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1引言
精準農業是以實現農業高產、優質、高效為目的的現代農業生產模式和技術體系，是以信息技術為支撐，根據空間變異，定點、定時、定量的實施一整套現代化農事操作與管理的系統。新疆精準農業始于20世紀末，初期發展緩慢，隨著北斗導航技術、移動通信網絡的發展，精準農業技術發展迅速。新疆以棉花為主要經濟作物，根據國家統計局2018年棉花產量的公告數據，新疆棉花總產量占全國總產量的83.84%，新疆生產的棉花約三分之一產自新疆生產建設兵團。近年來，新疆生產建設兵團正式開啟團場改革，兵團職工自主組建農工合作社，新疆兵團土地流轉活躍，據新疆農業農村部門統計，到2018年全新疆家庭承包耕地流轉面積已達745.8萬畝。合作社規模不斷增大，田塊不斷整合集中，對于成套精準農業技術應用模式在新疆的深入推廣打下了基礎。當前，精準選種、精準播種、精準施肥、精準噴藥、精準灌溉、精準田間監測、精準收獲等所涉及的精準農業技術，已有部分在新疆兵團規?；瘧谩１疚幕诒倍穼Ш饺诤暇珳兽r業賦能新疆創新試驗區建設項目，通過對新疆兵團石河子市石總場大田種植數字農業建設試點、石河子市北泉鎮鴻興翔種植專業合作社等多家大型農業合作社進行了實地調研，對新疆兵團精準農業技術應用現狀及發展需求進行總結分析。
2新疆兵團精準農業技術應用現狀
精準農業技術已應用于新疆兵團農業的耕、種、管、收四大環節，根據農戶對各種精準農業技術的接受度和該技術的推廣應用程度，本文主要從農機自動駕駛系統、水肥一體化系統、農業信息化管理系統三方面，對新疆兵團精準農業技術應用現狀進行分析。
2.1農機自動駕駛系統
如圖1，電機式農機自動駕駛系統主要由電機、角度傳感器、GNSS天線、高精度GNSS接收機、平板電腦、電臺及天線等部分組成。該技術可實現1000m播行水平誤差不超過3cm，播幅連接行誤差不超過3cm，能有效解決農機播種作業中出現的“播不直、接不上茬”的老大難問題，可以減少用工成本，延長作業時間，提高作業質量和土地利用率。2012年，新疆兵團農機推廣部門開展了衛星導航自動駕駛技術試驗示范工作，將該技術產品應用在棉花播種作業中。2013年，財政部、農業農村部在國家農機購置補貼目錄中，增加“農業用北斗終端（含漁船用）”的財政補貼，當年補貼額達到3.12萬元/臺套。2014年，國家發改委支持新疆兵團第八師開展區域精準農業示范，對首批800臺套的北斗農機自動駕駛導航系統雙重補貼，包括國家購機補貼和1萬元的項目補貼。截至2019年4月，兵團農八師已安裝3000余臺套農機自動駕駛系統，基本實現了全覆蓋。農機自動駕駛系統逐步從小面積試驗向大面積試驗示范邁進，且國產化品牌實現了從零到主導的突破。
2.2水肥一體化系統
水肥一體化系統是通過配置田間信息精準監測系統，全程監測農田墑情、氣象、設備工況等信息，為水肥決策和作業管理提供信息支撐。目前，使用者可通過PC或手機APP來發送指令，通過GPRS通訊模式實現閥門和自動施肥機的遠程控制，實現田間的無人作業功能，全年無需下地手動開關閥門。該技術既能滿足作物生長過程中對灌水時間、灌水量、灌水位置和灌水成分的精確要求，又能按照田間的每個操作單元的具體條件，精細準確地調整農業用水管理措施，最大限度地提高水的利用率。水肥一體化系統局部設備示意圖如圖2。20世紀后期，新疆兵團開始引進噴灌、滴灌技術。2008年以來，膜下滴灌水肥一體化技術得到當地政府的大力扶持，隨著配套基礎設施技術的發展，逐步將滴灌節水技術向智能化、水肥一體化、遠程操作控制方向發展。水肥一體化系統已形成了對應的服務體系，可大面積應用于大田作物。新疆自行研發的系列自動反沖洗網式過濾機組及自動施肥機，單套控制面積100-166.67hm2。當前，兵團高新節水灌溉面積1129.07千公頃，是全國最大的節水農業灌溉區。
2.3農業信息化管理系統
農業信息化管理系統可提供綜合服務，如利用北斗導航定位終端、農機工況采集終端，通過蜂窩網絡將農機位置信息、工況信息傳輸至農業信息化管理系統，可實現農機運行軌跡的回放、作業面積的統計、農機健康情況的監管和預測。另外，還可通過各種傳感器采集的信息，形成水、肥、藥的變量噴施處方圖，基于農業信息化管理平臺進行監管和下發作業任務?；谠擃愊到y，可提高管理、調度、維護效率。圖3為新疆兵團八師石總場信息化管理平臺界面。農業信息化管理系統是隨各類采集終端發展而來，當前，眾多企業及政府分別建立了對應的農業信息化管理系統。
3新疆兵團精準農業技術發展需求
新疆兵團精準農業在北斗農機自動駕駛方面已取得了矚目的成就，但仍然存在差分信號服務受限、基準不統一等問題。當前農村實際情況是勞動力驟減，滿足農業生產需求的勞動力嚴重不足，因此，北斗農機自動駕駛技術應向農業全產業鏈方向發展，來彌補勞動力減少的現況。2015年，農業農村部《到2020年農藥使用量零增長行動方案》和《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，但新疆在節肥、節藥等技術的應用方面發展緩慢，且新疆是缺水地區，因此，水、肥、藥變量噴施技術的發展迫在眉睫。因棉花等作物的覆膜造成嚴重的環境污染，為了環境可持續發展，必須提高殘膜回收技術和發展可復用膜。下面主要從三方面來分析新疆兵團對精準農業技術的需求。（1）簡約式農機自動駕駛技術農機自動駕駛系統主要應用在精準播種環節，同樣也可應用在不同作物的耕地、施肥、施藥、收獲等環節。當前的農機自動駕駛系統還需由專業人員安裝、調試和教學，嚴重限制其推廣。因此，農機自動駕駛系統應該向安裝簡便、“傻瓜式”操作方向發展。（2）水、肥、藥變量噴施技術中國是全球農藥、化肥用量第一大國，但噴施流程和利用率遠遠低于先進國家水平?；谵r作物的實際需要，將水、肥、藥定時、定點、定量的噴施是節約資源、提高農作物產量的發展趨勢，但投入產出比是當前最大的限制。如底肥的施用，需基于土壤采樣、上季作物的產量分布圖等共同決定。通過信息技術手段，感知作物的實際需水、需藥、需肥量，采用變量投入技術，實現按需精準灌溉施肥施藥，將是發展新方向。因此，應高度重視研究開發智能感知技術、深度學習算法、變量投入技術、機器人等。（3）殘膜回收技術地膜使用量不斷增加，但回收率偏低，土壤中的殘膜量逐步增加，土壤結構遭到嚴重破壞、耕地質量逐步下降。現今，新疆已成為殘膜污染嚴重的地區之一。因此，應向新型可復用農膜和提高殘膜回收技術方向發展。
中圖分類號：F325，1
文獻標志碼：A
文章編號：1673-291X(2009)33-0029-03
中國農業正處于由傳統農業向現代農業過渡階段，農業整體發展水平與世界發達國家有較大差距，農業科技水平低則是重要因素之一。精準農業――未來農業的雛形，是一種基于知識的農業技術體系，是實現精準農業效益的必經之路，發展和推廣精準農業技術對于加速中國農業現代化可持續化進程、占領未來農業領域競爭制高點具有十分重要的意義。
一、推廣精準農業的意義
1 發展精準農業是實現中國農產品高產、優質、高效農業的需要。加入WTO后，發達國家和地區的一些農產品憑借其質量和價格優勢，將更多地進入中國農產品市場，中國農業面臨著更嚴峻考驗，依靠科技進步，努力降低生產成本，提高農產品質量成為中國農業發展的當務之急。精準農業是質量效益型農業，以優質高效為目標，重視農產品的質量，追求以最少的投入獲得優質的高產出和高效益。
2 發展精準農業是中國有效利用生態資源，實現農業可持續發展的需要。中國人口最多但自然資源狀況較差且惡化趨勢嚴重，如人均耕地占有量逐年下降，近十年人均占有量由0.09公頃下降到0.08公頃?；?、農藥的大量使用及工業廢水、廢氣、廢渣的任意排放造成農田環境和農作物的嚴重污染，約占目前耕地總面積1／5的土地受到污染；土地退化嚴重，致使自然災害愈加頻繁。優化資源，保護環境，實現農業可持續發展已成為中國社會經濟發展的基本戰略。但從傳統農業的角度來看，環境保護與農業發展間存在著一定的矛盾，農業可持續發展需要新型技術的支持，依靠科技技能提高農業生產中的資源利用率，以充分利用有限的自然資源。
3 發展精準農業是轉變農業經濟增長方式和增加農民收人的有效途徑。中國以往農業經濟的增長主要是靠投入，以粗放經營解決供不應求的總量問題。但在農產品基本形成買方市場的條件下，數量問題已不再是主要矛盾，而被品種、質量矛盾所代替。農業面對和所要解決的主要是農產品的質量問題。粗放經營難以解決這一矛盾，唯有靠以現代科學技術為基礎的集約經營方是正途。發展精準農業也是增加農民收入的必由之路。增加農民收入是關系全局性的問題，也是農業發展的根本目的。但在市場經濟條件下，僅靠擴大數量和提高農產品價格已沒有多大潛力，必須瞄準市場，發揮資源優勢，發展精準農業。
二、大河沿子鎮現代精準農業技術推廣現狀
