4S系统及在农业上的应用
4S系统及在农业上的应用
日期： 2006-12-05 来源：吉林省农业委员会 陈巳
吉林省农业委员会 陈巳
我国加入WTO后面临着日趋激烈的竞争，千家万户的小农生产与国际现代化大农业的对接给我们发展现代农业提出了新的挑战。党的十六届五中全会提出了建设社会主义新农村的重大任务，给我们建设现代农业提出了更高的要求。发展现代农业，农业科学技术是支撑。推进农业经营管理现代化，必须应用现代技术装备实现农业信息化。当前，全球卫星定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、遥感技术（RS）的成功应用和与计算机技术的完美结合构成了现代精准农业，加上覆盖农业各领域的农业专家系统(AES)，组成了具有强大科技推动力的农业信息“4S系统”，为新时期新阶段转变农业增长方式、建设现代农业奠定了坚实的基础。
一、GIS及在农业上的应用
GIS是地理信息系统（Geographic Information System）的英文的缩写。GIS是随着地理科学、信息科学和计算机技术的发展而产生的新学科，GIS主要通过对一定空间和地理相关数据进行搜集采集、图形和图象数字化、储存管理、查询检索、分析处理，向人们提供、描述和输出特定的空间和地理的相关信息，为农业生产和人类生活服务。
目前GIS已在资源开发、土地管理勘测、环境保护、城市规划建设、农作物布局和产量调查、交通运输、通讯导航、能源地图测绘、林业生产、自然灾害的监测与评估、金融保险、石油与天然气勘查和军事等方面得到了具体应用。
GIS在农业上的应用主要是：运用各种航天航空遥感数据、经计算机处理提取各种农业信息，制成各种用于指导农业生产的因素图。如农业土地利用图、农田坡度坡向图、土壤水土侵蚀图、自然植被分布图、经济作物分布图、水利设施分布图、农作物长势图等等。如果把当地的作物结构、土壤类型、肥力因素、气象条件、化学投入品、农业机械、病虫草鼠害消长等方面的数据和资料加进去，经过GIS进行分析、整合后，可以对一定区域内农作物发展规划和种植结构、耕地和土壤的分类利用、化肥和农药投入的种类和数量、农作物病虫草鼠害的防控、干旱洪涝等农业灾害的预测和防控、农作物产量的分析与预测、草原载畜数量种类及草场建设、农业机械种类和数量的配备、农田水土保持和面源污染控制、高效精细农业的建设、农田水利设施的布局和建设等等进行科学合理的规划。如果再将农村人口、产业布局、科技水平、市场信息、农村政策等因素也加入进行综合分析，就可以对农业生产的综合效益、农村产业布局、农村科技教育、农业劳动力分工分业、基本农田保护、农村企业发展、农村医疗卫生事业的发展、农村金融保险业的发展等方面提出科学有效的建设性的建议，用于对解决“三农”问题、建设社会主义新农村、全面实现小康社会等工作的管理、指导和决策。
二、GPS及在农业上的应用
GPS是全球卫星定位系统（Global Positioning System）的英文缩写。GPS由空间星座、地面监控和用户设备三部分组成。GPS的空间星座部分是由24颗均匀分布在6个轨道平面内的卫星组成，在地球上任何地方、任何时刻都可以同时接受到来自4颗GPS卫星所发射的空间轨道信息。监控部分负责卫星的监控和卫星星历计算，它包括主控站和若干个注入站、监测站。用户设备是装有计算机硬件和处理软件的可以锁定4颗以上的卫星信号的接收机，用户可以通过用户设备接收GPS卫星信号，并通过对信号的处理而获得用户的位置、速度等信息，进行导航和定位。
GPS的应用很广泛。主要在农业生产、土地测量、交通定位、灾害救援等方面有广泛应用。农业方面主要用于“精准农业”，利用GPS进行农田信息定位获取，如产量监测、土样采集等。在土地测量方面用于资源勘查、大地测量、土壤质地变化测量、地表变化测量和地籍测量等。在交通方面用于对移动机动车辆进行精确跟踪定位，车辆的合理调度管理，电子地图导航等。在救援方面用于报警、定位和搜索和救援。如地质灾害、水旱灾害、气象灾害、海洋灾害、森林火灾、环境污染等的测定。
