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1引言
精准农业是以实现农业高产、优质、高效为目的的现代农业生产模式和技术体系，是以信息技术为支撑，根据空间变异，定点、定时、定量的实施一整套现代化农事操作与管理的系统。新疆精准农业始于20世纪末，初期发展缓慢，随着北斗导航技术、移动通信网络的发展，精准农业技术发展迅速。新疆以棉花为主要经济作物，根据国家统计局2018年棉花产量的公告数据，新疆棉花总产量占全国总产量的83.84%，新疆生产的棉花约三分之一产自新疆生产建设兵团。近年来，新疆生产建设兵团正式开启团场改革，兵团职工自主组建农工合作社，新疆兵团土地流转活跃，据新疆农业农村部门统计，到2018年全新疆家庭承包耕地流转面积已达745.8万亩。合作社规模不断增大，田块不断整合集中，对于成套精准农业技术应用模式在新疆的深入推广打下了基础。当前，精准选种、精准播种、精准施肥、精准喷药、精准灌溉、精准田间监测、精准收获等所涉及的精准农业技术，已有部分在新疆兵团规模化应用。本文基于北斗导航融合精准农业赋能新疆创新试验区建设项目，通过对新疆兵团石河子市石总场大田种植数字农业建设试点、石河子市北泉镇鸿兴翔种植专业合作社等多家大型农业合作社进行了实地调研，对新疆兵团精准农业技术应用现状及发展需求进行总结分析。
2新疆兵团精准农业技术应用现状
精准农业技术已应用于新疆兵团农业的耕、种、管、收四大环节，根据农户对各种精准农业技术的接受度和该技术的推广应用程度，本文主要从农机自动驾驶系统、水肥一体化系统、农业信息化管理系统三方面，对新疆兵团精准农业技术应用现状进行分析。
2.1农机自动驾驶系统
如图1，电机式农机自动驾驶系统主要由电机、角度传感器、GNSS天线、高精度GNSS接收机、平板电脑、电台及天线等部分组成。该技术可实现1000m播行水平误差不超过3cm，播幅连接行误差不超过3cm，能有效解决农机播种作业中出现的“播不直、接不上茬”的老大难问题，可以减少用工成本，延长作业时间，提高作业质量和土地利用率。2012年，新疆兵团农机推广部门开展了卫星导航自动驾驶技术试验示范工作，将该技术产品应用在棉花播种作业中。2013年，财政部、农业农村部在国家农机购置补贴目录中，增加“农业用北斗终端（含渔船用）”的财政补贴，当年补贴额达到3.12万元/台套。2014年，国家发改委支持新疆兵团第八师开展区域精准农业示范，对首批800台套的北斗农机自动驾驶导航系统双重补贴，包括国家购机补贴和1万元的项目补贴。截至2019年4月，兵团农八师已安装3000余台套农机自动驾驶系统，基本实现了全覆盖。农机自动驾驶系统逐步从小面积试验向大面积试验示范迈进，且国产化品牌实现了从零到主导的突破。
2.2水肥一体化系统
水肥一体化系统是通过配置田间信息精准监测系统，全程监测农田墒情、气象、设备工况等信息，为水肥决策和作业管理提供信息支撑。目前，使用者可通过PC或手机APP来发送指令，通过GPRS通讯模式实现阀门和自动施肥机的远程控制，实现田间的无人作业功能，全年无需下地手动开关阀门。该技术既能满足作物生长过程中对灌水时间、灌水量、灌水位置和灌水成分的精确要求，又能按照田间的每个操作单元的具体条件，精细准确地调整农业用水管理措施，最大限度地提高水的利用率。水肥一体化系统局部设备示意图如图2。20世纪后期，新疆兵团开始引进喷灌、滴灌技术。2008年以来，膜下滴灌水肥一体化技术得到当地政府的大力扶持，随着配套基础设施技术的发展，逐步将滴灌节水技术向智能化、水肥一体化、远程操作控制方向发展。水肥一体化系统已形成了对应的服务体系，可大面积应用于大田作物。新疆自行研发的系列自动反冲洗网式过滤机组及自动施肥机，单套控制面积100-166.67hm2。当前，兵团高新节水灌溉面积1129.07千公顷，是全国最大的节水农业灌溉区。
2.3农业信息化管理系统
农业信息化管理系统可提供综合服务，如利用北斗导航定位终端、农机工况采集终端，通过蜂窝网络将农机位置信息、工况信息传输至农业信息化管理系统，可实现农机运行轨迹的回放、作业面积的统计、农机健康情况的监管和预测。另外，还可通过各种传感器采集的信息，形成水、肥、药的变量喷施处方图，基于农业信息化管理平台进行监管和下发作业任务。基于该类系统，可提高管理、调度、维护效率。图3为新疆兵团八师石总场信息化管理平台界面。农业信息化管理系统是随各类采集终端发展而来，当前，众多企业及政府分别建立了对应的农业信息化管理系统。
3新疆兵团精准农业技术发展需求
新疆兵团精准农业在北斗农机自动驾驶方面已取得了瞩目的成就，但仍然存在差分信号服务受限、基准不统一等问题。当前农村实际情况是劳动力骤减，满足农业生产需求的劳动力严重不足，因此，北斗农机自动驾驶技术应向农业全产业链方向发展，来弥补劳动力减少的现况。2015年，农业农村部《到2020年农药使用量零增长行动方案》和《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，但新疆在节肥、节药等技术的应用方面发展缓慢，且新疆是缺水地区，因此，水、肥、药变量喷施技术的发展迫在眉睫。因棉花等作物的覆膜造成严重的环境污染，为了环境可持续发展，必须提高残膜回收技术和发展可复用膜。下面主要从三方面来分析新疆兵团对精准农业技术的需求。（1）简约式农机自动驾驶技术农机自动驾驶系统主要应用在精准播种环节，同样也可应用在不同作物的耕地、施肥、施药、收获等环节。当前的农机自动驾驶系统还需由专业人员安装、调试和教学，严重限制其推广。因此，农机自动驾驶系统应该向安装简便、“傻瓜式”操作方向发展。（2）水、肥、药变量喷施技术中国是全球农药、化肥用量第一大国，但喷施流程和利用率远远低于先进国家水平。基于农作物的实际需要，将水、肥、药定时、定点、定量的喷施是节约资源、提高农作物产量的发展趋势，但投入产出比是当前最大的限制。如底肥的施用，需基于土壤采样、上季作物的产量分布图等共同决定。通过信息技术手段，感知作物的实际需水、需药、需肥量，采用变量投入技术，实现按需精准灌溉施肥施药，将是发展新方向。因此，应高度重视研究开发智能感知技术、深度学习算法、变量投入技术、机器人等。（3）残膜回收技术地膜使用量不断增加，但回收率偏低，土壤中的残膜量逐步增加，土壤结构遭到严重破坏、耕地质量逐步下降。现今，新疆已成为残膜污染严重的地区之一。因此，应向新型可复用农膜和提高残膜回收技术方向发展。
中图分类号：F325，1
文献标志码：A
文章编号：1673-291X(2009)33-0029-03
中国农业正处于由传统农业向现代农业过渡阶段，农业整体发展水平与世界发达国家有较大差距，农业科技水平低则是重要因素之一。精准农业――未来农业的雏形，是一种基于知识的农业技术体系，是实现精准农业效益的必经之路，发展和推广精准农业技术对于加速中国农业现代化可持续化进程、占领未来农业领域竞争制高点具有十分重要的意义。
一、推广精准农业的意义
1 发展精准农业是实现中国农产品高产、优质、高效农业的需要。加入WTO后，发达国家和地区的一些农产品凭借其质量和价格优势，将更多地进入中国农产品市场，中国农业面临着更严峻考验，依靠科技进步，努力降低生产成本，提高农产品质量成为中国农业发展的当务之急。精准农业是质量效益型农业，以优质高效为目标，重视农产品的质量，追求以最少的投入获得优质的高产出和高效益。
2 发展精准农业是中国有效利用生态资源，实现农业可持续发展的需要。中国人口最多但自然资源状况较差且恶化趋势严重，如人均耕地占有量逐年下降，近十年人均占有量由0.09公顷下降到0.08公顷。化肥、农药的大量使用及工业废水、废气、废渣的任意排放造成农田环境和农作物的严重污染，约占目前耕地总面积1／5的土地受到污染；土地退化严重，致使自然灾害愈加频繁。优化资源，保护环境，实现农业可持续发展已成为中国社会经济发展的基本战略。但从传统农业的角度来看，环境保护与农业发展间存在着一定的矛盾，农业可持续发展需要新型技术的支持，依靠科技技能提高农业生产中的资源利用率，以充分利用有限的自然资源。
3 发展精准农业是转变农业经济增长方式和增加农民收人的有效途径。中国以往农业经济的增长主要是靠投入，以粗放经营解决供不应求的总量问题。但在农产品基本形成买方市场的条件下，数量问题已不再是主要矛盾，而被品种、质量矛盾所代替。农业面对和所要解决的主要是农产品的质量问题。粗放经营难以解决这一矛盾，唯有靠以现代科学技术为基础的集约经营方是正途。发展精准农业也是增加农民收入的必由之路。增加农民收入是关系全局性的问题，也是农业发展的根本目的。但在市场经济条件下，仅靠扩大数量和提高农产品价格已没有多大潜力，必须瞄准市场，发挥资源优势，发展精准农业。
二、大河沿子镇现代精准农业技术推广现状
