试析基于gps和gis的精细农业田间信息采集和处理方法的研究

《试析基于gps和gis的精细农业田间信息采集和处理方法的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、浙江大学博士学位论文基于GPS和GIS的精细农业田间信息采集和处理方法的研究姓名：张淑娟申请学位级别：博士专业：农业机械化工程指导教师：何勇2003.1.1浙江大学博士学位论文摘要^《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变特。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2l世纪世界农业发展的总趋势，将是我国农业现

2、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，按需实旖定位调控。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

3、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，己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

4、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缅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50rex50m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

5、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。体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ArcView3．2地理信息系统中的距离反比法、样条法以及克立格插值

6、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．为了研究麦田土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

7、统计学和地统计学相结合的方法进行了分析，利用ArcView3．2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246．8m～426．8m：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144．2m～349．7m；利用Ar

8、cView3．2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