精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的農(nóng)業(yè)信息獲取技術(shù)(ppt-76)

1、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的農(nóng)業(yè)信息獲取技術(shù),內(nèi) 容,精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)與數(shù)字農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的農(nóng)業(yè)信息獲取技術(shù)基于WEB的農(nóng)業(yè)信息獲取技術(shù),第一節(jié) 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)與數(shù)字農(nóng)業(yè),一、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)概述,精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流，是由信息技術(shù)支持的根據(jù)空間變異，定位、定時(shí)、定量地實(shí)施一整套現(xiàn)代化農(nóng)事操作技術(shù)與管理的系統(tǒng)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)并不過分強(qiáng)調(diào)高產(chǎn)，而主要強(qiáng)調(diào)效益。它將農(nóng)業(yè)帶入數(shù)字和信息時(shí)代，是21世紀(jì)農(nóng)業(yè)的重要發(fā)展方向。,精準(zhǔn)農(nóng)作的技術(shù)思想精準(zhǔn)農(nóng)作技術(shù)研究發(fā)

2、展的驅(qū)動(dòng)力來自于在作物生長(zhǎng)環(huán)境和收獲產(chǎn)量實(shí)際分布的空間差異，進(jìn)一步講，這種差異又具體表現(xiàn)在三個(gè)方面。（1）田間條件和收獲量的空間差異；（2）年際間產(chǎn)量的時(shí)間差異；（3）預(yù)測(cè)和實(shí)際產(chǎn)量間的差異。,精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的核心是建立一個(gè)完善的農(nóng)田地理信息系統(tǒng) 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的效益主要表現(xiàn)為兩方面：（1）減少投入，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。（2）保護(hù)環(huán)境。減少因農(nóng)業(yè)化學(xué)物質(zhì)的濫用造成環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。,三、國(guó)內(nèi)外精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究現(xiàn)狀,（一）國(guó)內(nèi)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究現(xiàn)

3、狀（二）國(guó)外精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究現(xiàn)狀,四、 數(shù)字地球與數(shù)字農(nóng)業(yè),所謂“數(shù)字地球”，可以理解為對(duì)真實(shí)地球及其相關(guān)現(xiàn)象統(tǒng)一的數(shù)字化重現(xiàn)和認(rèn)識(shí)。 其核心思想是用數(shù)字化的手段來處理整個(gè)地球的自然和社會(huì)活動(dòng)諸方面的問題，最大限度地利用資源。其特點(diǎn)是嵌入海量地理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多分辨率、三維對(duì)地球的描述，即“虛擬地球”。,2、數(shù)字地球的技術(shù)基礎(chǔ),要在電子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)數(shù)字地球不是一個(gè)很簡(jiǎn)單的事，它需要諸多學(xué)科，特別是信息科學(xué)技術(shù)的支撐。主要包括：計(jì)算機(jī)寬

4、帶高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，高分辨率衛(wèi)星影像，空間信息技術(shù)，大容量數(shù)據(jù)處理與存貯技術(shù)，科學(xué)計(jì)算以及可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),3、數(shù)字地球的應(yīng)用,在人類所接觸到的信息中有80%與地理位置和空間分布有關(guān)，地球空間信息是信息高速公路上的貨和車。,五、數(shù)字農(nóng)業(yè),數(shù)字農(nóng)業(yè)，是把數(shù)字地球技術(shù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)相結(jié)合的綜合的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理技術(shù)系統(tǒng)?！皵?shù)字農(nóng)業(yè)”應(yīng)該包含以下幾個(gè)內(nèi)容： 1．“數(shù)字農(nóng)業(yè)”要求對(duì)農(nóng)業(yè)各個(gè)方面（包括種植業(yè)、畜牧業(yè)、水產(chǎn)業(yè)、林業(yè)）的各種過程（生物的

5、、環(huán)境的、經(jīng)濟(jì)的）全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，也就是說，各種農(nóng)業(yè)過程都要應(yīng)用二進(jìn)制的數(shù)字（0、1）以及數(shù)學(xué)模型加以表達(dá)。 2．“數(shù)字農(nóng)業(yè)”要求各種農(nóng)業(yè)信息技術(shù)最廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)。3.“數(shù)字農(nóng)業(yè)”要求在農(nóng)業(yè)的各個(gè)部門（生產(chǎn)、科研、教育、行政、流通、服務(wù)等）全面地實(shí)現(xiàn)數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化管理。,六、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的主要技術(shù)支持體系,全球定位系統(tǒng)（GPS）地理信息系統(tǒng)（GIS） 農(nóng)田信息采集系統(tǒng)管理決策支持系統(tǒng)智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械系統(tǒng),第二節(jié) 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的農(nóng)田

