1、1Precision Agriculture精确农业精确农业12产生的背景产生的背景n1、环境保护及节约能源要求、环境保护及节约能源要求 国际农业的发展经历了原始农业国际农业的发展经历了原始农业(游耕、游牧等游耕、游牧等)、传统农业和现代农业个主要发展阶段。传统农业和现代农业个主要发展阶段。本世纪以来本世纪以来,石油农业的发展在取得成就的同时石油农业的发展在取得成就的同时,带来带来了严重的环境问题。对此了严重的环境问题。对此,人们提出了一系列的替代农业人们提出了一系列的替代农业对策对策,如回归型农业、生态农业、有机农业、集约农业、如回归型农业、生态农业、有机农业、集约农业、立体农业、持续型农业
2、立体农业、持续型农业(持续农业、低投入农业持续农业、低投入农业)、生态经、生态经济农业、综合农业、精久农业等农业发展模式。济农业、综合农业、精久农业等农业发展模式。23n随着农业机械化的实现及大功率拖拉机的使用，随着农业机械化的实现及大功率拖拉机的使用，“石石油农业等传统作业方式给环境、土壤、水质及植物本油农业等传统作业方式给环境、土壤、水质及植物本身造成了严重的危害，水源被污染，作物品质下降。身造成了严重的危害，水源被污染，作物品质下降。化肥的应用引起了水土流失、土壤板结和酸碱性失衡，化肥的应用引起了水土流失、土壤板结和酸碱性失衡，导致化肥与除草剂在土壤和地下水以及农产品中富集，导致化肥与除
3、草剂在土壤和地下水以及农产品中富集，使环境受到污染，并带来全球性环境恶化、资源日益使环境受到污染，并带来全球性环境恶化、资源日益短缺与生物多样性损失等诸多问题。短缺与生物多样性损失等诸多问题。n传统的农业生产管理方式，已不再适应当今社会发展传统的农业生产管理方式，已不再适应当今社会发展的要求。的要求。要寻找一种新的农业模式要寻找一种新的农业模式342、经济方面的问题、经济方面的问题 最近几年，西方一些国家的农业土地面积开垦量最近几年，西方一些国家的农业土地面积开垦量不断增加，而农产品价格却逐年下降。不断增加，而农产品价格却逐年下降。原因：产品质量下降所至。基于欧洲农业交易市场的原因：产品质量下
4、降所至。基于欧洲农业交易市场的质量要求，农场经营者认为农产品质量对毛利率的增质量要求，农场经营者认为农产品质量对毛利率的增加是非常重要的。加是非常重要的。应用精确农业技术对作物的准确投入、精确管理应用精确农业技术对作物的准确投入、精确管理以及适时的检测可有效地提高产品的质量，从而获得以及适时的检测可有效地提高产品的质量，从而获得较高的交易价格较高的交易价格 453、用于精确农业研究与应用的条件日趋完善、用于精确农业研究与应用的条件日趋完善 GPS解密。解密。GPS全球卫星定位系统最初用于军事、飞机及全球卫星定位系统最初用于军事、飞机及轮船导航，轮船导航，20世纪世纪70年代后期开始转向民用。年
5、代后期开始转向民用。定位技术及设备价格下降。由于用于定位技术及设备价格下降。由于用于GPS的卫星数量不断的卫星数量不断增加，定位技术及其设备租用价格大幅度下降，在农业生产中使增加，定位技术及其设备租用价格大幅度下降，在农业生产中使用已不成问题。随着技术的不断进步，其价格还会下降。用已不成问题。随着技术的不断进步，其价格还会下降。信息技术及其它电子技术的成熟信息技术及其它电子技术的成熟(RS,GIS)。技术个人信息。技术个人信息技术、互联网络技术、机载电子技术技术、互联网络技术、机载电子技术(执行元件的检测技术、传执行元件的检测技术、传感器、变量控制等感器、变量控制等)的飞速发展以及集成块存储器
6、存储能力、计的飞速发展以及集成块存储器存储能力、计算机数据处理能力的提高，均为精确农业技术研究和应用创造了算机数据处理能力的提高，均为精确农业技术研究和应用创造了必要的条件。必要的条件。56内容提要1.精细农业概述精细农业概述 2.全球定位系统全球定位系统GPS及其农业应用及其农业应用3.地理信息系统地理信息系统GIS及其农业应用及其农业应用 4.遥感遥感RS及其农业应用及其农业应用 5.作物生产管理决策支持系统（作物生产管理决策支持系统（DSS）（）（ES、SS）6.农业生物信息采集技术农业生物信息采集技术 7.智能化农业机械装备技术智能化农业机械装备技术（ICS）8.农业信息网农业信息网
7、3S技术后3S技术671.精细农业概述 本讲要点本讲要点:1.1 精细农业的基本概念精细农业的基本概念1.2 精细农业的核心思想精细农业的核心思想1.3 精确农业的技术体系及实施精确农业的技术体系及实施1.4 精确农业的发展现状精确农业的发展现状781.1 精细农业的基本概念（1）国际农业的发展的三个主要阶段及特点）国际农业的发展的三个主要阶段及特点 原始农业、传统农业和原始农业、传统农业和现代农业现代农业；（2）精确农业的提出；）精确农业的提出；（3）精确农业的概念。）精确农业的概念。石油农业、无机农业、有机农业、生态农业等。科技发展和社会需求。基于信息技术的差异化操作。思想、手段、结果。8
