精准农业研究与实践

序

前言

第一章精准农业概论

1.1研究背景

1.1.1发展精准农业能有效缓解农业生产面临的严重资源环境压力

1.1.2精准农业技术能够为农民增收、农业增效提供技术支撑

1.1.3精准农业能够促进现代农业生产装备技术的快速发展

1.1.4实施精准农业将全面带动我国现代农业的发展

1.2国内外研究现状

1.2.1国外技术发展现状与趋势

1.2.2国内技术发展现状

1.3技术构成与应用领域

1.3.1精准农业农田信息获取关键技术

1.3.2精准农业信息处理与决策分析关键技术

1.3.3精准农业田间变量实施技术

1.4我国精准农业需求分析

1.4.1发展精准农业的内在需求

1.4.2精准农业应用发展模式分析

参考文献

第二章精准农业信息获取与解析

2.1基于遥感技术的农田信息获取

2.1.1作物叶面积指数

2.1.2作物叶绿素

2.1.3作物氮素

2.1.4作物水分

2.1.5作物病虫害

2.1.6土壤水分

2.1.7土壤氮素养分

2.2机载农田信息获取

2.2.1联合收割机作物产量信息获取

2.2.2土壤电导率数据获取

2.2.3农机作业面积测量

2.3农田信息快速获取技术产品

2.3.1土壤样品自动化采集系统

2.3.2便携式农田信息调查系统

2.3.3便携式归一化植被指数测量仪

2.3.4作物冠层色素比值诊断仪

2.3.5作物病虫害信息采集系统

参考文献

第三章精准农业生产管理决策支持与处方生成

3.1精准农业生产管理决策支持与处方生成流程及关键环节

3.1.1土壤养分图的制作

3.1.2产量分布图的制作

3.1.3生产决策

3.1.4变量处方图生成

3.2变量施肥管理分区划分方法

3.2.1基于多年产量数据的精准农业管理分区提取

3.2.2基于空间连续性聚类算法的精准农业管理分区提取

3.2.3小结

3.3变量施肥的尺度效应研究

3.3.1研究思路与方法

3.3.2软件设计与实现

3.3.3结果与分析

3.3.4小结

3.4决策支持与处方生成实例

参考文献

第四章精准农业智能装备

4.1基于处方图的变量施肥作业控制系统设计与实现

4.1.1系统总体设计

4.1.2机载作业控制终端

4.1.3变量施肥控制器

4.1.4地速信号采集模块

4.1.5辅助导航模块

4.1.6控制器系统田间测试试验

4.2精准农业变量施肥机的研制

4.2.1变量施肥机开发目的

4.2.2变量施肥机作业过程介绍

4.2.3变量施肥机结构介绍

4.2.4变量施肥机排肥量试验

4.3精准农业变量农药喷洒机的研制

4.3.1精准农业变量农药喷洒机开发背景

4.3.2变量喷药机工作原理

4.3.3变量喷药机结构介绍

4.3.4变量喷药机实施方式

4.4基于杂草光谱识别的变量农药喷洒机

4.4.1农田杂草及其危害性

4.4.2农田杂草的防除

4.4.3近红外光在杂草治理中的应用

4.4.4基于光谱识别杂草农药喷洒机的研制

4.5农田作业机械智能导航系统

4.5.1农田导航系统介绍

4.5.2平行辅助导航系统

4.5.3田间作业计算机

4.5.4辅助导航指示装置

4.5.5辅助平行导航监视软件

4.5.6农用辅助导航监视系统集成研究

4.5.7基于平行导航光棒的作业导航效果

4.6大田精准灌溉控制系统

4.6.1系统建设目的

4.6.2无线传感器网络节点

4.6.3系统控制软件

参考文献

第五章精准农业技术集成平台

5.1精准农业软件集成平台

5.1.1概述

5.1.2平台架构

5.1.3平台基础运行环境与工具

5.1.4精准农业数据模型

5.1.5精准农业软构件

5.1.6平台内部运行机制

5.1.7基于平台的应用系统开发

5.2精准农业硬件通信集成平台

5.2.1概述

5.2.2农机作业单元通信

5.2.3无线传感器网络

5.2.4农机远程监控

参考文献

第六章精准农业技术试验研究

6.1基于土壤养分与目标产量的作物变量施肥试验

6.1.1基于土壤养分和目标产量的作物变量施肥算法

6.1.2基于土壤养分和目标产量的变量施肥对生物量和产量的影响

6.1.3基于土壤养分和目标产量的变量施肥对籽粒蛋白质含量的影响

6.1.4基于土壤养分和目标产量的变量施肥生态效益和经济效益分析

6.2基于便携式速测仪器的作物长势和养分诊断试验

6.2.1便携式作物长势、养分无损、快速诊断仪器

6.2.2不同生育期间的NDVIGreenseeker值变化规律

6.2.3不同生育期间的sPAD值变化规律

6.2.4不同叶位的SPAD值变化规律

6.2.5便携式仪器测定结论

6.3基于地物冠层光谱的作物变量施肥试验

6.3.1基于地物光谱数据的作物变量施肥算法

6.3.2起身期和拔节期光谱测定值预测冬小麦目标产量

6.3.3基于冠层光谱指数的变量施肥对冬小麦产量的影响

