GPS技术在现代农业生产中的应用

        GPS技术是通过接收卫星信号，从而实现地面或者空中移动物体的准确定位。目前各款GPS接收机中，在农业领域中应用比较普遍的是美闰Trimble公司生产的AgGPS132接收机，该接收机功能最全面,有较好的性价比。该接收机是一个双通道、全数字、低噪声的接收机，共有12个卫星搜索通道，通过Port　A和Port　B输出RTCM、TSIP、NMEA格式数据和CAN信息，与GPS接收机相连接的农业设备通过处理该数据串，读出作业设备当前的位置信息，实现设备的准确定位作业。目前，实行信号差分是提高定位精度的方法之一，低成本的GPS定位设备由于没有差分功能，因此定位的误差要较信号经过差分后的误差大。

一、全球定位技术在现代农业信息中的应用

　　随着现代农业技术的发展，农业生产的决策在很大程度上克服了过去传统凭经验决策的管理方式，农业信息技术在生产中的应用得到了极大加强，与作物生产有关的农业信息获取成为现代农业生产技术发展的重要标志，在 GPS技术没有获得应用以前，这些民间采集的信息只能与整个地块的作物生长属性联系在一起，具体到一个地块内部实现多点信息人工记录既费时又容易发生错误。目前农业信息的获取实现了不同平台的多时像获取,包括卫星遥感、航空遥感、高架车、传感器地面实时采集。在这些信息的获取过程中都实现了与GPS信息的实时集成，实现了采集信息与地理坐标的有机统一，增加了农业生产管理的实时性和准确度。

　　澳大利亚 Agrecon公司是一个从事遥感与地理信息系统技术研究和开发的机构。它为用户提供广泛且经信息增值处理的遥感图像与其他空间数据，对农作物进行估产与预报，并把获得的空间数据信息通过先進的技术处理后，在国际范围内为用户提供有关自然资源、农业、环境、政府决策、法律、银行与保险、公共设施、通讯等方面的信息咨询服务，自成立以来，该公司已在空间数据信息的研究、开发、应用以及用户服务方面积累了丰富的经验，目前已形成具有自己特色的研究与开发体系。

　　随着全球定位系统的应用与普及，农业生产领域通过 GPS的准确定位，可以确定卫星图片在地面的准确位置，从卫星图像上可以获得相应土地的土壤变化，实现地形监测，也可根据作物营养状况的信息，预测该区域内作物的最终产量。生产者也可根据获得的卫星图像确定作物不同生长时期的营养状况，针对每块土地的具体情况采用不同的管理方式，确定合理的施肥方案，获得最佳的产投比。由于灌溉水、陈草剂、杀虫剂及化肥的使用得到了最优控制,这样在增加了产量的同时也减小了过量施用化肥及农药给环境造成的污染，、

　　中闰过去在全国范围的土壤普查时投入了大量的人力和物力，但是这些调查结果的利用效率在全国范围不尽理想。因为在调查过程中都是根据区域的土壤特点和实际的养分状况确定土壤采样点，因而多年后土壤养分的测定结果很容易发生位置上的混淆，影响到普查结果的应用范围。而利用 CPS进行土壤定位采样则可以将采样点坐标与土壤化验结果利用计算机通过地理信息技术进行统一管理，在地理信息系统中显示和存储相关采样及化验信息，信息既直观又不容易发生错误。

　　过去病虫害的调查也多是通过分布在各地的调查人员进行逐级上报汇总 ,从而完成整个地区的病虫害调查，由于病虫害的发生具有时间短传染快的特点，闪而很容易造成这些病害的大面积流行。通过利用GPS技术，信息采集人员通过带有GPS信息的采集仪器将这些病害发生区域的有关信息通过互联网或者手机短信的方式发送到政府决策部门，决策部门就可以实时地将这些信息显示在计算机终端上，绘制出病虫害发生的区域分布和蔓延趋势图，根据这些信息制定相关的防治措施，从而减少病虫害造成的损失。

　　随着经济全球化的发展 ,与农业有关的农产品销售也开始利用GPS技术。目前，具有推广前景的是带有CPS接收装置的农产品报价系统，该系统把GPS信息与当地的农产品价格信息集成在一起传送至市场管理中心，市场管理中心就可以根据最短路径实现农产品的最佳调度，减少农产品的运输成本。

