定位技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

1、定位技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用學(xué)院：水利與建筑班級：工程管理1404姓名：徐田文學(xué)號(hào)：A13140654定位技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用徐田文（東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與建筑學(xué)院 工程管理1404 徐田文 A13140654）摘要 GPS在現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中具有核心地位，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)提供實(shí)時(shí)高效準(zhǔn)確的點(diǎn)位信息，為農(nóng)機(jī)作業(yè)提供高效導(dǎo)航信息，沒有GPS定位系統(tǒng)，現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)也就無從談起。隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)向著更加精準(zhǔn)的方向發(fā)展， GPS定位系統(tǒng)將會(huì)得到更加普遍的應(yīng)用，將在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)中起到愈加主導(dǎo)的作用。關(guān)鍵詞 GPS 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè) 應(yīng)用1.GPS簡介及其定位原理1.1 GPS定義 利用GPS定位衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行定位、導(dǎo)

2、航的系統(tǒng)，稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，簡稱GPS。GPS是由美國國防部研制建立的一種具有全方位、全天候、全時(shí)段、高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能為全球用戶提供低成本、高精度的三維位置、速度和精確定時(shí)等導(dǎo)航信息，是衛(wèi)星通信技術(shù)在導(dǎo)航領(lǐng)域的應(yīng)用典范，它極大地提高了地球社會(huì)的信息化水平，有力地推動(dòng)了數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。1.2 GPS發(fā)展 GPS的前身是美國軍方研制的一種子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Transit)，1958年研制，1964年正式投入使用。該系統(tǒng)用5到6顆衛(wèi)星組成的星網(wǎng)工作，每天最多繞過地球13次，并且無法給出高度信息，在定位精度方面也不盡如人意。然而，子午儀系統(tǒng)使得研發(fā)部門對衛(wèi)星定位取得了初步的經(jīng)驗(yàn)，并驗(yàn)證了

3、由衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行定位的可行性，為GPS的研制埋下了鋪墊。由于衛(wèi)星定位顯示出在導(dǎo)航方面的巨大優(yōu)越性及子午儀系統(tǒng)存在對潛艇和艦船導(dǎo)航方面的巨大缺陷。美國海陸空三軍及民用部門都感到迫切需要一種新的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。為此，美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室(NRL)提出了名為Tinmation的用12到18顆衛(wèi)星組成10000km高度的全球定位網(wǎng)計(jì)劃，并于1967年、1969年和1974年各發(fā)射了一顆試驗(yàn)衛(wèi)星，在這些衛(wèi)星上初步試驗(yàn)了原子鐘計(jì)時(shí)系統(tǒng)，這是GPS精確定位的基礎(chǔ)。而美國空軍則提出了621-B的以每星群4到5顆衛(wèi)星組成3至4個(gè)星群的計(jì)劃，這些衛(wèi)星中除1顆采用同步軌道外其余的都使用周期為24h的傾斜軌道，該計(jì)劃以偽隨

4、機(jī)碼(PRN)為基礎(chǔ)傳播衛(wèi)星測距信號(hào)，其強(qiáng)大的功能，當(dāng)信號(hào)密度低于環(huán)境噪聲的1%時(shí)也能將其檢測出來。偽隨機(jī)碼的成功運(yùn)用是GPS得以取得成功的一個(gè)重要基礎(chǔ)。海軍的計(jì)劃主要用于為艦船提供低動(dòng)態(tài)的2維定位，空軍的計(jì)劃能供提供高動(dòng)態(tài)服務(wù)，然而系統(tǒng)過于復(fù)雜。由于同時(shí)研制兩個(gè)系統(tǒng)會(huì)造成巨大的費(fèi)用而且這里兩個(gè)計(jì)劃都是為了提供全球定位而設(shè)計(jì)的，所以1973年美國國防部將2者合二為一，并由國防部牽頭的衛(wèi)星導(dǎo)航定位聯(lián)合計(jì)劃局(JPO)領(lǐng)導(dǎo)，還將辦事機(jī)構(gòu)設(shè)立在洛杉磯的空軍航天處。該機(jī)構(gòu)成員眾多，包括美國陸軍、海軍、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)、交通部、國防制圖局、北約和澳大利亞的代表。最初的GPS計(jì)劃在美國聯(lián)合計(jì)劃局的領(lǐng)導(dǎo)下誕生了，

