田间信息采集与处理技术

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1、田间信息采集与处理技术精细农作”实践中，需要在较精细的空间尺度上，获取农田作物生产有关的空间分布信息，包括利用不同的传感技术采集数据，采用适当的方法对数据进行处理，转变为易于理解和利用的可视化空间分布图形信息，这主要靠电子信息硬件与软件技术的支持。需要获取和处理的主要信息包括如下几方面：　1．农田作物产量空间分布信息：获取农作物小区产量信息，建立小区产量空间分布图，是实施“精细农作”的起点，它是作物生长在众多环境因素和农田生产管理措施综合影响下的结果，是实现作物生产过程中科学调控投入和制定管理决策措施的基础。为此。需要在收获机械上装置DGPS卫星定位接收机和流量计量传感器

2、。通用的DGPS接收机，可以每秒给出收获机在田间作业时DGPS天线所在地理位置的经、纬度坐标动态数据，流量传感器在设定时间间隔内（即机器对应作业行程间距内）自动计量累计产量，再根据作业幅宽（估计或测量）换算为对应时间间隔内作业面积的单位面积产量，从而获得对应小区的空间地理位置数据（经、纬度坐标）和小区产量数据。这些原始数据经过数字化后存入智能卡，再转移到计算机上采用专用软件做进一步处理。实际上，产量空间分布数据的处理是一个复杂的过程，但可以通过专用软件快速完成。例如，GPS接收机指示的天线位置动态数据与割台收割作物的即时位置，按机器结构不同而有空间上的差异，而流量传感器通

3、常是安装在脱粒、分选、清粮过程后的净粮输出部件上，要反映作物田间对应位置的产量计量数据，需要考虑到收获机的结构尺寸内物流工艺设计，作业速度等多种因素，通过建立数学模型来作出估计。由于收获时谷粒的含水量不同，收获时还需要同时测量谷粒的含水量，以便在数据处理时换算成标准含水量以便对单产水平进行评估。迄今，用于小麦、玉米、水稻、大豆等主要作物的流量传感器已有通用化产品，其他如棉花、甜菜、马铃薯、甘蔗、牧草、水果等作物的产量传感器近几年已做了许多研究，有的已在试验使用。目前应用的谷类作物产量传感器主要有三种类型：即冲击式流量传感器（图1a），γ射线式流量传感器（图1b）和光电式容

4、积流量传感器（图1c）。它们分别用于JohnDeere和Case、AGCOMasseyFerguson、欧洲一些公司的精细农作康拜因产品上。冲击式流量传感器计量误差在3%以内,基于γ射线穿过谷粒层引起射线强度衰减测定谷物流量的传感器,据报导,其计量误差不大于1%。收获机上应用的谷粒含水量测量，均按极板式电容传感器原理设计。收获机上采集数据的存储器件，已转向应用通用智能IC卡技术，MasseyFerguson和CaseIH系统中的存储卡可连续存储30小时收获作业数据，JohnDeere系统中的智能卡可存储连续250小时收获作业数据，各公司都专门开发了结合自己产品的数据处理与

5、小区产量分布图生成软件和配套的智能化虚拟电子显示仪器，可直接在驾驶室内向操作手及时显示有关信息。八十年代中期以来，关于收获机械产量计量系统的开发研究引起了制造商的极大兴趣，并率先在大型谷物联合收割机上推广应用。据报导，到1997年底，美国已有超过20000台谷物联合收割机装有产量计量器，其中约一半同时装有GPS定位系统和提供生成产量分布图必须的数据输出，预测到2002年，美国90%以上的谷物联合收割机将装置产量计量器。根据这一国际技术发展的趋势，结合我国国情条件开展有关电子信息装备技术创新研究，已经出现了良好的机遇。　2．农田土壤信息采集与处理“精细农作”中土壤信息的采集

6、，是为了从影响作物生长的土壤环境条件与营养水平角度获取信息，以分析产量图显示的产量空间分布差异性的原因，制定有关施肥、改土、耕作、种植等分布式定位处方决策。这类信息，因其时空变异性，可分为两大类：2.1相对稳定、时空变异性小的土壤信息。如地形坡度，土壤类型、结构，P、K和有机质（SOM）含量、pH值，耕作层深度等。这些数据的采集可在“精细农作”项目实施前，列为必要的基础信息采集内容。经过多年后可对这些参数作选择性复测。有些数据，如土壤类型、土壤微量元素含量可以引用原有土壤普查数据作参考；与精细农作处方决策紧密相关的参数如P、K、SOM含量，耕作层深度等，宜尽可能在技术、经

7、济合理条件下采用较小空间尺度的标准栅格式定点采样法获取土样，在实验室进行分析或用适当仪器进行实地测量。采集的数据，可在地理信息系统（GIS）平台上，选用适宜的地学统计处理方法，建立主要参数空间分布图，存入数据库供分析产量空间差异原因，制定管理处方决策时调用。2．2时空变异性大的农田土壤信息。如N含量和土壤含水率。它们除需要在施肥、播种或灌溉作业前进行基本数据的测量和空间分布图生成外，还需要根据生长期需要，进行必要的抽样测量，以适时调控投入。这需要能实时快速采集与数据处理仪器的支持。迄今，对农田土壤营养成分的检测，基本上仍大多沿