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

1、精準農(nóng)業(yè)中的農(nóng)業(yè)信息獲取技術(shù),內(nèi) 容,精準農(nóng)業(yè)與數(shù)字農(nóng)業(yè)精準農(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) 精準農(nóng)業(yè)與數(shù)字農(nóng)業(yè),一、精準農(nóng)業(yè)概述,精準農(nóng)業(yè)是當今世界農(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、定量地實施一整套現(xiàn)代化農(nóng)事操作技術(shù)與管理的系統(tǒng)。精準農(nóng)業(yè)并不過分強調(diào)高產(chǎn)，而主要強調(diào)效益。它將農(nóng)業(yè)帶入數(shù)字和信息時代，是21世紀農(nóng)業(yè)的重要發(fā)展方向。,精準農(nóng)作的技術(shù)思想精準農(nóng)作技術(shù)研究發(fā)

2、展的驅(qū)動力來自于在作物生長環(huán)境和收獲產(chǎn)量實際分布的空間差異，進一步講，這種差異又具體表現(xiàn)在三個方面。（1）田間條件和收獲量的空間差異；（2）年際間產(chǎn)量的時間差異；（3）預(yù)測和實際產(chǎn)量間的差異。,精準農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的核心是建立一個完善的農(nóng)田地理信息系統(tǒng) 精準農(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）保護環(huán)境。減少因農(nóng)業(yè)化學物質(zhì)的濫用造成環(huán)境污染的風險。,三、國內(nèi)外精準農(nóng)業(yè)研究現(xiàn)狀,（一）國內(nèi)精準農(nóng)業(yè)研究現(xiàn)

3、狀（二）國外精準農(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”，可以理解為對真實地球及其相關(guān)現(xiàn)象統(tǒng)一的數(shù)字化重現(xiàn)和認識。 其核心思想是用數(shù)字化的手段來處理整個地球的自然和社會活動諸方面的問題，最大限度地利用資源。其特點是嵌入海量地理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多分辨率、三維對地球的描述，即“虛擬地球”。,2、數(shù)字地球的技術(shù)基礎(chǔ),要在電子計算機上實現(xiàn)數(shù)字地球不是一個很簡單的事，它需要諸多學科，特別是信息科學技術(shù)的支撐。主要包括：計算機寬

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)，科學計算以及可視化和虛擬現(xiàn)實技術(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)該包含以下幾個內(nèi)容： 1．“數(shù)字農(nóng)業(yè)”要求對農(nóng)業(yè)各個方面（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)濟的）全面實現(xiàn)數(shù)字化，也就是說，各種農(nóng)業(yè)過程都要應(yīng)用二進制的數(shù)字（0、1）以及數(shù)學模型加以表達。 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)的各個部門（生產(chǎn)、科研、教育、行政、流通、服務(wù)等）全面地實現(xiàn)數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化管理。,六、精準農(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)機械系統(tǒng),第二節(jié) 精準農(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養(yǎng)信息的獲取作物生產(chǎn)目標信息及檢測技術(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接收機等3個主要部分組成。現(xiàn)在最常用的是美國GPs系統(tǒng)，它包括在離地球約20000km高空近似圓形軌道上運行的24顆地球?qū)Ш叫l(wèi)星，其軌道參數(shù)和時鐘

7、由設(shè)于世界各大洲的5個地面監(jiān)測站與設(shè)于其本土的一個地面控制站進行監(jiān)測和控制，使得在近地曠野的GPS接收機在晝夜任何時間、任何氣象條件下最少能接受到4顆以上衛(wèi)星的信號。通過測量每一衛(wèi)星發(fā)出的信號到達接收機的傳輸時間，即可計算出接收機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)在精準農(nóng)業(yè)中主要應(yīng)用于以下3 個方面: ①智能化農(nóng)業(yè)機械作業(yè)的動態(tài)定位,即根據(jù)管理信息系統(tǒng)發(fā)出的指令, 實施田間的精確定