5、該方案將24顆衛(wèi)星放置在互成120度的三個(gè)軌道上。每個(gè)軌道上有8顆衛(wèi)星，地球上任何一點(diǎn)均能觀測到6至9顆衛(wèi)星。這樣，粗碼精度可達(dá)100m，精碼精度為10m。由于預(yù)算壓縮，GPS計(jì)劃不得不減少衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量，改為將18顆衛(wèi)星分布在互成60度的6個(gè)軌道上，然而這一方案使得衛(wèi)星可靠性得不到保障。1988年又進(jìn)行了最后一次修改：21顆工作星和3顆備用星工作在互成60度的6條軌道上。這也是GPS衛(wèi)星所使用的工作方式。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)是以全球24顆定位人造衛(wèi)星為基礎(chǔ)，向全球各地全天候地提供三維位置、三維速度等信息的一種無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。它由三部分構(gòu)成，一是地面控制部分，由主控站、地面天線、監(jiān)測站及通訊輔助系

6、統(tǒng)組成。二是空間部分，由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個(gè)軌道平面。三是用戶裝置部分，由GPS接收機(jī)和衛(wèi)星天線組成。民用的定位精度可達(dá)10米內(nèi)。1.3 GPS原理及方法1.3.1原理 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過記錄衛(wèi)星信號(hào)傳播到用戶所經(jīng)歷的時(shí)間，再將其乘以光速得到（由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，而是偽距（PR，）：當(dāng)GPS衛(wèi)星正常工作時(shí)，會(huì)不斷地用1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼（簡稱

7、偽碼）發(fā)射導(dǎo)航電文。GPS系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼和軍用的P(Y)碼。C/A碼頻率1.023MHz，重復(fù)周期一毫秒，碼間距1微秒，相當(dāng)于300m；P碼頻率10.23MHz，重復(fù)周期266.4天，碼間距0.1微秒，相當(dāng)于30m。而Y碼是在P碼的基礎(chǔ)上形成的，保密性能更佳。導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛(wèi)星信號(hào)中解調(diào)制出來，以50b/s調(diào)制在載頻上發(fā)射的。導(dǎo)航電文每個(gè)主幀中包含5個(gè)子幀每幀長6s。前三幀各10個(gè)字碼；每三十秒重復(fù)一次，每小時(shí)更新一次。后兩幀共15000b。導(dǎo)航電文中的內(nèi)容主要有遙測碼、轉(zhuǎn)換碼、第1、2、3數(shù)

8、據(jù)塊，其中最重要的則為星歷數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶接受到導(dǎo)航電文時(shí)，提取出衛(wèi)星時(shí)間并將其與自己的時(shí)鐘做對比便可得知衛(wèi)星與用戶的距離，再利用導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時(shí)所處位置，用戶在WGS-84大地坐標(biāo)系中的位置速度等信息便可得知?？梢奊PS導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星部分的作用就是不斷地發(fā)射導(dǎo)航電文。然而，由于用戶接受機(jī)使用的時(shí)鐘與衛(wèi)星星載時(shí)鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標(biāo)x、y、z外，還要引進(jìn)一個(gè)t即衛(wèi)星與接收機(jī)之間的時(shí)間差作為未知數(shù)，然后用4個(gè)方程將這4個(gè)未知數(shù)解出來。所以如果想知道接收機(jī)所處的位置，至少要能接收到4個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)。GPS接收機(jī)可接收到可用于授時(shí)的準(zhǔn)確至納秒級的時(shí)間信息；用于預(yù)

