基于3S 技術(shù)高精度自動化灌溉系統(tǒng)信息化平臺設(shè)計(jì)

《基于3S 技術(shù)高精度自動化灌溉系統(tǒng)信息化平臺設(shè)計(jì)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于3S 技術(shù)高精度自動化灌溉系統(tǒng)信息化平臺設(shè)計(jì)（4頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、基于3S 技術(shù)高精度自動化灌溉系統(tǒng)信息化平臺設(shè)計(jì) 摘要：運(yùn)用3S技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)時獲取農(nóng)用小區(qū)作物生長實(shí)際需求的信息，同時結(jié)合試驗(yàn)田的土壤和作物的水分?jǐn)?shù)據(jù)，通過信息處理與分析，按需給作物進(jìn)行施水的技術(shù)。應(yīng)用GPS定位功能，在控制平臺上還能精確的顯示出每個灌溉設(shè)備的工作狀態(tài)，是否做好了作業(yè)的準(zhǔn)備。同時，利用傳感器技術(shù)把灌溉設(shè)備的工作數(shù)據(jù)實(shí)時的傳送到數(shù)據(jù)平臺，為工作人員的維修提供數(shù)據(jù)支持。 關(guān)鍵詞：3S噴灌系統(tǒng)信息化 DesignofInformationPlatformforHigh-precisionAutomaticIrrigationSystemBasedon3STechn

2、ology LiuZhixin，WangXiaojuan Abstract：Throughinformationprocessingandanalysis，thearticlestudiestheuseof3Stechnologyandcomputercontrolsystemtoobtainreal-timeinformationontheactualneedsofcropgrowthinagriculturalplots，combiningwiththesoilandcropmoisturedatainthetestfield，thetechnologyofwateringcropso

3、ndemand.UsingGPSpositioningfunction，thecontrolplatformcanalsoaccuratelydisplaytheworkingstatusofeachirrigationequipmentandwhetheritisreadyforoperation.Atthesametime，sensortechnologyisusedtotransmittheworkingdataofirrigationequipmenttothedataplatforminrealtimetoprovidedatasupportforthemaintenanceofth

4、estaff. Keywords：3Ssprinklerirrigationsystem，informatization 隨著我國城鎮(zhèn)化速度的加快，越來越多的農(nóng)村人口涌入城市，農(nóng)村中的剩余勞動力變少，這就要求我國加快農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化水平。本課題針對我國的北方地區(qū)普遍所采用手動開關(guān)控制的噴灌設(shè)備，其控制核心為低壓電氣觸點(diǎn)開關(guān)。它的缺點(diǎn)為控制的精度和準(zhǔn)確度不高，設(shè)備在行走過程中軌道過寬，而且容易出現(xiàn)控制失靈的等問題如：多個行走電機(jī)速度不同就會導(dǎo)致設(shè)備翻車、對農(nóng)作物造成碾壓損害，還會導(dǎo)致噴灌水量的不均勻，從而導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量低、質(zhì)量差，噴灌設(shè)備易損壞維修費(fèi)用高等。如何實(shí)現(xiàn)高精度自動噴灌成為農(nóng)業(yè)自動化的

5、一個難題。針對此難題本課題采用3S技術(shù)的精細(xì)灌溉技術(shù)。運(yùn)用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)〔GPS〕和地理信息系統(tǒng)〔GIS〕，遙感技術(shù)〔RS〕和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)時獲取農(nóng)用小區(qū)作物生長實(shí)際需求的信息，通過信息處理與分析，按需給作物進(jìn)行施水的技術(shù)，可以最大限度提高水資源的利用率和土地的產(chǎn)業(yè)率。利用PLC和變頻技術(shù)為核心的自動化控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r響應(yīng)信息化平臺發(fā)出的指令，高效率、高精度的完成噴灌任務(wù)。 13S技術(shù) 3S技術(shù)是結(jié)合空間、傳感器、衛(wèi)星定位與導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科技術(shù)集成的對地球外表的空間信息進(jìn)行采集、處理、管理、分析、表達(dá)、傳播和應(yīng)用的現(xiàn)代信息技術(shù)【1】。在現(xiàn)今科技水平飛躍開展的時代，我國的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的

6、弊端已經(jīng)顯露，人均占有耕地面積減少、水土流失嚴(yán)重、水體污染等問題制約著我國農(nóng)業(yè)及其經(jīng)濟(jì)水平的開展【1】。而結(jié)合3S技術(shù)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)廣泛地運(yùn)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。本文將介紹利用3S技術(shù)在高精度自動化灌溉系統(tǒng)中信息化平臺設(shè)計(jì)。 2遙感〔RS〕在高精度自動化灌溉系統(tǒng)中信息化平臺設(shè)計(jì)應(yīng)用 遙感〔RS〕。即遙遠(yuǎn)的感知，是運(yùn)用在不同平臺上的傳感器對遠(yuǎn)距離目標(biāo)或自然現(xiàn)象進(jìn)行探測，利用不同地物的反射率不同的特性來獲取地表信息【2】。 作物長勢監(jiān)測與作物估產(chǎn)即利用遙感技術(shù)對作物生長情況、趨勢進(jìn)行觀測，以此估計(jì)作物量與品質(zhì)【2】。目前作物長勢監(jiān)測最常見的就是運(yùn)用NDVI、新開展的EVI指數(shù)等來估算生物量、作物

