3s技术

3S技术与应用课程论文 关于“3S”技术在农业领域的应用 院 系 信息与计算机学院 专 业 农业工程与信息技术 姓 名 汪流 班 级 19级非全日制研究生 学 号 19722099 指导教师 朱诚 二○二○年一月 目 录 摘 要 ........................................... ...............2 Abstract........................................... ..............3前 言........................................... ................4 第一章 3S技术 5 1.1 概述 5 1.2 遥感技术及其在农业领域上的应用和发展 5 1.3 地理信息系统技术及其在农业领域上的应用和发展 6 1.4 遥全球定位系统技术及其在农业领域上的应用和发展 6 第二章 3S技术在中国农业及其相关领域的应用和发展以及存在的问题 7 2.1 作物估产和产量监测 7 2.2 农业气象服务应用 7 2.3 精准农业 8 2.4 3S技术在农业应用中面临的问题和不足之处 8 2.5 前景展望 9 参考文献 摘要 本文主要概述了3S技术在农业及相关领域的应用，以及在中国的农业及其相关领域的应用与发展。近几年来3S技术发展迅速，中国对3S技术的发展也极为重视，而农业是3S技术的重要应用领域。本文也分析了3S技术在发展中存在的问题，以及3S技术未来的发展趋势，并进行了展望。

关键词：3S技术；
农业；
应用领域；
发展趋势 Abstract This article mainly outlines the application of 3S technology in agriculture and related fields, as well as the application and development of agriculture and related fields in China. In recent years, 3S technology has developed rapidly. China also attaches great importance to the development of 3S technology, and agriculture is an important application area of 3S technology. This article also analyzes the problems existing in the development of 3S technology, and the future development trend of 3S technology, and looks forward. Keywords: 3S technology; agriculture; application field; development trend 前言 3S技术和农业是相辅相成的，农业因为3S技术有了全新的发展——精准农业，同时也促进了3S技术的发展与进步，现代农业的发展已经逐步脱离了以往落后的生产技术, 21世纪的农业要走集约化的道路, 实现节水农业、优质高产无污染农业, 需要与各种新技术的结合应用。而3S技术, 即全球定位系统(GPS)技术、地理信息系统(GIS)技术和遥感(RS)技术, 能为农业发展建立与其相适应的地理信息系统, 提供规划、设计、施工、管理和决策使用, 为现代农业的高科技发展提供了广阔的前景。随着技术的发展，单纯地运用 GPS、RS与 GIS中的某一种技术往往不能满足综合工程的需要，不能提供精准农业实施过程中所需要的对地测量、存储管理、信息处理、分析模拟的综合能力。这就需要把RS、GIS、GPS有机结合，综合应用，构成一个一体化信息获取、信息处理、信息应用技术系统，这是一个充分利用各自技术特点的空间技术应用体系，并逐步成为一个实践性和应用性较强的新学科，简称为“3S”集成技术。  第一章 3S技术 1.1 概述 3S技术是由 全球定位系统GPS（Global Positioning System）、遥感技术RS（Remote Sensing）、地理信息系统GIS（Geographical information System） 构成。它们是支撑精准农业的关键技术， 是保障农业生产实现高产、低耗、安全、优质、环保的技术设备，是帮助、指导农资、农作实施准确定时、定位、定量等功能的关键因素。随着3S技术的日益成熟，以及其在农业生产领域的不断开发和应用，必将为现代化农业生产带来新的、质的飞跃，必将推动精准农业在我国进一步得到实施和普及。

1.2 遥感技术及其在农业领域上的应用和发展 遥感是指通过不直接触碰到物体的本身，而是从远处通过传感器来探测和接收从目标物体所传来的信息，经过信息的传输及其处理分析，识别物体的属性及其分布等特征的技术。由于遥感技术具有采样范围大，获取信息量大、速度快、手段多以及采样受限条件少等诸多优势，因此在农业方面拥有广泛的应用空间。