大河沿子镇位于新疆精河县以西45公里处，面积1435.45平方公里，总人口3.25万，其中农业人口2.6万。下辖15个农牧业村，1个新农生态农业有限责任公司和2个社区居委会。大河沿子镇共有耕地11.7万亩，农业生产以棉花为主，2007年全镇棉花播种面积为11.4万亩，是一个以农为主、农牧结合的大镇。从2006年开始至今，大河沿子镇紧紧围绕着促进农民增收，实现农业快速发展和农村经济繁荣这一主题，在全镇开展了以现代精准农业技术为主的一系列农业科技推广工作。
1 现有棉花种植技术。一直以来大河沿子镇的棉花种植都是很传统的，2006年开始采用新技术，大面积棉田采用了“一穴一粒”精量播种技术，农民从繁重的定苗中解放出来，过上了休闲的节日。“一穴一粒”精量播种对种子加工提出了更高的要求。按照种子生产的有关标准，发芽率达到80％的种子才算合格种子。土壤耕作层90％以上残膜都得到清理回收，避免因棉种播在残膜上出不了苗的问题。为消除农户担心“一穴一粒”不保险的心理，政府部门还给予农户适当的补贴和优惠政策，精量播种技术就这样在不被普遍看好的情况下推广下去了。与精量播种相配套的是精准灌溉，虽然大水漫灌已经是落后的灌溉方式了，但在大河沿子镇依然存在，只有部分耕地采用加压灌，膜下灌等精准灌溉方式，2008年还采用了埋式滴灌植棉新技术，并将继续推广。棉田施肥同样离不开“精准二字”，依托滴灌系统实施的“随水施肥”在大河沿子镇也得到了应用。
2 精准技术设施配套状况。大河沿予镇已推广加压灌8000亩，膜下灌7000亩，设立了两个示范点，其中一个采用精良气吸式点播及高压滴灌技术相配套；第二个示范面积为125亩，采用精良气吸式点播及常压滴灌技术相配套，都通过精量播种、精肥精管，实施标准化作业。以建立诱虫灯监测预报系统为主，采用频振式杀虫灯和生物药剂防治技术的综合应用，完善植保体系，降低生产成本。与此同时，该镇已引进小型精量播种机18台，一机三膜大型精播机2台，拔杆清膜机100台，引进优质高产品种标杂Al达150亩，新陆早33号5000亩。2008年大河沿子镇还大力发展设施农业，建立蔬菜大篷，增加了高压滴灌等设施，其植棉技术在全县还处于领先水平，如高产优质新品种的引进、推广和滴灌技术的应用。由于棉田病虫害的综合防治技术，农机标准化作业等常规技术和新技术的综合应用为棉花高产打下了坚实的基础。
自从2006年推广精准技术以来，大河沿子镇棉花种植不仅减少了投入成本和劳动力，而且还提高了棉花产量，增加了收入。在2007年由于采用了新技术，大河沿子镇11.4万多亩棉田平均单产籽棉341.5公斤／亩，比去年增加29.1公斤／亩，同年滴灌棉田比淹灌棉田平均亩产高出30-40公斤。
三、大河沿子镇精准技术推广过程中存在的问题
1 农业技术推广资金投入不足，制约着推广力度。由于农业技术的公共物品属性，现代农业技术的推广，需要政府的大力推动。发达国家每年农技推广经费一般占到农业总产值的0.6％～1.0％，发展中国家也在0.5％左右，而中国在现行的农业技术推广体制下，政府对农业技术推广工作的重视力度不够，农技推广经费占农业总产值的比重不足0.2％，人均经费更少，多数技术推广机构“无钱打仗”已严重影响到技术推广工作的正常开展。每年仅由不到20％的县会下拨一定的技术推广经费，很多时候下拨经费还会发生截留现象，使经费不能最终用到技术推广活动中来。因经费不足等原因，只能够勉强维持工作人员的工资，而用于技术推广项目的资金就很少了，部分地方政府“卸包袱”，还出现了“线断、网破、人散”的被动局面。大河沿子镇农业技术推广经费主要是农民自筹或非政府部门提供，政府下拨技术推广资金经费很少，甚至没有，2008年大河沿子镇6个农业村自筹资金68万元，增加实施棉花加压滴灌面积6700亩。由于推广经费少，制约着精准技术进一步在更大范同内的采用。
2 农民对现代农业高新技术接纳能力差。一方面，农民的文化素质制约了他们对高新技术的接纳能力。另一方面，在农业内部，作为市场主体的农户更加懂得比较科技投入的成本和预期收益，只有当他们认为预期收益高于预期成本时才会选择新的生产技术，农业科技使用的高风险性又使得他们在有限的资本和劳力的投向上显得更为谨慎，农户对可替代的新技术选择反应迟钝，缺乏内在的需求动力。大河沿子镇农户基本上都是小学、初中学历，无法很快接受新技术，他们最注重眼前经济效益，然而采用新技术有时要很高的成本，而且新技术的优势也需要一个很长的过程后才会发挥，这就导致农户看不到他们想要的收益，造成农户对高新技术避而远之不愿接受的局面。
3 农民居住地分散，组织化程度低，农业技术推广缺乏有效的渠道。下农民对自家的土地具有决定权，很难统一规划和生产，这增加了新技术推广工作的难度。农业生产的高度分散性和农民组织的缺失，使得技术推广成本高，导致技术与产业的割裂。在现行农业推广制度下，农业技术推广及开发的速度，效果，服务质量，最后效益不能和推广主体的努力程度或付出挂钩，导致农业制度对农业科技进步缺乏有效的激励机制。大河沿子镇的技术推广工作之所以艰难主要是缺乏有效的农民组织，虽然设有农业技术推广站，但还是无法填补农民组织的作用。
4 农业技术推广队伍不稳定，精兵强将少。从目前专职农业技术推广队伍的现状分析。基层农业技术推广站有近1／3的人员不具备农业专业学历或根本是外行。大河沿子镇农业技术推广机构属于基层推广部门，现有专职人员8人，大多为高中学历，导致新技术的推广工作无法顺利进行。
5 精准技术推广人员分布不尽合理。当前，中国农技推广体系的一个突出问题是农技推广人员分布过于集中于县级，使技术推广的供给与需求发生错位。随着经济迅速发展和城乡人民需求的多样化，农民对技术的需求也越来越细，随时需要得到农技推广人员的指导。但与此需求不相适应的是，乡镇级农技推广人员力量相对薄弱。目前多数乡镇级农技推广站的农技推广人员只有2―3人，且设备简陋。大河沿子镇技术推广人员虽然有8人，但真正在基层做实际工作的人却只有3～4人，多数推广人员都在精河县，很难起到新技术宣传推广作用，加之基层推广人员少且工作量大，工资水平低，推广工作举步维艰。
四、深化精准农业技术推广体系的对策
1 加强政府对农业技术推广的保障和支持。农技推广是个系统工程，能否更好发挥作用和发挥更大作用，除了农技推广体系自身要深化改革、创造条件外，还需要各级政府、社会各界的大力支持和配合，也需要相应的政策措施、资金支持等外部环境和条件作为坚强的后盾。加强财政支持力度，增加农技推广资金投入。首先，保证承担公益性技术推广职能的乡镇以上农技推广人员全额拨款，确保人员工资。其次，增加农技推广基础设施建设资金投入，添置必要仪器设备，搞好技术示范点建设，不断提高现代化水平。2008年大河沿子镇就增加了蔬菜大棚，加压灌，低灌等设施农业设备。
2 确立农民对技术需求的主体地位，提高农民采纳农业新技术的自愿性。农民是经营主体，也是农业技术的需求和市场主体。采纳新的农业技术应该是农民市场经营的理性选择。传统观念通常是从技术供给者的角度看问题，把农技推广的过程仅仅看做是向农民提供农业技术的过程，是农业技术的被动消费者，而没有对农民的技术需要给予足够关注，缺乏针对性。因此，今后要注重建立农民参与选择推广技术的机制，改变“你给的我不要，我要的你没有”的技术供给状况。作为大河沿子镇职能部门的农业推广部门应及时地把市场需求正确信息、先进技术传递给农民，让农民自己选择和自愿采纳农业新技术。
3 把技术推广与提高农民组织化程度密切结合起来，提高推广效率。农业推广体系直接面向经营规模小、高度分散的农户进行高新技术推广，成本高，效果低。单个农户直接参与农业技术市场交易，由于经营规模限制，技术交易成本非常高。通过提高农民组织化程度，形成“技术推广站―农民专业化合作组织―农户”的推广模式，使农民专业化合作组织成为联接农技推广主体和农户的桥梁，则能降低推广成本和技术交易成本，有效提高新技术推广效果。从“技术推广站一农民专业化合作组织”的转移过程来看，一方面，合作制度保证了成员在技术获取过程中费用较低；另一方面，其组织制度保证了各成员在选择决策中的主体作用，保证了技术适用性；其次，农民专业合作组织由于聚集了更多能人，接纳高新技术的能力更高。从“农民专业化合作组织―农户”的扩散过程来看，是农民自己来传播农业技术，其良好效果是其他推广组织和推广手段难以替代的，主要原因在于传播者本人也是农民，具有与他人相同的社会背景和社会关系结构，了解当地实情和农民实际，更易为农民所认同接纳。特别是若他们在接受信息后再加以利用，并取得良好绩效，这种“再传播”的影响力不言而喻。由于大河沿子镇在管理运行上形成了农民合作组织形式的运作模式，据摸底调查全镇已有76％的农民愿上强压滴灌，如今棉农的种植意识已从过去高强度、低效益的淹灌向高成本、高效益的加压滴灌转变，认准了搞滴灌节水才能给自己带来最大回报。所以，由农民专业协会来推广、普及农业技术，容易做到操作性更强，费用更低，更为农民所接受，实际效果亦更为显著。