6、信息獲取,一、田間的信息獲取技術(shù),全球定位技術(shù)的應(yīng)用遙感技術(shù)的應(yīng)用糧食產(chǎn)量分布信息獲取土壤養(yǎng)分、水分狀況信息的獲取植物營(yíng)養(yǎng)信息的獲取作物生產(chǎn)目標(biāo)信息及檢測(cè)技術(shù),（一）全球定位技術(shù)(GPS，Global Positioning System),是由地球?qū)Ш叫l(wèi)星、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶GPS接收機(jī)等3個(gè)主要部分組成。現(xiàn)在最常用的是美國(guó)GPs系統(tǒng)，它包括在離地球約20000km高空近似圓形軌道上運(yùn)行的24顆地球?qū)Ш叫l(wèi)星，其軌道參數(shù)和時(shí)鐘

7、由設(shè)于世界各大洲的5個(gè)地面監(jiān)測(cè)站與設(shè)于其本土的一個(gè)地面控制站進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，使得在近地曠野的GPS接收機(jī)在晝夜任何時(shí)間、任何氣象條件下最少能接受到4顆以上衛(wèi)星的信號(hào)。通過測(cè)量每一衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的傳輸時(shí)間，即可計(jì)算出接收機(jī)所在的地理空間位置。,GPS的定位原理,（一）全球定位技術(shù)的應(yīng)用,全球定位技術(shù)(GPS)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中主要應(yīng)用于以下3 個(gè)方面: ①智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)的動(dòng)態(tài)定位,即根據(jù)管理信息系統(tǒng)發(fā)出的指令, 實(shí)施田間的精確定

8、位。 ②農(nóng)田養(yǎng)分信息具有顯著的空間屬性，其空間變異性很大。在數(shù)據(jù)采集過程中，其位置的識(shí)別是與數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)密不可分的，因此需要對(duì)信息進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。農(nóng)業(yè)信息采集樣點(diǎn)定位, 即在農(nóng)田設(shè)置的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)、 自動(dòng)或人工數(shù)據(jù)采集點(diǎn)和環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)均需GPS 定位數(shù)據(jù)。③遙感信息GPS 定位, 即對(duì)遙感信息中的特征點(diǎn)用 GPS 采集定位數(shù)據(jù), 以便于與G IS 配套應(yīng)用。,由于GPS 存在較大的誤差, 所以人們?cè)絹碓街匾暡罘諫PS 的研究。差分GPS (

9、DGPS)可以消除衛(wèi)星鐘差、 星歷誤差、 電離層和對(duì)流層延遲誤差等, 使得定位精度大幅度提高。,美國(guó)天寶公司(T r im b le)專門為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研制了系列化DGPS 系統(tǒng)。包括: ①亞米級(jí)的信標(biāo)導(dǎo)航差分DGPS 接收系統(tǒng), 如A gGPS 122、 A gGPS 124、A gGPS 132 等。 ②載波相位差分技術(shù)(RTK)的厘米級(jí)測(cè)量型DGPS 接收系統(tǒng), 如A gGPS 214 等。③農(nóng)業(yè)機(jī)械對(duì)行操縱指示器(見圖 1)

10、。④GPS 機(jī)載計(jì)算機(jī)系統(tǒng), 如A gGPS 170 等。⑤GPS 用于農(nóng)業(yè)機(jī)械的田間定位軟件, 其中包括土壤狀況采樣、 種植谷物情況調(diào)查、 產(chǎn)量圖繪制、 農(nóng)田地形圖的測(cè)量等。⑥GPS應(yīng)用于農(nóng)用飛機(jī)的自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)。⑦GPS 數(shù)據(jù)處理、 數(shù)據(jù)庫(kù)以及G IS 軟件包。,舉例：,（二）遙感技術(shù)遙感技術(shù)(RS，Remote Sensing),遙感系統(tǒng)(RS)包括遙感平臺(tái)(航空飛機(jī)、 衛(wèi)星、航天飛機(jī)等)、 傳感器以及遙感信息的接收和處理

11、三大部分。通過不同高度的平臺(tái)收集地物的電磁波信息, 再將這些信息傳輸?shù)降孛? 并加以處理, 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地物的識(shí)別與監(jiān)測(cè)的全過程。。遙感技術(shù)系統(tǒng)由傳感器、遙感平臺(tái)及遙感信息的接受和處理系統(tǒng)組成。,遙感的工作流程,遙感圖像,遙感技術(shù)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用:,①作物長(zhǎng)勢(shì)及其背景的監(jiān)測(cè)：運(yùn)用高分辨率(米級(jí)分辨率)傳感器, 在不同的作物生長(zhǎng)期實(shí)施全面監(jiān)測(cè),根據(jù)光譜信息進(jìn)行空間定性、 定位分析, 為定位處方農(nóng)作提供依據(jù)。 ②作物冠層多光譜監(jiān)測(cè)

