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3S技术在农业中应用

摘要：
3S技术和农业是相辅相成，农业由于3S技术有了全新发展——精准农业，同步也增进了3S技术成熟与进步，当代农业发展已经逐渐脱离了以往落后生产技术，21世纪农业要走集约化道路，实现节水农业、优质高产无污染农业，需要与各种新技术结合应用。而测绘行业3S技术，即全球定位系统( GPS)技术、地理信息系统(G IS)技术和遥感( RS)技术，能为农业发展建立与其相适应地理信息系统，提供规划、设计、施工、管理和决策使用，为当代农业高科技发展提供了辽阔前景。随着技术发展，单纯地运用 GPS、RS与 GIS中某一种技术往往不能满足综合工程需要，不能提供精准农业实行过程中所需要对地测量、存储管理、信息解决、分析模仿综合能力。这就需要把RS、GIS、GPS有机结合，综合应用，构成一种一体化信息获取、信息解决、信息应用技术系统，这是一种充分运用各自技术特点空间技术应用体系，并逐渐成为一种实践性和应用性较强新学科，简称为“3S”集成技术。
论文简要简介了“3S”概念及互有关系，并通过解读地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、遥感（RS）技术特点及技术优势，结合工商管理专业阐述了“3S”技术在农业生产中作用。同步阐述了精准农业有关概念。

核心字：
3S技术，精准农业，遥感，信息解决

正文：

1. 3S技术概念：

3S 是全球定位系统( GPS)、地理信息系统( G IS)和遥感( RS)统称。是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成对空间信息进行采集、解决、管理、分析、表达、传播和应用当代信息技术。
1.1． 全球定位系统( Global Positioning System )技术是美国第二代卫星导航系统，是美国从20世纪70年代开始研制，于1994年全面建成，具备海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力新一代卫星导航与定位系统。GPS是由空间星座、地面控制和顾客设备等三某些构成。GPS测量技术可以迅速、高效、精确地提供点、线、面要素精准三维坐标以及其她有关信息，具备全天候、高精度、自动化、高效益等明显特点，广泛应用于军事、民用交通(船舶、飞机、汽车等)导航、大地测量、照相测量、野外考察探险、土地运用调查、精准农业以及寻常生活(人员跟踪、休闲娱乐)等不同领域。
1.2. 地理信息系统简称GIS( Geographical Information System) 就是一种专门管理地理信息计算机软件系统，它不但能分门别类、分级分层地去管理各种地理信息；并且还能将它们进行各种组合、分析、再组合、再分析等；还能查询、检索、修改、输出、更新等。地理信息系统尚有一种特殊“可视化”功能，就是通过计算机屏幕把所有信息逼真地再现到地图上，成为信息可视化工具，清晰直观地体现出信息规律和分析成果，同步还能在屏幕上动态地监测“信息”变化。总之，地理信息系统具备数据输入、预解决功能、数据编辑功能、数据存储与管理功能、数据查询与检索功能、数据分析功能、数据显示与成果输出功能、数据更新功能等。通俗地讲，地理信息系统是信息“大管家”。地理信息系统普通由计算机、地理信息系统软件、空间数据库、分析应用模型图形顾客界面及系统人员构成。地理信息系统技术现已在资源调查、数据库建设与管理、土地运用及其适当性评价、区域规划、生态规划、作物估产、灾害监测与预报、精准农业等方面得到广泛应用。
1.3. 航空航天遥感(RS)技术是通过遥感平台(像卫星、飞机、气球等)稳定地运载传感器，来探测地表物体对电磁波反射和其发射电磁波，并按照一定规律转换为原始图像， 从而提取这些物体信息， 完毕远距离辨认物体。遥感技术可用于植被资源调查、气候气象观测预报、作物产量估测、病虫害预测、环境质量监测、交通线路网络与旅游景点分布等方面。例如，在大比例尺遥感图像上，可以直接记录烟囱数量、直径、分布以及机动车辆数量、类型，找出其与燃煤、烧油量关系，求出有关系数，并结合都市实测资料以及都市气象、风向频率、风速变化等因数，估算都市大气状况。同样，遥感图像能反映水体色调、灰阶、形态、纹理等特性差别，依照这些影像显示，普通可以辨认水体污染源、污染范畴、面积和浓度。此外，运用热红外遥感图像可以对都市热岛效应进行有效调查。