4 稳定农业推广队伍，提高技术推广人员素质。据有关统计，在县级以上的农业推广机构工作人员占60％以上，而在乡镇及乡镇以下农业推广部门工作人员占40％以下，并且推广人员的素质远远低于县级以上的推广人员。为此必须出台相关政策，鼓励技术推广人员到基层去工作，精简上层，充实下层，优先充实乡村站工作人员，满足从事实际农业推广的需要。加强农技推广人员的技术培训和政治教育工作，提倡“献身农业，服务农民”的奉献精神。重视农业推广人员脱产学习和在职进修工作，鼓励农业推广人员努力学习专业知识，提高业务能力，开阔视野，拓展知识面和专业知识的深度和广度，不断丰富推广经验，提高推广技能。就大河沿子镇的实际情况，应定期对技推人员进行培训，补发津贴以稳定推广队伍。为搞好农业推广工作，促进农业科技成果广泛、迅速地应用于农业生产经营实践，建立一支数量与素质兼顾的农业推广队伍。
5 合理布局，形成以乡镇为重点的农业技术推广体系。乡镇是农业技术走向农民用户的真正出口，乡镇农业推广机构的改革和队伍建设刻不容缓。针对大河沿子镇农业技术推广机构设置不完善和人员不足的情况，采取各种措施，加强基层农技队伍建设。调整内部，减少精河县级农技人员，充实基层农业技术推广人员数量。广开门路，从各相关部门抽调富余人员，增加基层推广人员数量。打破条块、部门和地区分割，统筹安排，协调互补形成统一的农业技术推广网络。以政府投入为主采取各种途径，多渠道、多门路集资以安定农业技术推广人员特别是基层农业技术推广人员的从业信心和决心，稳定农业技术队伍建设。
6 加大信息资源开发力度。农民的信息意识问题，大河沿子镇农户的信息意识较为低下，信息资源作为一种战略资源的重要性还没有被人们普遍认识。为此，要加大农业基层的信息基础设施建设，加大信息的宣传力度，扩大宣传领域，提高广大农民的信息意识。为促进农业技术推广工作的发展，深挖农业内部增收潜力，信息资源的捕捉和收集也有着至关重要的作用。大河沿子镇已经建立了农村信息化体系，建立了以“农信通”为主的农业科技、农资行情、农产品交易的农业信息传递系统，只是信息化体系和机制还不健全，有待进一步完善。
参考文献：
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[5]刘伟明，精准农业及其应用[J]，安徽农学通报，2006，(6)：8-35。
随着社会经济的快速发展和农业地位的提高，现代信息技术在精准农业中得到广泛应用。现代信息技术与农业技术的有机结合一方面可以提高农作物质量，另一方面可以减少化肥对农作物的污染，从而在改变农业生产方式的同时弥补精准农业发展的不足。
1精准农业技术体系
现代通信技术作为现代农业体系的重要组成部分，其在精准农业中的应用主要表现在农业物联网中的应用[1]。农业物联网的最大特点是可以借助计算机联动报警，其外在表现形式是利用传感器数据采集系统将视频、温度、土壤有机物等的数据进行采集，以计算机网络信息平台绘制数据的最大值和最小值，并分别绘制最大值和最小值之间的频数分布直观平面图，观察频数分布状况，最终确定合适的数值和报警值，相关技术人员就可以根据事先确定好的数值和报警值在计算机中安装联动报警装置。比如，农作物的生长状况会随着时间的长短、温度的变化、天气以及土壤影响农作物的质量。因此，技术人员就可以利用棚内气候条件通过温度传感器向联动报警器传输信息参数，向管理电脑发送农作物的实际生长情况，如果温度过低或者温度过高就会导致农作物面临死亡的危机。一旦触发报警装置农作物技术人员就可以在计算机界面上调整棚内温度，无需工作人员在现象进行温度控制，不仅可以节约成本，还大大提升了工作效率。在这一过程中涉及的技术包括定位技术、传感技术、遥感遥测技术、数据库技术、无线通信技术等，这些技术组成了精准农业的技术体系。
2精准农业对无线通信技术的要求
现阶段无线传输标准和方式主要包括：IrDA、WiFi、Bluetooth、Zig-Bee等短距离无线通信技术及GPS、卫星遥感等远距离无线通信技术。由于精准农业自身的特点，其对通信技术有一定的要求。主要归纳为以下几点：其一，实时性。可以在规定时间内接受到需要的信息和数据资料，但是这些信息和数据资料并不是连续不间断地传输，而是非连续性。其二，相互性。所谓相互性是指节点之间可相互交换数据。其三，可使用语音业务。其四，集成节点。无论是采集数据资料还是实时监控，都可以在无线通信领域中得以实现。其五，拓扑结构。采用树桩网络，增加采集点。综合以上技术和要求，可以在无线通信领域全方位、多角度地分析精准农业的优点和缺点。
3无线通信技术在精准农业中的应用
3.1短距离无线通信技术
1）所谓IrDA通信技术是指借助红外线在计算机系统中展开点与点的数据传输活动。这种无线通信技术具有成本低、安全指数高等特点，但是IrDA是一种视距传输，如果在数据传输过程中没有校对设备或者通信设备没有对准的话，就会数据传输的安全性。另外，这种技术具有局限性，即只能在相互通信的两台设备之间展开数据传输活动，不利于在大型农业中的推广与运用。
2）WiFi）无线通信技术。这种技术是以太网的一种无线扩展，能以最高约11Mbps的速度接入WEB。该技术具有覆盖范围广、速度快等特点，但是其安装过程较为复杂、成本较高。3）蓝牙通信技术。该技术的数据传输频段为全球通用的2.4GHzISM频段。能够在规定的传输时间内提高传输速度，实现双赢。但是这种技术与WiFi无线通信技术一样，其运输成本较高，且在数据传输过程中容易被其他信号干扰。4）ZigBee无线通信技术。该技术的传输频率为2.4GHzISM频段，数据速率为20～250Kbit/s，最大传输距离为75m[2]。这种技术具有成本低、性能高和低功耗等特点，但是其数据传输速度较低。
3.2远距离无线通信技术
远距离无线通信技术主要把包括GPRS网络系统和卫星遥感技术。
1）GPRS技术属于移动通信技术领域的重要组成部分之一，无论是在数据传输方面还是在技术处理方面，都具有明显的优势[3]。①随着社会经济的快速发展以及现代信息技术发展脚步的加快，目前，GPRS技术是现有GSM网络系统（3G）向移动通信（4G）演变，并在不断调整和优化网络结构中加快了信号覆盖速度和数据运行速度。其网络覆盖信号基本不存在“盲区”这一说。②理论数据传输速率可高达171Kbps。如果将GSM技术进行综合改造，可以为社会提供384Kbps带宽的广域数据通信服务。③登录时间短。由于GSM技术具有速度快、传输效率高、等待接入时间短等优势，在精准农业中得到广泛推广与应用。根据实践表明，在接入网络到登录成功所花费的时间不超过两秒。除此之外，该技术还具有实时提供在线功能。用户可以在第一次登陆之后通过记住登陆密码功能节约下一次登陆时间，且长期在线，不会被迫下线。这样不仅可以为用户提供便利，还可以促使网络管理更加简单、快捷。该技术的运行模式主要是根据流量计费为主，无论是用户接受资料或者发送数据包，都是根据数据包的数量和占用资源的流量计费。根据实践表明，GPRS的上述优点特点一般适用于间歇性、突发性、频率性、小流量的数据传输。与此同时，改技术也使用与大流量的数据传输，尤其适用于现代精准农业领域。全球导航卫星体系是我国农业生产中应用最为普遍的一个系统，我国现代化农场中大部分安装了GPS系统的联合收割机。联合收割机作为作业机械中的一种，不仅可以促使GPS精准定位的实现，还可以帮助农业生产者快速有效地计算出农作物的产量数据，农场主根据有效完整的产量数据利用计算机加工、分析、整理数据信息，从而在计算机中呈现出一幅彩色的图形，为构建农业信息化技术提供理论基础，最终达到农业生产的自动化、信息化的目的[4]。
2）卫星遥感技术。该技术主要是通过卫星的传感器测得目标物体的信息数据，再通过处理系统对所获得的目标信息数据进行分析、判读，识别改目标的通信技术。换而言之，遥感技术主要依托于超高的分辨率传感器对目标实现探测的目的。利用遥感技术对不同的农作物生长期实行全方位、多角度的监控，目的是为了避免农作物“被虫吃”的现象。传感器、指挥体系、载体是组成遥感技术的三大成分，指挥体系、传感器、载体与GPS系统的组合可以提升农机技术水平，不仅可以确保遥感技术数据的精确度，还可以降低农作物遭受自然灾害破坏的影响[5]。该技术覆盖的信息量较大、处理信息数据的速度快、分辨率高，因此将其引入精准农业领域，可以提高收集相关信息数据的速度以及数据信息的精确性和完整性。
4结束语
精准农业的发展需要科学技术作为支撑，促使精准农业向现代高科技农业方向发展。纵观我国的农机技术水平还不够成熟，还需要国家加大对信息化农业技术的投入力度，相关技术要利用远程技术加强对农作物的有效检测，为促进农机新技术的发展提供技术和理论基础，最终实现信息技术在精准农业中的推广。
作者:肖维 张阔 单位:西北民族大学
参考文献：
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[2]姜立明，庄卫东.ZigBee/GPRS技术在精准农业中的应用研究[J].农机化研究，2014，36(4)：179-182.
