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《浙江大学》 2003年
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基于GPS和GIS的精细农业田间信息采集和处理方法的研究

张淑娟  
【摘要】: 农业的发展呼唤新的农业技术革命,农业现代化的建设需要农业高新技术的支持。在进入以信息和生物技术为主的农业技术创新的时代,“精细农业”作为现代农业精细经营技术体系,其应用和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,大幅度提高农产品的质量,保证农业的可持续发展。因此,精细农业代表了21世纪世界农业发展的总趋势,将是我国农业现现代化的发展的最佳选择。 精细农业技术是一种以信息为基础的农业管理系统,它的技术思想是获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素,及其实际存在的空间和时间变异性,再根据各因素在作物生长中的作用,分析影响小区产量差异的原因,由GIS系统迅速做出决策,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。 精细农业是一个多学科的综合技术范畴,是农艺与农机技术、信息技术高度结合的系统工程,是对种植业生产过程最完整最科学的改革和革命。开展精细农业的实践,需要研究一系列的科学技术问题。而精细农业的本质是基于农田内小区作物生长环境和产量差异性的变量管理,因此,田间信息差异性的测量和描述是开展精细农业实践的重要基础。 在田间信息定量描述的研究方面,已有许多研究成果见诸于国际学术刊物。然而,由于作物生长环境的复杂性,尚未找到适用于不同耕作制度的不同区域地块的田间信息的采集和处理方法,所以,田间信息的采集和处理方法仍然需要进一步地研究。近来,国内外开始精细农业田间信息采集和处理方法的研究,主要集中在农田土壤养分的变异规律上,但对于先进技术的应用程度不尽相同,对于农田信息空间变异性的实用性评价较少,对于作物产量与土壤特性信息空间分布状态的关系的描述,报道更少。因此,系统全面地研究适合我国精细农业实践的农田信息的采集和处理方法是非常必要的。 本论文研究的内容就是在充分了解国际精细农业发展的理论基础和技术原则的基础上,结合我国的实际情况,在山西太谷县境内的一块13.3ha.的冬小麦田中,利用普通测量仪器和GPS接收机定位,按50m×50m设置网格,共取63个采样点,测定土壤表层(20cm)内的土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾、容重、田间含水量和电导率;测定小麦的产量属性,包括籽粒产量、生物产量、亩穗数、小穗数和千粒重等田间信息;研究确定田间信息合理的插值方法,生成反映农田土壤特性和产量实际状况的空间变异分布图,并分析了农田信息空间分布的变异性,分析确定影响作物产量的主要农田信息,建立了作物产量与土壤特性信息的神经网络模型。以便开展对农田实行精细施肥、精细灌溉等精细管理的基础研究和实践。本论文的研究结论主要有以下几个方面: 1.为了准确地掌握田间信息的空间变异性,并且直观、准确地展示田间信息的空间分布情况,文中对田间信息采样的相关技术进行了探讨,对形成田间信息 浙江大学博士学位论文 摘要 空间分布图常用的插值方法进行了比较。利用ArcVie。3.2地理信息系统中的距 离反比法、样条法以及克立格插值法,绘制碱解氮、速效磷、速效钾和小麦产 量的空间分布图,并对各种插值结果进行定性分析;提取原采样点对应的63个 采样点的插值数据,计算并比较均方差(MSE)的大小,对各种插值结果进行定 量分析。提出了BP神经网络插值方法,并用于碱解氮的插值,对插值误差计 算和栅格图的分析表明,BP神经网络插值的精度优于克立格插值的精度。由分 析结果可知克立格插值方法中的球状模型和指数模型,神经网络插值方法和权 系数为二的距离反比法较好。该结果可用于田间信息空间变异性的分析。 2.为了研究麦田上壤特性和产量属性的空间变异规律,文中对测定的田间信 息,采用传统统计学和地统计学相结合的方法进行了分析,利用ArcVie帖.2软 件的空间分析功能,绘制了表达这些土壤特性和产量属性随机性和结构性的半 方差图和空间分布图。研究结果表明:所有土壤特性和产量属性均服从正态分 布;土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾和电导率具有很强的相关性,土壤容 重、速效磷和含水量具有中等强度的空间相关性,土壤特性的变程范围为 246.sin~426.sin;籽粒产量、生物产量、小穗数、穗粒数、千粒重、和株高具 有中等强度的空间相关性,亩穗数为随机分布,空间相关性不存在。产量数据 的变程范围为144.Zm~349.7m;利用ArcView3.2提供的叠加分析功能,将土 壤特性的空间分布图、采样点的位置图与产量的等值线图迭加,产生新的综合 信息图,该图直观地反映了小麦籽粒产量与土壤特性的相互关系。从该图中可 以看出,籽粒产量高的区域,土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾的 含量和含水量一般都较高,而容重都较小。这与生产实际相符合。该成果可为 农田的定位施肥、灌溉以及其它的农田精细管理提供依据。 3.为了确定试验田的土壤特性对小麦产量产生空间变异的影响程度,文中利用 简单相关分析方法、偏相关分析法、逐步回归法、通径分析法和灰色关联分析 法,对引起产量
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TP29

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前7条
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4 张亚丽;白文斌;焦晓燕;王立革;王劲松;;黄土区采煤沉陷农田土壤养分的三维可视化[J];山西农业科学;2011年08期
5 王凤花;张淑娟;高丽红;;基于Surfer软件的田间信息制图与分析[J];山西农业大学学报(自然科学版);2006年01期
6 贾爱莲;张淑娟;;基于MapObjects的农田信息采集与处理系统的研究[J];山西农业大学学报(自然科学版);2008年04期
7 贾爱莲;张淑娟;;基于Arcview软件的麦地信息的表达与分析[J];山西农业大学学报(自然科学版);2010年06期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 汪春;郭庆丰;蔡德利;;基于组件技术的精准农业GIS设计与开发[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
中国博士学位论文全文数据库 前7条
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3 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
4 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
5 祁素萍;城市园林复合生态系统研究——以杭州市为例[D];浙江大学;2004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 王熙;精准农业大豆变量施肥控制技术研究[D];黑龙江八一农垦大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 宋韬;基于光谱分析和数字图像处理技术的土壤信息检测研究[D];浙江大学;2010年