9、報(bào)未來幾個(gè)月內(nèi)衛(wèi)星所處概略位置的預(yù)報(bào)星歷；用于計(jì)算定位時(shí)所需衛(wèi)星坐標(biāo)的廣播星歷，精度為幾米至幾十米（各個(gè)衛(wèi)星不同，隨時(shí)變化）；以及GPS系統(tǒng)信息，如衛(wèi)星狀況等。GPS接收機(jī)對碼的量測就可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，由于含有接收機(jī)衛(wèi)星鐘的誤差及大氣傳播誤差，故稱為偽距。對 CA碼測得的偽距稱為CA碼偽距，精度約為20米左右，對P碼測得的偽距稱為P碼偽距，精度約為2米左右。GPS接收機(jī)對收到的衛(wèi)星信號(hào)，進(jìn)行解碼或采用其它技術(shù)，將調(diào)制在載波上的信息去掉后，就可以恢復(fù)載波。嚴(yán)格而言，載波相位應(yīng)被稱為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻 移影響的衛(wèi)星信號(hào)載波相位與接收機(jī)本機(jī)振蕩產(chǎn)生信號(hào)相位之差。一般在接收機(jī)鐘

10、確定的歷元時(shí)刻量測，保持對衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開始觀測時(shí)的接收機(jī)和衛(wèi)星振蕩器的相位初值是不知道的，起始?xì)v元的相位整數(shù)也是不知道的，即整周模糊度，只能在數(shù)據(jù)處理中作為參數(shù)解算。相位觀測值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相對定位、并有一段連續(xù)觀測值時(shí)才能使用相位觀測值，而要達(dá)到優(yōu)于米級的定位 精度也只能采用相位觀測值。按定位方式，GPS定位分為單點(diǎn)定位和相對定位（差分定位）。單點(diǎn)定位就是根據(jù)一臺(tái)接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機(jī)位置的方式，它只能采用偽距觀測量，可用于車船等的概略導(dǎo)航定位。相對定位（差分定位）是根據(jù)兩臺(tái)以上接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定觀測點(diǎn)之間的相對位置

11、的方法，它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量，大地測量或工程測量均應(yīng)采用相位觀測值進(jìn)行相對定位。在GPS觀測量中包含了衛(wèi)星和接收機(jī)的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應(yīng)等誤差，在定位計(jì)算時(shí)還要受到衛(wèi)星廣播星歷誤差的影響，在進(jìn)行相對定位時(shí)大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高，雙頻接收機(jī)可以根據(jù)兩個(gè)頻率的觀測量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機(jī)間距離較遠(yuǎn)時(shí)（大氣有明顯差別），應(yīng)選用雙頻接收機(jī)。1.3.2 GPS定位方法 根據(jù)定位模式，GPS定位方法分為絕對定位和相對定位2種。絕對定位。又稱為單點(diǎn)定位，這是一種采用一臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行定位的模式，它所確定的是接收機(jī)天線的絕對坐標(biāo)

12、。GPS采用WGS- 84坐標(biāo)系，所以單點(diǎn)定位求出的結(jié)果屬該坐標(biāo)系的坐標(biāo)，但可通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換獲得所需坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)。優(yōu)點(diǎn):作業(yè)方式簡單，一臺(tái)GPS接收機(jī)即可作業(yè)，點(diǎn)位三維坐標(biāo)實(shí)時(shí)顯示，數(shù)據(jù)處理簡單。缺點(diǎn):定位精度低，為1030m。應(yīng)用范圍:絕對定位一般用于導(dǎo)航和精度要求不高的應(yīng)用中，如船舶導(dǎo)航；地質(zhì)礦產(chǎn)勘探；暗礁、浮標(biāo)定位；海洋捕魚；旅游、越野導(dǎo)航定位；低精度測量等。相對定位。又稱為差分定位(Differential GPS，DGPS)，這種定位模式采用2臺(tái)以上的接收機(jī)，同時(shí)對一組相同的衛(wèi)星進(jìn)行觀測，以確定接收機(jī)天線間的相互位置關(guān)系。優(yōu)點(diǎn):由于采用同步觀測資料進(jìn)行相對定位，使衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差