大河沿子鎮位于新疆精河縣以西45公里處，面積1435.45平方公里，總人口3.25萬，其中農業人口2.6萬。下轄15個農牧業村，1個新農生態農業有限責任公司和2個社區居委會。大河沿子鎮共有耕地11.7萬畝，農業生產以棉花為主，2007年全鎮棉花播種面積為11.4萬畝，是一個以農為主、農牧結合的大鎮。從2006年開始至今，大河沿子鎮緊緊圍繞著促進農民增收，實現農業快速發展和農村經濟繁榮這一主題，在全鎮開展了以現代精準農業技術為主的一系列農業科技推廣工作。
1 現有棉花種植技術。一直以來大河沿子鎮的棉花種植都是很傳統的，2006年開始采用新技術，大面積棉田采用了“一穴一?！本坎シN技術，農民從繁重的定苗中解放出來，過上了休閑的節日。“一穴一粒”精量播種對種子加工提出了更高的要求。按照種子生產的有關標準，發芽率達到80％的種子才算合格種子。土壤耕作層90％以上殘膜都得到清理回收，避免因棉種播在殘膜上出不了苗的問題。為消除農戶擔心“一穴一粒”不保險的心理，政府部門還給予農戶適當的補貼和優惠政策，精量播種技術就這樣在不被普遍看好的情況下推廣下去了。與精量播種相配套的是精準灌溉，雖然大水漫灌已經是落后的灌溉方式了，但在大河沿子鎮依然存在，只有部分耕地采用加壓灌，膜下灌等精準灌溉方式，2008年還采用了埋式滴灌植棉新技術，并將繼續推廣。棉田施肥同樣離不開“精準二字”，依托滴灌系統實施的“隨水施肥”在大河沿子鎮也得到了應用。
2 精準技術設施配套狀況。大河沿予鎮已推廣加壓灌8000畝，膜下灌7000畝，設立了兩個示范點，其中一個采用精良氣吸式點播及高壓滴灌技術相配套；第二個示范面積為125畝，采用精良氣吸式點播及常壓滴灌技術相配套，都通過精量播種、精肥精管，實施標準化作業。以建立誘蟲燈監測預報系統為主，采用頻振式殺蟲燈和生物藥劑防治技術的綜合應用，完善植保體系，降低生產成本。與此同時，該鎮已引進小型精量播種機18臺，一機三膜大型精播機2臺，拔桿清膜機100臺，引進優質高產品種標雜Al達150畝，新陸早33號5000畝。2008年大河沿子鎮還大力發展設施農業，建立蔬菜大篷，增加了高壓滴灌等設施，其植棉技術在全縣還處于領先水平，如高產優質新品種的引進、推廣和滴灌技術的應用。由于棉田病蟲害的綜合防治技術，農機標準化作業等常規技術和新技術的綜合應用為棉花高產打下了堅實的基礎。
自從2006年推廣精準技術以來，大河沿子鎮棉花種植不僅減少了投入成本和勞動力，而且還提高了棉花產量，增加了收入。在2007年由于采用了新技術，大河沿子鎮11.4萬多畝棉田平均單產籽棉341.5公斤／畝，比去年增加29.1公斤／畝，同年滴灌棉田比淹灌棉田平均畝產高出30-40公斤。
三、大河沿子鎮精準技術推廣過程中存在的問題
1 農業技術推廣資金投入不足，制約著推廣力度。由于農業技術的公共物品屬性，現代農業技術的推廣，需要政府的大力推動。發達國家每年農技推廣經費一般占到農業總產值的0.6％～1.0％，發展中國家也在0.5％左右，而中國在現行的農業技術推廣體制下，政府對農業技術推廣工作的重視力度不夠，農技推廣經費占農業總產值的比重不足0.2％，人均經費更少，多數技術推廣機構“無錢打仗”已嚴重影響到技術推廣工作的正常開展。每年僅由不到20％的縣會下撥一定的技術推廣經費，很多時候下撥經費還會發生截留現象，使經費不能最終用到技術推廣活動中來。因經費不足等原因，只能夠勉強維持工作人員的工資，而用于技術推廣項目的資金就很少了，部分地方政府“卸包袱”，還出現了“線斷、網破、人散”的被動局面。大河沿子鎮農業技術推廣經費主要是農民自籌或非政府部門提供，政府下撥技術推廣資金經費很少，甚至沒有，2008年大河沿子鎮6個農業村自籌資金68萬元，增加實施棉花加壓滴灌面積6700畝。由于推廣經費少，制約著精準技術進一步在更大范同內的采用。
2 農民對現代農業高新技術接納能力差。一方面，農民的文化素質制約了他們對高新技術的接納能力。另一方面，在農業內部，作為市場主體的農戶更加懂得比較科技投入的成本和預期收益，只有當他們認為預期收益高于預期成本時才會選擇新的生產技術，農業科技使用的高風險性又使得他們在有限的資本和勞力的投向上顯得更為謹慎，農戶對可替代的新技術選擇反應遲鈍，缺乏內在的需求動力。大河沿子鎮農戶基本上都是小學、初中學歷，無法很快接受新技術，他們最注重眼前經濟效益，然而采用新技術有時要很高的成本，而且新技術的優勢也需要一個很長的過程后才會發揮，這就導致農戶看不到他們想要的收益，造成農戶對高新技術避而遠之不愿接受的局面。
3 農民居住地分散，組織化程度低，農業技術推廣缺乏有效的渠道。下農民對自家的土地具有決定權，很難統一規劃和生產，這增加了新技術推廣工作的難度。農業生產的高度分散性和農民組織的缺失，使得技術推廣成本高，導致技術與產業的割裂。在現行農業推廣制度下，農業技術推廣及開發的速度，效果，服務質量，最后效益不能和推廣主體的努力程度或付出掛鉤，導致農業制度對農業科技進步缺乏有效的激勵機制。大河沿子鎮的技術推廣工作之所以艱難主要是缺乏有效的農民組織，雖然設有農業技術推廣站，但還是無法填補農民組織的作用。
4 農業技術推廣隊伍不穩定，精兵強將少。從目前專職農業技術推廣隊伍的現狀分析。基層農業技術推廣站有近1／3的人員不具備農業專業學歷或根本是外行。大河沿子鎮農業技術推廣機構屬于基層推廣部門，現有專職人員8人，大多為高中學歷，導致新技術的推廣工作無法順利進行。
5 精準技術推廣人員分布不盡合理。當前，中國農技推廣體系的一個突出問題是農技推廣人員分布過于集中于縣級，使技術推廣的供給與需求發生錯位。隨著經濟迅速發展和城鄉人民需求的多樣化，農民對技術的需求也越來越細，隨時需要得到農技推廣人員的指導。但與此需求不相適應的是，鄉鎮級農技推廣人員力量相對薄弱。目前多數鄉鎮級農技推廣站的農技推廣人員只有2―3人，且設備簡陋。大河沿子鎮技術推廣人員雖然有8人，但真正在基層做實際工作的人卻只有3～4人，多數推廣人員都在精河縣，很難起到新技術宣傳推廣作用，加之基層推廣人員少且工作量大，工資水平低，推廣工作舉步維艱。
四、深化精準農業技術推廣體系的對策
1 加強政府對農業技術推廣的保障和支持。農技推廣是個系統工程，能否更好發揮作用和發揮更大作用，除了農技推廣體系自身要深化改革、創造條件外，還需要各級政府、社會各界的大力支持和配合，也需要相應的政策措施、資金支持等外部環境和條件作為堅強的后盾。加強財政支持力度，增加農技推廣資金投入。首先，保證承擔公益性技術推廣職能的鄉鎮以上農技推廣人員全額撥款，確保人員工資。其次，增加農技推廣基礎設施建設資金投入，添置必要儀器設備，搞好技術示范點建設，不斷提高現代化水平。2008年大河沿子鎮就增加了蔬菜大棚，加壓灌，低灌等設施農業設備。
2 確立農民對技術需求的主體地位，提高農民采納農業新技術的自愿性。農民是經營主體，也是農業技術的需求和市場主體。采納新的農業技術應該是農民市場經營的理性選擇。傳統觀念通常是從技術供給者的角度看問題，把農技推廣的過程僅僅看做是向農民提供農業技術的過程，是農業技術的被動消費者，而沒有對農民的技術需要給予足夠關注，缺乏針對性。因此，今后要注重建立農民參與選擇推廣技術的機制，改變“你給的我不要，我要的你沒有”的技術供給狀況。作為大河沿子鎮職能部門的農業推廣部門應及時地把市場需求正確信息、先進技術傳遞給農民，讓農民自己選擇和自愿采納農業新技術。
3 把技術推廣與提高農民組織化程度密切結合起來，提高推廣效率。農業推廣體系直接面向經營規模小、高度分散的農戶進行高新技術推廣，成本高，效果低。單個農戶直接參與農業技術市場交易，由于經營規模限制，技術交易成本非常高。通過提高農民組織化程度，形成“技術推廣站―農民專業化合作組織―農戶”的推廣模式，使農民專業化合作組織成為聯接農技推廣主體和農戶的橋梁，則能降低推廣成本和技術交易成本，有效提高新技術推廣效果。從“技術推廣站一農民專業化合作組織”的轉移過程來看，一方面，合作制度保證了成員在技術獲取過程中費用較低；另一方面，其組織制度保證了各成員在選擇決策中的主體作用，保證了技術適用性；其次，農民專業合作組織由于聚集了更多能人，接納高新技術的能力更高。從“農民專業化合作組織―農戶”的擴散過程來看，是農民自己來傳播農業技術，其良好效果是其他推廣組織和推廣手段難以替代的，主要原因在于傳播者本人也是農民，具有與他人相同的社會背景和社會關系結構，了解當地實情和農民實際，更易為農民所認同接納。特別是若他們在接受信息后再加以利用，并取得良好績效，這種“再傳播”的影響力不言而喻。由于大河沿子鎮在管理運行上形成了農民合作組織形式的運作模式，據摸底調查全鎮已有76％的農民愿上強壓滴灌，如今棉農的種植意識已從過去高強度、低效益的淹灌向高成本、高效益的加壓滴灌轉變，認準了搞滴灌節水才能給自己帶來最大回報。所以，由農民專業協會來推廣、普及農業技術，容易做到操作性更強，費用更低，更為農民所接受，實際效果亦更為顯著。