近年来，我国数字化农业技术取得了一些进展，主要表现在：农业传感器微型化、农业灌溉智能化、实时监控农作物生长、农业信息可移动化、农产品质量追溯化等已成为主流。这得益于农业生产信息化技术的成熟和发展，尤其是农产品种植、加工智能化技术的应用。
国内关于农业园区应用物联网技术的相关研究主要涉及温度监控、光温智能控制、精准灌溉等方面。如，浙江大学等单位对农业物联网信息感知、传输和应用等方面进行研究，主要涉及智能化程度、肥水利用率及农产品安全等问题。取得了一系列成果。但总体来看，数字化技术在农业生产中的集成应用研究还比较少。本文提出构建完全数字化的生鲜农产品产业基地，该基地基于总线技术集成，由统一的信息系统进行集中管理和统一调度，充分运用物联网和现代信息技术，加强数据处理及控制，合理布局传感器（温度传感器、湿度传感器、养分传感器、土壤成分传感器等），实现完全数字化。
一、生鲜农产品产业园区数字一体化精准管控系统的实施意义
1.加速信息化。农业发展越来越受到信息技术的影响，信息化成为我国加快实现农业现代化的必然选择。随着物联网技术和农业信息技术的广泛应用，现代农业高速发展，新的农业科技革命即将到来。
2.提高数字化。数字化有利于发展我国自主产权的农业高技术体系，对于我国在世界范围内新的农业科技革命中占有一席之地，以及提升我国农业科技在国际上的整体竞争力，具有战略意义。
3.提高生产效率。传统的手工劳作、粗放型、分散型农业产业模式已不适应时展，我国经济进入规模经济时代，设施的效率决定了生产的效率，也体现了生产力的发展水平。
4.节能减排。精准农业在高新技术的基础上，充分利用现代信息技术，成为现代农业的一种先进生产形式和管理模式。为能自动感知、获取并分析作物生产的环境因素实际存在的时间和空间差异信息以及实现自动诊断和监测，确立起按需投入，在技术上和经济上可实施的应对方案，对物联网技术提出了系统化的理念和技术要求。
二、生鲜农产品产业园区数字一体化精准管控系统的构成
如图1所示，基于物联网技术的生鲜农产品产业园区的数字一体化精准管控系统，主要包括设备执行层、通讯层、调度监控层和信息管理层等四个层级。整个管控系统由计算机管理调度系统（中央控制系统）、水肥一体自动控制系统、自动通风控制系统、无线传感器系统、卷帘控制系统、诊断与监测预警系统等六个子系统组成。
1.计算机管理调度系统（中央控制系统）
生鲜农产品产业园区数字一体化精准管控系统，是在系统总体规划的原则下，为实现农产品种植基地的智能化、数字化、精准化管控而进行的计算机软、硬件系统设计，在信息自动化统一软件平台的基础上，结合农作物生产经验，开发农产品种植系统，采用面向对象的分析、设计和开发手段。充分考虑系统的柔性，并为系统的全面集成留有接口。
系统由管理层信息系统集中管理和统一调度，在监测与预警系统的监控下获取数据采集层下各类型传感器所提供的作物成长环境的物理参数，如：空气温湿度、土壤水分含量、PH值、CO2浓度等，再经通讯层传输到管理层中央控制器，农产品种植系统对感知的信息进行融合处理，智能对比适宜农作物生长的最佳环境变量，并形成完整的按需配给策略，由通讯层到达发出控制指令的具体分管控制器，完成对农作物的按需供给，保障农作物的健康成长环境。
整个管控系统形成了一整套完全智能化、数字化和精准化的管理理论和实践方法，对智能并联调度系统、诊断与监测预警系统、水肥一体化精准管控系统等新技术模块进行了研究应用。
系统结构分为四个层次，即：信息管理层、通讯层、调度监控层和设备执行层。其中，计算机系统始终贯彻整个系统的运行中，从整体调度到具体信息的收集与传输、指令信息的下达，涵盖信息管理层、通讯层、调度监控层的所有业务以及设备执行层的大部分业务，上联中央控制系统，下联设备执行层。
系统硬件模型，如图2。
2.水肥一体自动控制系统
水肥一体自动控制系统是一项现代农业新技术，该技术可以精确控制灌溉和施肥的数量与时间，以微灌系统为基础，根据农作物的需水需肥规律及土壤状况，运用计算机技术自动对水和肥料进行调配和供给。
在滴灌、渗灌、微喷灌等工程节水的基础上，通过布置在田间的水分传感器、养分传感器、土壤成分传感器等多种类别传感器，测得土壤各指标的基本状况，经传感器将信号传到电脑，再由程序智能指导灌水施肥。
由于系统没有非常复杂的运算，需要低功耗和具有较强抗干扰性，因此采用单片机作为自动控制中心模块，用来处理灌溉区的信号输入等工作。由于水灌溉自动控制系统对水位的控制精度要求不高，将自制水位传感器安装到要求的液位，直接感知液位信息。由液位信息控制电磁阀，从而实现精准施灌。系统中的很多资料需要长期保存，同时需要在系统断电时仍能保存信息，根据自动控制系统以及用户信息存储大小需求，选用双备份磁盘阵列为该系统的存储设备。
水肥一体自动控制系统包括两大类。即叶面施灌和根系施灌，前者采用喷雾头施灌，后者采用滴灌。
系统将各种农作物的特征需求数据、种植历史经验数据、专家知识等集成、组构、融合，编制成生鲜农产品种植专家系统，将测定的实时信息与生鲜农产品种植专家系统的参数对比后，可计算出灌溉时长、施加肥液时长和肥液配比等值。控制程序得到开始工作指令后立即运行，系统运行过程的数据均可查阅。系统主程序流程，如图3。
3.自动通风控制系统
自动通风控制系统综合性能优于传统通风系统，可以自动调控风机转速与风量，感应空气品质，从而改善空气质量，提高通风安全，实现运行管理智能化。该系统主要由智能中央控制子系统及空气品质感应子系统等组成，还包括通风管道、可调节的风口末端及数字化节能风机等。
4.无线传感器子系统
WSN（WirelessSensorNetwork，无线传感器网络）由多个部分组成，其主要构成：无线传感网络基础设施、网络应用支撑层和基于该网络应用业务层的一部5y.等，参见图4。将WSN应用于培养种植农作物，可提高农业数字化水平。其工作原理为：在监察区域设置大量廉价的微型传感器，通过传感器感知并收集所需监察对象的信息，这些信息经过处理后发送给观察者。
5.卷帘控制系统
当前使用的温室大棚卷帘机大部分存在安全隐患，其主要原因是动力源为现场人工送电，不论温室中是否有劳动任务，管理人员都必须到现场操控设备，造成了时间和人力资源的浪费。
为解决上述问题，可以通过自动远程控制，实现卷帘机的升降，不仅可以减少安全隐患，而且降低劳动强度，提高效率。其主要做法为.在设备中嵌入一个模块，利用处理器的指令控制来实现GSM系统的短信息服务。该方法实施方便、操控简单、成本低，有较高的应用率。
6.诊断与监测预警系统
在农作物种植基地采用诊断与监测预警系统，主要针对系统中关键设备的开关和运行情况进行监测，发现异常情况并及时处理，从而尽量避免损失的发生。
为了加强监测和预警，该系统设计并充分应用无线结构健康监测试验仪器。基于成本和便捷性，该仪器主要应用ISM（IndustrialScientificMedical）频段，这是因为：ISM频段耗能低、成本少，组网方便且无需授权申请，非常适合无线结构的健康监测使用。其覆盖范围，如图5。
中图分类号：S127文献标识码：A文章编号：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
精准农业（Precision agriculture）是近年来国际上农业科学研究的热点领域，是人们在探索21世纪农业高新技术发展的过程中为减少农业生产中的盲目投入、节约成本增加产量、提高农资利用率、减少环境污染、阻止生态环境的进一步恶化而提出的一种新理念［1］。
精准农业充分地利用了作物、土壤和病虫害的空间和时间变化量来进行耕作和田间管理，改变了传统的大片土地平均施用化肥的做法，保证了作物生产潜力的充分发挥，避免了过量施用农药和化肥造成的生产成本增长和污染农业生产环境，导致农产品品质和价值下降的严重后果，取得的经济和环境边际效益非常显著［2］。
1GPS和GIS技术在精准农业中的应用概况
1．1全球定位系统（GPS）
GPS（Global positioning system），是随着现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代精密卫星定位系统。它利用地球外空间有一定分布的24颗卫星，使地面上任何一点可以同时与其中4颗卫星进行通讯，分别测量该点与卫星的距离，最后将该点的几何坐标推算出来，最高地面精度可达到厘米级。在精准农业中，现在一般基于差分GPS技术，精度为亚米级。在作业机械的顶部安装一个半球形GPS接收天线，可接收卫星定位信号并将此信号传给GPS接收机，GPS接收机将作业机械所处的经度和纬度数据通过RS－232串行接口传给机载液晶显示计算机，以此确定每一时刻机械的作业位置。
1．2地理信息系统（GIS）
GIS（Geographic information systems），是一种综合处理和分析空间数据的通用型技术体系。在精准农业领域中，GIS以很高的空间分辨率来管理田块基础信息，存储、分析和处理空间数据，生成作物产量以及土壤属性和病虫草害等环境因素的空间分布图，支持空间辅助决策，输出图形和地理统计数据以及田间决策处方图。
1．3GPS和GIS技术在精准农业中的应用概况
精准农业应用了GPS、GIS技术和智能决策、自动控制理论，将变量播种、变量施肥、变量灌溉、变量喷药和在线实时测产等技术集成为一体，有利于提高农业作业的效率，降低生产成本。目前，作业信息的采集、处理与实时通信渗透到精准农业的各个方面，如何快速、有效采集和更新影响作物生长环境的空间变量信息，成为实现精准农业的重要基础［3］。农田地块作为农业生产的基本单元，是实现作物生产规划、管理和效益评价的基本单元，实现农田地块信息实时监测和数据的快速、高效、全面的收集及分析是实现现代精准农业，提高生产率的关键技术；又可有效解决农业劳动人口减少的影响。而定位是解决实现农业机械自动移动的基础性难题和完成其他任务的前提；因此，基于GPS和GIS的精准农业监控系统集数据采集、传输、处理、控制及定位导航于一体，其主要设计思想是利用GPS接收机与掌上电脑（PDA）组成移动数据采集端，采集农田地块空间位置信息、时间信息、农田信息，通过SMS方式或者数据文件方式传输信息至监测更新中心。其中，SMS方式是基于GSM移动通讯网络，把野外采集到的数据包实时通过短消息SMS（Short message service）方式进行无线传输；数据文件方式是把采集到的地块信息就地存储为数据交换文件（文本文件或数据表文件），然后通过相应数据接口导入到监测更新服务中心［4］。通过在农业系统中实现远程信息采集与监控技术，可以把分散的农业设施连成统一的整体，因而实现农业自动化、智能化、精准化［5］。目前，各种已开发和正在研究的监控系统主要集中在农业上的环境因子，如温度、湿度、露点、光照和生产中的温度、湿度、光照、施肥、喷药等的自动化控制和网络化管理，通过监测和控制其生长条件，从而达到增加产量、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。少数监控系统还能达到预警的目的，主要是设定监控因子的上限和下限，通过无线传输技术发送给用户，达到预警的功能，或是通过专家系统等进行自动的调控［6］。