13、、信號(hào)在大氣中傳播誤差可得到消除或大幅度削弱。所以，可獲得較高的定位精度。目前相對定位精度可達(dá)到10-9m。缺點(diǎn):因幾臺(tái)GPS接收機(jī)同時(shí)作業(yè)，組織、實(shí)施、數(shù)據(jù)處理較復(fù)雜。由于求出的是同步點(diǎn)站間的三維基線向量(即點(diǎn)間的邊長) ，故必須給出一個(gè)點(diǎn)的已知坐標(biāo)和一個(gè)已知方位角。應(yīng)用范圍:大地測量、工程測量、變形監(jiān)測、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測等精密定位測量工作。2. 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)介紹2.1精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的概念 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流，是由信息技術(shù)支持的、根據(jù)空間變異定位、定時(shí)、定量地實(shí)施一整套現(xiàn)代化農(nóng)事操作技術(shù)與管理的系統(tǒng)，其基本涵義是根據(jù)作物生長的土壤性狀，調(diào)節(jié)對作物的投入，即一方面查清田塊內(nèi)部的土壤性狀與生產(chǎn)

14、力空間變異，另一方面確定農(nóng)作物的生產(chǎn)目標(biāo)，進(jìn)行定位的“系統(tǒng)診斷、優(yōu)化配方、技術(shù)組裝、科學(xué)管理”，調(diào)動(dòng)土壤生產(chǎn)力，以最少的或最節(jié)省的投入達(dá)到同等收入或更高的收入，并改善環(huán)境，高效地利用各類農(nóng)業(yè)資源，取得經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)由十個(gè)系統(tǒng)組成，即全球定位系統(tǒng)、農(nóng)田信息采集系統(tǒng)、農(nóng)田遙感監(jiān)測系統(tǒng)、農(nóng)田地理信息系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)、智能化農(nóng)機(jī)具系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、系統(tǒng)集成、網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)和培訓(xùn)系統(tǒng)。其核心是建立一個(gè)完善的農(nóng)田地理信息系統(tǒng)（GIS），可以說是信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全面結(jié)合的一種新型農(nóng)業(yè)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)并不過分強(qiáng)調(diào)高產(chǎn)，而主要強(qiáng)調(diào)效益。它將農(nóng)業(yè)帶入數(shù)字和信息時(shí)代，是21世紀(jì)農(nóng)業(yè)的重要發(fā)展方向。2

15、.2 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展歷史 海灣戰(zhàn)爭后GPS技術(shù)的民用化，使得它在許多國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用研究獲得迅速發(fā)展，使得精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的技術(shù)體系廣泛運(yùn)用于生產(chǎn)實(shí)踐成為可能。1993-1994年，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)思想首先在美國明尼蘇達(dá)州的兩個(gè)農(nóng)場進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果用GPS指導(dǎo)施肥的產(chǎn)量比傳統(tǒng)平衡施肥的產(chǎn)量提高30%左右，而且減少了化肥施用總量，經(jīng)濟(jì)效益大大提高。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的試驗(yàn)成功，使得其技術(shù)思想得到了廣泛發(fā)展。 近五年來，世界上每年都舉辦相當(dāng)規(guī)模的“國際精細(xì)農(nóng)作學(xué)術(shù)研討會(huì)”和有關(guān)裝備技術(shù)產(chǎn)品展覽會(huì)，已有上千篇關(guān)于精細(xì)農(nóng)作的專題學(xué)術(shù)報(bào)告和研究成果見諸于重要國際學(xué)術(shù)會(huì)議或?qū)I(yè)刊物。在萬維網(wǎng)上設(shè)有多個(gè)專題網(wǎng)址，可及時(shí)檢索到有關(guān)

