计算机在农业上的应用第六章计算机与精准农业课件.ppt

湖南农业大学农学院,1,计算机在农业上的应用,周美兰湖南农业大学业学院,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,2,第六章 计算机技术与精准农业,第一节、精准农业概况第二节、精准农业与 3S技术第三节、精准农业研究的回顾与展望,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,3,精准农业,精准农业是基于作物和资源环境的时空差异性,以最小投入、最大收益和最小环境危害为目标,以管理信息系统(MIS)、计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础,以地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)、遥感技术(RS) (简称“3S”技术)为核心,以宽带网络为纽带,运用海量农业信息对农业生产实行处方作业的一种全新农业发展模式。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,4,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,5,现代精准农业之路,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,6,美国天宝精准农业激光土地平整机,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,7,精准农业拖拉机,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,8,第一节、精准农业概况,一、精准农业的概念二、精准农业的产生背景和由来 (一)产生背景（二）精准农业的由来（三）精准农业的技术体系 （四）精准农业的支持技术三、精准农业的技术体系分类(一)基于3S技术的精准农业(二)基于传感器的精准农业,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,9,一、精准农业的概念,“精准农业”： 是国际上通用的“Precision Agriculture”或Precision Farming”技术名词的译名,也称为“精细农业”、“精确农业”和“精确农作”等.精准农业的含义 是按照田间每一操作单元的环境条件和作物产量的时空间差异性(Temporal and Spatial Variability) ,精细准确地调整各种农艺措施 ,最大限度地优化各种投入(水、肥、种子、农药等 )的量、质和时机 ,以期获得最高产量和最大经济效益,同时保护农业生态环境,保护土地等农业自然资源。通俗的说,精准农业就是“Farming by the inch”,即“寸土寸耕 ”、“处方作业 ”。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,10,精准农业的要求,精准农业要求： 实时获取地块中每个小区(每1m2到每 100m2)土壤、水、农作物、光、热等信息,诊断作物长势和产量在空间上差异的原,并按每一个小区做出决策,精确地在每一个小区进行施肥、灌溉、杀虫、除草、播种、耕作、收获等。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,11,精准农业要求实现3个精确,一是：定位的精确,精确确定灌溉、施肥、杀虫等的地点;二是：定量的精确,精确确定水、肥、药、种子等的施用量;三是：定时的精确,精确确定各种农艺措施实施的时间。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,12,二、精准农业的产生背景和由来,(一)产生背景 传统农业把耕地看作是具有作物均匀生长条件的对象进行管理,采用统一的耕作、播种、灌溉、施肥、喷药等农艺措施。实际上,同一农田内存在着明显的时空差异性。差异性体现在3个方面：第一,田间条件和收获量的空间差异 ;第二,年际间产量的时间差异;第三,预测和实际产量的差异。传统农业一直忽视作物和资源环境的时空差异性,实行大田均匀施肥、均匀灌溉、均匀喷药等统一的农艺措施。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,13,大田均匀一致农艺措施存在的主要问题,1.浪费水、肥、土、药、光、热等农业资源 ,增加了农业生产成本;2.作物生产潜力不能得到最大发挥,降低了作物产量和经济效益;3.污染环境 ,尤其是超量使用化肥和农药造成了严重的土壤污染和水质污染。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,14,（二）精准农业的由来,20世纪90年代，发展最快、技术最为成熟的是精准农业。 精准农业发展的需求源自田间不同部位的土壤生产潜力和实现最大生产潜力需要的投入存在着较大的差异，其核心技术是信息技术和计算机自动变量控制技术。 