4 穩定農業推廣隊伍，提高技術推廣人員素質。據有關統計，在縣級以上的農業推廣機構工作人員占60％以上，而在鄉鎮及鄉鎮以下農業推廣部門工作人員占40％以下，并且推廣人員的素質遠遠低于縣級以上的推廣人員。為此必須出臺相關政策，鼓勵技術推廣人員到基層去工作，精簡上層，充實下層，優先充實鄉村站工作人員，滿足從事實際農業推廣的需要。加強農技推廣人員的技術培訓和政治教育工作，提倡“獻身農業，服務農民”的奉獻精神。重視農業推廣人員脫產學習和在職進修工作，鼓勵農業推廣人員努力學習專業知識，提高業務能力，開闊視野，拓展知識面和專業知識的深度和廣度，不斷豐富推廣經驗，提高推廣技能。就大河沿子鎮的實際情況，應定期對技推人員進行培訓，補發津貼以穩定推廣隊伍。為搞好農業推廣工作，促進農業科技成果廣泛、迅速地應用于農業生產經營實踐，建立一支數量與素質兼顧的農業推廣隊伍。
5 合理布局，形成以鄉鎮為重點的農業技術推廣體系。鄉鎮是農業技術走向農民用戶的真正出口，鄉鎮農業推廣機構的改革和隊伍建設刻不容緩。針對大河沿子鎮農業技術推廣機構設置不完善和人員不足的情況，采取各種措施，加強基層農技隊伍建設。調整內部，減少精河縣級農技人員，充實基層農業技術推廣人員數量。廣開門路，從各相關部門抽調富余人員，增加基層推廣人員數量。打破條塊、部門和地區分割，統籌安排，協調互補形成統一的農業技術推廣網絡。以政府投入為主采取各種途徑，多渠道、多門路集資以安定農業技術推廣人員特別是基層農業技術推廣人員的從業信心和決心，穩定農業技術隊伍建設。
6 加大信息資源開發力度。農民的信息意識問題，大河沿子鎮農戶的信息意識較為低下，信息資源作為一種戰略資源的重要性還沒有被人們普遍認識。為此，要加大農業基層的信息基礎設施建設，加大信息的宣傳力度，擴大宣傳領域，提高廣大農民的信息意識。為促進農業技術推廣工作的發展，深挖農業內部增收潛力，信息資源的捕捉和收集也有著至關重要的作用。大河沿子鎮已經建立了農村信息化體系，建立了以“農信通”為主的農業科技、農資行情、農產品交易的農業信息傳遞系統，只是信息化體系和機制還不健全，有待進一步完善。
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隨著社會經濟的快速發展和農業地位的提高，現代信息技術在精準農業中得到廣泛應用?，F代信息技術與農業技術的有機結合一方面可以提高農作物質量，另一方面可以減少化肥對農作物的污染，從而在改變農業生產方式的同時彌補精準農業發展的不足。
1精準農業技術體系
現代通信技術作為現代農業體系的重要組成部分，其在精準農業中的應用主要表現在農業物聯網中的應用[1]。農業物聯網的最大特點是可以借助計算機聯動報警，其外在表現形式是利用傳感器數據采集系統將視頻、溫度、土壤有機物等的數據進行采集，以計算機網絡信息平臺繪制數據的最大值和最小值，并分別繪制最大值和最小值之間的頻數分布直觀平面圖，觀察頻數分布狀況，最終確定合適的數值和報警值，相關技術人員就可以根據事先確定好的數值和報警值在計算機中安裝聯動報警裝置。比如，農作物的生長狀況會隨著時間的長短、溫度的變化、天氣以及土壤影響農作物的質量。因此，技術人員就可以利用棚內氣候條件通過溫度傳感器向聯動報警器傳輸信息參數，向管理電腦發送農作物的實際生長情況，如果溫度過低或者溫度過高就會導致農作物面臨死亡的危機。一旦觸發報警裝置農作物技術人員就可以在計算機界面上調整棚內溫度，無需工作人員在現象進行溫度控制，不僅可以節約成本，還大大提升了工作效率。在這一過程中涉及的技術包括定位技術、傳感技術、遙感遙測技術、數據庫技術、無線通信技術等，這些技術組成了精準農業的技術體系。
2精準農業對無線通信技術的要求
現階段無線傳輸標準和方式主要包括：IrDA、WiFi、Bluetooth、Zig-Bee等短距離無線通信技術及GPS、衛星遙感等遠距離無線通信技術。由于精準農業自身的特點，其對通信技術有一定的要求。主要歸納為以下幾點：其一，實時性?？梢栽谝幎〞r間內接受到需要的信息和數據資料，但是這些信息和數據資料并不是連續不間斷地傳輸，而是非連續性。其二，相互性。所謂相互性是指節點之間可相互交換數據。其三，可使用語音業務。其四，集成節點。無論是采集數據資料還是實時監控，都可以在無線通信領域中得以實現。其五，拓撲結構。采用樹樁網絡，增加采集點。綜合以上技術和要求，可以在無線通信領域全方位、多角度地分析精準農業的優點和缺點。
3無線通信技術在精準農業中的應用
3.1短距離無線通信技術
1）所謂IrDA通信技術是指借助紅外線在計算機系統中展開點與點的數據傳輸活動。這種無線通信技術具有成本低、安全指數高等特點，但是IrDA是一種視距傳輸，如果在數據傳輸過程中沒有校對設備或者通信設備沒有對準的話，就會數據傳輸的安全性。另外，這種技術具有局限性，即只能在相互通信的兩臺設備之間展開數據傳輸活動，不利于在大型農業中的推廣與運用。
2）WiFi）無線通信技術。這種技術是以太網的一種無線擴展，能以最高約11Mbps的速度接入WEB。該技術具有覆蓋范圍廣、速度快等特點，但是其安裝過程較為復雜、成本較高。3）藍牙通信技術。該技術的數據傳輸頻段為全球通用的2.4GHzISM頻段。能夠在規定的傳輸時間內提高傳輸速度，實現雙贏。但是這種技術與WiFi無線通信技術一樣，其運輸成本較高，且在數據傳輸過程中容易被其他信號干擾。4）ZigBee無線通信技術。該技術的傳輸頻率為2.4GHzISM頻段，數據速率為20～250Kbit/s，最大傳輸距離為75m[2]。這種技術具有成本低、性能高和低功耗等特點，但是其數據傳輸速度較低。
3.2遠距離無線通信技術
遠距離無線通信技術主要把包括GPRS網絡系統和衛星遙感技術。
1）GPRS技術屬于移動通信技術領域的重要組成部分之一，無論是在數據傳輸方面還是在技術處理方面，都具有明顯的優勢[3]。①隨著社會經濟的快速發展以及現代信息技術發展腳步的加快，目前，GPRS技術是現有GSM網絡系統（3G）向移動通信（4G）演變，并在不斷調整和優化網絡結構中加快了信號覆蓋速度和數據運行速度。其網絡覆蓋信號基本不存在“盲區”這一說。②理論數據傳輸速率可高達171Kbps。如果將GSM技術進行綜合改造，可以為社會提供384Kbps帶寬的廣域數據通信服務。③登錄時間短。由于GSM技術具有速度快、傳輸效率高、等待接入時間短等優勢，在精準農業中得到廣泛推廣與應用。根據實踐表明，在接入網絡到登錄成功所花費的時間不超過兩秒。除此之外，該技術還具有實時提供在線功能。用戶可以在第一次登陸之后通過記住登陸密碼功能節約下一次登陸時間，且長期在線，不會被迫下線。這樣不僅可以為用戶提供便利，還可以促使網絡管理更加簡單、快捷。該技術的運行模式主要是根據流量計費為主，無論是用戶接受資料或者發送數據包，都是根據數據包的數量和占用資源的流量計費。根據實踐表明，GPRS的上述優點特點一般適用于間歇性、突發性、頻率性、小流量的數據傳輸。與此同時，改技術也使用與大流量的數據傳輸，尤其適用于現代精準農業領域。全球導航衛星體系是我國農業生產中應用最為普遍的一個系統，我國現代化農場中大部分安裝了GPS系統的聯合收割機。聯合收割機作為作業機械中的一種，不僅可以促使GPS精準定位的實現，還可以幫助農業生產者快速有效地計算出農作物的產量數據，農場主根據有效完整的產量數據利用計算機加工、分析、整理數據信息，從而在計算機中呈現出一幅彩色的圖形，為構建農業信息化技術提供理論基礎，最終達到農業生產的自動化、信息化的目的[4]。
2）衛星遙感技術。該技術主要是通過衛星的傳感器測得目標物體的信息數據，再通過處理系統對所獲得的目標信息數據進行分析、判讀，識別改目標的通信技術。換而言之，遙感技術主要依托于超高的分辨率傳感器對目標實現探測的目的。利用遙感技術對不同的農作物生長期實行全方位、多角度的監控，目的是為了避免農作物“被蟲吃”的現象。傳感器、指揮體系、載體是組成遙感技術的三大成分，指揮體系、傳感器、載體與GPS系統的組合可以提升農機技術水平，不僅可以確保遙感技術數據的精確度，還可以降低農作物遭受自然災害破壞的影響[5]。該技術覆蓋的信息量較大、處理信息數據的速度快、分辨率高，因此將其引入精準農業領域，可以提高收集相關信息數據的速度以及數據信息的精確性和完整性。
4結束語
精準農業的發展需要科學技術作為支撐，促使精準農業向現代高科技農業方向發展?？v觀我國的農機技術水平還不夠成熟，還需要國家加大對信息化農業技術的投入力度，相關技術要利用遠程技術加強對農作物的有效檢測，為促進農機新技術的發展提供技術和理論基礎，最終實現信息技術在精準農業中的推廣。
作者:肖維 張闊 單位:西北民族大學
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近年來，我國數字化農業技術取得了一些進展，主要表現在：農業傳感器微型化、農業灌溉智能化、實時監控農作物生長、農業信息可移動化、農產品質量追溯化等已成為主流。這得益于農業生產信息化技術的成熟和發展，尤其是農產品種植、加工智能化技術的應用。
