用7%的世界耕地面積解決了占世界22%人口的溫飽問題，我們能夠看到這一巨大的成功是離不開科學(xué)技術(shù)注入其中的高效生產(chǎn)力的推動的。但人口增長與可耕地資源的日趨減少已經(jīng)成為了中國農(nóng)耕的兩大問題，這就需要中國農(nóng)業(yè)必須要始終依托科學(xué)技術(shù)來提高產(chǎn)量，目前，農(nóng)業(yè)機械化成為了我國農(nóng)業(yè)的一大特點，與此同時，一種更加科學(xué)與精準的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的技術(shù)和模式逐漸形成，這就用到了農(nóng)業(yè)3S技術(shù)。利用遙感、地理信息系統(tǒng)以及導(dǎo)航定位，我們甚至可以將農(nóng)作物的控制精確到每一株植被，這正是3S技術(shù)帶來的巨大作用。

　　伴隨著3S技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的逐漸深入，這些技術(shù)的運用將給現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式帶來一場智能化的變革。那么3S技術(shù)中的RS、GIS、GPS到底在農(nóng)業(yè)中有怎樣的應(yīng)用呢?
 

　　RS在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

　　總的來說，遙感在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用主要有四大方面。一是土地資源調(diào)查，二是作物長勢監(jiān)測與估產(chǎn)，三是災(zāi)情監(jiān)測與預(yù)報，四是病蟲害監(jiān)測。下面我們來看看遙感是如何在農(nóng)業(yè)中發(fā)揮作用的。

　　土地資源調(diào)查是農(nóng)業(yè)遙感的一項基礎(chǔ)分析調(diào)查。它包括對土壤、地形、植被、水文以及位于表層的地質(zhì)這些表面可見目標的監(jiān)測，同時也可以對地下潛水、氣候、濕度等非直接可見的目標進行調(diào)查分析。例如在對土壤的調(diào)查中，有兩片土壤分別是砂質(zhì)土壤和粘質(zhì)土壤，利用砂質(zhì)土和粘質(zhì)土對可見光光譜的反射強弱的不同，分析出兩種土壤的濕度狀況、有機質(zhì)含量、鹽分含量等隱含的土地數(shù)據(jù)值，這就是遙感對于土地分析特有的一種能力!

　　通過遙感的這種特性，對農(nóng)作物的長勢監(jiān)測以及產(chǎn)量預(yù)測也就成為了可能。那么，怎樣通過遙感來實現(xiàn)農(nóng)作物的精準探測呢?在衛(wèi)星遙感拍攝出來的影像中，通過光譜感知可以對作物植被中一種叫做綠度值的數(shù)據(jù)進行分析，從而了解大面積作物的分布和長勢，同時結(jié)合該作物在一些地區(qū)的生長日歷以及氣象衛(wèi)星提供的氣候數(shù)據(jù)，便可以對該地區(qū)的農(nóng)作物及作物所在的環(huán)境進行有效地監(jiān)測。同樣的道理，流行病蟲害的預(yù)報和監(jiān)測也都是通過感應(yīng)光譜來進行分析的。

　　而災(zāi)情檢測與預(yù)報主要體現(xiàn)在旱災(zāi)或洪澇災(zāi)害的預(yù)測上，監(jiān)測農(nóng)地的遙感衛(wèi)星通過與氣象衛(wèi)星之間的配合，加之分析歷年的雨水及旱災(zāi)、水害情況，及時、有效地推測未來一段時間的雨水狀況，為農(nóng)業(yè)災(zāi)害預(yù)報提供了科學(xué)、有效的保障。

　　遙感影像能夠采集并反映農(nóng)業(yè)用地的狀態(tài)以及農(nóng)作物的生長情況，預(yù)報災(zāi)難信息，協(xié)助農(nóng)人更好地完成農(nóng)務(wù)工作。而農(nóng)業(yè)遙感中的影像數(shù)據(jù)基于不同的分析用途，它們總是復(fù)雜而多樣化的，這就使得這些影像具有數(shù)據(jù)處理量大、數(shù)據(jù)源類型多和處理周期短的特點。于是，一種能夠把影像數(shù)據(jù)統(tǒng)一組織起來集中管理、分析并成為空間數(shù)據(jù)分享平臺的工具便尤為重要，這就用到了地理信息系統(tǒng)GIS的幫助。

　　GIS在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

　　作為管理和分析空間數(shù)據(jù)的有效工具，農(nóng)業(yè)GIS通過遙感傳遞過來的影像數(shù)據(jù)進行儲存、管理和分析。

　　基于農(nóng)田作業(yè)的特點，GIS不能僅僅放置在辦公室內(nèi)進行操作和研究，很多時候，農(nóng)人都需要在田間完成作業(yè)，這就使得移動GIS在農(nóng)業(yè)中舉足輕重的地位。

　　移動GIS讓人們通過移動終端設(shè)備隨時隨地地獲取有關(guān)地理信息的服務(wù)。在農(nóng)業(yè)中，農(nóng)人總會親自下田對農(nóng)作物的研究，一臺農(nóng)業(yè)用的手持移動GIS平臺對他們來說，解決了很多農(nóng)業(yè)規(guī)劃的問題。

