地理信息系統(tǒng)的發(fā)展及其在精確農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

1、地理信息系統(tǒng)的發(fā)展及其在精確農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用朱云開，陳樹人，王新忠（江蘇大學 江蘇省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)重點實驗室，江蘇 鎮(zhèn)江 212013）摘 要：簡要介紹了地理信息系統(tǒng)（GIS ）的概念、特點以及其發(fā)展過程。對地理信息系統(tǒng)（GIS ）在現(xiàn)代精確農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀進行了分析研究。同時，以基于GPS 和GIS 的田間車輛監(jiān)控系統(tǒng)為例，詳細介紹了地理信息系統(tǒng)（GIS ）在精確農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，為我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)提供參考。 關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學；地理信息系統(tǒng)；應(yīng)用；精確農(nóng)業(yè)；信息技術(shù)中圖分類號：S126 文獻標識碼：A 文章編號：1003188X(2007050179020 引言地理信息系統(tǒng)萌芽于20世

2、紀60年代初期，加拿大學者Roger F. Tomlinson 和美國學者Duane F. Marble 在不同地點、從不同角度提出了地理信息系統(tǒng)這一概念。它是一種采集、存儲、管理、分析、顯示與應(yīng)用整個或部分地球表面與空間地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)1,2，是一門集計算機科學、地理學、測繪遙感學、環(huán)境科學、城市科學、空間科學、信息科學和管理科學為一體的新興邊緣學科。地理信息系統(tǒng)在最近30多年內(nèi)取得了驚人的進展，功能不斷擴展完善，越來越顯示出其強大的生命力以及廣闊的應(yīng)用前景。目前，已被廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、交通運輸、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、自然資源調(diào)查、生態(tài)環(huán)境評估、公共設(shè)

3、施管理等多個領(lǐng)域3,4。1 地理信息系統(tǒng)概述GIS 是英文Geographical Information System的縮寫。它是在計算機軟硬件支持下將描述客觀世界的各種數(shù)據(jù)按其地理坐標或者空間位置輸入計算機，并在其中存儲、更新、查詢、檢索、分析、處理、綜合應(yīng)用、顯示制圖和輸出，從而實現(xiàn)利用這些數(shù)據(jù)改造客觀世界的某些目標的一種計算機技術(shù)和方法。GIS 的基本特點：一是GIS 是對多源信息的集成管理；二是GIS 能夠?qū)哂锌臻g特性的數(shù)據(jù)進行綜合分析并做出解釋；三是GIS 的交互式快速處理能力，提供了反復嘗試，不斷完善知識的能力。GIS 的概念模型包括軟件模型、數(shù)據(jù)模型、空間模型等。GIS 的軟

4、件模型是實現(xiàn)用戶通過計算機進行系統(tǒng)管理的工具。GIS 的數(shù)據(jù)模型是定義數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，并通過一種公共結(jié)構(gòu)，為數(shù)據(jù)理解提供一個公共的基礎(chǔ)，以便描述所采集的數(shù)據(jù)，用于計算機系統(tǒng)的開發(fā)、定義數(shù)據(jù)庫和進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。GIS 的空間模型有：圖形運算包括圖內(nèi)及圖間的圖元運算，主要反映各圖元之間的關(guān)系；空間檢索檢索出符合條件的圖形，適用于不能用數(shù)學公式描述，但具有專業(yè)特征條件的模型；統(tǒng)計識別進行統(tǒng)計分類和主成分分析；網(wǎng)絡(luò)分析圖論及運籌學，解決最短路徑及運量分配；空間擴散利用數(shù)值方法解決擴散方程。2 地理信息系統(tǒng)的發(fā)展從20世紀60年代初建立GIS 概念迄今，概括起來大致有以下幾個階段1,7。1 起步階

5、段：20世紀60年代為GIS 的起步階段，注重于空間數(shù)據(jù)的地學處理。2 發(fā)展成熟階段：20世紀7080年代是GIS 的發(fā)展時期。發(fā)達國家政府迫切需要應(yīng)用GIS 來解決自然資源開發(fā)、國土規(guī)劃及環(huán)境保護等領(lǐng)域日益嚴重的各種問題，再加上計算機技術(shù)迅速發(fā)展，使得GIS 在這一時期取得了飛速發(fā)展，并且有商業(yè)化實用系統(tǒng)進入市場。3 普及應(yīng)用階段：20世紀90年代，GIS 已經(jīng)成為許多機構(gòu)尤其是政府決策部門必備的工作系統(tǒng)。進入21世紀，隨著GIS 理論、方法和技術(shù)的成熟，其應(yīng)用更加普及，目前涉及的領(lǐng)域已達100多個，并且從狹義的土地資源管理進入了廣義的地理空間性質(zhì)收稿日期：2006-09-05基金項目：江蘇

