精准养分管理精准农业中几种关键设备原理与应用.doc

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1、精准养分管理精准农业中几种关键设备的原理与应用张　宁，白由路，姜　城（中国农业科学院土壤肥料研究所，北京　100081）　　精确农业（PrecisionAgriculture）的含义就是按照田间每一操作单元的具体条件，精细准确地调整各项土壤和作物管理措施，最大限度地优化各项农业投入，以获取最高产量和最大经济效益，同时保护农业生态环境，保护土地等农业自然资源。精确农业是现有农业生产措施与新近发展的高新技术的有机结合[1]。目前精准农业主要从两个方面进行，一是基于地理信息系统（GIS）、全球卫星定位系

2、统（GPS）、遥感技术（RS）和计算机自动控制系统的精准农业，也就是所谓的基于“3S”的精准农业；二是基于传感器技术的精准农业[2~3]。目前，基于管理的对象不同，采用的技术基础各异。但无论其基于的技术如何，最终实现的是对农业措施的变量控制。本文就目前精准农业中常用的几种关键设备作以简单介绍，旨在为普及和应用精准农业技术服务。　　1实时和后差分式全球定位系统　　全球卫星定位系统（GlobalPositioningSystem）精准农业的关键设备之一，为了提高其定位精度，目前常采用差分式全球卫星定位

3、系统（DifferentialGlobalPositioningSystem），简称DGPS。美国Trimble公司生产的AgGPS132农用全球定位系统，包括有接收天线与接收机组成（图1），天线可以安上立柱插在背包上，由人背着流动。也可以安装在磁铁座上吸在汽车或拖拉机顶上。在基准点使用时，可安装在三脚架上，天线的作用是让接收机实时收到多颗卫星的信号。不采用差分定位时，测定误差一般在10米以上，对精确定位来讲精度是不够的。差分式全球定位系统的精度的可达到厘米级，农用的也达到亚米级精度。其原理是基于

4、干扰信号同步发射原则，由两台GPS接收机同时工作，一台安置在已知坐标的基准站上，另一台用于未知坐标点的定位。基准站收到卫星定位信号后，经与已知坐标校正，得到干扰信号，并通过发射电台，送至移动站，移动站在收到卫星定位信号的同时，也需收到基准站的干优信号，经差分校正就可以得到准确的大地坐标。所以，与AgGPS132全球卫星定位系统相配套的有RFM96S信号发射台和RFM96W信号接收器（图1）。　　(图：图1TrimbleAg132型差分式GPS接收机及RFM96S信号发射台RFM96W信号接收器)　

5、　上述系统的差分校正与卫星信号接收基本上是同步的，因此称实时差分全球卫星定位系统。与此对应的是后差分式全球卫星定位系统，图2是一台MAGELLAN公司生产的ProMARKX-CM型后差分式GPS接收机，后差分式GPS接收机与实时差分式GPS接收机的工作原理相似，但基准站与移动站之间不需要配备信号传输系统，只要求同步接收卫星信号。移动站上测到的结果是未经差分校正的，要取得精准的定位数据，必须要在测定结束后将两台GPS接收机的测定结果输入计算机，经处理后可得到经差分校正后的精确结果。所以，称后差分式全

6、球卫星定位系统。　　(图：图2ProMARKX-CM型GPS接收机)　　与田间作物实时计产器和变量施肥机同时工作的必须是实时差分GPS系统，而后差分式GPS系统适用于土壤采样及田间调查。由于后差分式GPS系统不需要配备信号发射台和信号接收机，因而比较轻便，价格也比实时差分式GPS系统低廉。　　2机载式自动取土钻　　详细的土壤信息是开展精准农业工作的重要基础。过去田间取土样是依靠人工用取土钻取土。在大范围内取样时，单纯的人工手段已无法适应，这里介绍的是两种机载式自动取土器。　　2403型自动取土器可

7、安装在农用拖拉机上，见图3。取土器安装在拖拉机后部的支架上，由拖拉机的液压输出系统控制取土器的取土操作。取土的深度可以调整为20cm到60cm，钻头下达到预定深度即将土样在提升时自动刮入取土槽内，可以跟据需要取一次即将取土槽内的土样倒入土样袋内，也可以取若干次后将混合土样倒入土样袋内。配合GPS系统的使用，每次取土点的坐标位置都同时记载，取土结束后即可应用GIS软件做出取样点的分布图。　　(图：图3安装于拖拉机上的2403型取土器)　　2400型取土钻是安装在我国常用的农用汽车上，俗称“皮卡车”。

8、该类车有后斗，平时取土钻架在后斗上，工作时立在车的一侧见照片(图4)。工作情况与安装在拖拉机上的一样，区别是用汽车的电源驱动液压泵来控制取土钻的操作。　　(图：图4安装于皮卡车上的2401型取土器)　　3安装于谷物联合收割机上的产量自动记录设备　　了解地块内产量的变异是实施精准农业的一项内容，地块的产量图是今后生产决策的一项重要依据。安装于作物联合收割机上的产量自动记录设备是根据联合收割机的不同、计产对象的区别选择不同的设备组合而成，这里介绍的是小麦产量自动记录设备。　　TNgs1