2国内外GPS和GIS精准农业监控系统的研究
精准农业始于发达国家，其中的主要部分是精准施肥和收割技术。随着发达国家农业生产市场化程度的提高，降低成本，提高投人产出比、发展优质高效农业的要求以及环境保护、资源利用、农业可持续发展等方面的要求，迫切需要经济效益、社会效益、生态效益同步的新型农业的出现。在精准农业概念提出前，农业监控技术已经在各国有了初步的研究和发展，国外对环境研究较早，始于20世纪70年代，先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制，后又出现了分布式控制系统。中国对于农业监控技术的研究较晚，始于20世纪80年代，但发展速度很快。刘德义等提出了基于Web的设施农业气象信息监测与预警系统，该系统提供了实时数据查看、历史数据查询、K线图显示、气象预警信息、温室气象预报、应用示范介绍、手机短信提示、实时图片显示等功能。杨万龙等［7］自主研发的滴灌施肥智能化控制系统，利用土壤水势传感器监测土壤的含水量，进行自动灌溉施肥控制，当土壤水势达到设定水势上限时，计算机自动启动系统进行施肥灌溉，当达到设定水势下限时，灌溉施肥停止，计算机自动记录该阀门灌水量，其他阀门按此灌溉施肥量依次进行，这种控制方式可实现多个阀门的无人值守灌溉施肥控制。当用户设置不当、系统出现异常情况时，计算机会及时发出声光报警，提醒用户介入处理，防止对系统或作物造成更大危害。国家农业信息化工程技术研究中心开发研制的便携式环境监测产品在设施农业生产中取得了良好的应用［8，9］。
早在20世纪80年代，美国提出精准农业构想，其微电子技术发展推动了智能化监控技术的发展，以及作物生长模拟、栽培管理、测土配方施肥等农业专家系统成了精准农业早期技术基础。1993～1994年，美国在明尼苏达州农场进行了精准农业技术试验，用GPS指导施肥的作物产量提高30％左右，而且减少了化肥施用总量，经济效益大大提高。目前美国在谷物联合收割机、喷雾机、播种机等农业装备上已经采用卫星全球定位系统监控作业等高新技术。西欧国家在小麦、玉米的整地、播种、收获、运输等生产环节已全面实现了机械化，不少农业机械也装备了GPS系统进行精准农业作业。很多监控技术取得了很大的突破，许多国际大型农业装备厂商均推出了自己的智能产量监测仪、变量控制器产品。欧盟ISI启动了Wirelwsslnfo项目（1998～2003），期望运用GSM／GPRS／HSDCS无线通信技术，建立先进的农林管理多媒体服务系统［10］。Thysen［11］探讨了IT技术在农业领域应用的可能性和农业信息化的发展方向。Mc Kinion等［12］研究了一个卫星宽带无线接入系统，满足了棉花害虫多谱图像的高速传输和实时处理的要求，提高了配药机械变量作业的效率和有效性。Geers等［13］应用GSM无线技术开发了牲畜运输过程远程监控系统“TETRAD”。目前，荷兰、美国、日本等国在农业生产中已经基本实现了温度、湿度、光照、施肥、喷药等的自动化控制和网络化管理。
中国精准农业发展起步较晚，但在国家“863”计划“数字农业”重大专项和地方政府的支持下，近5年在农业装备智能化、农业系统远程监控及农业信息化等方面获得了较快发展。乔晓军等［14］开发了农业设施环境数字化监控系统，以实现农业设施信息采集和处理的自动化。庞树杰等开发了基于GPS和GSM的农田信息远程采集系统；句荣辉等［15］应用GSM短消息技术实现了温室环境的实时控制，提高了系统的自动化程度。在农业资源利用方面，中国农业在精耕细作、多层次利用、生态农业等高效利用农业资源方面独树一帜。各地已总结出许多具有区域特色的耕作技术和农业模式，这些技术对提高我国土地、水、肥等资源的利用率发挥着重要作用。农业资源监控监测技术也取得了较大的发展，遥感与地理信息系统（GIS）技术也成功地应用于作物长势、种植面积、产量、灾害、水土流失等方面的监测［16］。历史经验表明，在开拓新的前沿科技应用领域，一些发展中国家和发达国家在起跑线上拉近了距离，发展中国家有可能在某些领域实现技术上的跨越［17］。
3展望
中国的农业正由传统的粗放型向精准化发展，如何结合中国农田实际特性，充分利用网络技术，开发出基于GPS和GIS的田间农业机械装备实时监控系统，通过分析地理信息数据，有效地进行各种耕作，提高机械作业效率，为进一步实现变量耕作提供技术支持［18］。同时在引进消化国外先进技术的基础上，研制开发具有自主知识产权、低成本的技术成果，支持精准农业关键技术与设备的专业精准农业监控系统，是中国实施精准农业中迫切需要解决的问题。因此，要重视世界前沿科技领域的研究，重视和研究GPS和GIS技术在精准农业监控系统的重要作用，对于加速像我国这样的发展中国家农业现代化进程、占领未来农业科技竞争的制高点具有十分重要的意义。
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遥感可为精准农业提供以下两类农田与作物的空间分布信息：一类是基础信息， 这种信息在作物生育期内基本没有变化或变化较少，主要包括农田基础设施、地块分布及土壤肥力状况等信息；另一类是时空动态变化信息，包括作物产量、土壤熵情、作物养分状况、病虫害的发生/发展状况、杂草的生长状况以及作物物候等信息。
1.基础信息获取
（1）农田基础设施调查。
（2）地块分布调查。
（3）土壤状况调查。
2.时空动态变化信息的获取及利用
（1）指导农田灌溉。
（2）指导施肥。
（3）指导病虫害防治。
（4）指导杂草控制。
（5）指导作物收获。
限制遥感技术在精准农业中进一步应用的主要因素如下：
（1）精度问题。
（2）时空精细度问题。
（3）信息熵问题。
（4）农田参数信息利用问题。
（5）非技术因素。
针对上面几个问题，遥感技术需要从以下几个方面进行突破，以满足精准农业的需求：
（1）新参数反演技术的研发。
（2）新数据的应用。
（3）多源数据整合。
1 引言
水是生命的根本，是不可代替的资源，同时也是农业发展不可或缺的因素。近年来，随着城市现代化的发展，经济水平和人口的不断提升，水资源的不合理运用现象越来越严重，许多地区缺水大旱，农业得不到水的灌溉，而且农业灌溉效率低下现象也普遍存在。这一系列问题都警示水资源的不合理运用将会对人类和社会造成越来越不可估量的危害。因此，国家实施了滴灌技术，改变了传统的灌溉方式，发展节水灌溉技术，科学应对水资源短缺问题，使灌溉技术脱离人工控制，运用自动化的技术进行农业灌溉。从而降低了农业生产成本，改善农业生产方式，是一项利国利民的节水技术。
2 自动控制精准滴灌技术概述
自动控制滴灌技术是针对高效利用水资源而实施的一项技术，对农业的可持续发展和保护生态方面有重要的意义和作用。而且脱离了人工的控制，自动控制的滴灌技术更加提高了农业灌溉的效率，节约成本。
2.1 自动控制精准滴灌技术的含义
节约水资源是自动控制精准滴灌技术的直接目的，这种技术改变了传统的灌溉技术，高效率用水资源，通过现代化科学技术来改变水资源浪费和农业灌溉不合理的现状。自动控制精准滴灌技术通过滴头，每次用小量的水准确直接的对土壤进行灌溉，避免不必要的浪费。自动控制精准滴灌技术不仅完善了灌溉技术的不足，同时也促使灌溉技术的进一步发展。
2.2 自动控制精准滴灌技术的发展现状
农业灌溉技术的发展出现了不同的灌溉技术，以喷灌和滴灌最为普遍。我国也大力推广滴灌技术，自动控制滴灌技术得到越来越多的应用，随着电子、科技的发展，自动控制滴灌技术也将进一步得到发展。滴灌技术在世界上也得到广泛应用，一百多个国家实行节水灌溉技术。自动控制精准滴灌技术农业发展、国民经济和社会发展都有推动作用。这项技术在国内的发展前景也会越来越好。
3 自动控制精准滴灌技术在农业建设的应用研究
自动控制滴灌技术的发展应用在农业上，推动了农业的科技化发展，自动化的灌溉技术，不仅减少了药物对农作物的伤害、保护了生态环境，同时也节约了人力物力。广西农田智能化灌溉系统中滴灌自动控制系统设计方案和南宁市府城镇百香果滴灌实践技术为案例具体介绍自动控制精准滴灌技术在农业建设的应用研究。
3.1 以广西农田智能化灌溉系统中滴灌自动控制系统设计方案为例
广西农田智能化灌溉系统中滴灌自动控制系统采用了自动控制滴灌技术，运用网络和自动控制相结合的技术对土壤进行控制。实现了水资源的最大化利用。通过计算机远程控制，为实验基地的每块土壤进行精准的灌溉和管理。
3.1.1 滴灌系统规划布置
滴灌系统规划布置的首要因素是泵站位置的选择，位置不能选择贫瘠的土壤，相对集中靠近路边的位置是最佳选择，其次输水管道的选择也应该合理，项目资金节约化，管道的内径和长度要适宜。设备选择先进、适用、合理的这样能更大的发挥滴灌技术的作用。管道的选择要考虑土地、水源等，尽量使管道系统相对均衡。
3.1.2 控制调节和保护设备
自动控制滴灌要控制好设备的保护和技术的控制，电磁阀的设置要考虑便于管理、控制流量等，在首部水泵前安装逆止阀。排气阀要安装在干管始端。压力表、阀门箱要安装在合理的位置，便于维修和使用，同时也避免受冻。
3.1.3 滴灌系统电路设计
电路的设计很关键，采用交流电磁阀控制，控制滴灌电磁阀配送和输出电。
3.2 以南宁市府城镇百香果种植基地自动化控制滴灌工程为例
南宁市府城镇百香果种植基地于2013年就开始建设，经过几年的灌溉项目建设，积累了丰富的节水用水经验，使用了自动化控制滴灌技术，为其他地区的自动化滴灌技术的发展起了带头作用。
3.2.1 项目建设情况
南宁市府城镇百香果种植基地启用了自动控制的滴灌技术，主要农作物是百香果。其灌溉采用的是两种方式结合灌溉，冬季采用周边山塘水进行大水漫灌，在农作物生长期则采用滴灌技术。
3.2.2 自动化控制系统的组成及功能
自动控制灌溉技术能够将水资源和化肥平均的分配到土壤中，让农作物更好的平衡吸收。自动化的控制会对流程中每个步骤进行严格的检验，使之保持在合理范围内。系统自动记录每个灌溉系统的运行时间和总水量，还安装了防盗装置，对设备故障自动检查对系统运行中的破坏还可以进行警报，准确的指出故障位置和故障类型，对湿度和降雨量准确测量。
3.2.3 自动化控制滴灌工程建设对南宁市府城镇百香果种植基地的作用