二、全球定位技术在农业机械作业中的应用

　　近年来，联合收割机计产收获系统在北美地区的玉米、小麦、大豆、甜菜，马铃薯等作物的收获上得到了应用。该系统主要目的是在机械收获过程中可以获得和地块粮食产量相配套的单独数据点，这些数据点通过 GPS位置坐标被区分开来，地块每——处的粮食产量数据与其地理坐标结合在一起，通过识别相应位置的地理坐标就可获得对应点处的粮食产量。

　　农业机械进行田间作业时，在 GPS系统的帮助下能够准确实时地获得其所在的地理位置坐标，因而对土壤实施定点管理目前成为一项比较成熟的技术获得推广与使用。把这一系统应用于变量机械施肥，施肥机械在控制系统的控制作用下可根据事先生成的处方施肥图进行施肥。在缺少肥料的地方多施肥，在土壤养分高的地方减少施肥量，在不需施肥的地方停止化肥的施入。这样方法不但可以使施肥在数量上准确，而且施肥的位置也可以十分精确。在施肥过程中变量施肥机上安装的计算机首先依据接收到的GPS信息确定出机械目前在地块中的地理坐标，将该坐标与变量施肥处方图的地理坐标进行匹配，如果两者坐标相互匹配，计算机则将处方网中的施肥量信息传输给变量施肥控制系统，控制系统根据该施肥量信息控制施肥机构实现该位置处的精量施肥，随着机械作业位置的不断变化，实现机械在整个地块的变量施肥。

GPS技术在化学农药的喷洒过程中也得到了迅速的发展，通过对化学农药实现变量喷洒可以减少化学农药在植物保护中的使用数量，减少农药对环境造成的污染。其作业过程是根据田间调查获得的信息，在实验室根据这些获得的信息生成对该土壤条件下所需喷洒化学农药的处方图，该处方图以ESRI公司GIS系统中SHP文件的形式通过ATA卡导入喷雾器控制系统的计算机内，计算机把这些文件中有关喷洒量的信息通过与GPS地理位置信息相互匹配，取得该位置处所需喷洒的农药量，通过数据交换器把当前位置处的喷洒数量值传输给喷洒系统的中央控制器，中央控制器通过结合综合处方图传来的喷洒量信息、喷雾器上使用的单个喷头喷洒量、喷洒液体的压力大小、以及喷洒机械前进的速度，自动地调整喷洒节流阀的开度大小和阀门的关闭与开启达到自动调整喷洒量的目的。

　　由于一些地块土壤理化性质差异比较大，为了达到理想的粮食产出，因而要求在播种时不同的地方使用不同的下种量，达到节约种子和增加粮食产量的目的。作物的播种数量也可根据土壤的养分情况确定，在土壤肥沃的地方增加播种数量在土壤贫瘠的地方可以减少播种的数量。这样变量播种机就可结合变量播种处方图，在 GPS导航系统的帮助下实现变量播种，播种时经过计算机构计量的优质种子经过风机把它们输送到开沟器排种口处，实现变量播种的目的。

三、全球定位技术在中国数字农业发展中的应用趋势

　　目前，一个可喜的趋势是农业生产资料销售商和各国农业推广服务部门对 GPS相关技术的应用日益普及，化肥和农药供应商同时为农户提供土壤空间信息采集、测土配方机械化定位施肥、农作物病虫害远程诊断、化学农药的变量喷洒。农机服务商为规模较小的农场提供收获、计量和产量分布信息采集服务。

　　现代农业技术在中国是一门综合系统工程，它是传统的农业技术和现代信息技术结合的有机体。因此在中国发展现代农业技术必须体现出我们的具体特色，既不能完全照搬国外的模式，又不能采取完全的排外模式。首先应开展 GPS和GIS农业应用示范和产业化技术开发，开展联合收获机实用电子系统、粮食产量传感器、产量监视器及产量图自动生成系统等方面的研究。在研究初期我们应采取国内与国外技术相结合的方法，首先根据中国现有的技术及研究水平，组装研制出适合中国田间的变量作业机具，在此基础上再实现外购部件的国产化，否则我们在此方面的研究总是处于概念阶段，与之相配套的其他技术研究进展也不会很大。随着GPS技术的应用与普及，中国的农业生产也会走上一个新的台阶。

作者：国家农业信息化工程技术研究中心　王秀