16、精細(xì)農(nóng)作研究的最新信息。美、英、澳、加、德等國的一些著名大學(xué)相繼設(shè)立了精細(xì)農(nóng)作研究中心，開設(shè)了有關(guān)博士、碩士的培訓(xùn)課程。在發(fā)達(dá)國家，精細(xì)農(nóng)作技術(shù)體系已實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于小麥、玉米、大豆、甜菜和土豆的生產(chǎn)管理上。1995年美國約有5%的作物面積不同程度的應(yīng)用了精細(xì)農(nóng)作技術(shù)，近年來又有了更為迅速的發(fā)展。在美、加、澳、歐等國，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的實(shí)驗(yàn)研究以涉及小麥、玉米、大豆、甜菜、土豆等作物生產(chǎn)。不僅發(fā)達(dá)國家對精細(xì)農(nóng)作的技術(shù)實(shí)踐非常重視，巴西、馬來西亞等國亦已開始了試驗(yàn)示范應(yīng)用。 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系的實(shí)踐與發(fā)展，已經(jīng)引起一些國家科技決策部門的高度重視。美國國家研究委員會(huì)（National Research Counc

17、il）為此專門立項(xiàng)對有關(guān)發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行研究，經(jīng)過由美國科學(xué)院、美國工程院院士組織評估，于1997年發(fā)表了一份“Precision Agriculture in the 21st Century-Geospatial and Information Technologies in Crop Management”研究報(bào)告，全面分析了美國農(nóng)業(yè)面臨的壓力、信息技術(shù)為改善作物生產(chǎn)管理決策和改善經(jīng)濟(jì)效益提供的巨大潛力，闡明了“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”技術(shù)研究的發(fā)展現(xiàn)狀以及為信息產(chǎn)業(yè)和支持技術(shù)開發(fā)研究提供的機(jī)遇。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在美國、英國等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)形成為一種高新技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)合的產(chǎn)業(yè)，且已被廣泛承認(rèn)是發(fā)展持續(xù)農(nóng)業(yè)的重要途

18、徑。 目前，適應(yīng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系應(yīng)用的DGPS裝置，GIS適用平臺(tái)及農(nóng)作物資源空間信息數(shù)據(jù)庫管理軟件，作物生產(chǎn)決策支持模擬模型，帶DGPS接收機(jī)小區(qū)產(chǎn)量傳感器和產(chǎn)量分布繪圖裝置的谷物聯(lián)合收割機(jī)，自動(dòng)調(diào)控施藥、施肥機(jī)、播種機(jī)均已有商品化產(chǎn)品；支持農(nóng)田信息實(shí)時(shí)采集的田間土壤水份、N、P、K含量、pH值、有機(jī)質(zhì)含量、作物苗情、雜草分布等的傳感器技術(shù)，已有初步研究開發(fā)成果?？梢灶A(yù)言，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系的裝備技術(shù)發(fā)展，到本世紀(jì)末將會(huì)日新月異，有關(guān)新興產(chǎn)業(yè)將得到快速發(fā)展。 我國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的思想已經(jīng)為科技界和社會(huì)廣為接受，并在實(shí)踐上有一些應(yīng)用。如1992年北京順義區(qū)在1.5萬公頃的范圍內(nèi)用GPS導(dǎo)航開展了防治蚜