2. 3S技术在农业中应用：

2.1. 农业资源清查、核算、评估与监测
通过对RS系统提供农业资源遥感图像、图片等信息进行判读解译、图像分类解决以提取专项信息，及时更新GIS数据库，对农业资源质和量变化进行动态监测，调节各种图件，达到对农业资源清查及核算；运用GIS系统空间分析和制图功能，制作各种资源要素图件，诸如土地运用现状图、植被分布图等专项信息图；并可进行各种专项图叠加而获得综合信息；在资源清查和动态监测基本上，借助资源分析与评价模型，基于GIS强大数据管理与空间分析功能，即可以对具备时空变化特点农业资源进行存量和价值量测算，进行资源现状、潜力和质量客观评估，真实地反映农业资源状况，不但迅速、精确，并且现势性好、时效性强，为科学运用和管理农业资源提供了强有力决策根据。
2. 2. 作物估产与长势监测
作物长势监测是一种动态过程，运用RS多时相影像信息，就可以反映出宏观植被生长发育节律特性；解译RS影像信息，在GIS中对各种数据信息进行空间分析，辨认作物类型，记录量算出其播种面积，分析作物生长过程中自身态势和生长环境变化；发挥GIS系统模型功能，构建出不同条件下作物生长模型和各种估产模式，把上述因素信息引入模型中便能估算出大面积作物产量和实时监测作物生长态势。
2. 3. 农业气象中应用
遥感是获取地表各类地物和现象实时信息重要手段。近年来，农业气象工作者不断开拓遥感技术(RS)应用 领域，在作物和牧草动态监测与估产、土壤湿度监测、大面积旱涝灾情监测、森林草原火险监测等研 究方面获得了丰硕成果，并通过遥感监测业务系统建立和完善，获得了明显业务服务效益。近几年来，农业气象遥感监测技术应用领域进一步开拓，提出了定量遥感反演农田作物蒸腾和土 壤水分运用率区域分异办法，探讨了基于植物光 谱诊断原理作物水分和氮素遥感实时监测和迅速诊断研究重点与研究方向。此外，还进一步加 强了与地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS) 技术结合进行遥感监测研究，如基于GIS技术旱灾遥感监测研究、‘3S’一体化技术支持下山区 复杂地貌类型农作物估产研究、基于GIS技术水稻遥感估产最佳时相选取研究等，GIS和GPS技术应用进一步提高了遥感监测精度和可靠性
2. 4. 在农业节水方面应用
应用“3S”技术建立“土壤墒情监测网系统”，对全国农田墒情进行监测，为农业灌溉用水和抗旱减灾服务。在监测土壤墒情同步，与当时本地作物需水量相结合，可科学拟定灌溉用水筹划。当前发达国家某些先进灌区以土壤墒情监测作为灌溉用水管理重要根据，依照气象观测资料、土壤墒情资料、作物长势资料等拟定作物灌溉水量及灌溉时间，及时提供用水信息，从而使农业灌溉管理更加科学、精准。国内农业构造和水土资源分布具备很强区域性，各地区发展不平衡，应当依照不同地区自然经济状况，涉及水资源状况、气候条件、农业生产经营方式、作物种类、经济发展水平等，科学拟定不同地区、不同阶段节水灌溉发展模式。