GPS在农业上的应用。主要是配合GIS和遥感技术进行农田各种信息的定位，获取相应的信息数据，通过计算机系统进行分析处理，对农业生产做出科学合理的管理决策。一是土壤养分分布的调查。用GPS接收机把在农田中采集土壤样品的位置精确地测定出来，输入计算机，用地理信息系统进行标定，可以绘出土壤样品点位分布图，进行样品检测分析后，作为测土配方施肥的依据。二是监测作物产量。把GPS接收机及配套的作物产量监视器安装在联合收割机上，在收获的同时可以计算出农作物的产量及影响作物产量的相关因素，从而改进耕作栽培和田间管理工作。在进行田间施肥时，把GPS接收机安装在施肥机上，依据农田土壤养分含量数据，施肥机可以精确地根据农田肥力、作物需要及化肥种类进行施肥，不仅可以保证作物的营养需要，还能节约生产成本。三是精准进行田间管理。在农作物生长期，利用遥感图像、GIS，可以准确地测出田间生长着的农作物的绿度值，因为作物种类及长势不同绿度值也不同，可以绘出作物色彩变化图，据此确定不同作物和作物不同长势对环境条件的要求及促控措施，做到精准管理。四是在应用农业机械进行播种、施肥、除草、灌溉等工作时，应用GPS差分定位技术可以减少重复作业和遗漏，节省种子、化肥和农药，避免肥害和药害，降低生产成本，避免资源浪费和环境污染。
三、RS及在农业上的应用
RS是遥感（Remote Sensing）技术的英文缩写。RS是应用现代信息手段，从人们不可及的高度和距离拍摄的有用的信息像片或图像。利用遥感像片我们可以遥测和辨别出很多信息，如水体、植被、农田、居民区、厂矿、道路、山地等，甚至能够辨别出更小的物体。大量信息的提取使遥感技术的应用领域十分广阔，有近30个领域、行业应用了遥感技术。如海洋资源调查、土地资源调查、植物资源调查、空间资源调查、考古测绘调查、环境条件监测等。
近期遥感技术普遍应用于工农业发展和国民生产之中。如把遥感、GIS和网络通讯技术集成研制成功的“沙尘暴的卫星监测系统和沙尘暴的灾害影响评估系统”，实现了沙尘暴的定性、定量、定位的卫星遥感监测与灾情评估。通过卫星遥感建立的“森林及草原火灾监测与管理信息系统”能够及时发现火点、准确定位火点地理坐标、测算过火面积、计算林木和干草损失量。运用遥感技术监测海洋赤潮灾害、洪涝灾害等的发生、消长情况。
RS技术在农业方面的应用更为广泛。农业部从上世纪七十年代开始开展遥感的技术应用。主要用于以下五个方面。一是农业资源的调查。监测耕地变化情况，土地开发利用情况，东北黑土地保护利用现状等。二是农作物估产。如北方冬小麦遥感估产，东北春大豆播种面积及产量估测，南方水稻和棉花种植面积及产量估测等。三是生态环境变化监测。全国水土流失状况的监测，北方土地沙漠化的监测，西北地区水土流失情况的监测等。四是自然灾害监测。如森林草原火灾监测，草原旱灾、雪灾的监测，北方冬小麦旱情监测，蝗虫、草地螟等迁飞性害虫迁飞情况的监测，有害生物入侵情况的监测，冰雹、台风、寒潮、霜冻等灾害性天气情况的监测等。五是海洋渔业鱼情、赤潮及海洋环境变化情况的监测等。
四、AES及其应用
AES是农业专家系统（Agricultural Expert System）的英文缩写，又称为农业智能系统。AES是运用众多农业领域的知识、技术、模型和专家经验，结合当地农业生产的资源、条件和生产方式、农村政策，结合用户提供的信息、数据和事实，模仿专家的思维方式，采用计算机信息技术进行整合、判断、推理和表达，对用户所提出的问题给予专家水平的解答。AES是一种可以人机对话的计算机系统，主要为农业行政部门的生产管理者、技术推广部门的业务服务者、农业投入品和农产品的经营者、从事农业生产的基层干部和群众提供咨询服务，指导科学生产。
