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1地理信息技術(shù)

地理信息技術(shù)是以現(xiàn)代信息技術(shù)為技術(shù)基礎(chǔ),以全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感(RS)等空間信息技術(shù)為手段,以計算機、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)為技術(shù)支撐,為實現(xiàn)快速、高保真、大容量地獲取、處理、分析、應(yīng)用、傳輸、存儲和管理與空間位置有關(guān)的數(shù)據(jù)而建立起的一個技術(shù)體系。地理信息技術(shù)的快速發(fā)展為農(nóng)業(yè)數(shù)字化建設(shè)和自動化、智能化管理提供堅實的技術(shù)基礎(chǔ),并逐漸成為以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系的核心技術(shù)。然而,國內(nèi)外關(guān)于地理信息技術(shù)應(yīng)用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的研究基本上仍是集中于面向大田作物生產(chǎn)的精準(zhǔn)農(nóng)作中的3S技術(shù)應(yīng)用,而沒有較全面地研究地理信息技術(shù)在整個精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)體系中的地位和作用。本文旨在探討地理信息技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用前景和問題,為3S技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中應(yīng)用提供思路。

2地理信息技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

以GPS/GLONASS,以及歐盟即將通過“伽利略”計劃建立起的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)為代表的全球衛(wèi)星定位技術(shù)具有快速、方便地獲取高精度位置信息的優(yōu)勢。目前,差分定位(DifferentialGPS,簡稱DGPS)系統(tǒng)的定位精度可達到亞米級水平,實時動態(tài)差分(RealTimeKine-matic,簡稱RTK)技術(shù)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(shù)據(jù)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(wèi)星定位技術(shù)將在很多領(lǐng)域逐漸取代常規(guī)的光學(xué)和電子測量定位儀器。衛(wèi)星定位技術(shù)與現(xiàn)代通訊技術(shù)的結(jié)合,使空間定位技術(shù)發(fā)生巨大變革,為信息化農(nóng)業(yè)獲取高精度定位信息提供了技術(shù)保障。遙感技術(shù)蓬勃發(fā)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(shù)據(jù)。極高分辨率的衛(wèi)星遙感影像(如0.61m分辨率QuickBird)民用化和商業(yè)化,能夠滿足大比例尺的農(nóng)業(yè)、資源環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用,將成為信息獲取的重要數(shù)據(jù)源。高光譜遙感的發(fā)展,展現(xiàn)出遙感在農(nóng)業(yè)中應(yīng)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(shù)和智能專家系統(tǒng)使遙感信息提取邁上一個新的臺階[9]。地理信息系統(tǒng)正向網(wǎng)絡(luò)化、組件化發(fā)展[10],GIS逐步融入IT主流,其應(yīng)用正走向企業(yè)化和社會化。GIS傳統(tǒng)功能日臻完善,如查詢統(tǒng)計、空間分析、編輯、地理數(shù)據(jù)可視化、制圖等;系統(tǒng)分析和設(shè)計全面采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)(OOA&OOD),以及空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展等都為GIS在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用提供很強的理論和技術(shù)基礎(chǔ)[11]。所有這些核心地理信息技術(shù)的發(fā)展為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)田間信息獲取、分析、管理和決策,以及系統(tǒng)集成研究與實踐提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

3精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)思想

3.1精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的技術(shù)思想

上世紀80年代初期,根據(jù)農(nóng)田內(nèi)以米為單位的小區(qū)作物產(chǎn)量、生長環(huán)境條件等具有明顯的時空差異性,國外學(xué)者產(chǎn)生了對農(nóng)作物實施定位管理(Site-specificManagement)、根據(jù)實際需要進行變量投入(VariableRateTechnology)等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準(zhǔn)管理思想,進而提出了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)(PrecisionAgriculture)的概念。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的思想實質(zhì)就是通過各種技術(shù)手段來獲取農(nóng)田內(nèi)不同單元小區(qū)的農(nóng)作物具體生產(chǎn)環(huán)境信息,并根據(jù)這些信息確定各個小區(qū)內(nèi)的最為經(jīng)濟和科學(xué)合理的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入,達到獲得經(jīng)濟、環(huán)境等方面最高回報的目的,從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準(zhǔn)管理[2,3]。