从遥感技术起步以来，作物长势遥感监测和面积估算一直是农情遥感的重点领域。作物长势遥感监测是利用遥感数据对农作物的实时状况、生长环境的动态和自身分布的情况进行一个大致的估测，及时了解农作物的各种情况，方便农民以及农技人员能够迅速采取相应措施，并提供了一个及时准确的数据信息平台。

干旱、洪涝、冻害以及病虫害一直是农业生产的几大损害，而遥感技术为防治和解决这些危害提供了一种全新而有效的技术手段。

旱情遥感监测主要通过对作物长势、地表温度等的监测来跟踪旱情。洪涝灾害主要应用光学遥感或雷达遥感监测水面的变化，根据耕地的背景资料可以计算淹没面积，对产量的影响与淹没的作物种类、时间有关。冻害是冬小麦常见的严重自然灾害之一，冬小麦遭受冻害通常造成植被指数的降低，运用遥感技术可以实现对冻害的监测。杨邦杰等利用气象卫星遥感资料得到的归一化植被指数 (NDV I)的变化情况实现了对冬小麦冻害的监测[1] 。

1.3 地理信息系统技术及其在农业领域上的应用和发展 地理信息系统是一种特定的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关 地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。

GIS在农业上应用广泛，如农业气象灾害的监测、精确农业变量施肥、农作物病虫害管理、农田灌区灌溉管理以及农业景观格局研究等诸多方面。赵朋等设计开发了基于GIS 的苹果病虫害管理信息系统[2]；
孙波等通过田间试验建立基于土壤肥力的红壤旱地和水田的平衡施肥模型，利用组件式地理信息系统技术，针对典型红壤丘陵区-江西余江县开发了县级尺度的施肥专家决策支持系统[3]。

1.4 全球定位系统技术及其在农业领域上的应用和发展 全球定位系统是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。整个系统包括3个部分：空间部分由24颗卫星组成；
地面控制部分由一个主控站，5个全球监测站和3个地面控制站组成；
用户设备部分即GPS信号接收机，接收机只要测到4 颗卫星的距离，便可计算出自身的三维位置，实现定位。

第二章 3S技术在中国农业及其相关领域的应用和发展以及存在的问题 2.1 作物估产和产量监测 通过对遥感卫星获得的影像进行判读解译、 图像分类处理以提取专题信息，及时更新 GIS 数据库，对农业资源质和量的变化进行动态的监测，使得管理者可以及时发现作物生长出现的问题，采取针对措施进行田间管理如施肥、喷施农药等。管理者还可以根据不同时间段同一地区的遥感图像，了解不同生长阶段中作物的长势，提前预测农作物的产量。热红外波段对水分反应非常敏感，所以利用热红外波段遥感监测对象和作业监测土壤和植被水分十分有效。研究表明， 不同热惯量条件下，遥感波谱间的差异性表现最明显，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状况。还可以在收割机上配置计算机、产量监视器和GPS接收机，就构成了作物产量监视系统。对不同的农作物需配备不同的监视器来监视农作物的生长。

2.2 农业气象服务应用 农业气象服务系统是在 GIS 和 RS 平台上开发的集农业气象、遥感应用于一体的业务运行系统。将 GIS 分析功能应用于洪涝灾害监测、灾害损失评估、资源合理布局等领域，获取较好的服务效果。通过建立农业资源环境空间数据库，管理、分析和处理海量的环境数据，进行农业环境因子的相关性分析；
例如，通过建立若干环境污染模型，模拟区域农业资源环境污染演变状况及发展趋势；

通过 GIS 的空间分析，找出造成农业环境污染的原因；

通过 GIS 空间制图功能，提供多种形象、直观的环境状况信息表达方式。利用GMS卫星遥感资料监测暴雨，能较准确地监测暴雨发生的区域和面积。通过利用时空分辨率较高的GMS—5红外、可见光两通道 1：1 原始图像资料，结合常规雨量观测资料，通过对逐时降水率、日降水量的估计，可弥补常规气象观测资料时、空分辨率的不足， 从而比较准确地监测暴雨发生的强度、 范围和面积，为农业生产服务。