自动控制滴灌技术由机器对农作物的灌溉进行控制，摆脱了认为的控制，也就避免了人为因素的误差，更有利于农作物更好的生长。自动控制滴灌是农业灌溉与时代接轨的标志，是农业现代化的必然结果，农业要想产量高、效率高必须运用现代化技术带动发展。自动控制灌溉更加便于操作，更加有效的控制了灌溉时间，从而节约了水资源和劳动力。实验区自动控制滴灌技术的实施，同时也为实验区积累了经验，为其他地区提供了借鉴的经验。
4 自动控制精准滴灌技术在农业建设中存在的问题
自动控制滴灌技术有其优势也必然存在弊端，这项科技化技术在其他设备保护、造价和控制精准度等等方面都存在着不足。
4.1 田间设备的保护问题
自动控制滴灌技术的实施运行需要通过无线进行数据传输，无线设备容易被损坏，在设备运用过程中很可能对无线传输进行不必要的干扰，造成数据传输不准确。同时线路也容易受到人为的破坏，导致线路传输工作无法正常运行。
4.2 系统造价过高
自动控制滴灌技术需要通过计算机进行控制，是一项现代化技术，需要人力物力以及资金的支持，而很多地区无法大面积使用这项技术也是这个原因。这是自动控制滴灌技术存在的一个弊端。
4.3 水肥监测精度与控制精度的统一性不够
要进行自动控制滴灌技术就要配合进行土壤水分检测，而检测由于资金并不能覆盖大面积，这就造成数据是能反映部分土壤情况，不能代表大部分。养分监测和作物监测同样不能覆盖大部分，因此水肥监测精度与控制精度无法统一。
5 结语
自动控制精准滴灌技术不仅推动了我国农业的专业化发展，同时也推动了现代化、科学化的进步。作为现代的灌溉方式，自动控制精准滴灌技术必须发挥其优势，完善其不足，扬长避短，不断的在实践中发展。同时也要根据农业具体实践来相应的改变技术的实际应用，推动自动控制精准滴灌技术的进一步推广和发展。
参考文献
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作者简介
覃江峰（1983-），男，壮族，广西壮族自治区南宁市人。硕士学位。现为广西水利科学研究院工程师。研究方向为计算机网络及自动控制技术。
邱林（1983-），女，广西壮族自治区河池市人。硕士学位。现为广西农业职业技术学院讲师。研究方向为计算机网络及电子商务。
一、该行三季度取得的主要成绩
截至9月30日，该行各项存款余额112.69亿元，比年初增加18.13亿元，增幅为19.17%，同比多增2.87亿元。其中储蓄存款余额81.23亿元，比年初增加14.51亿元，增幅为21.75%，同比多增1.55亿元；对公存款余额31.46亿元，比年初增加3.62亿元，增幅为13%，同比多增1.32亿元。全省增幅排名第14名，全市4家农商行排名第一，存量与增量分别占全县银行业金融机构42.18%与46.89%。省联社劳动竞赛期间，各项存款共增加5.91亿元，增幅为5.53%，比全省平均增幅高1.42个百分点。各项贷款余额92.45亿元，比年初增加9.04亿元，增幅为10.84%。其中自然人贷款余额59.71亿元，比年初增加3.7亿元，增幅为6.61%；企业贷款余额32.74亿元，比年初增加5.34亿元，增幅为19.5%，并顺利实现小微企业贷款“三个不低于”目标。全省增幅排名第26名，全市4家农商行排名第二，存量和增量分别占全县银行业金融机构34.22%与30.12%。省联社劳动竞赛期间，各项贷款增加4.82亿元，增幅为5.50%，比全省平均增幅高0.8个百分点。扶贫贷款余额1.05亿元，累放1.89亿元。其中三季度共发放2094笔，金额0.74亿元。全行借记卡存量54.67万张，比年初净增3.97万张，卡内存款余额21.34亿元，比年初上升3.24亿元，卡均存款0.39万元，活卡率为70.14%；全行累计发行圆鼎贷记卡13415张，比年初增加1456张；手机银行31130户，比年初净增8729户；个人网银23073户，比年初净增671户；企业网银3304户，比年初增加47g户；支付宝卡通38818户，比年初新增12104户；银村通单台月交易量24l笔；POS机商户2214户，比年初新增461户；自助柜员机单台月交易量3100余笔；电子银行业务柜面替代率达66.9%。全行各项收入7.64亿元，各项支出4.39亿元，实现拨各前利润4.15亿元。资本净额为14.54亿元，比年初增加2.48亿元，资本充足率14.26%，比银监部门要求的目标值高3.06个百分点。不良贷款拨备覆盖率为321.17%，超监管部门目标151.17个百分点。由该行主发起的安徽五河永泰村镇银行9月末存款余额为5.94亿元，比年初增加1.07亿元；贷款余额为5.74亿元，比年初增加1.05亿元；各项收入3916万元，各项支出3086万元，实现拨各前利润1408万元。资本充足率13.52%，五级不良占比2.24%。
二、该行在三季度工作中主要做法
中图分类号：S-0文献标识号：A文章编号：1001-4942（2013）09-0118-04
我国农业资源约束日益突出，农业生态环境退化加剧，化肥占农业生产成本25%以上，但利用率仅为30%～35%，远低于发达国家的50%～60%，不仅造成了经济上的巨大损失，更带来了严重的地下水污染和生态环境破坏。国内外研究表明，精准变量施肥可使多种作物平均增产8.2%～19.8%，降低总成本约15%，化肥施用量减少约20%～40%，土壤理化性质得到改善。因此，解决上述问题的最佳途径是大范围地推广应用按需变量施肥的精准农业和测土配方施肥技术。
1 精准农业及其在我国的实践与发展
精准农业[1～5]又称精细农业，它以信息技术为基础，根据田间每一操作单元的具体条件，定位、定时、定量地调整土壤和作物的各项管理措施，最大限度地优化各项农业投入的量、质和时机，以期获得最高产量和最大经济效益，同时兼顾农业生态环境，保护土地等农业自然资源。
精准农业技术是基于信息技术、生物技术和工程装备技术等一系列科学技术成果上发展起来的一种新型农业生产技术，由全球定位系统、农田信息采集系统、农田遥感监测系统、农田地理信息系统、农业专家系统、智能化农机具系统、环境监测系统、网络化管理系统和培训系统等组成。其核心技术是“3S”（即RS、GIS、GPS）技术[6，7]及计算机自动控制技术。
遥感（RS）技术[8]的主要作用是农作物种植面积检测及产量估算、作物生长环境信息检测（包括土壤水分分布检测、水分亏缺检测、作物养分检测和病虫害检测）、灾害损失评估。地理信息系统（GIS）[9]是精细农业技术的核心。应用该系统可以将土地边界、土壤类型、地形地貌、灌溉系统、历年土壤测试结果、化肥和农药使用情况、历年产量等各种专题要素地图组合在一起，为农田管理提供数据查询和分析，绘制产量分布图，指导生产。应用全球定位系统（GPS）可以精确定位水、肥、土等作物生长环境和病、虫、草害的空间分布，辅助农业生产中的播种、灌溉、施肥、病虫害防治工作。另外，农机具上安装GPS系统还可以进行田间导航，实现变量作业。
我国在1994年就有学者进行精细农业的研究。国家“十五”科技战略重点将发展精准农业技术、提高农业生产水平作为重中之重，并首次在“863”计划中支持研究机构进行精准农业技术自主创新。目前一些地区已经将精细农业引入生产实践中，在北京、上海、黑龙江以及新疆一些地区建立起一批精细农业示范基地，并取得了可观的经济效益。
2 国内精准农业技术研究现状
从技术角度来看，完整的精细农业技术由土壤及作物信息获取、决策支持、处方生成、精准变量投入四个环节组成（图1）。信息获取技术、信息处理与分析技术、田间实施技术是精准农业不可或缺的组成部分，三者有机集成才能实现精准农业的目标。
图1 精准农业（PA/PF）技术组成
2.1 土壤及作物信息获取[10，11]
由全球卫星定位系统（GPS）获得的定位信息、遥感系统（RS）获得的遥感信息和基础、动态信息构成了农业生物环境监测数据信息。
2.1.1 土壤环境信息的获取 （1）土壤养分信息的获取：土壤养分的快速测量一直是精准农业信息采集的难题。目前主要的测量仪器一是基于光电分色等传统养分速测技术的土壤养分速测仪，其稳定性、操作性和测量精度虽然尚待改进，但对农田主要肥力因素的快速测量具有实用价值。如河南农业大学开发的YN型便携式土壤养分速测仪[12]，相对误差为5%～10%，尽管每个项目测试所需时间仍在40～50 min，但较传统的实验室化学仪器分析在速度上提高了20倍。二是基于近红外（NIR）多光分析技术、极化偏振激光技术、离子选择场效应晶体管（ISFET）集成元件[13，14]的土壤营养元素快速测量仪器，相关研究己取得初步进展，有的已装置在移动作业机上支持快速信息采集。
（2）土壤水分信息的获取：土壤水分的测量是精细农业实施节水灌溉的基础。目前常用的水分测量方法有基于时域反射仪（TDR）原理的测量方法、基于中子法技术的测量方法、基于土壤水分张力的测量方法和基于电磁波原理的测量方法[15]。
（3）土壤电导率信息的获取：土壤电导率能不同程度地反映土壤中的盐分、水分、有机质含量、土壤质地结构和孔隙率等参数的大小[16，17]。有效获取土壤电导率值对于确定各种田间参数时空分布的差异具有重要意义。快速测量土壤电导率的方法有电流-电压四端法和基于电磁感应原理的测量方法。
（4）土壤pH值的获取：目前适合精细农业要求的pH值检测仪器主要有光纤pH值传感器和pH-ISFET电极[18～21]。光纤pH值传感器虽然易受环境干扰，但在精度和响应时间上基本能满足田间实时快速采集的需要。基于pH-ISFET电极的测量方法具有良好的精度和较短的响应时间，但易受温度影响，需要温度补偿，且电极的寿命较短。
（5）土壤耕作层深度和耕作阻力：圆锥指数CI（Cone Index）可以综合反映土壤机械物理性质，表征土壤耕作层深度和耕作阻力[22]。圆锥指数CI是用圆锥贯入仪（简称圆锥仪）来测定的。圆锥仪的研制工作不断发展，从手动贯入到机动贯入，从目测读数到电测记录，出现了多种多样的圆锥仪。
2.1.2 作物生长信息的获取 作物生长信息包括作物冠层生化参数（叶绿素含量、作物水分胁迫和营养缺素胁迫）、植物物理参数（如根茎原位形态、叶片面积指数）等。作物长势信息是调控作物生长、进行作物营养缺素诊断、分析和预测作物产量的重要基础和根据。主要方法有三种：一是从宏观角度利用RS遥感的多时相影像信息研究植被生长发育的节律特征[23]。二是在区域或田块的尺度上，近距离直接观测分析作物的长势信息。三是基于地物光谱特征间接测定作物养分和生化参数。
2.1.3 病虫草害信息的采集 病虫害和杂草是限制农作物产量和品质提高的重要因素，及时、准确、有效检测病虫害的发生时间、发生程度是采取治理措施的基础。目前，病虫草害信息的自动快速采集主要是基于计算机图像处理和模式识别技术，以研究植株的根、茎、冠层（叶、花、果实）等的形态特征作为诊断判读的目标。主要分析方法有光谱特征分析法、纹理特征分析法、形状特征分析法等[24～29]。
