淺談GPS技術(shù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

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1、...淺談GPS技術(shù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用碩研09-16李曉璐2009011603本科的時(shí)候?qū)W過一些GPS的基本理論知識(shí)——包括GPS的產(chǎn)生、定義、發(fā)展前景，以及它的組成、信號(hào)結(jié)構(gòu)等等，了解了GPS定位中的各種主要的誤差來源，學(xué)會(huì)了怎樣用手持GPS。但是對(duì)于距離測(cè)量與GPS數(shù)據(jù)處理方面的原理，自己并不是很了解。所以這次自己也沒有看很多關(guān)于GPS計(jì)算原理方面的論文，而是看了些關(guān)于GPS應(yīng)用的論文。下面我著重談一下GPS技術(shù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用。一、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)概述世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展大致歷經(jīng)了三個(gè)階段：原始農(nóng)業(yè)、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。信息化與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的結(jié)合是未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向

2、。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)就是信息技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)事管理的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)技術(shù)，是當(dāng)今農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流。它的興起引起了一場(chǎng)真正意義的農(nóng)業(yè)技術(shù)上的革命。隨著科技的發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)市場(chǎng)化程度的提高,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中降低成本、提高產(chǎn)出率、發(fā)展優(yōu)質(zhì)高效農(nóng)業(yè)以及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面的要求,迫切呼喚新型農(nóng)業(yè)的出現(xiàn)。基于這種想法,美國率先提出了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)構(gòu)想,以智能化監(jiān)控技術(shù)以及農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)共同構(gòu)成了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)早期技術(shù)基礎(chǔ)。隨后,美國將GPS(全球定位系統(tǒng))技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,標(biāo)志著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系的初步形成,1992年4月在美國召開第1次精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)學(xué)術(shù)研討會(huì),精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)這一概念逐漸被人們所接受。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)(

3、PrecisionAgricultural)，也叫精細(xì)農(nóng)業(yè)或精確農(nóng)業(yè)，是20世紀(jì)80年代初國際農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展起來的一門跨學(xué)科新興綜合的以獲得農(nóng)田高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式和技術(shù)體系[1]。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是指以信息技術(shù)支持現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)操作與管理,依據(jù)農(nóng)作物生長的土壤性狀以及溫度、濕度、光照等影響因素,調(diào)節(jié)對(duì)作物的投入,并對(duì)耕地和作物長勢(shì)進(jìn)行定量、實(shí)時(shí)診斷,提高土壤生產(chǎn)力,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展。其技術(shù)支持主要是GPS,核心是實(shí)時(shí)測(cè)知作物個(gè)體或小群體或平方米尺度小地塊生長及疫病的實(shí)際情況,進(jìn)而確定針對(duì)性的農(nóng)業(yè)措施,在取得最優(yōu)效果和付出最低代

4、價(jià)的同時(shí),減少污染,保護(hù)生態(tài),實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。二、全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem）全球定位系統(tǒng)[2](GlobalPositioningSystem,GPS)是20世紀(jì)70年代由美國......國防部研制,歷時(shí)20余年,耗資數(shù)百億美元,于1994年全面建成并投入使用。GPS系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng),具有全能性(陸地、海洋、航空和航天)、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航、定位和定時(shí)的功能,能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。GPS系統(tǒng)由空間衛(wèi)星星座、地面控制系統(tǒng)、用戶接收機(jī)系統(tǒng)3部分組成。其衛(wèi)星星

5、座部分由21顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成,衛(wèi)星有6個(gè)軌道面,高度20200km,軌道傾角55°,衛(wèi)星運(yùn)行周期11h58min,載波頻率為1575.4MHz和1227.60MHz。衛(wèi)星通過天頂時(shí),衛(wèi)星可見時(shí)間為5h,在地球表面任何時(shí)刻,在高度角15°以上,平均可同時(shí)觀測(cè)到6顆衛(wèi)星,最多可達(dá)9顆衛(wèi)星。GPS系統(tǒng)在精確農(nóng)業(yè)實(shí)施過程中異常重要，它一方面將農(nóng)田各種信息給予準(zhǔn)確定位，并輸入到GIS，另一方面也是農(nóng)機(jī)作業(yè)軌跡的依據(jù)。在翻耕機(jī)、播種機(jī)、田間取樣機(jī)、施肥噴藥機(jī)、收割機(jī)等機(jī)具上安裝上GPS接受器，可以準(zhǔn)確指示機(jī)具所在位置的坐標(biāo)，使操作人員可以按計(jì)算機(jī)上GIS操

6、作指示圖進(jìn)行定點(diǎn)作業(yè)。近幾年來，GPS產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展迅速，若干大公司迅速涉足農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，提供了用于農(nóng)田測(cè)量、定位信息采集和與智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械配套的差分校正全球衛(wèi)星定位技術(shù)（DGPS，DifferentialGlobalPositioningSystem）產(chǎn)品。系統(tǒng)可用于農(nóng)田面積和周邊測(cè)量、引導(dǎo)田間變量信息定位采集、作物產(chǎn)量小區(qū)定位計(jì)量、變量作業(yè)農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)施定位處方施肥、播種、噴藥、灌溉和提供農(nóng)業(yè)機(jī)械田間導(dǎo)航信息等。DGPS作為農(nóng)業(yè)空間信息管理的基礎(chǔ)設(shè)施，一旦建立起來，即不但可服務(wù)于“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”，也可用于農(nóng)村規(guī)劃、土地測(cè)量、資源管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、作業(yè)調(diào)度中的定位服務(wù)

7、，其農(nóng)業(yè)應(yīng)用技術(shù)開發(fā)的前景廣闊。三、GPS在精細(xì)農(nóng)業(yè)的主要應(yīng)用GPS的快速度、高精度、低成本、簡(jiǎn)單操作等特點(diǎn),能快速準(zhǔn)確地獲取研究區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)資源的空間位置信息,提供大量其他常規(guī)手段難以得到的資源信息。Blackmore認(rèn)為國外很多農(nóng)場(chǎng)主都在增加使用信息技術(shù)幫助在多變的管理中下決定,很多農(nóng)民利用精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的GPS接受器來收集生長季節(jié)里每塊田地的各項(xiàng)數(shù)據(jù)[3]。Daberkow等人了解在美國有10%的小麥,25%的黃豆,30%的玉米地都采用了農(nóng)田監(jiān)視器[4]。自1993到目前,美國有20%的耕地、80%的大農(nóng)場(chǎng)都已實(shí)行精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)操作。據(jù)美國Purdue大學(xué)的研究,

8、在美國采用精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的農(nóng)民有60%......實(shí)現(xiàn)贏利,有10%