12、：利用地物光譜儀和多光譜相機(jī)獲取的信息, 監(jiān)測(cè)葉綠素密度的變化, 并分析其變化與養(yǎng)分的關(guān)系。 ③運(yùn)用多光譜遙感信息(紅外波段) , 在有作物條件下監(jiān)測(cè)土壤水分。,（三）、糧食產(chǎn)量分布信息獲取,沖擊式 力傳感技術(shù)：,容積式測(cè)量技術(shù),C射線流量傳感技術(shù),（四） 土壤養(yǎng)分和土壤水分測(cè)量,1、土壤養(yǎng)分信息的獲取技術(shù) 土壤養(yǎng)分信息指土壤中的N，P，K，pH值、有機(jī)質(zhì)、含鹽量和電導(dǎo)率等 常規(guī)化學(xué)試驗(yàn)測(cè)量方法仍是現(xiàn)在土壤養(yǎng)分信息獲取的主要

13、手段 土壤養(yǎng)分的速測(cè)技術(shù) 近幾年紅外反射光譜法來測(cè)量土壤養(yǎng)分成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。,基于時(shí)域反射儀(TDR)原理的測(cè)量方法 該方法目前在國(guó)際上比較流行, 且在技術(shù)上較為成熟, 性能優(yōu)越。 通過測(cè)定電磁波沿插入土壤的探針傳播時(shí)間來確定土壤的介電常數(shù), 進(jìn)而計(jì)算出土壤含水量。 該方法已有商業(yè)化產(chǎn)品銷售, 表層探頭長(zhǎng)度可達(dá)15～ 70 cm , 其精度高達(dá)2%。當(dāng)前主要問題是如何降低生產(chǎn)成本。,2、土壤水分信息的獲取技術(shù),基于

14、中子法技術(shù)的探測(cè)方法原理：儀器的子源向土壤中發(fā)出的快中子與氫原子碰撞后, 逐轉(zhuǎn)化為慢中子、 熱中子, 并形成熱中子云球。土壤水量大, 則快中子被慢化的快。 由于在慢中子探測(cè)上產(chǎn)生的電壓脈沖數(shù)與土壤含水率之間有對(duì)應(yīng)關(guān)經(jīng)標(biāo)定后即可測(cè)出土壤水分。優(yōu)勢(shì)：中子水分探測(cè)儀數(shù)據(jù)采集及時(shí), 不擾動(dòng)被測(cè)土測(cè)量深度不限, 田間操作簡(jiǎn)單, 攜帶方便。不足：其測(cè)定結(jié)果與統(tǒng)測(cè)定方法的結(jié)果之間存在一定差異, 土壤層因中子外溢問題使土壤水分含量的測(cè)定值偏差大

15、。而且儀器設(shè)備昂貴，并且存在潛在的輻射危害,基于土壤水分張力的測(cè)量方法原理：土壤負(fù)壓計(jì)由陶土頭、 傳輸管、 集氣室和壓阻傳感器4 部分組成。 陶土頭是儀器的感應(yīng)部件, 具有許多微小的孔隙, 陶土頭被水浸潤(rùn)后, 在孔隙中形成一層水膜, 當(dāng)其充滿水且密封地插入水分不飽和的土壤時(shí), 水膜就與土壤孔隙中的水相連接, 使儀器內(nèi)部的水產(chǎn)生負(fù)壓力。該負(fù)壓力通過傳輸管傳遞給壓阻傳感器, 壓阻傳感器連接測(cè)試儀表后, 輸出電壓信號(hào), 經(jīng)標(biāo)定后測(cè)出土壤水

16、分。優(yōu)勢(shì)：產(chǎn)品價(jià)格低 。不足：土壤水分測(cè)量響應(yīng)速度較慢。,基于土壤水分張力的測(cè)量方法原理：土壤負(fù)壓計(jì)由陶土頭、 傳輸管、 集氣室和壓阻傳感器4 部分組成。 陶土頭是儀器的感應(yīng)部件, 具有許多微小的孔隙, 陶土頭被水浸潤(rùn)后, 在孔隙中形成一層水膜, 當(dāng)其充滿水且密封地插入水分不飽和的土壤時(shí), 水膜就與土壤孔隙中的水相連接, 使儀器內(nèi)部的水產(chǎn)生負(fù)壓力。該負(fù)壓力通過傳輸管傳遞給壓阻傳感器, 壓阻傳感器連接測(cè)試儀表后, 輸出電壓信號(hào),