在农业机械化完成以前，农民可以通过手工的方式来改变农作管理方式，以克服田间的这种变异。比如，在有生产潜力但土壤养分供应缺乏的地方可以多施一些相应的肥料，在作物病虫为害严重的地方多喷洒杀虫剂等，这种操作完全由人通过眼睛识别，而后进行手动操作。 然而在大规模经营和高度机械化的条件下，按照田间每一操作单元的需求自动调整投入的实现则必须依赖信息和智能化技术。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,15,（二）精准农业的由来,20世纪70年代以后，微电子技术迅速实用化而推动了农业机械装备的机电一体化、智能化监控技术、农田信息智能化采集与处理技术研究的发展，它为精准农业的提供了技术设备上的积累。 80 年代各发达国家农业经营中出现了农业生产力提高与资源紧缺和环境质量下降等一系列的矛盾，迫切要求更有效利用各项投入、节约成本、提高利润、提高农产品市场竞争力并减少环境污染等，这为精准农业的发展提供了社会需求。 1991年第一次海湾战争以后，GPS 技术开始民用化，这给农业精确定位管理（site-specific management）的提供了可能性。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,16,（三）精准农业的技术体系,1、精准农业”的技术思想 认识农田作物生长环境条件和产量的差异性作物生长环境和收获产量实际分布的空间差异性是“精准农业”技术研究发展的出发点和原动力,这些差异性显示了农业生产的巨大潜力,如:田间条件和收获量的空间差异性;年间产量的时间差异性;预测与实际产量的差异性。 分布式投入分布式投入实现农业资源潜力的均衡利用。其过程可以描述为：农田空间变量数据采集与作物产量图生成数据分析信息处理与经营管理决策处方图生成智能卡控制农业机械实施调控投入。优化经营目标优化经营目标,实施目标投入以获取高产为目标以适度投入,获取最好经营利润为目标;以减少环境危害为目标。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,17,（四）精准农业的支持技术,1、地理信息系统(Global Position System,GPS) GIS是一门研究计算机技术与空间地理分布数据结构的新兴边缘学科,能用于有效地采集、存贮、管理、分析、描述和显示地球表面与空间和地理分布有关的数据,可用于组织、分析和图示同一区域内各种类型的空间信息资料,每一种信息可以组成一个GIS图层,不同图层的信息资料也可通过分析组合成新的图层。2、全球卫星定位系统(Global Position System,GPS) GPS是以空间导航卫星网为基础的高精度、全天候、全球性的无线电定位系统、导航系统和定时系统共同作用下实现的空间导航定位系统,由空间部分、控制部分和用户部分组成。GPS观测时间短,仪器重量轻,操作简便,具有统一的坐标系统和时间系统,能提供连续、实时、高精度、全天候的三维位置、三维速度和时间数据。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,18,（四）精准农业的支持技术,3、 遥感技术(Remote Sensing,RS) RS是指利用遥感平台,携带各种传感器,远距离不接触目标物体,根据接收物体反射或发射的电磁波判定、测量并分析目标物体性质的一种现代化探测技术,包括信息的获取、传输、处理和分析应用等内容。4、自动控制农业机械 带田间车辆定位系统和平均产量传感器及生成小区产量分布图的谷物联合收割机与联合收割机和拖拉机配套的空间定位与通信系统,自动控制精密播种机、自动控制施肥机,自动控制施药机等。5、 人工智能技术 包括专家系统、决策支持系统和模型模拟系统,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,19,三、精准农业的技术体系分类,1、基于3S技术的精准农业 又称为基于地图的精准农业（map-based approach），其核心技术是地理信息系统（GIS）、全球卫星定位系统（GPS）、遥感技术（RS）和计算机自动控制系统。 精准农业的特点： 应用地理信息系统将已有的土壤和作物信息资料整理分析，作为属性数据，并与矢量化地图数据一起制成具有实效性和可操作性的田间管理信息系统。 在此基础上，通过 GIS、GPS、RS和自动化控制技术的应用，按照田间每一操作单元上的具体条件，相应调整投入物资的施入量，达到减少浪费、增加收入和保护农业资源和环境质量的目的，其基本过程是通过田间网格取样和实验室分析，形成精准养分图，最后再制成可用于变量管理的控制图。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,20,三、精准农业的技术体系分类,2、基于传感器的精准农业(sensor-based approach) 是利用适时传感器，测定所需的特性，如土壤特性、作物特性等，这些信息经过快速处理后，直接用于控制变量管理机具，所以，这种操作不需要 GPS系统的支持，也不需要 GIS 的支持。 