2.3 精准农业 精准农业相对于传统农业而言，是广泛应用现代科学技术、现代工业提供的生产资料和科学管理方法进行的社会化农业，它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。先通过 RS 影像进行耕作前的土壤的调查， 调查土壤的盐碱度、 土壤中的化学成分、 水分、温度等，然后应用GIS进行进一步的综合的定量分析，确定适宜种植何种农作物；
在作物生长的过程中实现自动化机械 GPS 导航，播种、除草、施肥、 灌溉、喷洒农药都可以做到精确定位，避免浪费节约资源；
与此同时，利用 RS 分析农作物的生长状况，估算面积和长势等可以及时地了解农作物的生长状况， 并预防病虫害的发生并且及时的采取必要的措施减少损失，利用GIS管理分析这些数据，建立农田基础数据库，并做出耕作方案和行动计划。这一系列的高科技的应用使农民坐在家中就可以控制和管理所有劳作，是我国精细农业的发展趋势， 也是人类农业的发展趋势。

2.4 3S 技术在农业应用中面临的问题和不足之处 首先，利用全球定位系统 GPS 进行导航定位，如果要追求高精度就要损失一定的时效性，反之，要保证时效性就必然要降低一定的精度。因此，GPS 定位精度和时效同时满足精细定位的要求是个关键问题。

其次，要真正实现全部室内作业，农民需要每隔3—5天得到一张农田地区高分辨率遥感图片。这需要很高的成本，目前还不能做到平民化。对于广大中国农民，可能在短时间内还难以掌握先进的影像判读技术，也难以接受如此高的投入。因此，低成本的遥感图像和智能化提取农作物征兆信息的突破对提高农业田间科学管理具有十分重要的意义。

再次，GIS 的分析功能虽然强大，但是要求有精确实时的数据源。复杂的数据使分析有时不能顺应市场的要求。我国耕地分布广泛，数据获取和更新是个瓶颈问题。

农业生产原则上要根据市场的供求来指导和调整 但是由于GIS分析不可能考虑所有的影响方面，加上市场有很多不定因素，农业生产目前还不能完全接受 GIS 指导。

3S 技术在农业上的应用是农业发展的趋势之一，自动化的生产节省了大量 人力物力。面对技术存在的问题和不足，我们应该结合实际问题努力研究，克服困难， 把成熟的 3S 技术引入农业生产，并依据农业信息采集系统和专家系统，使农机自动完成各种工作，降低成本，避免浪费，减少污染，真正实现绿色农业。

2.5 前景展望 发展3S技术，在科学上、技术上和农业基础建设上实现农业信息化，走适合中国国情的现代农业发展道路[4]。中国发展精准农业必定是一个渐进的过程，要分阶段进行。大力发展以适时、适量和按需定位投放为核心的精准农业技术，以达到精准施肥、精准灌溉、节肥节水和降低污染的目的[5]。集中有关力量 在局部环境变量相对稳定的地区进行攻关性质的研究，以获得实用化的研究成果[4]。重视人才的培养，注重发挥资源优势，以市场需求为导向，依靠科技带动经济效益的提高 。

参考文献 [1] 杨邦杰，王茂新，裴志远.冬小麦冻害遥感监测[J] .农业工程学报，2002，18 (2)：136- 140 . [2] 赵朋，刘刚，李民赞，等.基于GIS的苹果病虫害管理信息系统[J] .农业工程学报，2006，22 (12)：150- 154 . [3] 孙波，严浩，施建平，等.基于组件式GIS的施肥专家决策支持系统开发和应用[J] . 农业工程学报，2006，22 (4)：75- 79 . [4] 张前勇．基于3S技术的精准农业［J］．安徽农业科学，2006，34（16）：4 170-4 171． [5] 李楠，刘成良，李彦明，等．基于3S技术联合的农田墒情远程监测系统开发［J］．农业工程学报，2010，26（4）：169-174．