17、經(jīng)標(biāo)定后測(cè)出土壤水分。優(yōu)勢(shì)：該方法的特點(diǎn)是產(chǎn)品價(jià)格低 。不足：但土壤水分測(cè)量響應(yīng)速度較慢。,基于電磁波原理的測(cè)量方法原理：由高頻波信號(hào)發(fā)生器發(fā)射一定頻率的電磁波,磁波沿探針傳輸, 到達(dá)底部后返回, 檢測(cè)探頭輸出電壓, 由輸出電壓和水分的關(guān)系則可計(jì)算出土壤含水量。 優(yōu)勢(shì)：這種土壤水分傳感器測(cè)量精度可到±2% , 且響應(yīng)速度快, 產(chǎn)品成本也較低, 適用于攜式田間土壤水分采集。,（五）、作物營(yíng)養(yǎng)信息獲取技術(shù),作物長(zhǎng)勢(shì)

18、的監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)可以及時(shí)了解農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀況、土壤墑情、肥力及植物營(yíng)養(yǎng)狀況，以便及時(shí)采取各種管理措施，保證農(nóng)作物的正常生長(zhǎng) ；同時(shí)，可以及時(shí)掌握大風(fēng)或降水等天氣現(xiàn)象對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的影響，監(jiān)測(cè)自然災(zāi)害或病蟲害對(duì)作物產(chǎn)量造成的損失等，為農(nóng)業(yè)政策的制訂和糧食貿(mào)易提供決策依據(jù)。,1、基于遙感技術(shù)技術(shù)的監(jiān)測(cè)方法原理：利用覆蓋周期短而面積大的NOAA衛(wèi)星資料，對(duì)地面植被吸收的光譜信息和地面實(shí)際情況進(jìn)行分析，并結(jié)合常規(guī)的方法和資料

19、，建立作物監(jiān)測(cè)模式，用以監(jiān)測(cè)作物長(zhǎng)勢(shì)，發(fā)布苗情監(jiān)測(cè)通報(bào)，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 。,遙感監(jiān)測(cè)與估產(chǎn)實(shí)例：三大標(biāo)志性計(jì)劃：美國(guó)的LACIE計(jì)劃、A—GRISTARS計(jì)劃、歐盟的MARS計(jì)劃。,2、基于植物群體生理活動(dòng)的監(jiān)測(cè)方法,（1）：作物冠層多光譜監(jiān)測(cè)技術(shù) 原理：植物冠層光譜特性是植物光譜特性與背景土壤光譜特性的綜合。隨著植物冠層的發(fā)育，土壤光譜特性的作用逐漸下降；在植物衰老時(shí)，土壤背景的作用又逐漸增大。一般葉面積指數(shù)(LAI)達(dá)到3

20、左右時(shí)，冠層在可見光和中紅外波段的光譜反射率基本穩(wěn)定；而在近紅外波段，LAI達(dá)到5～6時(shí)，光譜反射率才能飽和。冠層光譜反射率還受太陽(yáng)光入射角、雙向反射、氣溶膠和風(fēng)速等諸多外部因素的影響。由于植物營(yíng)養(yǎng)狀況能影響葉面積、冠層形態(tài)和內(nèi)在生理特征，而且不同營(yíng)養(yǎng)元素的影響程度也不同，因此利用冠層光譜分析可以診斷植物營(yíng)養(yǎng)狀況。,診斷水稻冠層氮素營(yíng)養(yǎng)水平的敏感波段為760～900 nm，630～ 690 nm和520～550 nm。不同氮素營(yíng)養(yǎng)水平下

21、的冠層光譜反射率存在著明顯差異，經(jīng)植被指數(shù)轉(zhuǎn)換后差異更為顯著與穩(wěn)定。因此，利用冠層光譜測(cè)試可以區(qū)分作物的氮素營(yíng)養(yǎng)水平。植物中磷鉀營(yíng)養(yǎng)水平與冠層光譜特性的關(guān)系研究較少見?？偟膩碚f，磷鉀對(duì)光譜特性的影響不如氮明顯。在水培和砂培條件下，不同磷鉀水平的植物冠層光譜反射率存在顯著差異，磷鉀營(yíng)養(yǎng)對(duì)冠層光譜特性的影響與氮的影響相似。隨著磷鉀營(yíng)養(yǎng)水平的提高，可見光波段的光譜反射率下降，而在近紅外波段卻有明顯增加。利用光譜分析，可區(qū)分3～5級(jí)的磷鉀營(yíng)養(yǎng)