8、91.1 精细农业的基本概念n精确农业又叫精细农业（精确农业又叫精细农业（precision agriculture/farming）,是一种农业新战略，是一种农业新战略，是信息和人工智能技术在农是信息和人工智能技术在农业宏观特别是微观运用的产物，是利用遥感技术宏观控制和业宏观特别是微观运用的产物，是利用遥感技术宏观控制和测量，地理信息技术采集、存贮、分析和输出地面或田块所测量，地理信息技术采集、存贮、分析和输出地面或田块所需的要素资料，以全球定位系统将地面精确测量和定位，再需的要素资料，以全球定位系统将地面精确测量和定位，再与地面的信息转换和定时控制系统相配合，产生决策，按区与地面的信息转换
9、和定时控制系统相配合，产生决策，按区内要素的空间变量数据精确设定和实施最佳播种、施肥、灌内要素的空间变量数据精确设定和实施最佳播种、施肥、灌溉、用药等多种农事操作。溉、用药等多种农事操作。实现在减少投入的情况下增加实现在减少投入的情况下增加（或维持）产量、降低成本、减少环境污染、节约资源、保（或维持）产量、降低成本、减少环境污染、节约资源、保护生态环境，实现农业的可持续发展护生态环境，实现农业的可持续发展。9101.1 精细农业的基本概念n精确农业又叫精细农业（精确农业又叫精细农业（precision agriculture/farming）；）；nSite-specific farming：
10、特殊定位农业；：特殊定位农业；nPrescription farming：处方农业。：处方农业。10111.2 精细农业的核心思想（1）精确农业的核心思想：）精确农业的核心思想：获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素（如：土壤结构、水分、营养，病虫害等）实因素（如：土壤结构、水分、营养，病虫害等）实际存在的空间和时间差异信息，分析小区产量差异际存在的空间和时间差异信息，分析小区产量差异的原因，采取技术上可行经济上有效的调控措施，的原因，采取技术上可行经济上有效的调控措施，区别对待，按需实施定位调控的区别对待，按需实施定位调控的“处方农业处方农业”。
11、1112（2）精确农业的表现形式）精确农业的表现形式 1）PA体现了劳动工具的高科技；体现了劳动工具的高科技；2）PA体现了生物技术的高科技；体现了生物技术的高科技；3）PA体现了信息技术统帅农业领域。体现了信息技术统帅农业领域。12131.2 精细农业的核心思想13141.2 精细农业的核心思想（3）精确农业与传统农业的区别精确农业与传统农业的区别 1）目标不同。减少投入、降低污染，提高）目标不同。减少投入、降低污染，提高产品质量、产量，实现农业可持续发展；产品质量、产量，实现农业可持续发展；2）手段不同。区别对待、按需实施；）手段不同。区别对待、按需实施；3）结果不同。经济、环境效益双丰收
12、。）结果不同。经济、环境效益双丰收。14151.2 精细农业的核心思想（4）精确农业的精确农业的发展思路发展思路 1）以最节省的投入达到同等或更高的收入，并改善环境、）以最节省的投入达到同等或更高的收入，并改善环境、高效利用各类农业资源，以取得好的经济效益和环境效益；高效利用各类农业资源，以取得好的经济效益和环境效益；2）他将农业带入了数字和信息时代，是）他将农业带入了数字和信息时代，是21世纪农业的重要世纪农业的重要发展方向；发展方向；3）需要多部门、多学科联合作战；）需要多部门、多学科联合作战；4）切实做好有关应用技术的研究开发，力求走出适合中国）切实做好有关应用技术的研究开发，力求走出适
13、合中国国情的发展道路。国情的发展道路。15161.3精确农业的技术体系及实施 1）精确种植技术体系）精确种植技术体系 16171.3精确农业的技术体系及实施2）精确种植技术体系技术细节）精确种植技术体系技术细节n全球定位系统全球定位系统（Global Positioning Systems）n地理信息系统地理信息系统(Geographic Information Systems)n遥感技术遥感技术(Remote Sensing)n农业生物信息采集技术（农业生物信息采集技术（Farming biological information Acquired Technology）n产量分布图生成系统
