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《中国农业大学》 2001年
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支持精细农业实践的农田空间分布信息处理的方法与试验研究

刘刚  
【摘要】: 近几年来,我国在推进新的农业科技革命中,对国外“精细农业”的研究 与发展,给予了极大的关注。精细农业的应用实践和快速发展,能够使人类充 分挖掘农田的潜力、合理利用水肥资源、避免环境污染、大幅度提高农产品产 量和品质,代表了新时期可持续农业发展的主要方向,将在21世纪初成为推动 我国农业科技革命的重要研究课题。 在精细农业的研究与实践中,涉及到一系列新的科学技术问题。精细农业 的基本思想是针对田间状况的时空变异,采取不同的个性化的管理措施,达到 普遍优化,从而提高效率和效益。显然,田间信息的合理采集和加工处理以及 田间状态的恰当描述,就是首要的任务。其中,尤以农田信息实时快速采集先 进传感技术,农田空间分布信息处理方法,变量管理农艺技术与系统分析等最 为突出,它们都需要农艺学、农业工程学、数学、技术经济学和计算机技术的 支持。 目前,在农田空间分布信息处理方法方面,已有许多研究成果见诸于国际 学术刊物。但因农田作物生长环境的复杂性,尚未找到在不同耕作制度、不同 区域的条件下都能适用的处理方法,故仍处在继续研究阶段。近两年来,国内 开始进行的有关研究,主要集中在农田土壤养分的变异规律研究上,但在评价 具有决定性意义的农田空间变异信息方面及定量描述作物产量与农田空间分布 信息因果关系方面,尚未见报道。 本文在探索我国精细农业发展道路的基础上,以当前开展精细农业实践急 需解决的关键问题之一—农田空间分布信息处理方法研究作为切入点,通过对 北京顺义“三高”农业示范区一块面积约11公顷的农田进行了定点采样试验, 得到土壤空间分布信息(水分、养分)、苗情分布信息(株数、株高、地上干物 重等)、产量分布信息(亩产量、亩穗数、穗粒数、千粒重、生物产量等)。然 后,应用经典统计学方法和地统计学方法,分析了农田信息的空间变异性特征, 找出了作物产量与农田空间信息分布状态的因果关系,同时将神经网络首次应 用于农田空间分布信息的处理,建立并验证了作物产量与农田空间分布信息的 神经网络模型。全文主要结论如下: 1、应根据我国实际情况,借鉴国外经验,因地制宜地、分层次、分区域并行 启动精细农业研究示范与实践。当前我国应该重点开展精细灌溉和精细施 肥的研究与实践。 2、合理的农田土壤采样策略、合适的空间插值方法,是得到比较准确而又兼 顾成本的农田空间变异信息的有效保证。其中规则栅格采样是目前最常采 用的方法,但容易丢失一些比较重要的分布信息;系统分层采样是最理想 的方法,容易发现具有周期性分布的农田信息。距离反比插值方法是一个 比较精确的插值方法,但其插值精度与邻域大小有关;克里格插值方法的 计算量比较大,但却是一个比较精确的插值方法。在顺义三高试验农田内, 对三种常规土壤养分进行了插值精度的比较,结果表明,克里格与距离反 比法方法总体最好,其中克里格方法中又以球面和指数模型为佳,距离反 博土学位论文 一 比法中以权系数为2的最佳。 3、通过经典统计学方法和地统计学方法,对顺义三高试验农田空间分布信息 进行处理,得到以下结论:土壤速效磷、每平方米株数、地上部干重、于 粒产量、生物产量的变异系数范围为0.26Al.37,属于中等变异程度,土壤 含水率的变异系数为0.18,接近中等变异程度。六种农田空间分布信息的 自相关距范围为40厂~57.lin,于粒产量的自相关距为138.gm。 4、通过DGPS和GIS相结合,得到农田空间信息并自动生成了农田空间信息 分布图,借助此图,初步分析了农田信息产生空间变异的原因。 5、利用相关分析、偏相关分析、逐步回归分析、通径分析找出了影响产量的 具有决定性意义的农田空间分布信息。 6、利用人工神经网络对农田空间分布信息进行处理,建立起作物产量的神经 网络模型,能够根据农田土壤空间分布信息预测农田小区内的作物产量。
【学位授予单位】:中国农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:S-01

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 孙立民;王福林;;变量播种施肥技术研究[J];东北农业大学学报;2009年03期
2 赵国富;曲宝增;;苹果病虫害数据处理系统设计与实现[J];农机化研究;2008年05期
3 毛宝林;王秀;张文爱;;基于脉宽调制大田喷洒喷雾量控制系统的开发[J];中国新技术新产品;2009年12期
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中国重要会议论文全文数据库 前2条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 庄卫东;东北黑土漫岗区大豆变量施肥播种技术研究[D];黑龙江八一农垦大学;2011年
2 陈立平;精准农业变量施肥理论与试验研究[D];中国农业大学;2003年
3 张漫;农田谷物产量空间分布信息采集、处理与系统集成技术研究[D];中国农业大学;2003年
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5 裘正军;基于GPS、GIS及虚拟仪器的精细农业信息采集与处理技术的研究[D];浙江大学;2003年
6 宋海燕;基于光谱技术的土壤、作物信息获取及其相互关系的研究[D];浙江大学;2006年
7 李瑞;规模经营条件下土壤养分精准管理研究[D];中国农业科学院;2006年
8 潘家志;基于光谱和多光谱数字图像的作物与杂草识别方法研究[D];浙江大学;2007年
9 于婧;基于GIS和地统计学方法的土壤养分空间变异及应用研究[D];华中农业大学;2007年
10 张睿;智能型变量施肥关键技术研究[D];中国农业科学院;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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4 张征;基于GPS和GIS的田间车辆监控及信息管理系统的开发[D];西北农林科技大学;2003年