7、產(chǎn)量等反映作物生長特征因子的直接觀測法。 在干旱監(jiān)測中，針對遙感數(shù)據(jù)不同波段構(gòu)建土壤水分指數(shù)運(yùn)用廣泛。如通過地表溫度LST和NDVI指數(shù)之間的關(guān)系，建立溫度植被干旱指數(shù)TVDI干旱監(jiān)測模型，并且進(jìn)行干旱等級劃分，并對內(nèi)蒙古地區(qū)進(jìn)行旱情監(jiān)測【5】。旱情監(jiān)控為較為典型的一種農(nóng)業(yè)災(zāi)害應(yīng)用，除此以外在應(yīng)對洪澇、冷凍等災(zāi)害也常利用遙感技術(shù)監(jiān)測。光學(xué)遙感數(shù)據(jù)如TM和SPOT等，一般可對農(nóng)業(yè)受損進(jìn)行評估【6】。利用作物關(guān)鍵生育時期的Landsat8OLI高清影像進(jìn)行監(jiān)督分類，提取作物種植面積分布。 精準(zhǔn)化施肥與灌溉是可以幫助農(nóng)業(yè)技術(shù)人員精準(zhǔn)施肥、灌溉，獲取最大收益。如將GeoEye-1高分辨率遙

8、感影像數(shù)據(jù)與氮肥優(yōu)化算法〔NFOA〕相結(jié)合，開展了冬小麥氮肥推薦應(yīng)用研究[9]。宋文龍等基于GF-1較高空間分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過光譜匹配方法像元尺度用，并引入OTSU自適應(yīng)閾值算法，構(gòu)建了高分辨率灌溉面積遙感。 3地理信息系統(tǒng)〔GIS〕在精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)的應(yīng)用 GIS是在計(jì)算機(jī)硬件與軟件的支持下，運(yùn)用系統(tǒng)工程和信息科學(xué)的理論，科學(xué)管理和綜合分析具有空間內(nèi)涵的地理數(shù)據(jù)，以提供對規(guī)劃、管理、決策和研究所需信息的空間系統(tǒng)[11]。 GIS能將人們從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或相關(guān)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)活動所利用的各種資源緊密聯(lián)系并使各自都發(fā)揮出最大作用。建立的根本農(nóng)田灌溉數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)[12]與寧方志建立的土地利用現(xiàn)狀

9、調(diào)查管理系統(tǒng)[13]都屬于利用GIS的空間管理優(yōu)勢將自然資源聯(lián)系管理。 GIS通過提取各個威脅因子實(shí)現(xiàn)對災(zāi)害區(qū)的孕災(zāi)條件信息量化，可以進(jìn)行災(zāi)情預(yù)警、災(zāi)害程度與損失狀況評估等應(yīng)用，以及時減少人民財產(chǎn)損失。如楊志捷等利春小麥抽穗至成熟期間氣象觀測資料、春小麥品種試驗(yàn)的發(fā)育期觀測資料以及春小麥播種面積、產(chǎn)量和單產(chǎn)資料等，利用GIS技術(shù)開展內(nèi)蒙古春小麥干熱風(fēng)風(fēng)險精細(xì)化區(qū)劃與評估[14]。 GIS在病蟲災(zāi)害主要作用包括探尋分析病蟲成因與規(guī)律、評估災(zāi)害發(fā)生時適宜因子、預(yù)測災(zāi)害演變趨勢，從而建立農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害科學(xué)數(shù)據(jù)庫和農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害信息系統(tǒng)[11]。我國已成功將GIS應(yīng)用到了棉蚜蟲、松毛蟲等害蟲防治工

10、作上。如蔣杰賢等運(yùn)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法GIS分析了桃樹桃蚜和草間鉆頭蛛種群的空間結(jié)構(gòu)，并模擬了其種群空間分布格局[15]與周文杰等建立的棉蚜蟲害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)[16]。 4全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)〔GNSS〕在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用 隨著中國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)〔BDS〕建設(shè)開展，美國全球定位系統(tǒng)〔GPS〕不再是GNSS的代名詞。但現(xiàn)目前GPS仍是運(yùn)用最廣泛的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。 GPS是由美國國防部研制建立的一種具有全方位、全天候、全時段、高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能為全球用戶提供低本錢、高精度的三維位置、速度和精確定時等導(dǎo)航信息【1】。 智能化農(nóng)業(yè)動態(tài)定位根據(jù)管理信息系統(tǒng)發(fā)出的指令，實(shí)現(xiàn)田間耕作、施