2.1.4 作物产量信息的获取 获取作物产量信息是实现作物生产过程中变量管理的重要依据。国际上已商品化的谷物联合收割机产量监视系统主要有美国CASE IH公司的AFS（advanced farming system ）系统、英国AGCO公司的FieldStar系统、美国John-Deree公司的Greenstar系统、美国AgLeader公司PF（precision farming）系统及英国RDS公司的产量监测系统等[30]。这些系统具有功能较强的GIS综合功能，能自动完成产量监测和生成产量分布图。我国谷物产量测产系统的研究起步较晚，目前尚在研制中。
2.2 决策支持与处方生成
分析决策系统[31]主要包括地理信息系统（GIS）、作物生产函数或生长模型和决策系统三部分，决定变量施肥效果[14]。
地理信息系统（GIS）用于描述农田属性的空间差异和建立土壤数据、自然条件、作物苗情等空间信息数据库，进行空间属性数据的地理统计。它主要应用于离线的处方控制方式中，而在实时控制模式中没有使用的必要。
作物生产函数或生长模型是生物技术在农业实际生产中的应用。它将作物、气象和土壤等作为一个整体进行考虑，应用系统分析的原理和方法，综合农学领域内多个学科的理论和研究成果，对作物的生长发育与土壤环境的关系加以理论概括和数量分析，并建立起相应的数学模型。该模型描述了作物的生长过程及养分需求，是变量施肥决策的根本依据。
决策系统根据农业专家长期积累的经验和知识或GIS与作物生长模型的组合分析计算[11]，这些存储在GIS系统中的数据信息经由作物生产管理辅助决策支持系统，最终生成具有针对性的优化了的投入决策及对策图，即进行时、空、量、质全方位的田间管理实施处方图，得到施肥的处方图（离线形式）或具体的施肥量（在线形式），并将其存入存储卡或者数据库中，供施肥作业使用。
2.3 变量投入技术
由配套农业设施设备（ICS农机装备和VRT变量投入设备）组成调控实施系统，经全球卫星定位系统GPS定位，在田间管理处方图的指导下实施精细控制，田间实施的关键技术是现代工程装备技术，是“硬件”，其核心技术是“机电一体化”。田间实施技术应用于农作物播种、施肥、化学农药喷洒、精准灌溉和联合收割机计产收获等各个环节中。
3 国内精准农业发展对策
3.1 宣传普及，提升对精准农业的认识
精准农业技术本身能带来可观的经济效益和社会生态效益，同时对提高农民收入、减少农民劳动强度、改善环境质量等有非常重要的作用。
精准农业技术的推广应用涉及精准农业技术本身的发展、农业机械化水平、农业技术培训、农民承担生产风险的能力等，其中农业技术培训是推广应用过程中的关键。由于农民获得信息的渠道有限，只有通过农业技术培训，农民才能认识到精准农业技术的优点并在技术培训过程中掌握这项技术，精准农业技术才能在生产实践中大范围地推广应用。
3.2 完善精准农业的配套技术
通过测土配方和相应的变量施肥技术，改变农民传统施肥观念，根据土地的肥力现状按需变量配合施用肥料，提高肥料利用率，减少面源污染，增产增收。
做好精准农业资料收集和信息标准化工作，应用3S技术建立农作物品种、栽培技术、病虫害防治等技术信息网络以及农业科研成果、新材料等科研信息网络，实现农业资源的社会化、产业化。
3.3 选准适合国情的精准农业项目
我国大部分地区尤其是较落后地区的农村承包地普遍处于碎片化状态，难以支撑起发展精准农业的要求，必须通过土地流转达到规模经营的效果。
另一方面，随着农村市场化和产业结构的调整，在垦区农场（如黑龙江大型农场、新疆建设兵团）和大面积作物生产平原区建立“精确施肥”技术示范工程，或联合一些高效益企业（烟草企业、中药材企业等）带动“精确施肥”的发展是结合中国国情发展精确施肥的有效途径。
4 结束语
精准农业的发展在我国尚处于起步阶段，面临诸多问题与困难。而且我国土地相对分散，技术落后，环保意识不强，在相当长的时期内仍然是小农经济占主导成分。因此建立一个集资源化、信息化、知识化、生态化于一体的全方位生态系统，走具有中国特色的精准农业发展之路，是我国农业发展的必然。
《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）》中明确把农业精准作业与信息化作为农业领域科技发展的优先主题，精准农业对提高我国农业现代科技水平具有重要作用，具有广阔的发展前景。
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2地理信息技术发展现状
以GPS/GLONASS,以及欧盟即将通过“伽利略”计划建立起的导航卫星系统为代表的全球卫星定位技术具有快速、方便地获取高精度位置信息的优势。目前,差分定位(DifferentialGPS,简称DGPS)系统的定位精度可达到亚米级水平,实时动态差分(RealTimeKine-matic,简称RTK)技术能够在野外实时得到厘米级的定位精度,特别是美国政府取消GPS数据精度选用政策(SA),GPS的民间用户将能够使定位精度提高10倍。因此,全球卫星定位技术将在很多领域逐渐取代常规的光学和电子测量定位仪器。卫星定位技术与现代通讯技术的结合,使空间定位技术发生巨大变革,为信息化农业获取高精度定位信息提供了技术保障。遥感技术蓬勃发展,能够获取多传感器、多时相、高分辨率(空间分辨率、时间分辨率、光谱分辨率)的直接或间接反映地球表层地物光谱特征的遥感数据。极高分辨率的卫星遥感影像(如0.61m分辨率QuickBird)民用化和商业化,能够满足大比例尺的农业、资源环境等领域的应用,将成为信息获取的重要数据源。高光谱遥感的发展,展现出遥感在农业中应用的蓬勃生机。在遥感影像处理方面,引入多源信息融合技术和智能专家系统使遥感信息提取迈上一个新的台阶[9]。地理信息系统正向网络化、组件化发展[10],GIS逐步融入IT主流,其应用正走向企业化和社会化。GIS传统功能日臻完善,如查询统计、空间分析、编辑、地理数据可视化、制图等;系统分析和设计全面采用面向对象技术(OOA&OOD),以及空间数据库技术的发展等都为GIS在农业中应用提供很强的理论和技术基础[11]。所有这些核心地理信息技术的发展为精准农业田间信息获取、分析、管理和决策,以及系统集成研究与实践提供了技术基础。
3精准农业技术思想
3.1精准农业的技术思想
上世纪80年代初期,根据农田内以米为单位的小区作物产量、生长环境条件等具有明显的时空差异性,国外学者产生了对农作物实施定位管理(Site-specificManagement)、根据实际需要进行变量投入(VariableRateTechnology)等农业生产的精准管理思想,进而提出了精准农业(PrecisionAgriculture)的概念。精准农业的思想实质就是通过各种技术手段来获取农田内不同单元小区的农作物具体生产环境信息,并根据这些信息确定各个小区内的最为经济和科学合理的农业生产投入,达到获得经济、环境等方面最高回报的目的,从而实现农业生产的精准管理[2,3]。
3.2精准农业技术体系
精准农业强调经济、生态和社会效益的统一,实现定位、定量、定时的最优化生产管理,由此可见,精准农业是一种基于空间信息管理和变异分析的现代农业管理策略和农业操作技术体系,以地理信息技术为主体的信息技术是精准农业的技术核心,基于知识和先进技术的现代农田精准农业技术体系至少包括以下方面:地理信息技术(GIS、RS、GPS)、生物技术、农业专家系统(ES)、决策支持系统(DSS)、工程装备技术等[13]。通常所说的精准农业的核心是强调减少种植管理过程中的农业投入,因此研究将精准农业分为田间信息获取、信息分析处理、决策分析、精准实施4个过程[12]。精准农业的目标不单是尽量减少投入,更重要的是要获得经济、环境等方面的最高回报,因此笔者认为整个精准农业种植循环过程应该经过产前规划、产中种植管理、产后分析、产后加工和产后销售等5个环节。其中产中种植管理是体现精准农业核心思想的重要环节,几乎涉及精准农业技术体系中的所有技术。目前,国内外研究的核心在于种植管理中的时空变异信息获取与提取(传感器、遥感软硬件研制)技术、信息处理与分析方法、决策分析集成系统,以及携带DGPS的智能农机系统,这些正是精准农业实施和推广必须解决的关键技术。
3.3精准农业发展现状
20世纪90年代以来,发达国家许多学者着力于研究运用高新技术提高农业劳动生产率和农资利用率,以达到经济效益、生态效益和社会效益的最大统一,最终实现农业生产可持续发展。他们的研究取得了令人瞩目的成果,并建立了若干支持精细农业技术的示范应用系统[1,4～7],如美国CaseIH公司的AFS(AdvancedFarm-ingSystem)、英国MasseyFerguson的FieldStar、美国JohnDeree公司的GreenStar等。在实践过程中,也已经获得较好的效果,精准农业在大农场生产中已得到较广泛的应用,并且许多成熟的技术已经形成。据统计,到1995年,美国约有5%的作物面积上不同程度地应用了精准农业技术[12],在西方发达国家,精准农业技术思想也逐渐被农场管理人员了解和接受,并且成立了许多以精准农业为基础的服务机构。近年来不仅西方发达国家对精准农业的技术实践引起重视,在日本、韩国、巴西、马来西亚等国亦已开始了试验示范研究[8]。在我国,从事农业研究的人员首先开始了精准农业研究,随后生物技术、信息技术、地理科学和生态学研究人员对此表示了浓厚的兴趣,并且先后开展了关于技术体系、发展策略等方面的研究[14～23]。但从总体上我国对精准农业的研究还处在引进和消化吸收阶段,还没有形成较为系统的学术思想和技术体系。目前已经在北京和上海建成两个精准农业示范区。
4地理信息技术在精准农业中应用
精准农业实施的前提是及时采集分析土壤肥力和作物生长状况的空间差异信息,生成田间管理处方,以实现精准的定位和定量的田间管理,因此,地理信息技术应在精准农业中扮演重要的角色。国外关于精准农业的研究基本上仍是集中于利用3S空间信息技术和作物生产管理决策支持技术(DSS)为基础的、面向大田作物生产的精准农作技术,而没有较全面地研究地理信息技术在整个精准农业体系中的应用。
4.1全球定位系统应用