國內關于農業園區應用物聯網技術的相關研究主要涉及溫度監控、光溫智能控制、精準灌溉等方面。如，浙江大學等單位對農業物聯網信息感知、傳輸和應用等方面進行研究，主要涉及智能化程度、肥水利用率及農產品安全等問題。取得了一系列成果。但總體來看，數字化技術在農業生產中的集成應用研究還比較少。本文提出構建完全數字化的生鮮農產品產業基地，該基地基于總線技術集成，由統一的信息系統進行集中管理和統一調度，充分運用物聯網和現代信息技術，加強數據處理及控制，合理布局傳感器（溫度傳感器、濕度傳感器、養分傳感器、土壤成分傳感器等），實現完全數字化。
一、生鮮農產品產業園區數字一體化精準管控系統的實施意義
1.加速信息化。農業發展越來越受到信息技術的影響，信息化成為我國加快實現農業現代化的必然選擇。隨著物聯網技術和農業信息技術的廣泛應用，現代農業高速發展，新的農業科技革命即將到來。
2.提高數字化。數字化有利于發展我國自主產權的農業高技術體系，對于我國在世界范圍內新的農業科技革命中占有一席之地，以及提升我國農業科技在國際上的整體競爭力，具有戰略意義。
3.提高生產效率。傳統的手工勞作、粗放型、分散型農業產業模式已不適應時展，我國經濟進入規模經濟時代，設施的效率決定了生產的效率，也體現了生產力的發展水平。
4.節能減排。精準農業在高新技術的基礎上，充分利用現代信息技術，成為現代農業的一種先進生產形式和管理模式。為能自動感知、獲取并分析作物生產的環境因素實際存在的時間和空間差異信息以及實現自動診斷和監測，確立起按需投入，在技術上和經濟上可實施的應對方案，對物聯網技術提出了系統化的理念和技術要求。
二、生鮮農產品產業園區數字一體化精準管控系統的構成
如圖1所示，基于物聯網技術的生鮮農產品產業園區的數字一體化精準管控系統，主要包括設備執行層、通訊層、調度監控層和信息管理層等四個層級。整個管控系統由計算機管理調度系統（中央控制系統）、水肥一體自動控制系統、自動通風控制系統、無線傳感器系統、卷簾控制系統、診斷與監測預警系統等六個子系統組成。
1.計算機管理調度系統（中央控制系統）
生鮮農產品產業園區數字一體化精準管控系統，是在系統總體規劃的原則下，為實現農產品種植基地的智能化、數字化、精準化管控而進行的計算機軟、硬件系統設計，在信息自動化統一軟件平臺的基礎上，結合農作物生產經驗，開發農產品種植系統，采用面向對象的分析、設計和開發手段。充分考慮系統的柔性，并為系統的全面集成留有接口。
系統由管理層信息系統集中管理和統一調度，在監測與預警系統的監控下獲取數據采集層下各類型傳感器所提供的作物成長環境的物理參數，如：空氣溫濕度、土壤水分含量、PH值、CO2濃度等，再經通訊層傳輸到管理層中央控制器，農產品種植系統對感知的信息進行融合處理，智能對比適宜農作物生長的最佳環境變量，并形成完整的按需配給策略，由通訊層到達發出控制指令的具體分管控制器，完成對農作物的按需供給，保障農作物的健康成長環境。
整個管控系統形成了一整套完全智能化、數字化和精準化的管理理論和實踐方法，對智能并聯調度系統、診斷與監測預警系統、水肥一體化精準管控系統等新技術模塊進行了研究應用。
系統結構分為四個層次，即：信息管理層、通訊層、調度監控層和設備執行層。其中，計算機系統始終貫徹整個系統的運行中，從整體調度到具體信息的收集與傳輸、指令信息的下達，涵蓋信息管理層、通訊層、調度監控層的所有業務以及設備執行層的大部分業務，上聯中央控制系統，下聯設備執行層。
系統硬件模型，如圖2。
2.水肥一體自動控制系統
水肥一體自動控制系統是一項現代農業新技術，該技術可以精確控制灌溉和施肥的數量與時間，以微灌系統為基礎，根據農作物的需水需肥規律及土壤狀況，運用計算機技術自動對水和肥料進行調配和供給。
在滴灌、滲灌、微噴灌等工程節水的基礎上，通過布置在田間的水分傳感器、養分傳感器、土壤成分傳感器等多種類別傳感器，測得土壤各指標的基本狀況，經傳感器將信號傳到電腦，再由程序智能指導灌水施肥。
由于系統沒有非常復雜的運算，需要低功耗和具有較強抗干擾性，因此采用單片機作為自動控制中心模塊，用來處理灌溉區的信號輸入等工作。由于水灌溉自動控制系統對水位的控制精度要求不高，將自制水位傳感器安裝到要求的液位，直接感知液位信息。由液位信息控制電磁閥，從而實現精準施灌。系統中的很多資料需要長期保存，同時需要在系統斷電時仍能保存信息，根據自動控制系統以及用戶信息存儲大小需求，選用雙備份磁盤陣列為該系統的存儲設備。
水肥一體自動控制系統包括兩大類。即葉面施灌和根系施灌，前者采用噴霧頭施灌，后者采用滴灌。
系統將各種農作物的特征需求數據、種植歷史經驗數據、專家知識等集成、組構、融合，編制成生鮮農產品種植專家系統，將測定的實時信息與生鮮農產品種植專家系統的參數對比后，可計算出灌溉時長、施加肥液時長和肥液配比等值。控制程序得到開始工作指令后立即運行，系統運行過程的數據均可查閱。系統主程序流程，如圖3。
3.自動通風控制系統
自動通風控制系統綜合性能優于傳統通風系統，可以自動調控風機轉速與風量，感應空氣品質，從而改善空氣質量，提高通風安全，實現運行管理智能化。該系統主要由智能中央控制子系統及空氣品質感應子系統等組成，還包括通風管道、可調節的風口末端及數字化節能風機等。
4.無線傳感器子系統
WSN（WirelessSensorNetwork，無線傳感器網絡）由多個部分組成，其主要構成：無線傳感網絡基礎設施、網絡應用支撐層和基于該網絡應用業務層的一部5y.等，參見圖4。將WSN應用于培養種植農作物，可提高農業數字化水平。其工作原理為：在監察區域設置大量廉價的微型傳感器，通過傳感器感知并收集所需監察對象的信息，這些信息經過處理后發送給觀察者。
5.卷簾控制系統
當前使用的溫室大棚卷簾機大部分存在安全隱患，其主要原因是動力源為現場人工送電，不論溫室中是否有勞動任務，管理人員都必須到現場操控設備，造成了時間和人力資源的浪費。
為解決上述問題，可以通過自動遠程控制，實現卷簾機的升降，不僅可以減少安全隱患，而且降低勞動強度，提高效率。其主要做法為.在設備中嵌入一個模塊，利用處理器的指令控制來實現GSM系統的短信息服務。該方法實施方便、操控簡單、成本低，有較高的應用率。
6.診斷與監測預警系統
在農作物種植基地采用診斷與監測預警系統，主要針對系統中關鍵設備的開關和運行情況進行監測，發現異常情況并及時處理，從而盡量避免損失的發生。
為了加強監測和預警，該系統設計并充分應用無線結構健康監測試驗儀器?；诔杀竞捅憬菪?，該儀器主要應用ISM（IndustrialScientificMedical）頻段，這是因為：ISM頻段耗能低、成本少，組網方便且無需授權申請，非常適合無線結構的健康監測使用。其覆蓋范圍，如圖5。
中圖分類號：S127文獻標識碼：A文章編號：0439－8114（2011）10－1948-03
Application of GPS and GIS Technology in Monitoring System of Precision Agriculture
SHI Guo－bin
（Centre of Modern Education and Technology，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319，Heilongjiang，China）
Abstract： The monitoring system of precision agriculture based on GPS and GIS with collecting，transmitting，treatment， control and location features， could be used in production and research fields of monitoring environmental factors， such as temperature， humidity， depth， illumination and location． It is the basis of variable technologies of precision agriculture and inevitable trend of the 21st century． The research level and application general situation of monitoring system of precision agriculture based on GPS and GIS technology in domestic and foreign， it provided references for realization of the automation and intelligent development of modern precision agriculture．