22、水平。在田間條件下，由于磷鉀的缺乏不嚴(yán)重，有時(shí)結(jié)果不太一致。,3、基于植物個(gè)體生理活動(dòng)的監(jiān)測(cè)方法,（1）：作物根系信息監(jiān)測(cè)技術(shù)原理：使用特殊圖像捕捉系統(tǒng)對(duì)根系照相，然后借助專業(yè)根系分析系統(tǒng)對(duì)混合圖像進(jìn)行分析，從而跟蹤了解其生長(zhǎng)過程 。優(yōu)勢(shì)：這種方法可以非破壞性地動(dòng)態(tài)追蹤分析根系形態(tài)因子，根系相關(guān)數(shù)據(jù)能夠定 量化，還可以根據(jù)用戶需求監(jiān)測(cè)土壤水分狀況，從而研究根系所在區(qū)域內(nèi)溶質(zhì)運(yùn)移及水分脅迫所引起的生理變化。該方法已廣泛應(yīng)用于園藝植物培

23、養(yǎng)和作物生長(zhǎng)模型研究等領(lǐng)域。,植物根系生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),（2）：光合作用測(cè)定技術(shù) A。氣體交換測(cè)定技術(shù)原理：根據(jù)精密測(cè)定密閉空間內(nèi)（葉室）二氧化碳和水蒸汽濃度的變化，計(jì)算單位面積葉片單位時(shí)間的CO2固定速率。 優(yōu)勢(shì)：這種方法可以非破壞性地動(dòng)態(tài)追蹤分析植物葉片的光合速率。,光合速率測(cè)定儀,B、調(diào)制葉綠素?zé)晒鉁y(cè)定技術(shù) 原理：葉片經(jīng)過充分暗適應(yīng)后，所有電子門均處于開放態(tài)，打開測(cè)量光得到Fo，此時(shí)給出一個(gè)飽和脈沖，所有的電子門就都將該用于

24、光合作用的能量轉(zhuǎn)化為了熒光和熱，此時(shí)得到的葉綠素?zé)晒鉃镕m。根據(jù)Fm和Fo可以計(jì)算出PS II的最大量子產(chǎn)量Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm，它反映了植物的潛在最大光合能力。 　　在光照下光合作用進(jìn)行時(shí)，只有部分電子門處于開放態(tài)。如果給出一個(gè)飽和脈沖，本來處于開放態(tài)的電子門將該用于光合作用的能量轉(zhuǎn)化為了葉綠素?zé)晒夂蜔幔藭r(shí)得到的葉綠素?zé)晒鉃镕m’。根據(jù)Fm’和F可以求出在當(dāng)前的光照狀態(tài)下PS II的實(shí)際量子產(chǎn)量Yield=ΦPSII=

25、ΔF/Fm’=(Fm’-F)/Fm’，它反映了植物目前的實(shí)際光合效率 。,脈沖-振幅-調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x,C、光合放氧測(cè)定技術(shù) 原理：根據(jù)光合作用的總反應(yīng)式：CO2 + 2H2O* + 4.69kJ → (CH2O) + O*2↑+ H2O。 用氧電極測(cè)定氧的釋放量，據(jù)此計(jì)算葉片的光合速率 。不足：應(yīng)用液相氧電極，可以測(cè)定一些光合儀不能測(cè)定的小的植物材料如藻類、苔蘚類、浮游植物、懸浮細(xì)胞、芽、莖等的光合速率。 不足：作為光合速率

26、的測(cè)定方法，氧電極法測(cè)定指標(biāo)單一，不能測(cè)定氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、CO2補(bǔ)償點(diǎn)、CO2飽和點(diǎn)等光合作用重要參數(shù)。,（3）：葉綠素測(cè)定技術(shù) 葉綠素是吸收光能的物質(zhì)，對(duì)作物的光能利用有直接影響。葉綠素含量和作物的光合能力、發(fā)育階段以及氮素狀況有較好的相關(guān)性。由于葉綠素之間的含氮量和葉變化趨勢(shì)相似，通常認(rèn)為可以通過測(cè)定葉綠素來監(jiān)測(cè)植株氮素營(yíng)養(yǎng)。,A。比色法,常規(guī)測(cè)定方法，即以乙醇、丙酮等進(jìn)行組織色素提取，再根據(jù)其特定吸收波長(zhǎng)進(jìn)行比色測(cè)定

27、。 不足：這種方法只適合破壞性取樣。另外，從大田到實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)輸和樣本制備過程中很可能損失葉綠素，進(jìn)而導(dǎo)致葉綠素含量發(fā)生變化 。,B。葉綠素儀活體測(cè)定,這種葉綠素儀的工作原理是采用兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光源分別照射植物葉片表面，通過比較穿過葉片的透射光光密度差異而得出SPAD值。因此，SPAD值是一個(gè)無量綱的比值，與葉片中的葉綠素含量成正相關(guān)。 葉綠素儀在玉米株與株之間的測(cè)定值可能會(huì)相差15％ ，在同一片葉上不同位置的測(cè)定值也不同。一般認(rèn)為