目前，基于3S技术的精准农业应用更为普遍，主要原因是田间实时传感器价格高、不太精确且可用性差。另利用GIS结合GPS进行土壤取样、产量实时监视、遥感、绘制土壤图等都极为方便，加上地统计学、作物模拟等方法的发展，使得基于3S技术的精准农业应用更为普遍。至目前，精准农业的研究任在对土壤养分的精准管理。在除草剂、杀虫剂等施用方面也有一定程度的应用。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,21,第二节、精准农业与3S技术,一、地理信息系统二、全球卫星定位系统三、遥感技术,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,22,一、地理信息系统,GIS是专门用来存储、管理、分析空间数据的一种技术体系。 与传统的信息管理系统(MIS)相比,GIS不仅能够管理海量属性数据,更主要的是它能够实现对空间数据的可视化贮存、查询、检索、分析等。GIS是精准农业的核心技术 ,在精准农业中的具体应用如下：,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,23,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,24,中科院精准农业农田地理信息系统由农田信息采集模块、空间内插模块、通用GIS功能模块、决策支持模块和数据库系统共同构成。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,25,GIS在精准农业中的应用,1、对GPS和传感器采集的各种离散性空间数据进行空间差值运算,形成田间状态图。如：土壤养分分布图、土壤水分分布图、作物产量分布图等2、对点、线、面不同类型的空间数据进行复合叠置,为决策者提供数字化和可视化分析依据。 例如：不同作物由于其不同的生物特性对土壤类型、土壤养分、耕作层深度、水分条件、光热条件、有效积温等均有不同的要求,在进行作物种植规划和布局时,只需将上述各专题图层利用GIS的叠加功能,就可以快速、准确地确定出各种作物的最佳生物布局,如果再将市场、运输等社会经济条件专题图与最佳生物布局图叠加,就可进一步规划出作物的最佳经济布局。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,26,GIS在精准农业中的应用,3、利用GIS的缓冲区分析功能,能直观地显示分析灌排系统的控制范围、水肥的有效渗透区域、病虫害的扩散范围以及周围环境对作物生长的影响范围等。 4、利用GIS的路径分析功能,能够快捷地确定出农道、水系、机井等各种农业基础设施的最佳空间布局和机械喷施农药、化肥以及收获作物的最佳作业路线。5、与专家系统和决策支持系统相结合,生成作物不同生育阶段生长状况“诊断图” 和播种、施肥、除草、中耕、灌溉、收获等管理措施的“实施计划” 。6、利用GIS的数字高程模型计算作业区的面积、周长、坡度、坡向、通视性等空间属性数值。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,27,二、全球卫星定位系统,GPS在精准农业中的主要作用:1、精确定位水、肥、土等作物生长环境的空间分布。2、精确定位作物长势和病、虫、草害的空间分布。3、精确绘制作物产量分布图。4、自动导航田间作业机械 ,实现变量施肥、灌溉、喷药等作业。 为实现上述功能,需要将GPS接收机和田间变量信息采集仪器、传感器以及农业机械有机的结合起来。 安装有 GPS接收机的农田机械及田间变量信息采集仪器,除能够不间断地获取土壤含水量、土壤养分、土壤压实、耕作层深度和作物病、虫、草害以及苗情等属性信息,与此同时还同步记录了与这些变量相伴而生的空间位置信息 ,从而为进一步生成GIS图层和专家决策提供了基础数据。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,28,全球卫星定位系统GPS,！,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,29,玉米地里的“巨猪”,2007年08月5日，德国北部吕根岛的一片玉米田里出现一幅巨型猪图案。这是当地农民用装有全球定位系统的切碎机在3.7万平方米的玉米田里“画”出来的，吸引了许多人前来参观。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,30,全球定位系统GPS的智能变量播种,基于GSP的智能变量播种、施肥、旋耕机，能够用电子信息技术对农田土壤状况进行科学分析，然后根据数据分析结果科学合理地进行精准变量施肥、播种，能够大大节省种子化肥的用量，减少农业投入，增加种植效益，保护环境。 由于化肥利用率低下，我国每年氮肥的损失量达到1300多万吨，折合人民币3000多亿元。同时，对环境的破坏也日益严重。这样的问题在世界各国普遍存在，已经引起了国际社会的广泛关注。 在国外，精准农业技术体系逐渐完善，已经成为主要发达国家面向21世纪、合理利用农业资源、提高农作物产量、降低生产成本、减少环境后果、提高农产品国际市场竞争力的前沿性研究领域。