Key words： GPS； GIS； monitoring system of precision agriculture； application
精準農業（Precision agriculture）是近年來國際上農業科學研究的熱點領域，是人們在探索21世紀農業高新技術發展的過程中為減少農業生產中的盲目投入、節約成本增加產量、提高農資利用率、減少環境污染、阻止生態環境的進一步惡化而提出的一種新理念［1］。
精準農業充分地利用了作物、土壤和病蟲害的空間和時間變化量來進行耕作和田間管理，改變了傳統的大片土地平均施用化肥的做法，保證了作物生產潛力的充分發揮，避免了過量施用農藥和化肥造成的生產成本增長和污染農業生產環境，導致農產品品質和價值下降的嚴重后果，取得的經濟和環境邊際效益非常顯著［2］。
1GPS和GIS技術在精準農業中的應用概況
1．1全球定位系統（GPS）
GPS（Global positioning system），是隨著現代科學技術的迅速發展而建立起來的新一代精密衛星定位系統。它利用地球外空間有一定分布的24顆衛星，使地面上任何一點可以同時與其中4顆衛星進行通訊，分別測量該點與衛星的距離，最后將該點的幾何坐標推算出來，最高地面精度可達到厘米級。在精準農業中，現在一般基于差分GPS技術，精度為亞米級。在作業機械的頂部安裝一個半球形GPS接收天線，可接收衛星定位信號并將此信號傳給GPS接收機，GPS接收機將作業機械所處的經度和緯度數據通過RS－232串行接口傳給機載液晶顯示計算機，以此確定每一時刻機械的作業位置。
1．2地理信息系統（GIS）
GIS（Geographic information systems），是一種綜合處理和分析空間數據的通用型技術體系。在精準農業領域中，GIS以很高的空間分辨率來管理田塊基礎信息，存儲、分析和處理空間數據，生成作物產量以及土壤屬性和病蟲草害等環境因素的空間分布圖，支持空間輔助決策，輸出圖形和地理統計數據以及田間決策處方圖。
1．3GPS和GIS技術在精準農業中的應用概況
精準農業應用了GPS、GIS技術和智能決策、自動控制理論，將變量播種、變量施肥、變量灌溉、變量噴藥和在線實時測產等技術集成為一體，有利于提高農業作業的效率，降低生產成本。目前，作業信息的采集、處理與實時通信滲透到精準農業的各個方面，如何快速、有效采集和更新影響作物生長環境的空間變量信息，成為實現精準農業的重要基礎［3］。農田地塊作為農業生產的基本單元，是實現作物生產規劃、管理和效益評價的基本單元，實現農田地塊信息實時監測和數據的快速、高效、全面的收集及分析是實現現代精準農業，提高生產率的關鍵技術；又可有效解決農業勞動人口減少的影響。而定位是解決實現農業機械自動移動的基礎性難題和完成其他任務的前提；因此，基于GPS和GIS的精準農業監控系統集數據采集、傳輸、處理、控制及定位導航于一體，其主要設計思想是利用GPS接收機與掌上電腦（PDA）組成移動數據采集端，采集農田地塊空間位置信息、時間信息、農田信息，通過SMS方式或者數據文件方式傳輸信息至監測更新中心。其中，SMS方式是基于GSM移動通訊網絡，把野外采集到的數據包實時通過短消息SMS（Short message service）方式進行無線傳輸；數據文件方式是把采集到的地塊信息就地存儲為數據交換文件（文本文件或數據表文件），然后通過相應數據接口導入到監測更新服務中心［4］。通過在農業系統中實現遠程信息采集與監控技術，可以把分散的農業設施連成統一的整體，因而實現農業自動化、智能化、精準化［5］。目前，各種已開發和正在研究的監控系統主要集中在農業上的環境因子，如溫度、濕度、露點、光照和生產中的溫度、濕度、光照、施肥、噴藥等的自動化控制和網絡化管理，通過監測和控制其生長條件，從而達到增加產量、改善品質、調節生長周期、提高經濟效益的目的。少數監控系統還能達到預警的目的，主要是設定監控因子的上限和下限，通過無線傳輸技術發送給用戶，達到預警的功能，或是通過專家系統等進行自動的調控［6］。
2國內外GPS和GIS精準農業監控系統的研究
精準農業始于發達國家，其中的主要部分是精準施肥和收割技術。隨著發達國家農業生產市場化程度的提高，降低成本，提高投人產出比、發展優質高效農業的要求以及環境保護、資源利用、農業可持續發展等方面的要求，迫切需要經濟效益、社會效益、生態效益同步的新型農業的出現。在精準農業概念提出前，農業監控技術已經在各國有了初步的研究和發展，國外對環境研究較早，始于20世紀70年代，先是采用模擬式的組合儀表，采集現場信息并進行指示、記錄和控制，后又出現了分布式控制系統。中國對于農業監控技術的研究較晚，始于20世紀80年代，但發展速度很快。劉德義等提出了基于Web的設施農業氣象信息監測與預警系統，該系統提供了實時數據查看、歷史數據查詢、K線圖顯示、氣象預警信息、溫室氣象預報、應用示范介紹、手機短信提示、實時圖片顯示等功能。楊萬龍等［7］自主研發的滴灌施肥智能化控制系統，利用土壤水勢傳感器監測土壤的含水量，進行自動灌溉施肥控制，當土壤水勢達到設定水勢上限時，計算機自動啟動系統進行施肥灌溉，當達到設定水勢下限時，灌溉施肥停止，計算機自動記錄該閥門灌水量，其他閥門按此灌溉施肥量依次進行，這種控制方式可實現多個閥門的無人值守灌溉施肥控制。當用戶設置不當、系統出現異常情況時，計算機會及時發出聲光報警，提醒用戶介入處理，防止對系統或作物造成更大危害。國家農業信息化工程技術研究中心開發研制的便攜式環境監測產品在設施農業生產中取得了良好的應用［8，9］。
早在20世紀80年代，美國提出精準農業構想，其微電子技術發展推動了智能化監控技術的發展，以及作物生長模擬、栽培管理、測土配方施肥等農業專家系統成了精準農業早期技術基礎。1993～1994年，美國在明尼蘇達州農場進行了精準農業技術試驗，用GPS指導施肥的作物產量提高30％左右，而且減少了化肥施用總量，經濟效益大大提高。目前美國在谷物聯合收割機、噴霧機、播種機等農業裝備上已經采用衛星全球定位系統監控作業等高新技術。西歐國家在小麥、玉米的整地、播種、收獲、運輸等生產環節已全面實現了機械化，不少農業機械也裝備了GPS系統進行精準農業作業。很多監控技術取得了很大的突破，許多國際大型農業裝備廠商均推出了自己的智能產量監測儀、變量控制器產品。歐盟ISI啟動了Wirelwsslnfo項目（1998～2003），期望運用GSM／GPRS／HSDCS無線通信技術，建立先進的農林管理多媒體服務系統［10］。Thysen［11］探討了IT技術在農業領域應用的可能性和農業信息化的發展方向。Mc Kinion等［12］研究了一個衛星寬帶無線接入系統，滿足了棉花害蟲多譜圖像的高速傳輸和實時處理的要求，提高了配藥機械變量作業的效率和有效性。Geers等［13］應用GSM無線技術開發了牲畜運輸過程遠程監控系統“TETRAD”。目前，荷蘭、美國、日本等國在農業生產中已經基本實現了溫度、濕度、光照、施肥、噴藥等的自動化控制和網絡化管理。
中國精準農業發展起步較晚，但在國家“863”計劃“數字農業”重大專項和地方政府的支持下，近5年在農業裝備智能化、農業系統遠程監控及農業信息化等方面獲得了較快發展。喬曉軍等［14］開發了農業設施環境數字化監控系統，以實現農業設施信息采集和處理的自動化。龐樹杰等開發了基于GPS和GSM的農田信息遠程采集系統；句榮輝等［15］應用GSM短消息技術實現了溫室環境的實時控制，提高了系統的自動化程度。在農業資源利用方面，中國農業在精耕細作、多層次利用、生態農業等高效利用農業資源方面獨樹一幟。各地已總結出許多具有區域特色的耕作技術和農業模式，這些技術對提高我國土地、水、肥等資源的利用率發揮著重要作用。農業資源監控監測技術也取得了較大的發展，遙感與地理信息系統（GIS）技術也成功地應用于作物長勢、種植面積、產量、災害、水土流失等方面的監測［16］。歷史經驗表明，在開拓新的前沿科技應用領域，一些發展中國家和發達國家在起跑線上拉近了距離，發展中國家有可能在某些領域實現技術上的跨越［17］。
3展望
中國的農業正由傳統的粗放型向精準化發展，如何結合中國農田實際特性，充分利用網絡技術，開發出基于GPS和GIS的田間農業機械裝備實時監控系統，通過分析地理信息數據，有效地進行各種耕作，提高機械作業效率，為進一步實現變量耕作提供技術支持［18］。同時在引進消化國外先進技術的基礎上，研制開發具有自主知識產權、低成本的技術成果，支持精準農業關鍵技術與設備的專業精準農業監控系統，是中國實施精準農業中迫切需要解決的問題。因此，要重視世界前沿科技領域的研究，重視和研究GPS和GIS技術在精準農業監控系統的重要作用，對于加速像我國這樣的發展中國家農業現代化進程、占領未來農業科技競爭的制高點具有十分重要的意義。