28、，距離葉基部55％ 處的SPAD測(cè)定值較大，且偏差較小，是合適的測(cè)試位點(diǎn)。,SPAD 儀,C。便攜式高光譜儀,這是一種通過測(cè)定綠色植物葉片的反射率、透射率和吸收率來測(cè)定葉綠素含量的方法。 光譜監(jiān)測(cè)提供了一種自動(dòng)、快速和非損傷性的植物營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法。 田問不同處理之間的冠層光譜差異為高光譜和多光譜遙感大面積監(jiān)測(cè)氮素營(yíng)養(yǎng)提供了可行性 。,便攜式高光譜儀,（六）作物生產(chǎn)目標(biāo)信息及檢測(cè)技術(shù),生產(chǎn)目標(biāo)信息：病蟲草害、 農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、

29、果實(shí)成熟度、 定位信息、導(dǎo)航信息等。,目前農(nóng)產(chǎn)品無損檢測(cè)技術(shù)：主要有聲學(xué)特性、 電磁特性、 可見光與近紅外光譜、 X射線與激光、 機(jī)器視覺技術(shù)等。,農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)信息1、農(nóng)產(chǎn)品外部品質(zhì)(主要有表面顏色、 表面光澤、 表面平整度、 外表形狀以及尺寸大小等);2、農(nóng)產(chǎn)品物理性質(zhì) (主要有質(zhì)量、 密度、 彈性、 硬度等); 三是反映農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部特征的內(nèi)部品質(zhì)(主要有安全性、 成熟度、 新鮮度、 內(nèi)部缺陷、 營(yíng)養(yǎng)成分的組成、味覺、 口感等)

30、。,機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù),機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)是用圖像傳感器獲取農(nóng)產(chǎn)品圖像,將圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像,并利用計(jì)算機(jī)模擬人的判別準(zhǔn)則去理解和識(shí)別圖像, 達(dá)到分析圖像和做出結(jié)論目的的一種技術(shù)。其特點(diǎn)是可對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的大小、形狀、顏色、表面缺陷和成熟度等內(nèi)、外部品質(zhì)進(jìn)行無損檢測(cè)。,用雷達(dá)監(jiān)測(cè)飛性昆蟲、孢子捕捉器監(jiān)測(cè)一些作物病原菌、性信息素誘芯或誘餌監(jiān)測(cè)田間鱗翅目害蟲以及燈光誘集飛行趨光性昆蟲等，都是利用有害生物的習(xí)性開發(fā)出的相對(duì)省工和省時(shí)的監(jiān)測(cè)手段。隨著

31、遙感和高光譜技術(shù)的廣泛應(yīng)用，用光譜和遙感技術(shù)來監(jiān)測(cè)作物病蟲害的研究也取得了一定的進(jìn)展,（）病蟲害診斷及雜草自動(dòng)識(shí)別技術(shù),舉例：,北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心采用高光譜遙感監(jiān)測(cè)小麥條銹病、白粉病和蚜蟲，以達(dá)到大面積、快速、無破壞的病蟲害監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的目的。 美國(guó)利用衛(wèi)星遙感圖片分析監(jiān)測(cè)森林舞毒蛾擴(kuò)散及危害程度，監(jiān)測(cè)草地蝗蟲危害等。 中國(guó)科學(xué)院利用綜合航空多光譜數(shù)字相機(jī)成像系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)蝗蟲及主要棉花害蟲。中科院還利用TM圖像遙感監(jiān)測(cè)東亞飛蝗

32、的棲息地蘆葦?shù)闹脖恢笖?shù)和監(jiān)測(cè)蝗災(zāi)的動(dòng)態(tài)變化。 北京農(nóng)林科學(xué)院利用TM衛(wèi)星圖片監(jiān)測(cè)麥蚜對(duì)冬小麥的危害。,雜草一作物區(qū)分的研究可分為3種：,人工區(qū)分法，這是區(qū)分作物和土壤背景的最佳方法，但既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力； 航空遙感技術(shù)，航空?qǐng)D片雖然可以在短時(shí)間內(nèi)獲得作物大范圍的圖像，但是研究表明雜草密度對(duì)圖像的可視性有嚴(yán)重的影響 ； 農(nóng)田中植物與雜草的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)主要包括2 個(gè)方面: 圖像處理和圖像識(shí)別。圖像處理技術(shù)主要包括: 靜態(tài)圖像恢復(fù)與