5 陈小红;温室黄瓜配方施肥N、P、K模型构建[D];西北农林科技大学;2003年
6 庞树杰;基于GPS、GIS变量施水机具控制系统的研究[D];西北农林科技大学;2004年
7 李伟民;基于GPS的现代农业信息计算机采集系统的研究[D];浙江大学;2006年
8 朱云开;基于VMS系统的农田信息空间变异性研究[D];江苏大学;2007年
9 乔俊;谷物测产系统智能监控技术研究[D];黑龙江八一农垦大学;2009年
10 高骁骁;基于GIS 的作物与环境信息系统研究[D];西北农林科技大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 范本荣;沈玉文;江丽华;林海涛;刘兆辉;;聚合物包膜缓/控释肥料的研究进展[J];山东农业科学;2011年09期
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4 王道中;张成军;;控释氮肥对水稻生长及氮素利用率的影响[A];土肥水资源高效利用与农业面源污染防控技术研讨会论文集[C];2011年
5 袁嫚嫚;叶舒娅;刘枫;李敏;吴学忠;;不同控释氮肥对玉米产量和氮肥利用率的影响[A];土肥水资源高效利用与农业面源污染防控技术研讨会论文集[C];2011年
6 李录久;王家嘉;黄厚宽;赵贤友;王黛平;吴萍萍;;氮肥用量对小麦产量和肥料利用效率的影响[A];土肥水资源高效利用与农业面源污染防控技术研讨会论文集[C];2011年
7 乔美英;兰建义;;模糊逻辑神经网络控制在交流调速系统中的仿真研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 潘松;魏民祥;;某型航空无人飞行器用发动机模型辨识的研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 姜莉莉;齐清文;张岸;;基于网格的精准农业数据库及示范应用——以黑龙江农场双山基地为例[A];全国地质制图与GIS学术论坛论文集[C];2011年
10 翟治芬;严昌荣;刘爽;刘勤;;适应与应对气候变化的农业技术评价研究进展[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 包丽华;控释肥高分子残膜的降解动态及对土壤生物学效应的影响研究[D];山东农业大学;2010年
2 丁宝成;煤矿安全预警模型及应用研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
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8 刘素青;森林生态系统经营决策与自适应模型研究[D];中南林业科技大学;2006年
9 张松航;煤储层气体运移特征和CO_2-ECBM数值模拟研究[D];中国地质大学(北京);2011年
10 张红亮;基于货车大型化的驼峰设计与作业控制理论研究[D];北京交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 樊俊;Nutrivant叶面肥对油菜和小白菜产量品质的影响[D];华中农业大学;2010年
2 刘威;紫云英养分积累规律和还田腐解特性及其效应研究[D];华中农业大学;2010年
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4 袁怡;沼液作为生菜、柑橘叶面肥的试验研究[D];华中农业大学;2010年
5 何慧娟;基于多传感器的移动机器人障碍物检测与定位研究[D];安徽工程大学;2010年
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8 李光远;基于在线聚类和最小二乘支持向量机的模糊建模方法研究[D];郑州大学;2010年
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【同被引文献】
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1 王子迎,吴芳芳,檀根甲;生态位理论及其在植物病害研究中的应用前景(综述)[J];安徽农业大学学报;2000年03期
2 冯学智,柏延臣,史正涛,李文君;北疆地区积雪深度的克里格内插估计[J];冰川冻土;2000年04期
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9 任芊,解国玲,董守龙,黄友之;OSC-PLS算法在近红外光谱定量分析中应用的研究[J];北京理工大学学报;2005年03期
10 赵燕东;白陈祥;匡秋明;张军;Paul Wolfgang;;土壤水分传感器实用性能对比研究[J];北京林业大学学报;2006年03期
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1 汪懋华;;“精细农作”——知识经济时代的农田精耕细作技术[A];科技进步与学科发展——“科学技术面向新世纪”学术年会论文集[C];1998年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张淑娟;基于GPS和GIS的精细农业田间信息采集和处理方法的研究[D];浙江大学;2003年
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【二级引证文献】
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2 牛哓颖,钱东平,王秀,杨世凤,邵利敏;基于归一化植被指数的变量施肥控制系统研究[J];河北农业大学学报;2005年02期
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5 姜莉莉;齐清文;张岸;;基于网格的精准农业数据库及示范应用——以黑龙江农场双山基地为例[J];地球信息科学学报;2011年06期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 姜莉莉;齐清文;张岸;;基于网格的精准农业数据库及示范应用——以黑龙江农场双山基地为例[A];全国地质制图与GIS学术论坛论文集[C];2011年