3.2精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)強調(diào)經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益的統(tǒng)一,實現(xiàn)定位、定量、定時的最優(yōu)化生產(chǎn)管理,由此可見,精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是一種基于空間信息管理和變異分析的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)管理策略和農(nóng)業(yè)操作技術(shù)體系,以地理信息技術(shù)為主體的信息技術(shù)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的技術(shù)核心,基于知識和先進技術(shù)的現(xiàn)代農(nóng)田精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系至少包括以下方面:地理信息技術(shù)(GIS、RS、GPS)、生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)(ES)、決策支持系統(tǒng)(DSS)、工程裝備技術(shù)等[13]。通常所說的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的核心是強調(diào)減少種植管理過程中的農(nóng)業(yè)投入,因此研究將精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)分為田間信息獲取、信息分析處理、決策分析、精準(zhǔn)實施4個過程[12]。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的目標(biāo)不單是盡量減少投入,更重要的是要獲得經(jīng)濟、環(huán)境等方面的最高回報,因此筆者認為整個精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)種植循環(huán)過程應(yīng)該經(jīng)過產(chǎn)前規(guī)劃、產(chǎn)中種植管理、產(chǎn)后分析、產(chǎn)后加工和產(chǎn)后銷售等5個環(huán)節(jié)。其中產(chǎn)中種植管理是體現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)核心思想的重要環(huán)節(jié),幾乎涉及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系中的所有技術(shù)。目前,國內(nèi)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(shù)、信息處理與分析方法、決策分析集成系統(tǒng),以及攜帶DGPS的智能農(nóng)機系統(tǒng),這些正是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實施和推廣必須解決的關(guān)鍵技術(shù)。

3.3精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀90年代以來,發(fā)達國家許多學(xué)者著力于研究運用高新技術(shù)提高農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率和農(nóng)資利用率,以達到經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益的最大統(tǒng)一,最終實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)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(nóng)業(yè)技術(shù)的示范應(yīng)用系統(tǒng)[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(jīng)獲得較好的效果,精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在大農(nóng)場生產(chǎn)中已得到較廣泛的應(yīng)用,并且許多成熟的技術(shù)已經(jīng)形成。據(jù)統(tǒng)計,到1995年,美國約有5%的作物面積上不同程度地應(yīng)用了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)[12],在西方發(fā)達國家,精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)思想也逐漸被農(nóng)場管理人員了解和接受,并且成立了許多以精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)為基礎(chǔ)的服務(wù)機構(gòu)。近年來不僅西方發(fā)達國家對精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的技術(shù)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(nóng)業(yè)研究的人員首先開始了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究,隨后生物技術(shù)、信息技術(shù)、地理科學(xué)和生態(tài)學(xué)研究人員對此表示了濃厚的興趣,并且先后開展了關(guān)于技術(shù)體系、發(fā)展策略等方面的研究[14～23]。但從總體上我國對精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的研究還處在引進和消化吸收階段,還沒有形成較為系統(tǒng)的學(xué)術(shù)思想和技術(shù)體系。目前已經(jīng)在北京和上海建成兩個精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)示范區(qū)。

4地理信息技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中應(yīng)用

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)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(xiàn)精準(zhǔn)的定位和定量的田間管理,因此,地理信息技術(shù)應(yīng)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中扮演重要的角色。國外關(guān)于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的研究基本上仍是集中于利用3S空間信息技術(shù)和作物生產(chǎn)管理決策支持技術(shù)(DSS)為基礎(chǔ)的、面向大田作物生產(chǎn)的精準(zhǔn)農(nóng)作技術(shù),而沒有較全面地研究地理信息技術(shù)在整個精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)體系中的應(yīng)用。

4.1全球定位系統(tǒng)應(yīng)用

GPS技術(shù)為土壤類型、土壤肥力特性、水分、作物生長發(fā)育狀況、病蟲草害及農(nóng)作物產(chǎn)量等田間信息采樣和決策方案的田間實施提供準(zhǔn)確的空間位置信息。在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中,GPS作用主要有三點:控制測量、農(nóng)田信息采集定位(采樣定位和遙感信息定位)和控制導(dǎo)航。目前,GPS應(yīng)用研究主要在研制基于移動電腦或掌上電腦的農(nóng)田信息采集系統(tǒng)和攜帶GPS接收機的智能農(nóng)機系統(tǒng)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(zhǔn)農(nóng)業(yè)農(nóng)田信息采集的需要;美國Trimble公司的AgGPS160PortableComputer能實現(xiàn)田間成圖、各種作物及其生長環(huán)境屬性信息記錄、獲取來自各種田間環(huán)境傳感器的信息。智能農(nóng)業(yè)機械在田間進行農(nóng)作生產(chǎn)時通過GPS獲取的精確定位信息實施導(dǎo)航監(jiān)控,同時能夠?qū)崟r獲得農(nóng)作物生長狀態(tài)信息和與之相關(guān)的空間位置信息。目前智能農(nóng)機應(yīng)用研究最為成功的是帶有GPS定位系統(tǒng)的能夠獲取田間作物產(chǎn)量信息的聯(lián)合收割機[24]。變量施用機具是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的田間實現(xiàn),國內(nèi)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(zhǔn)農(nóng)業(yè)變量施用技術(shù)的第一項內(nèi)容,也是研究最多的項目,但無論如何,單純用于農(nóng)田信息采集的軟件系統(tǒng)將隨著遙感在農(nóng)田信息獲取應(yīng)用的不斷深入而被淘汰,取代它的將是集成GPS的遙感系統(tǒng)與智能農(nóng)機系統(tǒng)?？梢灶A(yù)見,集成GPS的遙感成像系統(tǒng)將在獲取田間“空間差異”信息方面發(fā)揮巨大作用。