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遙感可為精準農業提供以下兩類農田與作物的空間分布信息：一類是基礎信息， 這種信息在作物生育期內基本沒有變化或變化較少，主要包括農田基礎設施、地塊分布及土壤肥力狀況等信息；另一類是時空動態變化信息，包括作物產量、土壤熵情、作物養分狀況、病蟲害的發生/發展狀況、雜草的生長狀況以及作物物候等信息。
1.基礎信息獲取
（1）農田基礎設施調查。
（2）地塊分布調查。
（3）土壤狀況調查。
2.時空動態變化信息的獲取及利用
（1）指導農田灌溉。
（2）指導施肥。
（3）指導病蟲害防治。
（4）指導雜草控制。
（5）指導作物收獲。
限制遙感技術在精準農業中進一步應用的主要因素如下：
（1）精度問題。
（2）時空精細度問題。
（3）信息熵問題。
（4）農田參數信息利用問題。
（5）非技術因素。
針對上面幾個問題，遙感技術需要從以下幾個方面進行突破，以滿足精準農業的需求：
（1）新參數反演技術的研發。
（2）新數據的應用。
（3）多源數據整合。
1 引言
水是生命的根本，是不可代替的資源，同時也是農業發展不可或缺的因素。近年來，隨著城市現代化的發展，經濟水平和人口的不斷提升，水資源的不合理運用現象越來越嚴重，許多地區缺水大旱，農業得不到水的灌溉，而且農業灌溉效率低下現象也普遍存在。這一系列問題都警示水資源的不合理運用將會對人類和社會造成越來越不可估量的危害。因此，國家實施了滴灌技術，改變了傳統的灌溉方式，發展節水灌溉技術，科學應對水資源短缺問題，使灌溉技術脫離人工控制，運用自動化的技術進行農業灌溉。從而降低了農業生產成本，改善農業生產方式，是一項利國利民的節水技術。
2 自動控制精準滴灌技術概述
自動控制滴灌技術是針對高效利用水資源而實施的一項技術，對農業的可持續發展和保護生態方面有重要的意義和作用。而且脫離了人工的控制，自動控制的滴灌技術更加提高了農業灌溉的效率，節約成本。
2.1 自動控制精準滴灌技術的含義
節約水資源是自動控制精準滴灌技術的直接目的，這種技術改變了傳統的灌溉技術，高效率用水資源，通過現代化科學技術來改變水資源浪費和農業灌溉不合理的現狀。自動控制精準滴灌技術通過滴頭，每次用小量的水準確直接的對土壤進行灌溉，避免不必要的浪費。自動控制精準滴灌技術不僅完善了灌溉技術的不足，同時也促使灌溉技術的進一步發展。
2.2 自動控制精準滴灌技術的發展現狀
農業灌溉技術的發展出現了不同的灌溉技術，以噴灌和滴灌最為普遍。我國也大力推廣滴灌技術，自動控制滴灌技術得到越來越多的應用，隨著電子、科技的發展，自動控制滴灌技術也將進一步得到發展。滴灌技術在世界上也得到廣泛應用，一百多個國家實行節水灌溉技術。自動控制精準滴灌技術農業發展、國民經濟和社會發展都有推動作用。這項技術在國內的發展前景也會越來越好。
3 自動控制精準滴灌技術在農業建設的應用研究
自動控制滴灌技術的發展應用在農業上，推動了農業的科技化發展，自動化的灌溉技術，不僅減少了藥物對農作物的傷害、保護了生態環境，同時也節約了人力物力。廣西農田智能化灌溉系統中滴灌自動控制系統設計方案和南寧市府城鎮百香果滴灌實踐技術為案例具體介紹自動控制精準滴灌技術在農業建設的應用研究。
3.1 以廣西農田智能化灌溉系統中滴灌自動控制系統設計方案為例
廣西農田智能化灌溉系統中滴灌自動控制系統采用了自動控制滴灌技術，運用網絡和自動控制相結合的技術對土壤進行控制。實現了水資源的最大化利用。通過計算機遠程控制，為實驗基地的每塊土壤進行精準的灌溉和管理。
3.1.1 滴灌系統規劃布置
滴灌系統規劃布置的首要因素是泵站位置的選擇，位置不能選擇貧瘠的土壤，相對集中靠近路邊的位置是最佳選擇，其次輸水管道的選擇也應該合理，項目資金節約化，管道的內徑和長度要適宜。設備選擇先進、適用、合理的這樣能更大的發揮滴灌技術的作用。管道的選擇要考慮土地、水源等，盡量使管道系統相對均衡。
3.1.2 控制調節和保護設備
自動控制滴灌要控制好設備的保護和技術的控制，電磁閥的設置要考慮便于管理、控制流量等，在首部水泵前安裝逆止閥。排氣閥要安裝在干管始端。壓力表、閥門箱要安裝在合理的位置，便于維修和使用，同時也避免受凍。
3.1.3 滴灌系統電路設計
電路的設計很關鍵，采用交流電磁閥控制，控制滴灌電磁閥配送和輸出電。
3.2 以南寧市府城鎮百香果種植基地自動化控制滴灌工程為例
南寧市府城鎮百香果種植基地于2013年就開始建設，經過幾年的灌溉項目建設，積累了豐富的節水用水經驗，使用了自動化控制滴灌技術，為其他地區的自動化滴灌技術的發展起了帶頭作用。
3.2.1 項目建設情況
南寧市府城鎮百香果種植基地啟用了自動控制的滴灌技術，主要農作物是百香果。其灌溉采用的是兩種方式結合灌溉，冬季采用周邊山塘水進行大水漫灌，在農作物生長期則采用滴灌技術。
3.2.2 自動化控制系統的組成及功能
自動控制灌溉技術能夠將水資源和化肥平均的分配到土壤中，讓農作物更好的平衡吸收。自動化的控制會對流程中每個步驟進行嚴格的檢驗，使之保持在合理范圍內。系統自動記錄每個灌溉系統的運行時間和總水量，還安裝了防盜裝置，對設備故障自動檢查對系統運行中的破壞還可以進行警報，準確的指出故障位置和故障類型，對濕度和降雨量準確測量。
3.2.3 自動化控制滴灌工程建設對南寧市府城鎮百香果種植基地的作用
自動控制滴灌技術由機器對農作物的灌溉進行控制，擺脫了認為的控制，也就避免了人為因素的誤差，更有利于農作物更好的生長。自動控制滴灌是農業灌溉與時代接軌的標志，是農業現代化的必然結果，農業要想產量高、效率高必須運用現代化技術帶動發展。自動控制灌溉更加便于操作，更加有效的控制了灌溉時間，從而節約了水資源和勞動力。實驗區自動控制滴灌技術的實施，同時也為實驗區積累了經驗，為其他地區提供了借鑒的經驗。
4 自動控制精準滴灌技術在農業建設中存在的問題
自動控制滴灌技術有其優勢也必然存在弊端，這項科技化技術在其他設備保護、造價和控制精準度等等方面都存在著不足。
4.1 田間設備的保護問題
自動控制滴灌技術的實施運行需要通過無線進行數據傳輸，無線設備容易被損壞，在設備運用過程中很可能對無線傳輸進行不必要的干擾，造成數據傳輸不準確。同時線路也容易受到人為的破壞，導致線路傳輸工作無法正常運行。
4.2 系統造價過高
自動控制滴灌技術需要通過計算機進行控制，是一項現代化技術，需要人力物力以及資金的支持，而很多地區無法大面積使用這項技術也是這個原因。這是自動控制滴灌技術存在的一個弊端。
4.3 水肥監測精度與控制精度的統一性不夠
要進行自動控制滴灌技術就要配合進行土壤水分檢測，而檢測由于資金并不能覆蓋大面積，這就造成數據是能反映部分土壤情況，不能代表大部分。養分監測和作物監測同樣不能覆蓋大部分，因此水肥監測精度與控制精度無法統一。
5 結語
自動控制精準滴灌技術不僅推動了我國農業的專業化發展，同時也推動了現代化、科學化的進步。作為現代的灌溉方式，自動控制精準滴灌技術必須發揮其優勢，完善其不足，揚長避短，不斷的在實踐中發展。同時也要根據農業具體實踐來相應的改變技術的實際應用，推動自動控制精準滴灌技術的進一步推廣和發展。
參考文獻
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作者簡介
覃江峰（1983-），男，壯族，廣西壯族自治區南寧市人。碩士學位?，F為廣西水利科學研究院工程師。研究方向為計算機網絡及自動控制技術。
邱林（1983-），女，廣西壯族自治區河池市人。碩士學位?，F為廣西農業職業技術學院講師。研究方向為計算機網絡及電子商務。
一、該行三季度取得的主要成績