33、重建, 圖像去噪處理, 圖像增強(qiáng)與銳化, 圖像分割, 研究對(duì)象表達(dá)與描述。圖像識(shí)別技術(shù)主要包括: 顏色特征識(shí)別法, 雜草紋理特征識(shí)別法, 種植分布特征識(shí)別法, 雜草外型參數(shù)識(shí)別法,植物與雜草光譜特征分析法。,基于地面多光譜傳感器的研究使得對(duì)單種作物一雜草的研究有了進(jìn)一步的進(jìn)展 ：Borregaard等研究表明，雜草與作物在幾何特征和紋理特征方面的區(qū)分率可以達(dá)到91％。朱登勝等應(yīng)用光譜技術(shù)結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型使作物與雜草的識(shí)別率達(dá)到100

34、％。加拿大農(nóng)業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品研究中心的Rober t E.(1998)等人開發(fā)出一種稱為Detect sp ray 的具有雜草識(shí)別功能的噴灑器用于除草, 與傳統(tǒng)除草方法和普通噴灑相比, 在休耕季節(jié)可以減少除草劑用量,二、我國(guó)田間信息獲取技術(shù)的發(fā)展建議,1) 要圍繞精確變量肥水處方的多源信息獲取與診斷決策, 開展基礎(chǔ)理論與方法研究———包括田間多源信息的快速獲取、分析與診斷的理論基礎(chǔ); 作物碳氮營(yíng)養(yǎng)和水分的遙感監(jiān)測(cè)機(jī)理研究; 作物精確變量施

35、肥決策模型和算法研究; 作物精確灌溉決策模型和算法研究; 基于多源數(shù)據(jù)的精確變量肥水決策支持系統(tǒng)研究。2)要在基于無損測(cè)試技術(shù)快速獲取作物長(zhǎng)勢(shì)、營(yíng)養(yǎng)和農(nóng)田環(huán)境等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上, 研究作物營(yíng)養(yǎng)及水分脅迫特征信息的提取和診斷方法, 建立精確變量肥水優(yōu)化機(jī)理、算法和模型, 通過多源信息融合, 建立基于多源數(shù)據(jù)的作物碳氮營(yíng)養(yǎng)的水分診斷方法與精確變量肥水決策支持系統(tǒng)。,第三節(jié) 基于WEB的農(nóng)業(yè)信息獲取技術(shù),——以嵌入式系統(tǒng)在精細(xì)農(nóng)業(yè)田間信息獲取技

36、術(shù)中的應(yīng)用為例,,隨著信息技術(shù)的發(fā)展, 互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)深入到國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域, 對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響越來越大,對(duì)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展更是如此。因此, 實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的發(fā)展, 就必須有效的利用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。,嵌入式技術(shù)的發(fā)展, 給農(nóng)業(yè)信息技術(shù)工作者提供機(jī)遇的同時(shí), 也使科技人員面對(duì)著巨大的挑戰(zhàn)。這意味著目前有很多電子信息和計(jì)算機(jī)方面的成熟技術(shù)和研究都可以在數(shù)字農(nóng)業(yè)中得到應(yīng)用, 并促進(jìn)數(shù)字農(nóng)業(yè)的發(fā)展, 但同時(shí)在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中又面臨著很多特殊性和

37、復(fù)雜性, 這些都需要加以很好的解決。除此之外, 這些大量工作需要多個(gè)專業(yè)和多種技術(shù)的融合, 無論對(duì)于現(xiàn)在還是不久的將來這都會(huì)是個(gè)具有很好發(fā)展前景的研究方向。,一、基于嵌入式系統(tǒng)的WEB 發(fā)布系統(tǒng),這是一個(gè)可以通過互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建立的基于嵌入式系統(tǒng)的WEB 發(fā)布系統(tǒng)。通過該系統(tǒng), 可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)農(nóng)業(yè)信息的實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)與處理等功能, 并在INTERNET 上發(fā)布和訪問。,4 、嵌入式系統(tǒng)與嵌入式操作系統(tǒng),概念：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心, 以計(jì)算

38、機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ), 并且軟硬件可裁剪, 適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成, 用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制(Control)、監(jiān)視(Monitor)或管理(Management)等功能。,特點(diǎn)：嵌入系統(tǒng)比通用計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)具有更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。它很可能在大多數(shù)的情況下不需要配置CRT 顯示器, 不需要文件系統(tǒng), 由于內(nèi)存空間