GPS技术为土壤类型、土壤肥力特性、水分、作物生长发育状况、病虫草害及农作物产量等田间信息采样和决策方案的田间实施提供准确的空间位置信息。在精准农业中,GPS作用主要有三点:控制测量、农田信息采集定位(采样定位和遥感信息定位)和控制导航。目前,GPS应用研究主要在研制基于移动电脑或掌上电脑的农田信息采集系统和携带GPS接收机的智能农机系统两个方面。如美国FieldWorker公司的基于掌上电脑的信息采集软件FieldWorker能很好地满足精准农业农田信息采集的需要;美国Trimble公司的AgGPS160PortableComputer能实现田间成图、各种作物及其生长环境属性信息记录、获取来自各种田间环境传感器的信息。智能农业机械在田间进行农作生产时通过GPS获取的精确定位信息实施导航监控,同时能够实时获得农作物生长状态信息和与之相关的空间位置信息。目前智能农机应用研究最为成功的是带有GPS定位系统的能够获取田间作物产量信息的联合收割机[24]。变量施用机具是精准农业的田间实现,国内外的研究均很多,如变量施肥机、变量播种机、变量灌溉和喷药机等,其中变量施肥是精准农业变量施用技术的第一项内容,也是研究最多的项目,但无论如何,单纯用于农田信息采集的软件系统将随着遥感在农田信息获取应用的不断深入而被淘汰,取代它的将是集成GPS的遥感系统与智能农机系统。可以预见,集成GPS的遥感成像系统将在获取田间“空间差异”信息方面发挥巨大作用。
4.2遥感应用
田间时空变异信息获取方式有传统田间采样测试、GPS田间信息采集、智能农机系统作业采集和多平台遥感信息采集系统。然而遥感能够以“无损测试”方式方便、及时、准确地获取反映较大面积内的“面状”地物性质与状态信息。而其它方式获取的“点状”信息显然不足以了解全局,而且人工采样都会对作物造成不同程度上破坏。因此遥感将在实现大面积情况下作物长势与营养实时诊断中发挥不可替代的作用。目前遥感应用研究主要集中在对地面光谱测量数据和采样测试相关数据的分析,建立遥感数据与土壤状况或作物生物物理化学参数(如叶面积指数、叶绿素含量、土壤特性等)之间的相关关系,结合作物生态生理过程间接获取作物农学特性(作物冠层营养水平、籽粒与生物质产量、质量等信息)。在大面积农作物宏观长势监测、农作物宏观估产、农情宏观预报、农业资源调查等方面,遥感已经发挥其应有的作用,而且研制出了可行的技术路线[28,29],如东北玉米、华北小麦和南方水稻估产精度达到90%以上。高光谱遥感是遥感发展的一个重要趋势,光谱分辨率达到纳米级的高光谱遥感数据可以很好地描述作物的“红边”特性(红边位置、红边斜率、“红移”、“蓝移”),区分作物叶片生化成分、含量及其变化[27],还可以用来减弱土壤对作物光谱的影响,作物具有一些明显的、独特的吸收特征。作物生物物理和生物化学信息是研究理解植被生态系统过程和生理机制的重要参数,是诊断植物营养状况的重要依据,国内外许多学者已经涉足高光谱遥感在植被生物物理信息和生物化学信息提取方面的研究[25,26]。高光谱遥感以其高光谱分辨率特性所携带的丰富光谱信息为遥感应用带来了强大的活力,通过分析高光谱植被指数与农作物特征的关系,选择表征农作物特征的特定波段和光谱参量可以较好地反演作物生物物理和生物化学信息。在精准农业体系中,遥感(特别是高光谱遥感)将为精准农业实施提供大量的田间时空变化信息,遥感技术将成为监测土壤和作物养分变化、水分胁迫和病虫害等的主要数据源。由于航空、航天遥感成本较高,而且受信息获取的滞后性、信息分析处理方法等因素的限制,目前许多学者开始研制基于地物光谱特征,并用于田间低成本间接测定作物养分和生化参数的仪器和工具,如NDVI测量仪、LAI测量仪、谷物品质测量仪等,这在卫星和航空遥感技术进一步发展和成熟前,正在被发展为高密度获取农田信息的技术手段。
4.3地理信息系统应用
GIS在精准农业技术体系中的地位举足轻重,其作用不仅在于从田间信息采集、信息处理与管理、信息分析,到田间决策方案实施的整个种植管理过程,而且贯穿规划、种植管理、产后分析、产后加工及销售的整个种植循环过程。这要归功于精准农业实施对空间信息的依赖性。在精准农业体系中,GIS不再是一个孤立的系统,而是围绕精准农业核心思想而提供较全面的地理信息服务的平台,而且该平台与其它系统或用户之间通过信息交换而紧密联系。概括来说,这种地理信息服务主要包括信息管理服务、信息交换与更新服务、信息决策分析服务和信息服务等4项,如图2所示。
4.3.1农田信息管理
农田信息具有多源性,具体表现在存储格式多样性、多尺度性、获取方式多样性,另外还包括系统或数据库数据组织的复杂性。通过GIS平台,在融合多源数据的基础上建立农田管理系统,实现对多源、多时相农田信息的有序管理和分析,这是精准农业实施的基础,其作用表现在数据组织和集成管理、空间分析查询、空间数据更新与综合处理、可视化分析与表达。GIS为田间信息采集提供基础信息,也为田间变量实施决策分析提供信息源,因此农田地理信息系统是精准农业实施的信息管理员。目前GIS在国外精准农业应用中还处在农田边界图管理、土壤肥力管理、产量分布图管理分析和GIS制图阶段,并没有充分发挥GIS应有的作用,相应的管理软件也不成熟。虽然经过几十年的发展,国外许多GIS产商开发了诸如ArcGIS产品系列、MapInfo系列等通用GIS软件,但这些软件与农业生产有关的功能只是很小一部分,而且它们价格昂贵。然而,应用于精准农业的GIS应用系统应该是小型廉价且适用的农场信息系统FIS(FarmInformationSystem)。因此根据农业信息采集、存储和处理分析的特点,研发功能针对性强的FIS是农业GIS发展的一个方向。
4.3.2信息更新与交换
信息更新与交换服务是服务平台的重要组成部分。数据是系统的血液,平台的生命力在于信息的现势性及可更新性。信息更新一般分为两个层次:一是不定期的局部数据更新;二是周期性的全局数据更新。信息交换是信息进出服务平台的通道,解决服务平台与各种数据采集系统、应用系统之间的数据交换问题。遥感信息的特点决定了它必将成为农田信息获取的主要手段,然而从遥感获取的不是直接用于精准农业的信息,如土壤水分、作物冠层生化参数等,而需要通过分析建立遥感信息与土壤和作物生长状态相关的参数之间的关系,这是限制遥感信息应用与农业信息获取的“瓶颈”。GIS的参与将为遥感信息提取提供新的思路,提供背景数据和分析方法。遥感和地理信息集成研究,脱离庞大昂贵的遥感影像处理系统,开发服务于具体应用的遥感和GIS集成系统,是GIS应用于农业的又一个重要方向。
4.3.3决策分析
决策分析服务是整个地理信息服务平台的核心部分,利用已有的信息,根据不同应用目的,集成相应的知识和模型,分析生成供决策服务的知识,这是地理信息技术在精准农业应用中的首要目的。信息分析服务是一个知识挖掘的过程,其关键是GIS与专家系统、模型库系统集成,其集成程度决定分析效率和分析结果的可靠性。决策分析可以归纳为产前规划评价分析、产中监测与控制分析,以及产后分析与销售管理。规划评价主要利用区域自然要素、社会经济要素、产量历史数据、作物品种特性等进行农业区的规划、种植区划、作物种植适宜性评价和作物品质区划,这方面的GIS应用研究取得了一定的进展[32,33]。实现以高产、高效、优质和实时管理为目标,为农业生产提供一个合理、详细、完整的农田作业规划,它是精准农业实施的基础。如通过分析产量数据、肥力水平和作物生长的适宜性,选择合适的品种、肥料和农业机械设备,制定合理的耕作计划。监测与控制分析是信息分析决策服务的一个重要内容,是最能体现精准农业核心思想的内容。将GIS作为决策分析的平台为精准农业实施提供决策和控制的依据是其在精准农业中的另一个发展方向。通过GIS集成作物栽培管理辅助决策支持系统与作物生产管理与长势预测模拟模型、投入产出模拟模型和智能化农作专家系统,根据作物长势和其背景状况做出诊断,提出科学处方,调控操作。将不同类型的地理数据,如土壤、作物、气象和土地历史等,与水分运动、溶质运移、农药渗漏、作物生长、土壤侵蚀等各种模拟模型和专家知识和推理机整合,产生支持定位实施的“农作处方”,这一切都需要集成模拟模型和专家系统的GIS应用服务平台的支持。也正是GIS的这一功能才使得用于变量作业的农艺处方生成得以实现,同时也能够通过专家系统实现精准农业实施中的自动控制。国内有学者开始研究采用GIS进行施肥推荐处方生成[30,31]。
4.3.4产后分析与销售管理
从精准农业实施的经济效益和产业化角度考虑,GIS在精准农业中的应用并没有随着精准农业田间实施全过程的结束而终止,它还在后续工作中起着重要作用。利用产后产量分析为下一种植循环的规划提供决策信息,这是当前国外精准农业体系中注意得比较多的一项内容,但仅此而已,它们并没有从市场销售角度考虑GIS的应用。目前,作物生产已开始由单纯追求高产模式向优质、专用和高效的方向转变,利用品质监测信息可用于指导粮食分类加工,大幅度提高加工品质和附加值,这是产后基于GIS分析的又一个内容。市场分析是根据作物产量和品质,以及社会经济要素进行分析,用于指导粮食销售价格和销售方向,从而提高粮食生产的经济效益。销售管理主要对客户和粮食配送的管理,分为客户关系管理和物流管理,它是提高粮食销售管理效率的必要前提。因此研发为精准农业服务的产后市场分析和销售管理的应用软件是GIS应用于精准农业中的一个重要补充,具有较大应用前景。
4.3.5空间信息
利用GIS进行空间信息服务是精准农业体系中“空间变异信息”的重要消费者,它通过Internet或无线(有线)通讯向公众原始和分析结果信息。的空间信息可以包括农田作物长势监测信息、作物产量及品质监测和预测信息、产品供需分布信息等,空间信息将使地理信息技术在精准农业中的应用走向社会化,这是产业化发展的重要方向。
2.水稻精准种植技术的应用对连云港的环境影响。对于水稻精准种植技术的初期评价分析表明，进行精准种植农业能够充分地确保农业资源的有效使用，降低对生态环境的污染与破坏程度，在符合社会经济发展需求的同时，充分完善资源状况，有利于促进生态环境的良性循环发展。实施精准农业集感、地理信息系统、全球定位系统、计算机技术、自动化技术、通讯和网络等高新技术于一体应用于农业生产过程，可以明显提升农业产业的现代化管理水平。精准种植技术的农业经济效益是长期阶段的综合效益，在短时期以内精准种植农业技术实施的耕地无法产生经济效益，其长期阶段的经济效益可以直接体现在耕地区域的空间分布状况，合理使用相应的农药化肥，不断改善耕地区域的环境条件。
信息化的农业是未来阶段现代化发展的重要标志，信息科学技术是达到农业现代化的必备方法，然而我国的信息化农业产业仍然处在起步阶段，实施精准种植农业技术具有良好形式的市场发展前景，通过精准有效的农业技术和仪器设备，能够获得一定程度的经济效益，能够促进智能化农业机械、农业信息服务等一系列有关产业的实质发展。传统农业的效益有限，需要大量的耕地，这和连云港地区的当前情况不符。由于经济的发展和城市化的进程，连云港地区的可用耕地越来越少，而有限的耕地再不适合粗糙的传统种植方法，采用水稻精准种技术可以提高有限的耕地利用率。同时，传统的种植方法需要大量的化肥才能提高产量，使连云港地区的水质和土壤受到极大的污染，采用新的种植方法能极大的提高连云港地区的生态环境。