　　手持GIS都能幫農(nóng)人完成哪些任務(wù)呢?對于移動GIS來說，最核心的部分是地圖，地圖由不同圖層疊加而成、每個圖層對應(yīng)一張數(shù)據(jù)表，表中的每條記錄對應(yīng)這個圖層上的一個要素，農(nóng)人在田間可以清楚地掌握農(nóng)田邊界線、輸水管道、溝渠等要素的位置，并且通過其他農(nóng)機上發(fā)射來的識別信號，定位到每一臺農(nóng)機所處的位置，這是移動GIS的一項強大功能。另外，利用移動GIS，還可以現(xiàn)場對土壤、農(nóng)作物狀況進行數(shù)據(jù)分析。

　　GPS在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

　　在導(dǎo)航技術(shù)上，有很多在大型農(nóng)田作業(yè)的農(nóng)業(yè)機具都裝有導(dǎo)航顯示器，并且，在接收GPS信號的同時，也可同時接收GLONASS導(dǎo)航信號，這種混合定位的導(dǎo)航模式使得位置導(dǎo)航更加精確，達到了厘米級的高精度。與此同時，導(dǎo)航顯示器利用精準的位置定位，實現(xiàn)了自動駕駛、農(nóng)具控制以及各種資源流量控制的兼容性，幫助農(nóng)人實時精確地監(jiān)控和回執(zhí)田間信息，提升工作效率。

　　有著多年導(dǎo)航技術(shù)服務(wù)經(jīng)驗的美國天寶(Trimble)公司，利用導(dǎo)航技術(shù)的特性開發(fā)出了自動化駕駛技術(shù)系統(tǒng)AUTOPILOT，這一發(fā)明實現(xiàn)了農(nóng)機具的導(dǎo)航控制。自動化駕駛是一種什么概念呢?比方說，傳統(tǒng)的農(nóng)機作業(yè)可能會因操作人員的個人水平，導(dǎo)致田地規(guī)劃出現(xiàn)不整齊的情況，但是配合導(dǎo)航儀及AUTOPILOT后，使得農(nóng)具在任何地形上都能保持在一條直線上運作，精度達到2.5cm。另外，使用傳統(tǒng)農(nóng)機一般只能夠白天作業(yè)，到了晚上就不可能再繼續(xù)了，而使用了自動駕駛則完全依照導(dǎo)航來進行作業(yè)，這使得農(nóng)業(yè)作業(yè)變成了全天24小時均可以進行工作。

　　緊密融合的3S

　　現(xiàn)代農(nóng)業(yè)利用遙感、導(dǎo)航定位與地理信息系統(tǒng)三大領(lǐng)域的技術(shù)在大幅促進農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的同時，還節(jié)約了農(nóng)業(yè)投入的成本，像化肥、水資源的投入等等。實際上，在運用3S技術(shù)的過程當中，這三大技術(shù)是相輔相成，互相融合的，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)將RS、GlS、GPS三種獨立技術(shù)領(lǐng)域中的有關(guān)部分與其它高技術(shù)領(lǐng)域如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)等有機地構(gòu)成一個整體而形成的一項新的綜合技術(shù)，并形成一整套有機的3S系統(tǒng)。3S系統(tǒng)是三者相互補充、相得益彰構(gòu)成了一個功能完整而強大的空間數(shù)據(jù)采集處理分析系統(tǒng)。

　　隨著GIS在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的運用價值越來越大，在行業(yè)內(nèi)，對于遙感與GIS之間的一體化集成技術(shù)的研究也在不斷進行著。

　　之所以推進一體化，主要是因為傳統(tǒng)的遙感軟件中缺少了全面的空間分析及數(shù)據(jù)管理工具，而對GIS來說則缺少了完善的圖像處理功能，如果能將二者結(jié)合起來，讓遙感影像和圖像分析功能作為核心組成部分與GIS實現(xiàn)一體化，這將對于農(nóng)業(yè)應(yīng)用中對數(shù)據(jù)的時效性要求很高的特點實現(xiàn)很好的支持。目前在GIS領(lǐng)域中人們熟知的Esri公司正在于全球遙感領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者美國ITT Visual Information Solutions公司，建立起戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，共同開發(fā)和建設(shè)遙感與GIS的一體化平臺。

　　在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中，形成了一項以“精準農(nóng)業(yè)”為命名的新領(lǐng)域，精準農(nóng)業(yè)是基于3S 技術(shù)、決策支持技術(shù)和智能裝備技術(shù)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)，它最早起源于歐美發(fā)達國家，堪稱高科技的栽培學(xué)革命。

　　目前，精準農(nóng)業(yè)在國外很多農(nóng)機作業(yè)裝備中已趨于成熟的運用階段，各種利用導(dǎo)航、遙感科技的電子監(jiān)視、控制裝置系統(tǒng)已應(yīng)用于復(fù)雜的農(nóng)業(yè)機械;變量播種機、聯(lián)合收割機等高智能化機械也已逐步進入國際市場。