19、蟲的試驗(yàn)示范。在遙感應(yīng)用方面，我國已成為遙感大國，在農(nóng)業(yè)監(jiān)測、作物估產(chǎn)、資源規(guī)劃等方面已有廣泛的應(yīng)用。在地理信息系統(tǒng)方面，應(yīng)用更加廣泛，1997年遼寧省用GIS進(jìn)行下遼河平原農(nóng)業(yè)生態(tài)管理的應(yīng)用研究，吉林省結(jié)合其省農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)開發(fā)“萬維網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（GIS），北京密云縣完成以GIS技術(shù)建立的縣級農(nóng)業(yè)資源管理信息系統(tǒng)。在智能技術(shù)方面，國家863計(jì)劃在全國20個(gè)省市開展了“智能化農(nóng)業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用示范工程”。這些技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為我國今后精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展奠定了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，但這些研究與應(yīng)用大部分局限于GIS、GPS、RS、ES、MS單項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的結(jié)合，沒有形成精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)完整的技術(shù)體系。盡管如此

20、，隨著我國農(nóng)業(yè)技術(shù)和相關(guān)信息產(chǎn)業(yè)、工程制造業(yè)的發(fā)展，智能控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的技術(shù)必將得到不斷發(fā)展完善，且將擴(kuò)展到更為廣泛的設(shè)施農(nóng)作、養(yǎng)殖業(yè)和加工業(yè)的精細(xì)管理與經(jīng)營。 國際上精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的實(shí)踐表明，實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)要求信息技術(shù)、生物技術(shù)、工程裝備技術(shù)和適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)環(huán)境的經(jīng)營技術(shù)的集成組裝，綜合是其典型特征，技術(shù)集成是其核心，因此需要多部門、多學(xué)科聯(lián)合作戰(zhàn)。我國實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的近期目標(biāo)，一方面是總結(jié)國外發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)中國的國情找準(zhǔn)自己的切入點(diǎn)，另一方面切實(shí)做好有關(guān)應(yīng)用技術(shù)的研究開發(fā)，力求走出適合中國國情的精確農(nóng)業(yè)的發(fā)展道路。2.3 GPS測量誤差及應(yīng)對措施 與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差。主要有衛(wèi)星星歷誤

21、差、衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射天線相位中心偏差等；與傳播途徑有關(guān)的誤差。主要有電離層延遲誤差、對流層延遲誤差、多路徑效應(yīng)誤差等；與接收機(jī)有關(guān)的誤差。主要有接收機(jī)鐘差、接收機(jī)天線相位中心偏差、接收機(jī)軟件和硬件造成的誤差等；其他誤差影響。主要有GPS控制部分人為或計(jì)算機(jī)造成的影響、數(shù)據(jù)處理軟件的算法不完善對定位結(jié)果的影響等。對于系統(tǒng)誤差如衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星星歷誤差、電離層延遲誤差、對流層延遲誤差、多路徑效應(yīng)誤差等，可以采用各種模型或方法將其消除或減弱，而其他的隨機(jī)誤差只能用統(tǒng)計(jì)處理的方法，求出最佳值。3.GPS在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用 在現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系中，定位技術(shù)起到十分關(guān)鍵的作用。由于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是研究農(nóng)田

22、中小區(qū)的差異性，所以必須使用定位技術(shù)引導(dǎo)信息采集和田間作業(yè)。在目前精細(xì)農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用中，GPS技術(shù)以其快速高精度的定位結(jié)果成為首選。GPS技術(shù)的關(guān)鍵作用主要表現(xiàn)在如下3個(gè)方面:3.1 農(nóng)田作業(yè) 在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中， GPS的應(yīng)用必須與GIS緊密結(jié)合， GPS的定位信息通過GIS轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的圖形，同田間的各種信息結(jié)合，形成反映該信息的專題圖和處方圖，如肥力分布圖、病蟲害分布圖等。首先要生成田地邊界圖層，隨后的各項(xiàng)田間作業(yè)，如田間采樣、田間監(jiān)測、灌溉等，都要在邊界圖層上生成相應(yīng)的圖層，如采樣圖層、監(jiān)測圖層等。GIS中經(jīng)GPS定位形成的圖形數(shù)據(jù)為矢量結(jié)構(gòu)，其坐標(biāo)采用高斯平面坐標(biāo)，從GPS接收機(jī)得到的數(shù)據(jù)