14、（产量分布图生成系统（Yield Mapping Systems）n作物生产模型（作物生产模型（Crop Production Modeling）n决策支持系统（决策支持系统（Decision Support Systems）n智能化变量农作机械智能化变量农作机械（Intelligent Farm Machinery）n变量控制技术变量控制技术（Variable-Rate Technologies）1718全球定位系统（Global Positioning Systems）1819n土壤采样、苗情监测、距离测量及采样点导航 n 19201.3精确农业的技术体系及实施2）精确种植技术体系技术细节
15、）精确种植技术体系技术细节n全球定位系统全球定位系统（Global Positioning Systems）n地理信息系统地理信息系统(Geographic Information Systems)n遥感技术遥感技术(Remote Sensing)n农业生物信息采集技术（农业生物信息采集技术（Farming biological information Acquired Technology）n产量分布图生成系统（产量分布图生成系统（Yield Mapping Systems）n作物生产模型（作物生产模型（Crop Production Modeling）n决策支持系统（决策支持系统（Deci
16、sion Support Systems）n智能化变量农作机械智能化变量农作机械（Intelligent Farm Machinery）n变量控制技术变量控制技术（Variable-Rate Technologies）2021地理信息系统(Geographic Information Systems)2122地理信息系统(Geographic Information Systems)2223n土壤速效氮的空间分布图 n北京昌平精细农业示范区土地利用现状图、土壤采样布局图和示范区土地利用规划图23241.3精确农业的技术体系及实施2）精确种植技术体系技术细节）精确种植技术体系技术细节n全球定位系
17、统（全球定位系统（Global Positioning Systems）n地理信息系统地理信息系统(Geographic Information Systems)n遥感技术遥感技术(Remote Sensing)n农业生物信息采集技术（农业生物信息采集技术（Farming biological information Acquired Technology）n产量分布图生成系统（产量分布图生成系统（Yield Mapping Systems）n作物生产模型（作物生产模型（Crop Production Modeling）n决策支持系统（决策支持系统（Decision Support Syste
18、ms）n智能化变量农作机械智能化变量农作机械（Intelligent Farm Machinery）n变量控制技术变量控制技术（Variable-Rate Technologies）2425遥感技术(Remote Sensing)2526遥感技术(Remote Sensing)26271.3精确农业的技术体系及实施2）精确种植技术体系技术细节）精确种植技术体系技术细节n全球定位系统（全球定位系统（Global Positioning Systems）n地理信息系统地理信息系统(Geographic Information Systems)n遥感技术遥感技术(Remote Sensing)n农业
19、生物信息采集技术（农业生物信息采集技术（Farming biological information Acquired Technology）n产量分布图生成系统（产量分布图生成系统（Yield Mapping Systems）n作物生产模型（作物生产模型（Crop Production Modeling）n决策支持系统（决策支持系统（Decision Support Systems）n智能化变量农作机械智能化变量农作机械（Intelligent Farm Machinery）n变量控制技术变量控制技术（Variable-Rate Technologies）2728农业生物信息采集技术农业生物