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3 刘文洋;基于GPS/DR组合定位技术的变量施肥控制系统研究[D];东北农业大学;2011年
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5 胡侃;基于μC/OS-Ⅱ的嵌入式农田信息采集系统的研究与设计[D];湖南农业大学;2011年
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7 邢怀学;基于GIS合肥地区土壤元素空间变异及分形特征研究[D];合肥工业大学;2007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 李锋;基于无线传感器的信息采集系统的研究[D];黑龙江科技学院;2009年
10 王永国;都市森林景观三维表达技术研究[D];北京林业大学;2012年
【参考文献】
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【共引文献】
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6 张雷;李刚;孟庆江;刘少杰;张欣卉;;GIS技术应用在找矿预测中的历史趋势及主要功能分析[A];河南地球科学通报2008年卷(下册)[C];2008年
7 张宗可;许矿华;陈鹏;;TIN的生成方法与应用研究[A];河南地球科学通报2010年卷(下册)[C];2010年
8 曾涛;何玉良;钟江文;;基于多GIS平台的矿产资源潜力评价方案——以栾川钼钨矿评价为例[A];河南地球科学通报2011年卷(下册)[C];2011年
9 胡铁钧;孙小年;姜彩良;;基于用户满意度的高速公路服务质量综合评价体系探究及应用[A];中国公路学会高速公路运营管理分会2011年度年会暨第十八次全国高速公路运营管理工作研讨会论文集[C];2011年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 鞠登磊;城镇地籍数据库的建立及其管理系统的开发[D];华中农业大学;2010年
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10 王晨亮;基于工作流的资源环境建模框架的设计与实现[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
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1 黄登山;像素级遥感影像融合方法研究[D];中南大学;2011年
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【二级引证文献】
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7 Shamaila Z;Wolfram S;Joachim M;;Utilization of Thermal Infrared Image for Inversion of Winter Wheat Yield and Biomass[J];光谱学与光谱分析;2011年06期
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2 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
3 夏慧;李季;刘文清;王晓梅;张玉钧;;植物氮素含量双波长光学遥测系统的研制[A];第十五届全国遥感技术学术交流会论文摘要集[C];2005年
4 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
5 罗锡文;赵新;麻硕士;李就好;王春光;区颖刚;洪添胜;;GPS和GIS在草地资源调查中的应用[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
6 安云飞;杨青;杨术明;邢振;;一种田间信息无线远程传输系统的设计[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年
7 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
8 汪懋华;;关于精细农业试验示范与发展研究的思考[A];农业机械化与全面建设小康社会——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
9 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
10 崔笛;李民赞;张俊宁;张慧娟;;基于光电原理的容积式谷物流量传感器试验研究[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
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 通讯员 张晋洲;石湖荡镇大力发展精细农业[N];东方城乡报;2007年
8 蔡修华莫尚勇;邦溪打造“精细农业”先走一步[N];海南农垦报;2007年
9 记者  邱宝晖 通讯员  陈庆益;我市将形成都市型现代农业[N];厦门日报;2007年
10 中国工程院院士、中国农业大学教授 汪懋华;农民需要真正的信息化[N];中国计算机报;2006年
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
2 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
3 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
4 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
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 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
8 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
9 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
10 张伟;面向精细农业的无线传感器网络关键技术研究[D];浙江大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 安云飞;基于GSM田间信息传输和处理系统的研究与设计[D];西北农林科技大学;2008年
4 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
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 张博;GPS在农业中的应用技术研究[D];中国农业大学;2000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 陈素珊;基于GPS的农田信息采集技术及提高使用精度的研究[D];浙江大学;2003年
10 胡鹏;谷物产量数据处理及产量分布图生成系统的开发研究[D];江苏大学;2005年
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