6、大學高級人才啟動基金項目（05JDG040）作者簡介：朱云開（1980-）, 男，江蘇靖江人，碩士研究師，(E-mailyunkai1980。GIS 監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器電 臺電 臺調(diào) 制 解 調(diào) 器 監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器電臺天電線 GPS GPS 數(shù)監(jiān)控中心的自然資源管理、城市規(guī)劃、生態(tài)建設(shè)及環(huán)境保護等諸多社會領(lǐng)域。3 地理信息系統(tǒng)在精確農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用3.1 精確農(nóng)業(yè)的概念精確農(nóng)業(yè)是一種戰(zhàn)略思想，是信息和人工智能高新技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的運用。從技術(shù)角度上看，精確農(nóng)業(yè)是將遙感(Remote Sense，RS 、地理信息系統(tǒng)(Geographical Information System, GIS、全球定位系統(tǒng)

7、(Global Positioning System, GPS、計算機技術(shù)、自動化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高科技應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，逐步實現(xiàn)精確化、集約化、信息化的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)8。它可根據(jù)田間因素的變化，精細準確地調(diào)整各種農(nóng)藝措施(包括土壤和作物管理措施 ，最大限度地優(yōu)化各項農(nóng)業(yè)資源投入，以獲取最高產(chǎn)量和最大經(jīng)濟效益，同時保護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，保護土地等農(nóng)業(yè)自然資源。具體而言，精確農(nóng)業(yè)是為了挖掘并謀求農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)出利潤最大化，所采取的是精確投入的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理手段。3.2 地理信息系統(tǒng)在精確農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用地理信息系統(tǒng)（GIS ）的優(yōu)勢是管理和分析，主要功能是對各種空間數(shù)據(jù)進行管理，通過把地形地貌、土壤類型、土壤測試結(jié)果

8、、化肥農(nóng)藥使用情況以及產(chǎn)量等數(shù)據(jù)輸入GIS 系統(tǒng)，對這些信息進行加工處理，繪制信息電子地圖，并抽取相關(guān)信息提供給施肥專家系統(tǒng)等決策支持系統(tǒng)，形成施肥、灌水、噴藥等田間操作決策。它與GPS 相結(jié)合，在進行田間作業(yè)和田間管理時，為科學種田提供了所需要的定位和定量的技術(shù)手段。GIS 能夠根據(jù)地塊中土壤特性和土地條件，結(jié)合GPS 提供的位置數(shù)據(jù)，指揮播種機進行定量播種，確定播種的疏密程度。在GIS 和GPS 指揮下，農(nóng)藥噴灑機可在病蟲害發(fā)生地自動變量、精確地噴灑農(nóng)藥。田間農(nóng)業(yè)機械裝備監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)是通過GPS 接收機接收由衛(wèi)星發(fā)出的數(shù)據(jù)，經(jīng)調(diào)制解調(diào)器和電臺傳送到監(jiān)控中心接收后經(jīng)調(diào)制解調(diào)器送到中心服

9、務(wù)器，由中心服務(wù)器的GIS 監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的各種處理，再將相應(yīng)的信息發(fā)送至田間作業(yè)車輛。系統(tǒng)總體原理如圖1所示。圖1 田間農(nóng)業(yè)機械裝備實時監(jiān)控系統(tǒng)總體原理圖4 結(jié)束語21世紀是一個信息時代，信息化落后的中國農(nóng)業(yè)面對著發(fā)達國家的強力挑戰(zhàn)。可以預(yù)見，GIS 將以其特有的存儲、處理、傳輸空間信息的能力，擔負起加速我國農(nóng)業(yè)快速走向現(xiàn)代化的重任。因此，深入開展地理信息系統(tǒng)在精確農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究將是必然趨勢。 參考文獻：1 陳述彭, 魯學軍, 周成虎. 地理信息系統(tǒng)導論M.北京:科學出版社,2000.2 饒衛(wèi)民, 章家恩, 肖紅生, 等. 地理信息系統(tǒng)(GIS在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用現(xiàn)狀概述J.云南地理環(huán)境研究

10、, 2004,16(2:13-17.3 孫成明, 袁登榮, 王余龍. 地理信息系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)應(yīng)用與進展J.上海農(nóng)業(yè)學報,2004,20(3:99-101. 4 陳常松. 我國GIS 技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的調(diào)查與分析J.測繪科技動態(tài),1996(1:26-34.5 褚慶全，李 林. 地理信息系統(tǒng)(GIS在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢J.中國農(nóng)業(yè)科技導報,2003,5 (1:22-26.6 周潔敏.GIS 的發(fā)展及在林業(yè)上的應(yīng)用(綜述J.林業(yè)資源管理,1996(1:58-62.7 石樹剛, 鄭振楣, 何炎祥, 等. 地理信息系統(tǒng)(GIS概述J.交通與計算機,1995,13(3:1-5.8 李曉冰. 精確農(nóng)業(yè)技術(shù)及其

11、問題M.北京:氣象出版社,1999.Development and Application in Precision Agriculture of GISZHU Yun-kai, CHEN Shu-ren, WANG Xin-zhong(Key Lab of Modern Agricultural Equipment and Technology, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, ChinaAbstract ：The paper briefly introduced the concept and character of Geographical Information System (GIS, the development of GIS is summarized too. The present situation of GIS application in precision agriculture is analyzed in the paper. The article takes the monitor system of field vehicle based on GPS and GIS for example; GIS applicati