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,31,全球定位系统GPS的智能变量播种、施肥、旋耕复合机,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,32,三、遥感,遥感在精准农业中的作用1、农作物长势监测和产量估算 叶面积指数(LAI)是综合反映作物长势的个体特征与群体特征的综合指数。遥感具有周期性获取目标电磁波谱的特点 ,因此通过建立遥感植被指数(VI)和叶面积指数(LAI)的数学模型,就能够监测作物长势和估测作物产量。2、土壤水分含量和分布监测 在植被条件和非植被条件下,热红外波段都对水分反映非常敏感,所以利用热红外波段遥感监测土壤和植被水分十分有效。不同热惯量条件,遥感光谱间的差异性表现的最明显,所以通过建立热惯量与土壤水分间的数学模型 ,就能够监测土壤水分含量和分布。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,33,与遥感结合的农田,国家高技术产业化示范项目“北京精准农业示范工程”,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,34,遥感在精准农业中的作用,3、作物水分亏缺监测 干旱时,作物供水不足,一方面作物的生长受到影响,植被指数降低,另一方面由于缺水,没有足够的水分供给植物蒸腾蒸发,迫使叶片关闭部分气孔,导致植物冠层温度升高,因此通过遥感植被指数和作物冠层间数学模型的建立,能够监测作物水分的亏缺。4、作物养分监测 作物养分供给的盈亏对叶片叶绿素含量有明显的影响,通过遥感植被指数与不同营养素(N、P、K、Ca、Mg等)数学模型的建立,能估测作物营养素供给状态。研究表明,遥感监测作 物氮素营养水平的精度比监测其他营养素的精度高。5、农作物病虫害监测 用遥感手段能够探测病虫害对作物生长的影响 ,跟踪其发生演变状况 ,分析估算灾情损失 ,同时还能监测虫源的分布和活动习性,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,35,第三节、精准农业研究的回顾与展望,一、精准农业的研究动态（一）基础研究 （二）技术创新 （三）应用情况二、我国精准农业的发展历程与研究现状（一）我国精准农业研究的发展历程（二）我国精准农业的研究,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,36,一、精准农业的研究动态,国际上精准农业的研究始20世80年代末期 美国农学会（ASA）、作物学会（CSSA）和土壤学会（SSSA）于 1992 年开始，每 2 年举行一次精准农业的国际研讨会。其它与农业和工程有关的学术会议也将精准农业列为专题进行交流。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,37,（一）基础研究,早期精准农业的研究也主要在土壤作物的时空变异方面。20世纪60年代初，法国著名学者 G.Matheron创立了地质统计学（geostatistics）,70 年代以后，该方法逐渐应用于了土壤作物的空间变异。90 年代后，土壤作物的空间变异研究与 GPS和GIS结合，开始用于精准农业目的，逐渐开始研究用于精准农业的土壤网格取样方法，取样成本等。农田生产力的空间变异起源于对作物产量的空间变异研究，由于作物产量能最有效地反映所有因素对作物最直观的影响，加之实时作物计产器（yield monitor）技术的问世，使作物产量空间变异的研究更加容易。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,38,地块内的变异可分为三大类,精准农业基本需求源自地块内作物生产潜力的时空变异。 一是空间变异类：主要包括土壤条件、地形变化、有关气候因素、和作物产量等。二是时间变异类：主要有气候因素、作物养分需求、害虫、病害、杂草和作物产量等。三是设计变异类：主要有种植作物及种植制度等。有些变异也可能是在空间变异的同时又具有时间变异的。早期的研究主要包括产量变异、地形变异、土壤养分和土壤其它属性的变异、作物变异、其它非常规变异（如杂草、昆虫、病害等）以及管理变异（如耕作、作物品种、播种密度、肥料施用、杀虫剂施用和灌溉等）。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,39,（二）技术创新,在精准农业的技术创新方面 传感器技术 变量控制技术、 遥感技术、 数据传输技术。在传感器方面 作物传感器 作物产量传感器 土壤传感器 异常识别传感器等,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,40,目前所使用的四种产量传感器,1.冲击式传感器 2.重量传感器 3.光学传感器 4.射线传感器 利用这些传感器可以测定小麦、玉米、水稻、牧草等作物产量，如果与全球定位系统（GPS）或即时矫正全球定位系统（ DGPS）结合，可实时做出作物产量的田间分布图。