3. 基于“3S”技术精准农业
世界农业发展大体历经了三个阶段：原始农业、老式农业、当代农业。信息化与当代农业结合是将来农业发展方向。精准农业
就是信息技术应用于农事管理当代化农业技术，是当今农业发展
新潮流。它兴起引起了一场真正意义农业技术上革命。
精准农业是数字农业重要构成某些，是既有农业生产办法与新近发展高新技术有机结合，其核心技术是由地理信息系统（GIS）、全球卫星定位系统（GPS）、遥感技术（RS）构成“3S”集成技术。运用“3S”集成技术可以做到监测农作物产量分布、土壤成分和性质分布、做到合理施肥、播种和喷洒农药，节约费用、减少成本、达到增长产量提高效益目。正是3S技术和计算机控制技术迅速发展极大地增进了精准农业在世界范畴内广泛研究和应用。可以说3S技术是精准农业基本工具。
3.1 地理信息系统（Geographic Information System，GIS）
地理信息系统是实现精准农业概念核心系统。它可以用于农田数据管理，查询土壤、自然条件、作物苗情、作物产量等，并可以以便绘制各种农业专项地图，也能采集、编辑、记录分析各种不同类型空间数据。在精准农业中地理信息系统还应用于绘制作物产量分布图和进行农业专项地图分析。通过地理信息系统提供覆合叠加功能，将不同农业专项数据组合在一起，形成新数据集。例如，将土壤类型、地形、作物覆盖数据采用覆合叠加，建立三者在空间上联系，可以很容易分析出土壤类型、地形、作物覆盖之间关系。对于某一管理办法做出实行筹划也用GIS系统管理。以施肥为例，按照某一地块土壤测试成果、历年施肥历史和产量状况（均以GIS图层表达），制定出当季在不同位点上各种养分适当合用量，做成GIS施肥操作指引系统（图层），然后转移到自动控制变量施肥机上，实行该地块自动变量平衡施肥。
3.2 全球卫星定位系统（Global Positional System，GPS）
GPS系统在精准农业实行过程中异常重要，它一方面将农田各种信息予以准拟定位，并输入到GIS，另一方面也是农机作业轨迹根据。在翻耕机、播种机、田间取样机、施肥喷药机、收割机等机具上安装上 GPS接受器，可以精确批示机具所在位置坐标，使操作人员可以按计算机上GIS操作批示图进行定点作业。近几年来，GPS产业技术发展迅速，若干大公司迅速涉足农业领域，提供了用于农田测量、定位信息采集和与智能化农业机械配套差分校正全球卫星定位技术（DGPS，Differential Global PositioningSystem）产品。系统可用于农田面积和周边测量、引导田间变量信息定位采集、作物产量社区定位计量、变量作业农业机械实行定位处方施肥、播种、喷药、灌溉和提供农业机械田间导航信息等。DGPS作为农业空间信息管理基本设施，一旦建立起来，即不但可服务于“精准农业”，也可用于农村规划、土地测量、资源管理、环境监测、作业调度中定位服务，其农业应用技术开发前景辽阔。
3.3 遥感技术（Remote Sensing，RS）
遥感技术是将来精准农业技术体系中支持大面积迅速获得田间数据重要工具。它可以提供大量田间时空变化信息。遥感在精准农业中重要用途，在于运用高辨别率遥感信息，获取社区域长势与背景差别，从而提供精准农业实行定位处方农作所需信息。在精准农业中它应用重要体现如下几种方面：
①作物长势及其背景监测：运用高辨别率（米级辨别率）传感器，在不同作物生长期，实行全面监测，依照光谱信息，进行空间定性、定位分析，为定位处方农作提供根据；
②作物冠层多光谱监测：运用地物光谱仪和多光谱相机获取信息，监测叶绿素密度变化，并分析其变化与养分关系；
③测定叶绿素含量：该项工作与光谱测量同步，对鲜叶生物量及叶绿素含量进行测量，测定叶绿素a、叶绿素b含量，分析叶绿素含量与反射光谱关系；
④应用各种遥感信息，分析叶绿素含量、叶绿素密度与干物质积累关系；
⑤运用多光谱遥感信息（红外波段），在有作物条件下监测土壤水分理论与办法。

4. 精准农业中“3S”整体集成
在精准农业中，单纯地运用 GPS、RS与 GIS中某一种技术往往不能满足综合工程需要，不能提供精准农业实行过程中所需要对地测量、存储管理、信息解决、分析模仿综合能力。这就需要把RS、GIS、GPS有机结合，综合应用，构成一种一体化信息获取、信息解决、信息应用技术系统，这是一种充分运用各自技术特点空间技术应用体系，并逐渐成为一种实践性和应用性较强新学科，简称为“3S”集成技术。在“3S”集成技术中，RS是 GIS一种重要数据源和强有力数据更新手段，GIS作为一种空间数据管理、分析有效技术，可觉得RS提供各种有用辅助信息和分析手段，而GPS则为RS和GIS综合系统中解决空间数据获得精确空间坐标提供了获取和定位手段，并且可以作为一种数据源为 GIS提供有关数据三者已发展成为不可分割整体，互相渗入互相补充。

5. 总结
通过这一种学期学习，我理解了诸多3S技术和精准农业知识，虽然我是经济学一名学生，但仍受益匪浅，当前3S技术正在徐徐大众化和商业化，精准农业已经成为继当代农业后必然，随着国内3S技术成熟，在将来也一定会实现精准农业，从咱们角度来看，咱们可以通过3S技术对农业产量，地区别布提供信息进行分析和总结，从而对农业生产进行更好规划，为农民提供更加详细和全面建议，从而避免当前国内农业这种资源挥霍状况，避免菜贱伤农发生。并提高农业生产效率，因地制宜！

参照文献：

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[5] 陈梅芬,赵兰坡《吉林省黑土区玉米精准施肥技术研究与应用》
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[6] 金继远《精准农业及其在国内应用前景》植物营养与肥料学报,
[7] 王人潮,史舟《农业信息科学与农业信息技术》 中华人民共和国农业出版社,
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[10] 张纯结《基于GIS精准农业发展模式》 华中师范大学