目前国内外AES已有极大的发展，应用范围遍及农业的各种产业和生产的各个领域。从大的方面看，有粮食生产、畜牧业、园艺特产业、林业、水产养殖、庭院经济、农产品加工、农产品营销、农业科技教育、农业管理体制等。从单方面的农作物生产看，涉及到作物育种、耕作栽培、田间管理、病虫害防控、农业机械选用、生产效益分析及农产品加工等。
我国在AES的研究方面已经取得了一批有影响的成果，研制出一批高效实用的系统软件。中科院合肥智能所的“施肥专家系统”已推广到全国100多个县，中国农科院土肥所的“小麦、玉米施肥专家系统”、作物所的“冬小麦新品种选育专家系统”和“玉米杂交种选育专家系统”也取得了很好的效果。我省长春市农科院的国家“863”课题“玉米栽培专家系统”也已在生产中运用。
AES是农业信息技术中的重要技术，它可以运用计算机网络进行快速推广普及，也可以运用单机联网推广，缺少条件的地方可以人工用电话查询和复制光盘推广应用，特别困难的地区可以印成“明白纸”。
AES可以做成各种单项的生产、管理系统，广泛应用于作物生产、农田灌溉、作物施肥、品种选择、病虫害防控、特业生产、畜牧业生产管理、环境控制、水土保持、农产品加工、农产品营销、环境污染控制、自然灾害防控、生产中的经济效益分析、财务运行分析、市场分析、农业机械选择、农业机械故障检测与排除、农村教育、农村劳动力转移等众多方面，具有生产优势的主要农作物的专家咨询系统特别受到群众的欢迎。AES还可以与国家各部委安排的智能化农业信息技术应用示范工程、金农工程、农业信息化项目等相结合，进一步扩大其应用领域。
应用现代计算机技术，把农业专家系统与卫星定位技术、地理信息技术和遥感技术相结合，可以极大地提高农业信息技术在现代农业中的管理和应用水平，必将在提高农业综合生产能力、提高农业经营管理水平、加强农业宏观调控决策、增加农民收入和建设现代农业中发挥的巨大作用！
吉林省农业委员会 陈巳
我国加入WTO后面临着日趋激烈的竞争，千家万户的小农生产与国际现代化大农业的对接给我们发展现代农业提出了新的挑战。党的十六届五中全会提出了建设社会主义新农村的重大任务，给我们建设现代农业提出了更高的要求。发展现代农业，农业科学技术是支撑。推进农业经营管理现代化，必须应用现代技术装备实现农业信息化。当前，全球卫星定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、遥感技术（RS）的成功应用和与计算机技术的完美结合构成了现代精准农业，加上覆盖农业各领域的农业专家系统(AES)，组成了具有强大科技推动力的农业信息“4S系统”，为新时期新阶段转变农业增长方式、建设现代农业奠定了坚实的基础。
一、GIS及在农业上的应用
GIS是地理信息系统（Geographic Information System）的英文的缩写。GIS是随着地理科学、信息科学和计算机技术的发展而产生的新学科，GIS主要通过对一定空间和地理相关数据进行搜集采集、图形和图象数字化、储存管理、查询检索、分析处理，向人们提供、描述和输出特定的空间和地理的相关信息，为农业生产和人类生活服务。
目前GIS已在资源开发、土地管理勘测、环境保护、城市规划建设、农作物布局和产量调查、交通运输、通讯导航、能源地图测绘、林业生产、自然灾害的监测与评估、金融保险、石油与天然气勘查和军事等方面得到了具体应用。