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,41,目前所用的几种土壤传感器,1. 利用土壤在可见光和近红外波段的特殊反射光谱来检测土壤的特性，如有机质、土壤含水量等；2. 利用电磁波测定土壤的电导率，进而了解土壤的含盐状况；3.利用时阈反射仪测定（TDR）土壤的含水量等，但时阈反射仪是一种接触式探测器，而利用土壤光谱特性的传感器则不需接触即可测定土壤的性质。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,42,作物传感器,作物传感器主要用于测定作物的生长性能利用装在拖拉机上的近地面扫描辐射计绘制植被指数图利用电动传感器测定玉米株数，也有人用机械手指或红外线测定棉花株高。利用红外线温度计可以监测植物冠层温度以控制灌溉。利用近红外传感器检测饲草的含水量。利用实时高光谱分析绘制植物水分含量图、养分分布图、病害分布图的等等。异常识别传感器主要是识别田间的异常情况。商业化的杂草识别传感器，主要是依据杂草、作物、土壤的光谱特性不同而进行区分的。用红外线植物温度传感器测定植物温度的变化以检测麦蚜的分布情况。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,43,变量控制机具的技术创新,在变量控制机具的技术创新方面，目前许多制造商都生产了用于变量施肥机具和变量施药机具等。同时，在变量机具的自动导航方面也有商品化的产品。日本还研制了机器人自动收获系统，用于番茄、樱桃番茄、黄瓜、草梅、葡萄、西瓜等收获。在精准农业中，节约农药比节约化肥更普遍，因为精准农业是局部用药，避免了传统农业在大田中普遍施用一种农药只能杀死一种害虫或一种杂草的情况。传感器及制图可以根据特定地点更准确地施用不同类型、不同数量的农药，可有效地防止农药的污染。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,44,精准农业的经济效益,精准农业的经济效益取决于该技术是否节约投入成本、增加产出。在美国，通过把每个农场数百个小区的土壤测试、播种量、产量、农药和肥料用量等结合起来看，精准农业措施更精确地预测了最佳经济投入和作物产量。 生产者每投入一份肥料、种子和农药都获得了更高的作物产量，使他们减少了成本、节约了资源。一项研究结果表明：仅就氮肥施用量就降低了24%40%，经济效益是十分明显的。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,45,（三）应用情况,目前，精准农业已在世界许多国家展开研究和应用，并得到了许多政府的关注，美国国家研究会（National Research Council）专门组织了多学科著名专家对有关发展研究进行了评估，研究报告于1997年发表了21世纪的精准农业作物管理中的地理空间信息技术（Precision Agriculture in the 21stCentury-Geospatial and Information Technolog-iesin Crop Management）的研究专著全面分析了美国农业面临的压力、信息技术为改善作物生产管理决策和改善经济效益提供的巨大潜力，阐明了“精准农业”技术体系研究的发展现状、面临的问题及其支持技术产业化开发研究的机遇等。加拿大、韩国、印度尼西亚、孟加拉、斯里兰卡、土耳其、沙特阿拉伯、澳大利亚、巴西、阿根廷、智利、乌拉圭、俄罗斯、意大利、荷兰、德国、英国、日本进行精准农业研究与应用。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,46,（三）应用情况,据估计，至 1998年，美国有 4%的农场使用一项以上的精准农业技术，最为大家接受的是网格取样和变量施肥、产量监视和产量图、其它技术如变量播种、精准喷药和遥感技术应用不足 1%。至 2000 年，在小麦种植中，约有 10%的面积应用了产量监视器，而玉米和大豆使用产量监视器的达 30%和 25%。2001 年，玉米有 35%的面积应用了产量监视器。澳大利亚对精准农业技术的接受程度不高，主要是成本、效益、技术推广等原因；英国有25%使用了有 GPS的产量实时监测器，接受精准农业技术的大部是年青人、受良好教育的、爱好机算机并大量种植水稻和大豆等作物者。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,47,二、我国精准农业的发展历程与研究现状,（一） 我国精准农业研究的发展历程 我国最早出现“精确农业”的文献是 1995 年第10 期的中国信息导报，在一篇题目为高科技美国农业生产高效益的源泉一文首次提到了美国的精确农业状况。 此后，我国对精准农业（precision agriculture）的翻译出现了三个版本，即精确农业、精准农业和精细农业。