截至9月30日，該行各項存款余額112.69億元，比年初增加18.13億元，增幅為19.17%，同比多增2.87億元。其中儲蓄存款余額81.23億元，比年初增加14.51億元，增幅為21.75%，同比多增1.55億元；對公存款余額31.46億元，比年初增加3.62億元，增幅為13%，同比多增1.32億元。全省增幅排名第14名，全市4家農商行排名第一，存量與增量分別占全縣銀行業金融機構42.18%與46.89%。省聯社勞動競賽期間，各項存款共增加5.91億元，增幅為5.53%，比全省平均增幅高1.42個百分點。各項貸款余額92.45億元，比年初增加9.04億元，增幅為10.84%。其中自然人貸款余額59.71億元，比年初增加3.7億元，增幅為6.61%；企業貸款余額32.74億元，比年初增加5.34億元，增幅為19.5%，并順利實現小微企業貸款“三個不低于”目標。全省增幅排名第26名，全市4家農商行排名第二，存量和增量分別占全縣銀行業金融機構34.22%與30.12%。省聯社勞動競賽期間，各項貸款增加4.82億元，增幅為5.50%，比全省平均增幅高0.8個百分點。扶貧貸款余額1.05億元，累放1.89億元。其中三季度共發放2094筆，金額0.74億元。全行借記卡存量54.67萬張，比年初凈增3.97萬張，卡內存款余額21.34億元，比年初上升3.24億元，卡均存款0.39萬元，活卡率為70.14%；全行累計發行圓鼎貸記卡13415張，比年初增加1456張；手機銀行31130戶，比年初凈增8729戶；個人網銀23073戶，比年初凈增671戶；企業網銀3304戶，比年初增加47g戶；支付寶卡通38818戶，比年初新增12104戶；銀村通單臺月交易量24l筆；POS機商戶2214戶，比年初新增461戶；自助柜員機單臺月交易量3100余筆；電子銀行業務柜面替代率達66.9%。全行各項收入7.64億元，各項支出4.39億元，實現撥各前利潤4.15億元。資本凈額為14.54億元，比年初增加2.48億元，資本充足率14.26%，比銀監部門要求的目標值高3.06個百分點。不良貸款撥備覆蓋率為321.17%，超監管部門目標151.17個百分點。由該行主發起的安徽五河永泰村鎮銀行9月末存款余額為5.94億元，比年初增加1.07億元；貸款余額為5.74億元，比年初增加1.05億元；各項收入3916萬元，各項支出3086萬元，實現撥各前利潤1408萬元。資本充足率13.52%，五級不良占比2.24%。
二、該行在三季度工作中主要做法
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?。和寥鲤B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?。耗壳斑m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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2地理信息技術發展現狀
以GPS/GLONASS,以及歐盟即將通過“伽利略”計劃建立起的導航衛星系統為代表的全球衛星定位技術具有快速、方便地獲取高精度位置信息的優勢。目前,差分定位(DifferentialGPS,簡稱DGPS)系統的定位精度可達到亞米級水平,實時動態差分(RealTimeKine-matic,簡稱RTK)技術能夠在野外實時得到厘米級的定位精度,特別是美國政府取消GPS數據精度選用政策(SA),GPS的民間用戶將能夠使定位精度提高10倍。因此,全球衛星定位技術將在很多領域逐漸取代常規的光學和電子測量定位儀器。衛星定位技術與現代通訊技術的結合,使空間定位技術發生巨大變革,為信息化農業獲取高精度定位信息提供了技術保障。遙感技術蓬勃發展,能夠獲取多傳感器、多時相、高分辨率(空間分辨率、時間分辨率、光譜分辨率)的直接或間接反映地球表層地物光譜特征的遙感數據。極高分辨率的衛星遙感影像(如0.61m分辨率QuickBird)民用化和商業化,能夠滿足大比例尺的農業、資源環境等領域的應用,將成為信息獲取的重要數據源。高光譜遙感的發展,展現出遙感在農業中應用的蓬勃生機。在遙感影像處理方面,引入多源信息融合技術和智能專家系統使遙感信息提取邁上一個新的臺階[9]。地理信息系統正向網絡化、組件化發展[10],GIS逐步融入IT主流,其應用正走向企業化和社會化。GIS傳統功能日臻完善,如查詢統計、空間分析、編輯、地理數據可視化、制圖等;系統分析和設計全面采用面向對象技術(OOA&OOD),以及空間數據庫技術的發展等都為GIS在農業中應用提供很強的理論和技術基礎[11]。所有這些核心地理信息技術的發展為精準農業田間信息獲取、分析、管理和決策,以及系統集成研究與實踐提供了技術基礎。
3精準農業技術思想
3.1精準農業的技術思想
上世紀80年代初期,根據農田內以米為單位的小區作物產量、生長環境條件等具有明顯的時空差異性,國外學者產生了對農作物實施定位管理(Site-specificManagement)、根據實際需要進行變量投入(VariableRateTechnology)等農業生產的精準管理思想,進而提出了精準農業(PrecisionAgriculture)的概念。精準農業的思想實質就是通過各種技術手段來獲取農田內不同單元小區的農作物具體生產環境信息,并根據這些信息確定各個小區內的最為經濟和科學合理的農業生產投入,達到獲得經濟、環境等方面最高回報的目的,從而實現農業生產的精準管理[2,3]。
3.2精準農業技術體系
精準農業強調經濟、生態和社會效益的統一,實現定位、定量、定時的最優化生產管理,由此可見,精準農業是一種基于空間信息管理和變異分析的現代農業管理策略和農業操作技術體系,以地理信息技術為主體的信息技術是精準農業的技術核心,基于知識和先進技術的現代農田精準農業技術體系至少包括以下方面:地理信息技術(GIS、RS、GPS)、生物技術、農業專家系統(ES)、決策支持系統(DSS)、工程裝備技術等[13]。通常所說的精準農業的核心是強調減少種植管理過程中的農業投入,因此研究將精準農業分為田間信息獲取、信息分析處理、決策分析、精準實施4個過程[12]。精準農業的目標不單是盡量減少投入,更重要的是要獲得經濟、環境等方面的最高回報,因此筆者認為整個精準農業種植循環過程應該經過產前規劃、產中種植管理、產后分析、產后加工和產后銷售等5個環節。其中產中種植管理是體現精準農業核心思想的重要環節,幾乎涉及精準農業技術體系中的所有技術。目前,國內外研究的核心在于種植管理中的時空變異信息獲取與提取(傳感器、遙感軟硬件研制)技術、信息處理與分析方法、決策分析集成系統,以及攜帶DGPS的智能農機系統,這些正是精準農業實施和推廣必須解決的關鍵技術。
3.3精準農業發展現狀
20世紀90年代以來,發達國家許多學者著力于研究運用高新技術提高農業勞動生產率和農資利用率,以達到經濟效益、生態效益和社會效益的最大統一,最終實現農業生產可持續發展。他們的研究取得了令人矚目的成果,并建立了若干支持精細農業技術的示范應用系統[1,4～7],如美國CaseIH公司的AFS(AdvancedFarm-ingSystem)、英國MasseyFerguson的FieldStar、美國JohnDeree公司的GreenStar等。在實踐過程中,也已經獲得較好的效果,精準農業在大農場生產中已得到較廣泛的應用,并且許多成熟的技術已經形成。據統計,到1995年,美國約有5%的作物面積上不同程度地應用了精準農業技術[12],在西方發達國家,精準農業技術思想也逐漸被農場管理人員了解和接受,并且成立了許多以精準農業為基礎的服務機構。近年來不僅西方發達國家對精準農業的技術實踐引起重視,在日本、韓國、巴西、馬來西亞等國亦已開始了試驗示范研究[8]。在我國,從事農業研究的人員首先開始了精準農業研究,隨后生物技術、信息技術、地理科學和生態學研究人員對此表示了濃厚的興趣,并且先后開展了關于技術體系、發展策略等方面的研究[14～23]。但從總體上我國對精準農業的研究還處在引進和消化吸收階段,還沒有形成較為系統的學術思想和技術體系。目前已經在北京和上海建成兩個精準農業示范區。
4地理信息技術在精準農業中應用
精準農業實施的前提是及時采集分析土壤肥力和作物生長狀況的空間差異信息,生成田間管理處方,以實現精準的定位和定量的田間管理,因此,地理信息技術應在精準農業中扮演重要的角色。國外關于精準農業的研究基本上仍是集中于利用3S空間信息技術和作物生產管理決策支持技術(DSS)為基礎的、面向大田作物生產的精準農作技術,而沒有較全面地研究地理信息技術在整個精準農業體系中的應用。
4.1全球定位系統應用
GPS技術為土壤類型、土壤肥力特性、水分、作物生長發育狀況、病蟲草害及農作物產量等田間信息采樣和決策方案的田間實施提供準確的空間位置信息。在精準農業中,GPS作用主要有三點:控制測量、農田信息采集定位(采樣定位和遙感信息定位)和控制導航。目前,GPS應用研究主要在研制基于移動電腦或掌上電腦的農田信息采集系統和攜帶GPS接收機的智能農機系統兩個方面。如美國FieldWorker公司的基于掌上電腦的信息采集軟件FieldWorker能很好地滿足精準農業農田信息采集的需要;美國Trimble公司的AgGPS160PortableComputer能實現田間成圖、各種作物及其生長環境屬性信息記錄、獲取來自各種田間環境傳感器的信息。智能農業機械在田間進行農作生產時通過GPS獲取的精確定位信息實施導航監控,同時能夠實時獲得農作物生長狀態信息和與之相關的空間位置信息。目前智能農機應用研究最為成功的是帶有GPS定位系統的能夠獲取田間作物產量信息的聯合收割機[24]。變量施用機具是精準農業的田間實現,國內外的研究均很多,如變量施肥機、變量播種機、變量灌溉和噴藥機等,其中變量施肥是精準農業變量施用技術的第一項內容,也是研究最多的項目,但無論如何,單純用于農田信息采集的軟件系統將隨著遙感在農田信息獲取應用的不斷深入而被淘汰,取代它的將是集成GPS的遙感系統與智能農機系統?？梢灶A見,集成GPS的遙感成像系統將在獲取田間“空間差異”信息方面發揮巨大作用。