4.2遙感應(yīng)用

田間時空變異信息獲取方式有傳統(tǒng)田間采樣測試、GPS田間信息采集、智能農(nóng)機系統(tǒng)作業(yè)采集和多平臺遙感信息采集系統(tǒng)。然而遙感能夠以“無損測試”方式方便、及時、準(zhǔn)確地獲取反映較大面積內(nèi)的“面狀”地物性質(zhì)與狀態(tài)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(xiàn)大面積情況下作物長勢與營養(yǎng)實時診斷中發(fā)揮不可替代的作用。目前遙感應(yīng)用研究主要集中在對地面光譜測量數(shù)據(jù)和采樣測試相關(guān)數(shù)據(jù)的分析,建立遙感數(shù)據(jù)與土壤狀況或作物生物物理化學(xué)參數(shù)(如葉面積指數(shù)、葉綠素含量、土壤特性等)之間的相關(guān)關(guān)系,結(jié)合作物生態(tài)生理過程間接獲取作物農(nóng)學(xué)特性(作物冠層營養(yǎng)水平、籽粒與生物質(zhì)產(chǎn)量、質(zhì)量等信息)。在大面積農(nóng)作物宏觀長勢監(jiān)測、農(nóng)作物宏觀估產(chǎn)、農(nóng)情宏觀預(yù)報、農(nóng)業(yè)資源調(diào)查等方面,遙感已經(jīng)發(fā)揮其應(yīng)有的作用,而且研制出了可行的技術(shù)路線[28,29],如東北玉米、華北小麥和南方水稻估產(chǎn)精度達到90%以上。高光譜遙感是遙感發(fā)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(shù)據(jù)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(qū)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(xué)信息是研究理解植被生態(tài)系統(tǒng)過程和生理機制的重要參數(shù),是診斷植物營養(yǎng)狀況的重要依據(jù),國內(nèi)外許多學(xué)者已經(jīng)涉足高光譜遙感在植被生物物理信息和生物化學(xué)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(yīng)用帶來了強大的活力,通過分析高光譜植被指數(shù)與農(nóng)作物特征的關(guān)系,選擇表征農(nóng)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(xué)信息。在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)體系中,遙感(特別是高光譜遙感)將為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實施提供大量的田間時空變化信息,遙感技術(shù)將成為監(jiān)測土壤和作物養(yǎng)分變化、水分脅迫和病蟲害等的主要數(shù)據(jù)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(xué)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(yǎng)分和生化參數(shù)的儀器和工具,如NDVI測量儀、LAI測量儀、谷物品質(zhì)測量儀等,這在衛(wèi)星和航空遙感技術(shù)進一步發(fā)展和成熟前,正在被發(fā)展為高密度獲取農(nóng)田信息的技術(shù)手段。

4.3地理信息系統(tǒng)應(yīng)用

GIS在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)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(guī)劃、種植管理、產(chǎn)后分析、產(chǎn)后加工及銷售的整個種植循環(huán)過程。這要歸功于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實施對空間信息的依賴性。在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)體系中,GIS不再是一個孤立的系統(tǒng),而是圍繞精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)核心思想而提供較全面的地理信息服務(wù)的平臺,而且該平臺與其它系統(tǒng)或用戶之間通過信息交換而緊密聯(lián)系。概括來說,這種地理信息服務(wù)主要包括信息管理服務(wù)、信息交換與更新服務(wù)、信息決策分析服務(wù)和信息服務(wù)等4項,如圖2所示。