　　舉一個農(nóng)田機械化撒肥的實例。在傳統(tǒng)機械化作業(yè)的田間撒肥過程中，僅僅停留在一種器械替代人力施肥的勞動作業(yè)的階段，但在3S技術(shù)下，通過遙感對施肥土壤的光波波段感知，便可以知曉農(nóng)田化肥的施肥量狀況，遙感獲得的影像數(shù)據(jù)傳遞到GIS的數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)強大的GIS數(shù)據(jù)管理，通過以往的農(nóng)田本身適合播撒化肥的適合份量的數(shù)據(jù)記錄，再根據(jù)遙感影響傳遞過來的化肥含量值，便可以智能地判斷出農(nóng)田的哪些區(qū)域需要再繼續(xù)施肥、再施多少肥達到最優(yōu)配置，哪些區(qū)域的化肥在土壤中的含量已經(jīng)飽和，不需再施肥，這些通過GIS數(shù)據(jù)庫的分析處理能夠全部準確的計算出來。當施肥量通過GIS計算出來后，再傳達給農(nóng)機上的GPS導(dǎo)航儀，農(nóng)人通過導(dǎo)航儀上的操作，直觀地看到農(nóng)機的施肥進展情況，并可以通過導(dǎo)航儀直接控制農(nóng)機的工作效率，比如通過導(dǎo)航儀來控制農(nóng)機車的行駛速度，減少和增加化肥的施撒率等等。再比如像農(nóng)業(yè)雜草處理也是同樣的工序，在農(nóng)機上配有微型的光學(xué)遙感傳感器，對雜草的高度、面積等情況能直觀地探測到，再先后提交給GIS與GPS進行處理。通過3S技術(shù)，農(nóng)業(yè)投入的成本最終一定程度上獲得減少。

　　在上面的例子中，GIS則作為中間的信息數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，連系著遙感與GPS導(dǎo)航，讓三者共同協(xié)讓精準農(nóng)業(yè)服務(wù)成為可能，這也是3S技術(shù)相互之間融合的關(guān)鍵。據(jù)了解，美國天寶公司還針對農(nóng)場的現(xiàn)代化管理開發(fā)了一款農(nóng)場信息管理系統(tǒng)，名叫Connected Farm，這個系統(tǒng)能夠通過通信模塊發(fā)射3G信號、GSM信號等連接整個農(nóng)場的軟件和硬件，從而使信息處理在室內(nèi)電腦、農(nóng)機車輛、各種終端之間準確地傳輸。在Connected Farm系統(tǒng)中，設(shè)有農(nóng)場信息系統(tǒng)Farm Works，這套管理系統(tǒng)屬于GIS，提供了全面的數(shù)據(jù)解決方案，包括對農(nóng)場地圖的瀏覽編輯、農(nóng)業(yè)產(chǎn)品與收益管理、精準農(nóng)業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)的讀寫及分析處理。目前，這種實用的管理系統(tǒng)目前已經(jīng)在中國農(nóng)業(yè)中投入了使用。

　　問題與前景

　　3S技術(shù)在中國已經(jīng)比較廣泛地用于全國主要農(nóng)耕地帶，像東北、新疆等地區(qū)代表了中國農(nóng)業(yè)的先進生產(chǎn)力水平。但是在中國對于3S技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的發(fā)展仍然存在著一些問題，與發(fā)達農(nóng)業(yè)國家相比，中國的3S農(nóng)業(yè)發(fā)展之路仍然存在障礙。首先，中國的農(nóng)業(yè)人口素質(zhì)水平不高?，F(xiàn)在很多農(nóng)人都了解農(nóng)業(yè)機械化帶來的便捷優(yōu)勢，但是對于3S特別是對導(dǎo)航與農(nóng)業(yè)地理信息系統(tǒng)的了解就顯得知之甚少。由于3S技術(shù)涉及到的主要設(shè)備普遍價格高昂，目前東北與新疆的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，都普遍以農(nóng)業(yè)合作社的形式集體采購，在采購過來專業(yè)的產(chǎn)品后，也會由相關(guān)人員進行統(tǒng)一的技術(shù)操作培訓(xùn)。但是對于其他地區(qū)的那些自給自足的小型農(nóng)業(yè)地區(qū)，特別是在中國的很多地方人均耕地面積依然十分有限，這樣反而造成了成本的增加。像Esri、天寶等公司都在進行手持設(shè)備的研發(fā)，讓手持的導(dǎo)航、GIS等移動設(shè)備方便地為農(nóng)人提供協(xié)助，同時這些輕巧的設(shè)備價格更加便宜，有利于產(chǎn)品的普及。

　　我國農(nóng)業(yè)的3S技術(shù)推廣之路還有很長的路要走。但目前的發(fā)展情形仍然是積極的，特別是隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)的完善，這項由我國自主發(fā)展、獨立運行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)也將會幫助中國農(nóng)業(yè)中3S技術(shù)普及推向一個新的高度，希望在不遠的將來，3S技術(shù)能夠為所有的農(nóng)業(yè)人群帶來最便利、高效的服務(wù)。