4.2遙感應用
田間時空變異信息獲取方式有傳統田間采樣測試、GPS田間信息采集、智能農機系統作業采集和多平臺遙感信息采集系統。然而遙感能夠以“無損測試”方式方便、及時、準確地獲取反映較大面積內的“面狀”地物性質與狀態信息。而其它方式獲取的“點狀”信息顯然不足以了解全局,而且人工采樣都會對作物造成不同程度上破壞。因此遙感將在實現大面積情況下作物長勢與營養實時診斷中發揮不可替代的作用。目前遙感應用研究主要集中在對地面光譜測量數據和采樣測試相關數據的分析,建立遙感數據與土壤狀況或作物生物物理化學參數(如葉面積指數、葉綠素含量、土壤特性等)之間的相關關系,結合作物生態生理過程間接獲取作物農學特性(作物冠層營養水平、籽粒與生物質產量、質量等信息)。在大面積農作物宏觀長勢監測、農作物宏觀估產、農情宏觀預報、農業資源調查等方面,遙感已經發揮其應有的作用,而且研制出了可行的技術路線[28,29],如東北玉米、華北小麥和南方水稻估產精度達到90%以上。高光譜遙感是遙感發展的一個重要趨勢,光譜分辨率達到納米級的高光譜遙感數據可以很好地描述作物的“紅邊”特性(紅邊位置、紅邊斜率、“紅移”、“藍移”),區分作物葉片生化成分、含量及其變化[27],還可以用來減弱土壤對作物光譜的影響,作物具有一些明顯的、獨特的吸收特征。作物生物物理和生物化學信息是研究理解植被生態系統過程和生理機制的重要參數,是診斷植物營養狀況的重要依據,國內外許多學者已經涉足高光譜遙感在植被生物物理信息和生物化學信息提取方面的研究[25,26]。高光譜遙感以其高光譜分辨率特性所攜帶的豐富光譜信息為遙感應用帶來了強大的活力,通過分析高光譜植被指數與農作物特征的關系,選擇表征農作物特征的特定波段和光譜參量可以較好地反演作物生物物理和生物化學信息。在精準農業體系中,遙感(特別是高光譜遙感)將為精準農業實施提供大量的田間時空變化信息,遙感技術將成為監測土壤和作物養分變化、水分脅迫和病蟲害等的主要數據源。由于航空、航天遙感成本較高,而且受信息獲取的滯后性、信息分析處理方法等因素的限制,目前許多學者開始研制基于地物光譜特征,并用于田間低成本間接測定作物養分和生化參數的儀器和工具,如NDVI測量儀、LAI測量儀、谷物品質測量儀等,這在衛星和航空遙感技術進一步發展和成熟前,正在被發展為高密度獲取農田信息的技術手段。
4.3地理信息系統應用
GIS在精準農業技術體系中的地位舉足輕重,其作用不僅在于從田間信息采集、信息處理與管理、信息分析,到田間決策方案實施的整個種植管理過程,而且貫穿規劃、種植管理、產后分析、產后加工及銷售的整個種植循環過程。這要歸功于精準農業實施對空間信息的依賴性。在精準農業體系中,GIS不再是一個孤立的系統,而是圍繞精準農業核心思想而提供較全面的地理信息服務的平臺,而且該平臺與其它系統或用戶之間通過信息交換而緊密聯系。概括來說,這種地理信息服務主要包括信息管理服務、信息交換與更新服務、信息決策分析服務和信息服務等4項,如圖2所示。
4.3.1農田信息管理
農田信息具有多源性,具體表現在存儲格式多樣性、多尺度性、獲取方式多樣性,另外還包括系統或數據庫數據組織的復雜性。通過GIS平臺,在融合多源數據的基礎上建立農田管理系統,實現對多源、多時相農田信息的有序管理和分析,這是精準農業實施的基礎,其作用表現在數據組織和集成管理、空間分析查詢、空間數據更新與綜合處理、可視化分析與表達。GIS為田間信息采集提供基礎信息,也為田間變量實施決策分析提供信息源,因此農田地理信息系統是精準農業實施的信息管理員。目前GIS在國外精準農業應用中還處在農田邊界圖管理、土壤肥力管理、產量分布圖管理分析和GIS制圖階段,并沒有充分發揮GIS應有的作用,相應的管理軟件也不成熟。雖然經過幾十年的發展,國外許多GIS產商開發了諸如ArcGIS產品系列、MapInfo系列等通用GIS軟件,但這些軟件與農業生產有關的功能只是很小一部分,而且它們價格昂貴。然而,應用于精準農業的GIS應用系統應該是小型廉價且適用的農場信息系統FIS(FarmInformationSystem)。因此根據農業信息采集、存儲和處理分析的特點,研發功能針對性強的FIS是農業GIS發展的一個方向。
4.3.2信息更新與交換
信息更新與交換服務是服務平臺的重要組成部分。數據是系統的血液,平臺的生命力在于信息的現勢性及可更新性。信息更新一般分為兩個層次:一是不定期的局部數據更新;二是周期性的全局數據更新。信息交換是信息進出服務平臺的通道,解決服務平臺與各種數據采集系統、應用系統之間的數據交換問題。遙感信息的特點決定了它必將成為農田信息獲取的主要手段,然而從遙感獲取的不是直接用于精準農業的信息,如土壤水分、作物冠層生化參數等,而需要通過分析建立遙感信息與土壤和作物生長狀態相關的參數之間的關系,這是限制遙感信息應用與農業信息獲取的“瓶頸”。GIS的參與將為遙感信息提取提供新的思路,提供背景數據和分析方法。遙感和地理信息集成研究,脫離龐大昂貴的遙感影像處理系統,開發服務于具體應用的遙感和GIS集成系統,是GIS應用于農業的又一個重要方向。
4.3.3決策分析
決策分析服務是整個地理信息服務平臺的核心部分,利用已有的信息,根據不同應用目的,集成相應的知識和模型,分析生成供決策服務的知識,這是地理信息技術在精準農業應用中的首要目的。信息分析服務是一個知識挖掘的過程,其關鍵是GIS與專家系統、模型庫系統集成,其集成程度決定分析效率和分析結果的可靠性。決策分析可以歸納為產前規劃評價分析、產中監測與控制分析,以及產后分析與銷售管理。規劃評價主要利用區域自然要素、社會經濟要素、產量歷史數據、作物品種特性等進行農業區的規劃、種植區劃、作物種植適宜性評價和作物品質區劃,這方面的GIS應用研究取得了一定的進展[32,33]。實現以高產、高效、優質和實時管理為目標,為農業生產提供一個合理、詳細、完整的農田作業規劃,它是精準農業實施的基礎。如通過分析產量數據、肥力水平和作物生長的適宜性,選擇合適的品種、肥料和農業機械設備,制定合理的耕作計劃。監測與控制分析是信息分析決策服務的一個重要內容,是最能體現精準農業核心思想的內容。將GIS作為決策分析的平臺為精準農業實施提供決策和控制的依據是其在精準農業中的另一個發展方向。通過GIS集成作物栽培管理輔助決策支持系統與作物生產管理與長勢預測模擬模型、投入產出模擬模型和智能化農作專家系統,根據作物長勢和其背景狀況做出診斷,提出科學處方,調控操作。將不同類型的地理數據,如土壤、作物、氣象和土地歷史等,與水分運動、溶質運移、農藥滲漏、作物生長、土壤侵蝕等各種模擬模型和專家知識和推理機整合,產生支持定位實施的“農作處方”,這一切都需要集成模擬模型和專家系統的GIS應用服務平臺的支持。也正是GIS的這一功能才使得用于變量作業的農藝處方生成得以實現,同時也能夠通過專家系統實現精準農業實施中的自動控制。國內有學者開始研究采用GIS進行施肥推薦處方生成[30,31]。
4.3.4產后分析與銷售管理
從精準農業實施的經濟效益和產業化角度考慮,GIS在精準農業中的應用并沒有隨著精準農業田間實施全過程的結束而終止,它還在后續工作中起著重要作用。利用產后產量分析為下一種植循環的規劃提供決策信息,這是當前國外精準農業體系中注意得比較多的一項內容,但僅此而已,它們并沒有從市場銷售角度考慮GIS的應用。目前,作物生產已開始由單純追求高產模式向優質、專用和高效的方向轉變,利用品質監測信息可用于指導糧食分類加工,大幅度提高加工品質和附加值,這是產后基于GIS分析的又一個內容。市場分析是根據作物產量和品質,以及社會經濟要素進行分析,用于指導糧食銷售價格和銷售方向,從而提高糧食生產的經濟效益。銷售管理主要對客戶和糧食配送的管理,分為客戶關系管理和物流管理,它是提高糧食銷售管理效率的必要前提。因此研發為精準農業服務的產后市場分析和銷售管理的應用軟件是GIS應用于精準農業中的一個重要補充,具有較大應用前景。
4.3.5空間信息
利用GIS進行空間信息服務是精準農業體系中“空間變異信息”的重要消費者,它通過Internet或無線(有線)通訊向公眾原始和分析結果信息。的空間信息可以包括農田作物長勢監測信息、作物產量及品質監測和預測信息、產品供需分布信息等,空間信息將使地理信息技術在精準農業中的應用走向社會化,這是產業化發展的重要方向。
2.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。