20、信息采集技术28291.3精确农业的技术体系及实施2）精确种植技术体系技术细节）精确种植技术体系技术细节n全球定位系统（全球定位系统（Global Positioning Systems）n地理信息系统地理信息系统(Geographic Information Systems)n遥感技术遥感技术(Remote Sensing)n农业生物信息采集技术（农业生物信息采集技术（Farming biological information Acquired Technology）n产量分布图生成系统（产量分布图生成系统（Yield Mapping Systems）n作物生产模型（作物生产模型（Crop
21、 Production Modeling）n决策支持系统（决策支持系统（Decision Support Systems）n智能化变量农作机械智能化变量农作机械（Intelligent Farm Machinery）n变量控制技术变量控制技术（Variable-Rate Technologies）2930产量分布图生成系统（Yield Mapping Systems）30311.3精确农业的技术体系及实施2）精确种植技术体系技术细节）精确种植技术体系技术细节n全球定位系统（全球定位系统（Global Positioning Systems）n地理信息系统地理信息系统(Geographic In
22、formation Systems)n遥感技术遥感技术(Remote Sensing)n农业生物信息采集技术（农业生物信息采集技术（Farming biological information Acquired Technology）n产量分布图生成系统（产量分布图生成系统（Yield Mapping Systems）n作物生产模型（作物生产模型（Crop Production Modeling）n决策支持系统（决策支持系统（Decision Support Systems）n智能化变量农作机械智能化变量农作机械（Intelligent Farm Machinery）n变量控制技术变量控制技术
23、（Variable-Rate Technologies）3132作物生产模型（作物生产模型（Crop Production Modeling）作物生长模型作物生长模型是对作物生育过程的基本规律是对作物生育过程的基本规律和关系的量化表达。和关系的量化表达。模型模型是现实的或待实现的真实系统的一是现实的或待实现的真实系统的一种表示，是反映客观真实系统运动过程若种表示，是反映客观真实系统运动过程若干有关侧面的映像。干有关侧面的映像。作物生产模型（Crop Production Modeling）3233 它是通过对作物生育和产量的实验数据加它是通过对作物生育和产量的实验数据加以理论概况和数据抽象，找
24、出作物生育动态以理论概况和数据抽象，找出作物生育动态及其与环境之间的关系的动态模型，然后在及其与环境之间的关系的动态模型，然后在计算机上模拟作物在给定环境下，整个生育计算机上模拟作物在给定环境下，整个生育期的生长情况。期的生长情况。如田区内的虫害模型。如田区内的虫害模型。作物生产模型（Crop Production Modeling）33341.3精确农业的技术体系及实施2）精确种植技术体系技术细节）精确种植技术体系技术细节n全球定位系统（全球定位系统（Global Positioning Systems）n地理信息系统地理信息系统(Geographic Information Systems
25、)n遥感技术遥感技术(Remote Sensing)n农业生物信息采集技术（农业生物信息采集技术（Farming biological information Acquired Technology）n产量分布图生成系统（产量分布图生成系统（Yield Mapping Systems）n作物生产模型（作物生产模型（Crop Production Modeling）n决策支持系统（决策支持系统（Decision Support Systems）n智能化变量农作机械智能化变量农作机械（Intelligent Farm Machinery）n变量控制技术变量控制技术（Variable-Rate Te
26、chnologies）3435决策支持系统决策支持系统(Decision Support Systems)决策支持系统决策支持系统包括模型库、数据库、知识库、包括模型库、数据库、知识库、方法库及其管理系统等，同时融合了良好的人机方法库及其管理系统等，同时融合了良好的人机接口，使得模型运算、数据处理、专家知识以及接口，使得模型运算、数据处理、专家知识以及在决策者的参与下，建立起模型库、数据库与领在决策者的参与下，建立起模型库、数据库与领域专家的有机联系。域专家的有机联系。35361.3精确农业的技术体系及实施2）精确种植技术体系技术细节）精确种植技术体系技术细节n全球定位系统（全球定位系统（Gl