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6 李民赞;张文革;李相平;钱东平;刘俊峰;刘刚;;谷物实时测产技术研究[A];中国数字农业与农村信息化学术研究研讨会论文集[C];2005年
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【二级参考文献】
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9 梁荣,彭璧玉;我国农业发展模式的路向选择[J];南方农村;2001年02期
10 洪添胜;法国精细农业研究概况[J];农机化研究;2000年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 汪懋华;;关于精细农业试验示范与发展研究的思考[A];中国农业机械学会成立40周年庆典暨2003年学术年会论文集[C];2003年
2 何月芳;张漫;张博;刘卉;;几种GPS差分技术及其在精细农业中的应用[A];农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第三分册[C];2005年
3 张波;罗锡文;;ICT在精细农业中的应用与展望[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
4 王宏斌;汪志农;杨青;张智涛;;利用DGPS测量农田电子地图[A];中国数字农业与农村信息化学术研究研讨会论文集[C];2005年
5 刘卉;张文革;;田间计算机AgGPS 170的试验研究[A];2002农业工程青年科技论坛论文集[C];2002年
6 张长利;刘述强;谭克竹;;土壤水分空间变异性的研究[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年
7 杨术明;杨青;杨成海;;精细农业信息采集通用软硬件平台设计[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年
8 伊洪国;;维系农田生态系统平衡的有效途径[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集[C];2006年
9 董文忠;谭勇;刘岚;王娟;邵志慧;李志红;;三峡库区农田氮流失的影响因素探析[A];全国农业面源污染综合防治高层论坛论文集[C];2008年
10 卢燕宇;;中国农田N_2O直接排放对气候变化的响应[A];第26届中国气象学会年会大气成分与天气气候及环境变化分会场论文集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 成诗才;“三S”技术构筑精细农业[N];农民日报;2002年
2 中国工程院院士 汪懋华;发展精细农业 适应信息时代[N];农民日报;2001年
3 董晓兵 范绪国;赞皇将着力发展精细农业[N];石家庄日报;2006年
4 王让会 张慧芝;3S技术与绿洲精细农业[N];中国测绘报;2001年
5 韩霁;GIS:服务经济发展 方便百姓生活[N];经济日报;2007年
6 本报记者 黄晴;以色列 知识农业 精细农业[N];人民日报;2002年
7 黄先明;食品安全:从农田到餐桌[N];四川日报;2004年
8 平卫东;邻里之间有大爱[N];抚州日报;2007年
9 李璞;确山县为80万亩农田“体检”[N];驻马店日报;2008年
10 记者 马芳;节日期间玉泉区拆除违建恢复农田耕地[N];呼和浩特日报(汉);2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘刚;支持精细农业实践的农田空间分布信息处理的方法与试验研究[D];中国农业大学;2001年
2 裘正军;基于GPS、GIS及虚拟仪器的精细农业信息采集与处理技术的研究[D];浙江大学;2003年
3 邝继双;基于GIS组件的农田空间信息管理系统的开发研究[D];中国农业大学;2003年
4 张淑娟;基于GPS和GIS的精细农业田间信息采集和处理方法的研究[D];浙江大学;2003年
5 方慧;基于掌上电脑的农田信息采集系统的研究[D];浙江大学;2003年
6 张漫;农田谷物产量空间分布信息采集、处理与系统集成技术研究[D];中国农业大学;2003年
7 宋海燕;基于光谱技术的土壤、作物信息获取及其相互关系的研究[D];浙江大学;2006年
8 李志伟;基于3S技术的农田信息采集系统的研究与开发[D];南京农业大学;2005年
9 杨秀春;旱作农田土壤风蚀防治的保护性耕作技术研究[D];北京师范大学;2004年
10 毛萌;阿特拉津在室内滴灌施药条件和农田尺度下运移的数值模拟[D];中国农业大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 庞树杰;基于GPS、GIS变量施水机具控制系统的研究[D];西北农林科技大学;2004年
2 邢一春;田间无线移动数据采集系统的设计与开发[D];河北农业大学;2004年
3 张立梅;掌上农田地理信息系统及激光平地辅助决策系统的开发研究[D];河北农业大学;2004年
4 张博;GPS在农业中的应用技术研究[D];中国农业大学;2000年
5 朱云开;基于VMS系统的农田信息空间变异性研究[D];江苏大学;2007年
6 万丽芹;农用GPS的通讯技术与使用精度提高方法的研究[D];江苏大学;2003年
7 杨少文;IMU/DGPS辅助空三在铁路大比例尺成图中的应用[D];西南交通大学;2011年
8 张征;基于GPS和GIS的田间车辆监控及信息管理系统的开发[D];西北农林科技大学;2003年
9 罗霄;面向雷达外场测量的动态DGPS标校系统设计与实现[D];国防科学技术大学;2010年
10 林霁;DGPS差分信息传输协议研究[D];大连海事大学;2010年
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