GIS在农业上的应用主要是：运用各种航天航空遥感数据、经计算机处理提取各种农业信息，制成各种用于指导农业生产的因素图。如农业土地利用图、农田坡度坡向图、土壤水土侵蚀图、自然植被分布图、经济作物分布图、水利设施分布图、农作物长势图等等。如果把当地的作物结构、土壤类型、肥力因素、气象条件、化学投入品、农业机械、病虫草鼠害消长等方面的数据和资料加进去，经过GIS进行分析、整合后，可以对一定区域内农作物发展规划和种植结构、耕地和土壤的分类利用、化肥和农药投入的种类和数量、农作物病虫草鼠害的防控、干旱洪涝等农业灾害的预测和防控、农作物产量的分析与预测、草原载畜数量种类及草场建设、农业机械种类和数量的配备、农田水土保持和面源污染控制、高效精细农业的建设、农田水利设施的布局和建设等等进行科学合理的规划。如果再将农村人口、产业布局、科技水平、市场信息、农村政策等因素也加入进行综合分析，就可以对农业生产的综合效益、农村产业布局、农村科技教育、农业劳动力分工分业、基本农田保护、农村企业发展、农村医疗卫生事业的发展、农村金融保险业的发展等方面提出科学有效的建设性的建议，用于对解决“三农”问题、建设社会主义新农村、全面实现小康社会等工作的管理、指导和决策。
二、GPS及在农业上的应用
GPS是全球卫星定位系统（Global Positioning System）的英文缩写。GPS由空间星座、地面监控和用户设备三部分组成。GPS的空间星座部分是由24颗均匀分布在6个轨道平面内的卫星组成，在地球上任何地方、任何时刻都可以同时接受到来自4颗GPS卫星所发射的空间轨道信息。监控部分负责卫星的监控和卫星星历计算，它包括主控站和若干个注入站、监测站。用户设备是装有计算机硬件和处理软件的可以锁定4颗以上的卫星信号的接收机，用户可以通过用户设备接收GPS卫星信号，并通过对信号的处理而获得用户的位置、速度等信息，进行导航和定位。
GPS的应用很广泛。主要在农业生产、土地测量、交通定位、灾害救援等方面有广泛应用。农业方面主要用于“精准农业”，利用GPS进行农田信息定位获取，如产量监测、土样采集等。在土地测量方面用于资源勘查、大地测量、土壤质地变化测量、地表变化测量和地籍测量等。在交通方面用于对移动机动车辆进行精确跟踪定位，车辆的合理调度管理，电子地图导航等。在救援方面用于报警、定位和搜索和救援。如地质灾害、水旱灾害、气象灾害、海洋灾害、森林火灾、环境污染等的测定。
GPS在农业上的应用。主要是配合GIS和遥感技术进行农田各种信息的定位，获取相应的信息数据，通过计算机系统进行分析处理，对农业生产做出科学合理的管理决策。一是土壤养分分布的调查。用GPS接收机把在农田中采集土壤样品的位置精确地测定出来，输入计算机，用地理信息系统进行标定，可以绘出土壤样品点位分布图，进行样品检测分析后，作为测土配方施肥的依据。二是监测作物产量。把GPS接收机及配套的作物产量监视器安装在联合收割机上，在收获的同时可以计算出农作物的产量及影响作物产量的相关因素，从而改进耕作栽培和田间管理工作。在进行田间施肥时，把GPS接收机安装在施肥机上，依据农田土壤养分含量数据，施肥机可以精确地根据农田肥力、作物需要及化肥种类进行施肥，不仅可以保证作物的营养需要，还能节约生产成本。三是精准进行田间管理。在农作物生长期，利用遥感图像、GIS，可以准确地测出田间生长着的农作物的绿度值，因为作物种类及长势不同绿度值也不同，可以绘出作物色彩变化图，据此确定不同作物和作物不同长势对环境条件的要求及促控措施，做到精准管理。四是在应用农业机械进行播种、施肥、除草、灌溉等工作时，应用GPS差分定位技术可以减少重复作业和遗漏，节省种子、化肥和农药，避免肥害和药害，降低生产成本，避免资源浪费和环境污染。
三、RS及在农业上的应用
RS是遥感（Remote Sensing）技术的英文缩写。RS是应用现代信息手段，从人们不可及的高度和距离拍摄的有用的信息像片或图像。利用遥感像片我们可以遥测和辨别出很多信息，如水体、植被、农田、居民区、厂矿、道路、山地等，甚至能够辨别出更小的物体。大量信息的提取使遥感技术的应用领域十分广阔，有近30个领域、行业应用了遥感技术。如海洋资源调查、土地资源调查、植物资源调查、空间资源调查、考古测绘调查、环境条件监测等。