39、較小也沒有存儲(chǔ)器管理功能。同時(shí), 嵌入式系統(tǒng)總是希望加載的操作系統(tǒng)軟件不能占據(jù)過大的內(nèi)存空間, 不能消耗過多的系統(tǒng)軟硬件資源, 這樣就要求嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)與傳統(tǒng)意義上的操作系統(tǒng)有很大區(qū)別, 要做到代碼量小, 對(duì)堆棧、寄存器、定時(shí)器及中斷等系統(tǒng)硬件的依賴要少, 能在各種不同類型的單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)。,5、目前流行的源碼開放的嵌入式操作系統(tǒng),在數(shù)字農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中, 嵌入式系統(tǒng)的作用主要是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中的信息進(jìn)行及時(shí)采集和處理。這就要求嵌入式操作

40、系統(tǒng)主要是面向中、小型應(yīng)用, 成本低、可靠性高、多任務(wù)、可以實(shí)現(xiàn)WEB 發(fā)布系統(tǒng)等特點(diǎn)。,（1）、RTEMS 操作系統(tǒng),RTEMS (Real - Time Executive for Multiprocessor System)是一個(gè)公開源碼的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。RTEMS 是為與目標(biāo)硬件相關(guān)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)開發(fā)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。,RTEMS 支持以下一些主要特性:( 1) 多任務(wù)能力;( 2) 同構(gòu)和異構(gòu)的多處理器系

41、統(tǒng); ( 3) 事件驅(qū)動(dòng)、基于優(yōu)先級(jí)、搶占式的調(diào)度機(jī)制; ( 4) 可選的RM (RateMonotonic)調(diào)度機(jī)制;( 5) 進(jìn)程間通信和同步機(jī)制、優(yōu)先級(jí)繼承; ( 6) 動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。( 7) 在對(duì)硬件的要求方面, 啟動(dòng)RTEMS 大約需要60K字節(jié)左右ROM空間。,(2) VxWorks 操作系統(tǒng),VxWorks 操作系統(tǒng)是美國(guó)WindRiver 公司設(shè)計(jì)開發(fā)的一種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它擁有良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核

42、以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境, 以其良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中,如衛(wèi)星通訊、軍事演習(xí)、彈道制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航等;VxWorks 具有高度可剪裁的微內(nèi)核結(jié)構(gòu), 需要的存儲(chǔ)器ROM最小為8KB, RAM最小為620B。,(3)μClinux 操作系統(tǒng),μClinux 是Linux2.0/ Linux2.4 版本的一個(gè)分支, 它被設(shè)計(jì)用來應(yīng)用微控制領(lǐng)域。它與UNIX 系統(tǒng)兼容,

43、而且開放源代碼。運(yùn)行μClinux 至少需要4M的空間。,(4) μc/OS- II 操作系統(tǒng),μc/OS- II[7]( 微控制器操作系統(tǒng)) 是一種典型的嵌入式操作系統(tǒng)。作為一個(gè)實(shí)時(shí)內(nèi)核, μc/OS 從1992 年開始為人們所知到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展為μc/OS- II。μc/OS- II 是一個(gè)源代碼開放的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng), 可移植、可固化( 嵌入到產(chǎn)品中去成為產(chǎn)品的一部分) 、可裁減, 其內(nèi)核是占先式的, 總是執(zhí)行就緒態(tài)的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)

44、?？梢怨芾?4 個(gè)任務(wù), 然而目前這個(gè)版本保留8 個(gè)任務(wù)。應(yīng)用程序最多可以有56 個(gè)任務(wù)。,執(zhí)行時(shí)間可固定( 既函數(shù)調(diào)用與服務(wù)的時(shí)間是可知的, 不依賴于應(yīng)用程序的多少) , 支持Mailbox ( 郵箱) ,Semaphore ( 信號(hào)量) ,Queue ( 消息隊(duì)列) , Message 等多種常用的進(jìn)程間通信機(jī)制。支持現(xiàn)有的大多數(shù)型號(hào)的8 位、16 位、32 位的MCU/MPU。,6、嵌入式操作系統(tǒng)的選擇,系統(tǒng)的性能參數(shù)往往被很多人

45、認(rèn)為是選擇和評(píng)價(jià)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的唯一重要的指標(biāo)。但嵌入式操作系統(tǒng)的選擇是要根據(jù)系統(tǒng)的具體要求來決定的。從本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能和硬件的要求來看, 首先要考慮的是嵌入式操作系統(tǒng)的文檔的可用性和易開發(fā)性。從這一點(diǎn)μc/OS- II 具有明顯的優(yōu)勢(shì)。另外在硬件方面, 微處理器的選擇也是一個(gè)重要的指標(biāo)。本系統(tǒng)的微處理器選擇的是單片機(jī)而且是8 位的單片機(jī)。這樣, RAM和ROM的大小就成了選擇的瓶頸。在對(duì)這幾種嵌入式操作系統(tǒng)的比較中, μc/OS