4.3.1農(nóng)田信息管理

農(nóng)田信息具有多源性,具體表現(xiàn)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(tǒng)或數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)組織的復(fù)雜性。通過GIS平臺,在融合多源數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立農(nóng)田管理系統(tǒng),實現(xiàn)對多源、多時相農(nóng)田信息的有序管理和分析,這是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實施的基礎(chǔ),其作用表現(xiàn)在數(shù)據(jù)組織和集成管理、空間分析查詢、空間數(shù)據(jù)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(chǔ)信息,也為田間變量實施決策分析提供信息源,因此農(nóng)田地理信息系統(tǒng)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實施的信息管理員。目前GIS在國外精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)應(yīng)用中還處在農(nóng)田邊界圖管理、土壤肥力管理、產(chǎn)量分布圖管理分析和GIS制圖階段,并沒有充分發(fā)揮GIS應(yīng)有的作用,相應(yīng)的管理軟件也不成熟。雖然經(jīng)過幾十年的發(fā)展,國外許多GIS產(chǎn)商開發(fā)了諸如ArcGIS產(chǎn)品系列、MapInfo系列等通用GIS軟件,但這些軟件與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關(guān)的功能只是很小一部分,而且它們價格昂貴。然而,應(yīng)用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的GIS應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)該是小型廉價且適用的農(nóng)場信息系統(tǒng)FIS(FarmInformationSystem)。因此根據(jù)農(nóng)業(yè)信息采集、存儲和處理分析的特點,研發(fā)功能針對性強的FIS是農(nóng)業(yè)GIS發(fā)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(wù)是服務(wù)平臺的重要組成部分。數(shù)據(jù)是系統(tǒng)的血液,平臺的生命力在于信息的現(xiàn)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(shù)據(jù)更新;二是周期性的全局數(shù)據(jù)更新。信息交換是信息進出服務(wù)平臺的通道,解決服務(wù)平臺與各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換問題。遙感信息的特點決定了它必將成為農(nóng)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(zhǔn)農(nóng)業(yè)的信息,如土壤水分、作物冠層生化參數(shù)等,而需要通過分析建立遙感信息與土壤和作物生長狀態(tài)相關(guān)的參數(shù)之間的關(guān)系,這是限制遙感信息應(yīng)用與農(nóng)業(yè)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(shù)據(jù)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(tǒng),開發(fā)服務(wù)于具體應(yīng)用的遙感和GIS集成系統(tǒng),是GIS應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的又一個重要方向。

4.3.3決策分析

決策分析服務(wù)是整個地理信息服務(wù)平臺的核心部分,利用已有的信息,根據(jù)不同應(yīng)用目的,集成相應(yīng)的知識和模型,分析生成供決策服務(wù)的知識,這是地理信息技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的首要目的。信息分析服務(wù)是一個知識挖掘的過程,其關(guān)鍵是GIS與專家系統(tǒng)、模型庫系統(tǒng)集成,其集成程度決定分析效率和分析結(jié)果的可靠性。決策分析可以歸納為產(chǎn)前規(guī)劃評價分析、產(chǎn)中監(jiān)測與控制分析,以及產(chǎn)后分析與銷售管理。規(guī)劃評價主要利用區(qū)域自然要素、社會經(jīng)濟要素、產(chǎn)量歷史數(shù)據(jù)、作物品種特性等進行農(nóng)業(yè)區(qū)的規(guī)劃、種植區(qū)劃、作物種植適宜性評價和作物品質(zhì)區(qū)劃,這方面的GIS應(yīng)用研究取得了一定的進展[32,33]。實現(xiàn)以高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)和實時管理為目標(biāo),為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供一個合理、詳細、完整的農(nóng)田作業(yè)規(guī)劃,它是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實施的基礎(chǔ)。如通過分析產(chǎn)量數(shù)據(jù)、肥力水平和作物生長的適宜性,選擇合適的品種、肥料和農(nóng)業(yè)機械設(shè)備,制定合理的耕作計劃。監(jiān)測與控制分析是信息分析決策服務(wù)的一個重要內(nèi)容,是最能體現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)核心思想的內(nèi)容。將GIS作為決策分析的平臺為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實施提供決策和控制的依據(jù)是其在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的另一個發(fā)展方向。通過GIS集成作物栽培管理輔助決策支持系統(tǒng)與作物生產(chǎn)管理與長勢預(yù)測模擬模型、投入產(chǎn)出模擬模型和智能化農(nóng)作專家系統(tǒng),根據(jù)作物長勢和其背景狀況做出診斷,提出科學(xué)處方,調(diào)控操作。將不同類型的地理數(shù)據(jù),如土壤、作物、氣象和土地歷史等,與水分運動、溶質(zhì)運移、農(nóng)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(chǎn)生支持定位實施的“農(nóng)作處方”,這一切都需要集成模擬模型和專家系統(tǒng)的GIS應(yīng)用服務(wù)平臺的支持。也正是GIS的這一功能才使得用于變量作業(yè)的農(nóng)藝處方生成得以實現(xiàn),同時也能夠通過專家系統(tǒng)實現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實施中的自動控制。國內(nèi)有學(xué)者開始研究采用GIS進行施肥推薦處方生成[30,31]。