近期遥感技术普遍应用于工农业发展和国民生产之中。如把遥感、GIS和网络通讯技术集成研制成功的“沙尘暴的卫星监测系统和沙尘暴的灾害影响评估系统”，实现了沙尘暴的定性、定量、定位的卫星遥感监测与灾情评估。通过卫星遥感建立的“森林及草原火灾监测与管理信息系统”能够及时发现火点、准确定位火点地理坐标、测算过火面积、计算林木和干草损失量。运用遥感技术监测海洋赤潮灾害、洪涝灾害等的发生、消长情况。
RS技术在农业方面的应用更为广泛。农业部从上世纪七十年代开始开展遥感的技术应用。主要用于以下五个方面。一是农业资源的调查。监测耕地变化情况，土地开发利用情况，东北黑土地保护利用现状等。二是农作物估产。如北方冬小麦遥感估产，东北春大豆播种面积及产量估测，南方水稻和棉花种植面积及产量估测等。三是生态环境变化监测。全国水土流失状况的监测，北方土地沙漠化的监测，西北地区水土流失情况的监测等。四是自然灾害监测。如森林草原火灾监测，草原旱灾、雪灾的监测，北方冬小麦旱情监测，蝗虫、草地螟等迁飞性害虫迁飞情况的监测，有害生物入侵情况的监测，冰雹、台风、寒潮、霜冻等灾害性天气情况的监测等。五是海洋渔业鱼情、赤潮及海洋环境变化情况的监测等。
四、AES及其应用
AES是农业专家系统（Agricultural Expert System）的英文缩写，又称为农业智能系统。AES是运用众多农业领域的知识、技术、模型和专家经验，结合当地农业生产的资源、条件和生产方式、农村政策，结合用户提供的信息、数据和事实，模仿专家的思维方式，采用计算机信息技术进行整合、判断、推理和表达，对用户所提出的问题给予专家水平的解答。AES是一种可以人机对话的计算机系统，主要为农业行政部门的生产管理者、技术推广部门的业务服务者、农业投入品和农产品的经营者、从事农业生产的基层干部和群众提供咨询服务，指导科学生产。
目前国内外AES已有极大的发展，应用范围遍及农业的各种产业和生产的各个领域。从大的方面看，有粮食生产、畜牧业、园艺特产业、林业、水产养殖、庭院经济、农产品加工、农产品营销、农业科技教育、农业管理体制等。从单方面的农作物生产看，涉及到作物育种、耕作栽培、田间管理、病虫害防控、农业机械选用、生产效益分析及农产品加工等。
我国在AES的研究方面已经取得了一批有影响的成果，研制出一批高效实用的系统软件。中科院合肥智能所的“施肥专家系统”已推广到全国100多个县，中国农科院土肥所的“小麦、玉米施肥专家系统”、作物所的“冬小麦新品种选育专家系统”和“玉米杂交种选育专家系统”也取得了很好的效果。我省长春市农科院的国家“863”课题“玉米栽培专家系统”也已在生产中运用。
AES是农业信息技术中的重要技术，它可以运用计算机网络进行快速推广普及，也可以运用单机联网推广，缺少条件的地方可以人工用电话查询和复制光盘推广应用，特别困难的地区可以印成“明白纸”。
AES可以做成各种单项的生产、管理系统，广泛应用于作物生产、农田灌溉、作物施肥、品种选择、病虫害防控、特业生产、畜牧业生产管理、环境控制、水土保持、农产品加工、农产品营销、环境污染控制、自然灾害防控、生产中的经济效益分析、财务运行分析、市场分析、农业机械选择、农业机械故障检测与排除、农村教育、农村劳动力转移等众多方面，具有生产优势的主要农作物的专家咨询系统特别受到群众的欢迎。AES还可以与国家各部委安排的智能化农业信息技术应用示范工程、金农工程、农业信息化项目等相结合，进一步扩大其应用领域。
应用现代计算机技术，把农业专家系统与卫星定位技术、地理信息技术和遥感技术相结合，可以极大地提高农业信息技术在现代农业中的管理和应用水平，必将在提高农业综合生产能力、提高农业经营管理水平、加强农业宏观调控决策、增加农民收入和建设现代农业中发挥的巨大作用！
