湖南农业大学课程论文
学 院： 工学院 班 级：土工程一班 姓 名： 全政 学 号：201140664103 课程论文题目：GPS在精细农业中的应用 课程名称：精细农业及智能农业装备 评阅成绩： 评阅意见：
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GPS在精细农业中的应用
学生：全政
(工学院土木工程一班，学号201140664103)
摘 要：精细农业是国外研究的重点, 而GPS 在其中的应用又是这一领域的一个热点。本文介绍了GPS 在精细农业中的作用及精细农业对GPS 的要求, 重点阐述了精细农业的工作流程、GPS 在精细农业中的应用流程及GPS 在“3S”技术整体应用中的关键地位, 并在文章的最后对GPS 的应用前景做出展望。
关键词： GPS; 精细农业
本学期的精细农业及智能农业装备的选修课，我了解到一些GPS的基本理论知识——包括GPS的产生、定义、发展前景，以及它的组成、信号结构等，了解了GPS定位中的各种主要的误差来源，学会了怎样通过不同的GPS测量方法来减小误差。这么课程范围很广，其中涉及到一些最新的农业装备问题，我主要谈谈GPS技术在精细农业中的应用。
一、精细农业简介
世界农业的发展大致有三个阶段：原始农业、传统农业、现代农业。现代农业与信息化的结合是未来农业的发展方向。精细农业就是现代信息技术应用于农事管理的现代化农业技术，是当今世界农业发展的新方向，精细农业是一场真正意义的农业技术革命。
随着科技的发展和农业生产市场化程度的提高,在降低成本、提高产量、发展绿色农业以及农业可持续发展等方面的要求,需要新的农业模式的出现。美国率先提出了精准农业得到构想,以智能化监控技术以及农业专家系统共同构成了精细农业早期技术基础。随后,美国将GPS(全球定位系统)技术应用到农业生产领域,标志着精细农业技术体系的初步形成,1992年4月在美国召开第1次精细农业学术研讨会,随后精细农业这一概念逐渐被人们所接受。精细农业(Precision Agricultural)，也叫精准农业或精确农业，是20世纪80年代初发展起来的一门跨学科新兴综合的以获得农田高产、优质、高效的现代农业生产模式和技术。
精细农业是指以信息技术来支持现代化农业操作与管理,根据农作物生长的土壤环
2 境和温度、湿度、光照等影响因素,来对作物进行管理,提高农作物的产量质量，从而实现农业的优质、高产、低耗和环保的可持续发展。GPS是精细农业进行的基础,通过实时观测作物的生长的状况，计算作物密度，观察作物的疫病情况,指定有针对性的方法,在取得最大的经济利益的情况下，减少污染，保护生态,实现农业的可持续发展。
二、全球定位系统（Global Positioning System）
全球定位系统[1](Global Positioning System,GPS)是20世纪70年代由美国国防部研制,历时20余年,耗资数百亿美元,于1994年全面建成并投入使用。GPS系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统,具有全能性(陆地、海洋、航空和航天)、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能,能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。
GPS系统由空间卫星星座、地面控制系统、用户接收机系统3部分组成。其卫星星座部分由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成,卫星有6个轨道面,高度20 200 km,轨道倾角55°,卫星运行周期11 h 58min,载波频率为1 575.4 MHz和1 227.60MHz。卫星通过天顶时,卫星可见时间为5h,在地球表面任何时刻,在高度角15°以上,平均可同时观测到6颗卫星,最多可达9颗卫星。
GPS系统在精确农业实施过程中异常重要，它一方面将农田各种信息给予准确定位，并输入到GIS，另一方面也是农机作业轨迹的依据。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，可以准确指示机具所在位置的坐标，使操作人员可以按计算机上GIS操作指示图进行定点作业。
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的差分校正全球卫星定位技术（DGPS，Differential Global Positioning System）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、作物产量小区定位计量、变量作业农业机械实施定位处方施肥、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的基础设施，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、作业调度中的定位服务，其农业应用技术开发的前景广阔。
三、GPS在精细农业中的应用
GPS的快速度、高精度、低成本、简单操作等特点,能快速准确地获取研究区域内农业资源的空间位置信息,提供大量其他常规手段难以得到的资源信息。
据统计在美国有10%的小麦,25%的黄豆,30%的玉米地都采用了农田监视器[2]。
通过阅读一些论文发现：GPS在精准农业中主要应用于以下几个方面。
(1)用于田间地块土壤信息采样点位置坐标的获取;
(2)用于农业机械在田间作业时的导航定位;
(3)用于田间工作管理。
精细农业对GPS 也提出了相应的技术要求, 主要有以下几个方面:
(1)根据田间作业目标GPS 定位精度要求不同, 田间采样精度最高可以达到1～3m;
(2)要求GPS 定位坐标与田间作业区地理信息系统的坐标系统一致;
(3)从信息系统数据库中提取田间管理实施文件;
(4)要求在屏幕上按设计航线导航, 实时进行导航。
智能化农业机械作业的动态定位,即根据管理信息系统发出的指令,实施田间播种、施肥、灌溉、排水、喷药和收获的精确定位。
（1）GPS与精确施肥
GPS为控制施肥提供空间定位和导航支持,基于GPS的变量施肥技术能根据不同地区、不同土壤类型、土壤中各种养分的盈亏情况、作物类别和产量水平,将微量元素与有机肥加以科学配方,做到有目的地科学施肥。
（2）GPS与精准灌溉
在田间可以运用GPS土地参数采样器采集植物生长的环境参数,如土壤湿度、地温等,再通过GPS中心控制基站利用专家系统进行植物分析,调控植物生长环境,精确调控节水灌溉系统。
（3）GPS与精准喷药
运用GPS监测病虫草害是预测预报的新手段,通过GPS系统连接高质量视频摄像系统拍摄分析图像,可以收集原始数据,监测大田作物,得出田间病虫草害分布大小位置,并可以通过逐次拍摄确认害虫的迁飞路线、种群数量和为害程度,以及病虫草害发展方向及流行趋势。
如要对大面积农田集中进行喷药,则可选择装有差分GPS(DGPS)的飞机。DGPS航空导航系统可以引导飞行员从机场直接前往作业区,在已设计的航线和高度飞行喷洒药物,若飞行员加满药物再次返回作业区时,系统还能让飞机到达上次药物喷洒停止时的准确地点,以便确保既无重复喷洒又无遗漏区域。
四、GPS 在精细农业中的应用前景
GPS 的应用越来越广泛, 已经深入社会生活的每一个角落, 虽然GPS 在精细农业中的应用研究是刚刚开始起步,但GPS在精细农业中起的作用却是不可低估的, 现在它不仅在农业的采样施肥过程中进行导航,而且作为一个中间环节, 把精细农业中的
4 各部分有机地联系在一起。随着科学技术的进一步发展, GPS 导航精度的提高、设备成本的不断降低以及农业自动化水平的提高, 精细农业将会越来越广泛地得到应用。
参考文献
[1]徐绍铨,张华海,杨志强,等.GPS测量原理及应用[M].武汉:武汉大学出版社,2006.[2]Fountas S,Blackmore S.Farmer Experience with Precision Agriculture in Denmark and the US Eastern Corn Belt[J].Precision Agriculture,2005,6:121~141.[3]Cordees L,Cariou C,Berducat M.Combine Harvester Control Using Real Time Kinematic GPS[J].Precision Agriculure,2000,(2):147~162.[4]刁承军,胡伟.关于精准农业发展的探讨[J].农机市场,2003,8:16~18.