23、經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到國家通用高斯平面坐標(biāo)后，其數(shù)值一般較大?，F(xiàn)行做法一般是以某一點(diǎn)為農(nóng)田平面坐標(biāo)的原點(diǎn)，建立農(nóng)田獨(dú)立坐標(biāo)系，用所有點(diǎn)的坐標(biāo)同該點(diǎn)坐標(biāo)相減，得到相對該點(diǎn)的平面坐標(biāo)，此時(shí)再對數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用。對于各個(gè)圖層，都要有田地識(shí)別號(hào)、日期、時(shí)間這些公共屬性，然后是各自的有關(guān)屬性。3.1.1 田地邊界層 使用GPS進(jìn)行田地邊界的測量，是目前精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中常用的方法。一般做法是用帶有GPS裝置的車輛(對于小面積的田地，人背負(fù)GPS裝置即可) ，繞田地邊界行走1圈， GPS接收機(jī)每秒鐘輸出1次數(shù)據(jù)，記錄下這一圈的所有點(diǎn)的位置信息，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而最終使田地邊界生成矢量化的數(shù)據(jù)。3.1.2 采樣層 田地各種

24、屬性的采集是通過田間采樣得到的。采樣一般使用柵格采樣法，確定采樣?xùn)鸥竦拇笮?，然后由GPS引導(dǎo)在柵格中心定點(diǎn)采樣。具體應(yīng)用時(shí)，確定柵格的大小后，則生成1個(gè)柵格的格網(wǎng)，覆蓋在邊界圖層上，確定柵格格網(wǎng)的起始坐標(biāo)后，即可確定柵格中心的坐標(biāo)，從而形成包含各采樣點(diǎn)坐標(biāo)的采樣層。3.1.3 作業(yè)層 每次進(jìn)行田間作業(yè)前，應(yīng)生成相應(yīng)的作業(yè)分布圖層，包括播種層、施肥層、噴藥層、施水層和收割層等。各作業(yè)層可以由GIS先根據(jù)采樣后的分析，根據(jù)相應(yīng)的專家系統(tǒng)或決策支持系統(tǒng)生成各作業(yè)處方圖層，然后由GPS進(jìn)行導(dǎo)航作業(yè)，生成記錄實(shí)際的作業(yè)層。3.2 農(nóng)機(jī)作業(yè)導(dǎo)航3.2.1 精準(zhǔn)施肥 傳統(tǒng)施肥方式因土壤肥力在地塊不同區(qū)域差異

25、較大，所以在平均施肥情況下，肥力低而其它生產(chǎn)性狀好的區(qū)域往往施肥量不足，而某種養(yǎng)分含量高而豐產(chǎn)性狀不好的區(qū)域則引起過量施肥。GPS為控制施肥提供空間定位和導(dǎo)航支持，基于GPS的變量施肥技術(shù)能根據(jù)不同地區(qū)、不同土壤類型、土壤中各種養(yǎng)分的盈虧情況、作物類別和產(chǎn)量水平，將微量元素與有機(jī)肥加以科學(xué)配方，做到有目的地科學(xué)施肥。3.2.2 精準(zhǔn)灌溉 精確灌溉既能滿足作物生長過程中對灌水時(shí)間、灌水量、灌水位置、灌水成分的精確要求，又能按照田間的每個(gè)操作單元的具體條件，精細(xì)準(zhǔn)確地調(diào)整農(nóng)業(yè)用水管理措施，最大限度地提高水的利用效率和利用率。在田間運(yùn)用GPS土地參數(shù)采樣器采集植物生長的環(huán)境參數(shù)，如土壤濕度、地溫等，