我国精准农业的研究应用分为三个阶段 1、概念引进阶段、 2、研究准备阶段、 3、研究实施与初步应用阶段,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,48,1、概念引进阶段（19951997）,19951997年主要是以介绍国外精准农业的概念为主。从 1995 年的零星介绍，到 1997 年，在一些刊物上已经有了系统的介绍，从全球卫星定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、传感器及监测系统、计算机控制及变量管理体系等都进行了详细的介绍。其信息来源主在是国际上第一、二、三次精准农业国际研讨会的内容。在此期间，我国的精准农业研究基本上是空白，但是，在土壤属性的空间变异方面已经有所研究。3S 技术的应用也开始在不同的行业中进行了应用。这为我国精准农业的研究奠定了一定的基础。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,49,2、研究准备阶段（19981999 年）,1998年1月15日，由中国农业科学院、IMC 全球公司和加拿大钾磷研究所，在北京共同举办了精确农业和信息农业技术座谈会；标志着我国精准农业的研究准备阶段正式开始。讨论了土壤测试、养分资源信息化处理、地理信息系统、全球卫星定位系统及精确变量施肥等精准农业核心技术；对精准农业和信息农业在美国和加拿大的应用现状和发展趋势以及在我国的应用前景进行了分析与研讨。大量介绍国外精准农业的技术体系的科技文章我国一些学者以肯定态度高度评价精准农业在农业发展中的作用，呼吁我国开展精准农业研究。一些学者对我国如何开展精准农业研究、如实施精准农业都提出自己的看法。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,50,3、研究实施与初步应用阶段,1999年至今是研究实施与初步应用阶段。1999年，由中国农业科学院土壤肥料研究所承担的国家引进国际先进农业科学技术（948）项目“精确农业技术体系研究”正式启动，标志着我国精准农业的研究进入实施阶段。至目前，中国科学院、中国农业科学院、中国农业大学、北京市农林科学院、上海农科院、上海气象局等单位都对精准农业进行了全面深入的研究，并在北京、河北、山东、上海、新疆等地建立了一批精准农业试验示范区。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,51,（二）我国精准农业的研究,我国对精准农业的单项研究可追述到20世纪80年代，现就基础研究、技术引进、自主开发、试验示范等方面。可分为三个阶段： 1、基础研究 2、技术引进 3、自主开发,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,52,1、基础研究,1 989年，研究主要在土壤的物理性质方面，基于精准农业的土壤属性空间变异， 90年代中期以后，研究了土壤有机质的空间变异性。 对粮田土壤养分空间变异与分区管理技术进行了研究，明确了土壤养分的空间变异规律与空间分布格局，并发现小规模分散经营体制下对主要土壤养分 N、P、K、Mn 和 Zn进行乡（镇）级和县级分区管理均可行，形成了适合我国小规模分散经营体制下养分资源持续高效利用的土壤养分分区管理和作物优质高产分区平衡施肥技术。近几年来，我国在作物模拟和虚拟农业的研究迅速进展。 中国农业大学建立了冬小麦根系生长发育三维可视化模型，进行了冬小麦苗期生长的三维动画模拟研究，建立了玉米、棉花形态虚拟模型，为建立精确反映作物生长与农业环境条件关系的虚拟农田系统打下了坚实地基础 中科院自动化所、法国CIRAD-INRA 的 AMAP 实验室合作进行了虚拟植物生长的研究。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,53,2、技术引进,在技术引进方面，中国农业科学院土壤肥料研究所在农业部“948”项目的支持下，引进国外精准农业先进技术，结合我国农业高度分散和高强度开发的国情，围绕土壤养分精准管理开展了系统的研究，先后从美国等地引进了多项有关精确农业的关键技术与设备，包括美国天宝公司的实时差分 AgGPS132 接收机、田间方向控制器及田间计算机，Magellan 公司的后差分全球卫星定位系统，Micro-TRAK 公司的谷物产量监测器及土壤采样自动记录器，CEE 公司的自动土壤取样器及MidTECH 公司的变量施肥控制系统等，并自行研制了适合于田间条件下的低空遥感技术与设备。结合我国农业高度集约化与高度分散的国情，进行了一系列深入的研究，并在北京、河北、上海等地建立了精准农业试验区。该项目创造性地将引进的关键设备与国产机具相结合，为精准农业设备或部分设备国产化开发研究奠定了基础。同时，还进行了一系列基于精准农业的土壤养分数据采集和土壤养分快速检测设备的研制工作。,2022/12/3,湖南农业大学农学院 周美兰,54,3、自主开发,近年来，中国农业大学精细农业研究中心在农业环境参数智能化传感器与仪器的开发研究，消化引进农业机械化新技术新设备方面有着坚实的基础。上海气象局与中国科学院、上海交大等单位合作，开发了作物时实计产器。在软件开发方面在取得了一定的成果。,