對象進行接觸，可以直接利用農產品的表面圖像，分級和評估其質量，其具有標準統一、識別率高一級效率高等優勢。計算機視覺技術在檢測農產品時，主要集中在谷物、蔬菜以及水果等方面。Chtioui Y等人提出了結合Rough sets理論，利用計算機視覺技術對蠶豆品質的方法進行評價。該理論通過不同的離散方法對石頭、異類蠶豆、過小、破損以及合格等進行有效區分，并利用影色圖像，對其特征參數進行分類，最終分類的結果相比于統計分類結果，兩者具有較好的一致性。