26、通過GPS中心控制基站利用專家系統(tǒng)進(jìn)行植物分析，可以調(diào)控植物生長環(huán)境，精確凋控節(jié)水灌溉系統(tǒng)。3.2.3 精準(zhǔn)噴藥 運(yùn)用GPS監(jiān)測病蟲草害是預(yù)測預(yù)報(bào)的新手段，通過GPS系統(tǒng)連接高質(zhì)量視頻攝像系統(tǒng)拍攝分析圖像，可以收集原始數(shù)據(jù)，監(jiān)測大田作物，得出田間病蟲草害分布大小位置，并可以通過逐次拍攝確認(rèn)害蟲的遷飛路線、種群數(shù)量和為害程度，以及病蟲草害發(fā)展方向及流行趨勢。3.2.4 精準(zhǔn)耕作 將GPS,GIS和精細(xì)農(nóng)業(yè)、旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)相結(jié)合，開發(fā)精細(xì)農(nóng)業(yè)和田間實(shí)時(shí)導(dǎo)航監(jiān)控相結(jié)合的地理信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了田間車輛多目標(biāo)監(jiān)控;建立農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備數(shù)據(jù)庫和查詢系統(tǒng)，可方便地進(jìn)行100多種農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備數(shù)據(jù)的查詢、添加、刪除

27、、保存等操作;通過獲取車輛的實(shí)時(shí)信息，調(diào)取地圖中的信息，將田間動(dòng)態(tài)的車輛信息與農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了信息的可交互性、可擴(kuò)展性和通用性。3.3 農(nóng)田產(chǎn)量監(jiān)測 目前，先進(jìn)的谷物聯(lián)合收割機(jī)均裝配了GPS接收機(jī)和產(chǎn)量監(jiān)控器，產(chǎn)量監(jiān)控器所獲得的產(chǎn)量數(shù)據(jù)可以通過GIS技術(shù)繪制成產(chǎn)量圖直觀表達(dá)出來，結(jié)合土壤分布情況，可提出當(dāng)前影響作物產(chǎn)量的相關(guān)因素，幫助種植者評估天氣、土壤養(yǎng)分和作業(yè)管理對作物產(chǎn)量的影響，為翌年生產(chǎn)布局和科學(xué)施肥提供決策參考，實(shí)行更精細(xì)的田間養(yǎng)分管理。產(chǎn)量監(jiān)控器由谷物流量傳感器、地面速度傳感器、谷物濕度傳感器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備和衛(wèi)星接收機(jī)等部件組成。在收獲大多數(shù)谷物時(shí)，傳感器置于收

28、割機(jī)內(nèi)谷物流經(jīng)的地方，測量谷物的流速和濕度，根據(jù)收割谷物時(shí)收割機(jī)實(shí)時(shí)的具體位置進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，用流速除以收割面積即可得出單位面積產(chǎn)量。在這個(gè)過程中， GPS接收機(jī)是產(chǎn)量監(jiān)控器必不可少的組件之一，在農(nóng)田產(chǎn)量監(jiān)測中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。4. 結(jié) 論 我國是世界農(nóng)業(yè)大國，人口多耕地少的基本國情決定了解決糧食問題的根本出路在于發(fā)展現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。無容置疑，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)必將成為新世紀(jì)農(nóng)業(yè)高新技術(shù)的熱門課題。我國連續(xù)幾年中央“一號(hào)文件”的發(fā)布，對于改變傳統(tǒng)落后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，大力發(fā)展現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化而言是一個(gè)有力的契機(jī)。應(yīng)當(dāng)抓住這個(gè)難得的機(jī)遇，以先進(jìn)科技為支撐，大力發(fā)展現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。 我國各地的自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件差異明顯農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平差距較大,農(nóng)業(yè)集約化總體水平較低GPS在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用極大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率,大大的提高了經(jīng)濟(jì)效益,從而使得精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的實(shí)踐得到迅速的推廣。現(xiàn)在兩者的結(jié)合只是初淺的涉及到精準(zhǔn)施肥、灌溉、防治病蟲