11、肥、灌溉、噴藥等精確定位操作[17]?，F(xiàn)國內(nèi)的研究基于前人的根底更加深入，如魏少東為解決單一的導(dǎo)航系統(tǒng)不能滿足現(xiàn)在化農(nóng)業(yè)機(jī)械的導(dǎo)航定位的精度要求，將GPS技術(shù)與慣性導(dǎo)航組合導(dǎo)航系統(tǒng)，研究了一套果園機(jī)械自動導(dǎo)航控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)果園機(jī)械自動化作業(yè)[17]。 GPS的準(zhǔn)確定位功能為農(nóng)業(yè)技術(shù)人員統(tǒng)計(jì)各個地理位置的農(nóng)作物狀態(tài)提供了便捷。近些年已有不少學(xué)者針對農(nóng)作物生長狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集研究。如陳宏等研制的基于GPS的農(nóng)田信息采集系統(tǒng)既能實(shí)現(xiàn)農(nóng)田信息的準(zhǔn)確采集，還可以在 客戶端進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，又能實(shí)現(xiàn)采集地點(diǎn)的實(shí)時定位功能[18]。對提高農(nóng)作物產(chǎn)量，降低勞動力本錢具有重要意義。 5結(jié)語 在全面建成小

12、康社會的緊要關(guān)頭，為了滿足經(jīng)濟(jì)與人類開展需求，必須促進(jìn)農(nóng)業(yè)的持續(xù)開展，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的出現(xiàn)協(xié)調(diào)了矛盾。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是3S技術(shù)與自動化技術(shù)的綜合應(yīng)用，結(jié)合田間最小單元的具體條件，最優(yōu)化配置耕地資源與勞動力投入，定量化精準(zhǔn)田間管理，以提高農(nóng)作物產(chǎn)量與質(zhì)量、降低生產(chǎn)本錢，減小農(nóng)業(yè)活動為周邊環(huán)境帶來的污染及其他不利影響。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的施行將我國農(nóng)業(yè)開展代入一個新的臺階，不僅極大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，也在自然資源、環(huán)境、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)管理等方面具有重要作用與意義。 內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)研究工程，編號：NJZC17476;內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)研究工程，編號：NJZY17475。 參考文獻(xiàn)： 【1】母金梅

13、，申志永.3S技術(shù)在我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程，2021〔2〕：74-76. 【2】溫鵬.農(nóng)業(yè)遙感研究現(xiàn)狀與展望[J].經(jīng)營管理者，2021〔15〕：219. 【3】劉新杰，魏云霞，焦全軍，等.基于時序定量遙感的冬小麥長勢監(jiān)測與估產(chǎn)研究[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，2021，34〔04〕：756-765. 【4】黃青，劉航，鄒金秋.2021年巴西大豆長勢遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析研究[J].中國科技資源導(dǎo)刊，2021，49〔6〕：60-65，75. 【5】高雅.基于遙感干旱指數(shù)與葉綠素?zé)晒獾霓r(nóng)業(yè)干旱預(yù)警研究[D].黑龍江大學(xué)，2021. 【6】陳仲新，任建強(qiáng)，唐華俊，等.農(nóng)業(yè)遙感研究應(yīng)用進(jìn)

14、展與展望[J].遙感學(xué)報，2021，20〔05〕：748-767. 【7】劉創(chuàng).基于敏感光譜特征的小麥白粉病遙感監(jiān)測研究[D].安徽大學(xué)，2021. [8]陳穎姝，張曉春，王修貴，等.基于Landsat8OLI與MODIS數(shù)據(jù)的洪澇季節(jié)作物種植結(jié)構(gòu)提取[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2021，30〔21〕：165-173. [9]張秋陽，楊貴軍，徐新剛，等.基于GeoEye-1高分遙感影像的冬小麥氮肥推薦應(yīng)用[J].麥類作物學(xué)報，2021，34〔12〕：1685-1693. 方法研究——以東雷二期抽黃灌區(qū)為例[J].水利學(xué)報，2021，50〔07〕：854-863. [11]孟偉，高吉喜，陳佑

15、啟，等.GIS技術(shù)在環(huán)境資源工作中的應(yīng)用與開展[J].地理信息世界，2021〔05〕：19-22. [12]劉兵.基于MapGIS的根本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)研究[D].天津大學(xué)，2021. [13]寧方志.基于WebGIS的土地利用現(xiàn)狀調(diào)查管理系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用[D].山東科技大學(xué)，2021. [14]楊志捷，金林雪，武榮盛，等.基于GIS的內(nèi)蒙古春小麥干熱風(fēng)風(fēng)險精細(xì)化區(qū)劃[J].干旱氣象，2021，37〔05〕：866-872. [15]蔣杰賢，萬年峰，季香云.基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS的化學(xué)農(nóng)藥脅迫下桃樹桃蚜與草間鉆頭蛛種群空間格局[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2021，23〔07〕：906-913. [16]周文杰，趙慶展，靳光才，等.基于移動GIS的棉蚜蟲害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)建[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2021〔9〕：163-168. [17]魏少東.基于GPS和慣性導(dǎo)航的果園機(jī)械導(dǎo)航系統(tǒng)研究[D].西北農(nóng)林科技大學(xué)，2021. [18]陳宏，王維洲，廖志軍，等.基于GPS的農(nóng)田信息采集系統(tǒng)研究[J].國外電子測量技術(shù)，2021，37〔03〕：97-102.