4.3.4產(chǎn)后分析與銷售管理

從精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實施的經(jīng)濟效益和產(chǎn)業(yè)化角度考慮,GIS在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用并沒有隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)田間實施全過程的結(jié)束而終止,它還在后續(xù)工作中起著重要作用。利用產(chǎn)后產(chǎn)量分析為下一種植循環(huán)的規(guī)劃提供決策信息,這是當(dāng)前國外精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)體系中注意得比較多的一項內(nèi)容,但僅此而已,它們并沒有從市場銷售角度考慮GIS的應(yīng)用。目前,作物生產(chǎn)已開始由單純追求高產(chǎn)模式向優(yōu)質(zhì)、專用和高效的方向轉(zhuǎn)變,利用品質(zhì)監(jiān)測信息可用于指導(dǎo)糧食分類加工,大幅度提高加工品質(zhì)和附加值,這是產(chǎn)后基于GIS分析的又一個內(nèi)容。市場分析是根據(jù)作物產(chǎn)量和品質(zhì),以及社會經(jīng)濟要素進行分析,用于指導(dǎo)糧食銷售價格和銷售方向,從而提高糧食生產(chǎn)的經(jīng)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(guān)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(fā)為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)服務(wù)的產(chǎn)后市場分析和銷售管理的應(yīng)用軟件是GIS應(yīng)用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的一個重要補充,具有較大應(yīng)用前景。

4.3.5空間信息

利用GIS進行空間信息服務(wù)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)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(jié)果信息。的空間信息可以包括農(nóng)田作物長勢監(jiān)測信息、作物產(chǎn)量及品質(zhì)監(jiān)測和預(yù)測信息、產(chǎn)品供需分布信息等,空間信息將使地理信息技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用走向社會化,這是產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要方向。

5應(yīng)用前景與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

實施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)不但可以最大限度提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)實生產(chǎn)力,而且是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的有效途徑。因而精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)被認為是21世紀農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的前沿,是科技含量最高、集成綜合性最強的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理技術(shù)之一。它的應(yīng)用實踐和快速發(fā)展將使人類充分挖掘農(nóng)田最大的生產(chǎn)潛力、合理利用水肥資源、減少環(huán)境污染、大幅度提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)成為可能。實施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)也是解決我國農(nóng)業(yè)由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中所面臨的確保農(nóng)產(chǎn)品總量、調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和質(zhì)量、資源嚴重不足且利用率低、環(huán)境污染等問題的有效方式,將在世紀之交成為我國農(nóng)業(yè)科技革命的重要內(nèi)容。

地理信息技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用為地理信息技術(shù)應(yīng)用開拓了一個領(lǐng)域,也為地理信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展孕育了新的增長點。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)要從“示范基地”走向?qū)嵱没彤a(chǎn)業(yè)化,“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”示范工程研究是地理信息技術(shù)應(yīng)用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究的切入點。在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)應(yīng)用中,地理信息技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化必需從以下幾個方面著手:1)利用GIS技術(shù)建立農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng),這是農(nóng)業(yè)信息化的基礎(chǔ);2)加強地理信息技術(shù)相關(guān)理論和技術(shù)研究,如多源數(shù)據(jù)融合、從遙感影像中作物理化參數(shù)快速提取、GIS與專家系統(tǒng)及專業(yè)應(yīng)用模型集成、GIS、GPS與專家系統(tǒng)集成智能作業(yè)系統(tǒng);3)開發(fā)針對性強、成本低廉的實用系統(tǒng),如農(nóng)田信息管理系統(tǒng)、農(nóng)田變量施肥處方生成系統(tǒng)等,這是產(chǎn)業(yè)化的最佳途徑,精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化不可能是將整個體系作為一個整體提供給用戶;4)成立遙感信息服務(wù)機構(gòu),集中人才優(yōu)勢,充分利用遙感影像信息提取所需的昂貴軟硬件,降低信息提取的成本,為廣大農(nóng)田管理或糧食收購工作人員提供信息服務(wù)。目前,精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)體系基本上是面向農(nóng)田作物的,更確切的說是一種“精細農(nóng)作(PrecisionFarming)”,整個技術(shù)要進一步轉(zhuǎn)向包括養(yǎng)殖、加工、市場服務(wù)等在內(nèi)的大農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,因此地理信息技術(shù)將具有更加廣闊的前景。