27、obal Positioning Systems）n地理信息系统地理信息系统(Geographic Information Systems)n遥感技术遥感技术(Remote Sensing)n农业生物信息采集技术（农业生物信息采集技术（Farming biological information Acquired Technology）n产量分布图生成系统（产量分布图生成系统（Yield Mapping Systems）n作物生产模型（作物生产模型（Crop Production Modeling）n决策支持系统（决策支持系统（Decision Support Systems）n智能化变量农作
28、机械智能化变量农作机械（Intelligent Farm Machinery）n变量控制技术变量控制技术（Variable-Rate Technologies）3637变量控制技术变量控制技术VRT（VariableRate Technologies）世纪年代中期，由美国工业界提出的。世纪年代中期，由美国工业界提出的。变量控制技术变量控制技术是指安装有计算机、是指安装有计算机、DGPS等先进等先进设备的农机具（智能化农业机械）可以根据它所处设备的农机具（智能化农业机械）可以根据它所处的耕地位置自动调节货箱里某种农业物料（如化肥、的耕地位置自动调节货箱里某种农业物料（如化肥、种子、农药等）投入速
29、率的一种技术。种子、农药等）投入速率的一种技术。3738装备装备DGPS系、谷物流量传感器、田间信息管理系统、作系、谷物流量传感器、田间信息管理系统、作业监控系统的联合收割机。业监控系统的联合收割机。38393940变量喷药机变量喷药机 根据处方图和根据处方图和DGPS定位，调节药量和雾定位，调节药量和雾滴大小。滴大小。40414142精准农业系统集成精准农业系统集成1、精准农业计算机控制系统集成、精准农业计算机控制系统集成包括土壤信息和产量信息的空间定位、包括土壤信息和产量信息的空间定位、GIS与农与农作物专家系统耦合生成空间定位农作处方、以作物专家系统耦合生成空间定位农作处方、以及土壤和产
30、量信息的累积和农作处方更新。及土壤和产量信息的累积和农作处方更新。2、智能化农业机械系统集成、智能化农业机械系统集成包括适合小麦、玉米的耕作、播种、喷药、灌溉、包括适合小麦、玉米的耕作、播种、喷药、灌溉、收获等农作机械的配套、性能价格优化和智能收获等农作机械的配套、性能价格优化和智能化。化。4243精准农业系统集成实例精准农业系统集成实例:43441.3精确农业的技术体系及实施44451.3精确农业的技术体系及实施454646471.3精确农业的技术体系及实施2）精确种植技术体系实施过程）精确种植技术体系实施过程2）精确种植技）精确种植技术体系实施过程术体系实施过程47481.3精确农业的技术
31、体系及实施2）精确种植技术体系实施过程）精确种植技术体系实施过程2）精确种植技）精确种植技术体系实施过程术体系实施过程48491.4精确农业的发展现状 1）国外精细农业的发展）国外精细农业的发展 精细农业在国外发达国家发展十分迅速，其应精细农业在国外发达国家发展十分迅速，其应用已涉及到施肥、播种、耕作、水分管理等相关领用已涉及到施肥、播种、耕作、水分管理等相关领域。域。(美国、加拿大、以色列美国、加拿大、以色列)2）国内发展概况）国内发展概况 精细农业思想已开始在我国传播，且已引起科精细农业思想已开始在我国传播，且已引起科技和产业界的重视。技和产业界的重视。东北、新疆、广东、江苏、内蒙、浙江已
32、进行东北、新疆、广东、江苏、内蒙、浙江已进行了立项前期研究，已引进为主了立项前期研究，已引进为主。科研机构和各高校逐步开展这方面的工作。科研机构和各高校逐步开展这方面的工作。4950精确农业典型示范案例精确农业典型示范案例n大田精准生产技术集成示范大田精准生产技术集成示范n果园精细管理技术集成应用果园精细管理技术集成应用n设施农业精细管理技术集成示范设施农业精细管理技术集成示范n水产精细养殖技术集成示范水产精细养殖技术集成示范n畜禽精细养殖技术集成示范畜禽精细养殖技术集成示范5051课后作业课后作业n 什么是精确农业？其技术思想核心和技术体什么是精确农业？其技术思想核心和技术体系是什么？系是什么？n 精确农业技术发展现状如何？存在的问题与精确农业技术发展现状如何？存在的问题与对策是什么？对策是什么？第第15周交周交51放映放映结束！结束！无悔无愧于昨天，丰硕殷实无悔无愧于昨天，丰硕殷实的今天，充满希望的明天。的今天，充满希望的明天。52