6.3.4基于冠层光谱指数的变量施肥对冬小麦生物量的影响

6.3.5基于冠层光谱指数的变量施肥对冬小麦籽粒蛋白质含量的影响

6.3.6基于冠层光谱特征函数的变量施肥经济和生态效益分析

6.4基于冠层光谱和作物生长模型结合的变量施肥试验

6.4.1作物生长模型参数本地化和施肥算法

6.4.2冠层光谱与作物生长模型结合变量施肥对产量影响

6.4.3冠层光谱与作物生长模型结合变量施肥对蛋白质含量影响

6.4.4冠层光谱与作物生长模型结合变量施肥经济效益分析

6.5基于航空遥感影像的作物养分和长势评价

6.5.1基于航空影像的作物养分评价

6.5.2利用生化参量填图结果进行冬小麦长势评估

6.6基于遥感技术的作物精准灌溉试验

6.6.1作物精准变量灌溉算法

6.6.2土壤含水量遥感探测技术

6.6.3作物水分探测与精准灌溉决策试验

参考文献

第七章设施农业精准生产管理技术研究

7.1设施农业生理生态信息智能传感器研究

7.1.1设施农业生态环境信息传感器

7.1.2设施农业作物生理信息传感器

7.2设施农业监控系统研究开发

7.2.1通用型信息采集系统

7.2.2便携式环境监测系统

7.2.3采集控制系统

7.3设施农业生产智能管理平台

7.3.1分析处理系统

7.3.2智能决策管理方法

7.4设施农业生产小型装备研制

7.4.1全自动灌溉施肥机

7.4.2精准注肥机

参考文献

第八章北京精准农业应用示范工程

8.1精准农业研究示范基地设计与建设

8.1.1基地水文地理基本情况

8.1.2基地土地利用规划

8.1.3基地建筑设施

8.1.4基地作物种植制度

8.1.5基地灌排系统

8.1.6基地建设工程

8.2基地精准农业技术系统构建

8.2.1基地数字化成图

8.2.2自主差分GPS基准站建设

8.2.3精准农业关键技术设备引进与消化吸收

8.3精准农业技术系统运行示范

8.3.1基地土壤调查分析

8.3.2遥感数据获取试验

8.3.3作物收割测产与产量图获取

8.3.4基地信息精准管理与处方生成

8.3.5基地变量施肥试验

8.3.6田间精准作业运行示范

8.4自主研发与技术创新成果

参考文献

第九章精准农业技术应用及展望

9.1北京设施农业精准生产技术应用

9.1.1大兴区设施农业精准生产技术应用总体情况

9.1.2大兴区采育镇鲜切菊花生产基地精准农业应用典型案例

9.1.3大兴区苗圃花卉生产基地精准农业典型应用案例

9.1.4设施农业精准生产技术应用效益分析

9.2黑龙江农业规模化生产精准农业技术应用

9.2.1精准农业技术装备引进与应用基地建设

9.2.2精准农业技术应用

9.2.3精准农业技术应用规模与效益

9.3上海精准农业技术应用

9.3.1上海五四农场水稻精准生产技术应用

9.3.2探索不同经营规模的精准农业技术应用

9.3.3精准农业技术在农业其他领域的应用

9.4精准农业技术应用总结分析

9.5精准农业展望

9.5.1对精准农业的再认识

9.5.2精准农业发展战略

9.5.3精准农业未来前景

参考文献

彩图

　　本书作者是我国早期参与传播精准农业技术思想和研究应用实践的学者之一。近十年来，作者带领他的科研团队围绕农田信息获取、智能分析决策和田间精准作业三个关键环节，在相关理论方法研究、技术产品开发和应用示范推广等方面开展了大量工作，并根据我国农业特点在应用实践中，总结出了精准农业因地制宜的技术应用模式和高效灵活的技术推广模式，为我国精准农业的发展做出了积极贡献。本书是作者从事精准农业学术研究、技术研发和应用实践等科技活动的系统总结，包括精准农业理论方法、技术产品、集成系统、应用推广等方面内容，有理论高度，系统性和实践性较强，具有重要的学术参考价值和实践应用价值。　　本书是作者十多年来从事精准农业学术研究、技术研发和应用实践等科技活动之成果的系统总结。本书首先系统介绍了精准农业技术概念、技术构成和国内外研究现状，结合我国农业特点进行了需求分析。然后结合具体研究案例，对精准农业信息获取与解析技术、管理决策与处方生成技术、智能装备与精准作业技术等精准农业技术体系中三个关键环节进行了详细论述；从精准农业软件系统和硬件系统集成角度，论述了精准农业技术集成平台的实现过程；结合精准农业试验研究，对精准农业的经济和生态效益进行了评价分析；从设施农业生理生态信息传感器、监控系统、智能管理平台和小型智能装备等方面介绍了精准农业技术向设施农业领域拓展的相关研究。最后结合作者带领团队实施北京精准农业应用示范工程的实践和全国开展精准农业技术典型应用的案例，总结分析了我国精准农业技术发展的三种应用模式和三种推广模式；结合我国农业产业发展的重大需求和国家中长期科技发展纲要精神，提出了我国未来精准农业的发展战略。　　本书可作为从事农业工程、作物栽培与耕作、资源环境和农业信息技术等相关领域研究人员的参考读物，也可作为高等院校相关专业研究生的参考书。