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，其位置的識別是與數(shù)據(jù)監(jiān)測密不可分的，因此需要對信息進行準確的定位。農(nóng)業(yè)信息采集樣點定位, 即在農(nóng)田設(shè)置的數(shù)據(jù)采集點、 自動或人工數(shù)據(jù)采集點和環(huán)境監(jiān)測點均需GPS 定位數(shù)據(jù)。③遙感信息GPS 定位, 即對遙感信息中的特征點用 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, 所以人們越來越重視差分GPS 的研究。差分GPS (

9、DGPS)可以消除衛(wèi)星鐘差、 星歷誤差、 電離層和對流層延遲誤差等, 使得定位精度大幅度提高。,美國天寶公司(T r im b le)專門為精準農(nóng)業(yè)研制了系列化DGPS 系統(tǒng)。包括: ①亞米級的信標導航差分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)的厘米級測量型DGPS 接收系統(tǒng), 如A gGPS 214 等。③農(nóng)業(yè)機械對行操縱指示器(見圖 1)

10、。④GPS 機載計算機系統(tǒng), 如A gGPS 170 等。⑤GPS 用于農(nóng)業(yè)機械的田間定位軟件, 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)田地形圖的測量等。⑥GPS應(yīng)用于農(nóng)用飛機的自動導航系統(tǒng)。⑦GPS 數(shù)據(jù)處理、 數(shù)據(jù)庫以及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(航空飛機、 衛(wèi)星、航天飛機等)、 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, 從而實現(xiàn)對地物的識別與監(jiān)測的全過程。。遙感技術(shù)系統(tǒng)由傳感器、遙感平臺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)在精準農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用:,①作物長勢及其背景的監(jiān)測：運用高分辨率(米級分辨率)傳感器, 在不同的作物生長期實施全面監(jiān)測,根據(jù)光譜信息進行空間定性、 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

12、：利用地物光譜儀和多光譜相機獲取的信息, 監(jiān)測葉綠素密度的變化, 并分析其變化與養(yǎng)分的關(guān)系。 ③運用多光譜遙感信息(紅外波段) , 在有作物條件下監(jiān)測土壤水分。,（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、有機質(zhì)、含鹽量和電導率等 常規(guī)化學試驗測量方法仍是現(xiàn)在土壤養(yǎng)分信息獲取的主要

13、手段 土壤養(yǎng)分的速測技術(shù) 近幾年紅外反射光譜法來測量土壤養(yǎng)分成為一個新的研究熱點。,基于時域反射儀(TDR)原理的測量方法 該方法目前在國際上比較流行, 且在技術(shù)上較為成熟, 性能優(yōu)越。 通過測定電磁波沿插入土壤的探針傳播時間來確定土壤的介電常數(shù), 進而計算出土壤含水量。 該方法已有商業(yè)化產(chǎn)品銷售, 表層探頭長度可達15～ 70 cm , 其精度高達2%。當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。 由于在慢中子探測上產(chǎn)生的電壓脈沖數(shù)與土壤含水率之間有對應(yīng)關(guān)經(jīng)標定后即可測出土壤水分。優(yōu)勢：中子水分探測儀數(shù)據(jù)采集及時, 不擾動被測土測量深度不限, 田間操作簡單, 攜帶方便。不足：其測定結(jié)果與統(tǒng)測定方法的結(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量方法原理：土壤負壓計由陶土頭、 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, 陶土頭被水浸潤后, 在孔隙中形成一層水膜, 當其充滿水且密封地插入水分不飽和的土壤時, 水膜就與土壤孔隙中的水相連接, 使儀器內(nèi)部的水產(chǎn)生負壓力。該負壓力通過傳輸管傳遞給壓阻傳感器, 壓阻傳感器連接測試儀表后, 輸出電壓信號, 經(jīng)標定后測出土壤水

16、分。優(yōu)勢：產(chǎn)品價格低 。不足：土壤水分測量響應(yīng)速度較慢。,基于土壤水分張力的測量方法原理：土壤負壓計由陶土頭、 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, 陶土頭被水浸潤后, 在孔隙中形成一層水膜, 當其充滿水且密封地插入水分不飽和的土壤時, 水膜就與土壤孔隙中的水相連接, 使儀器內(nèi)部的水產(chǎn)生負壓力。該負壓力通過傳輸管傳遞給壓阻傳感器, 壓阻傳感器連接測試儀表后, 輸出電壓信號,

17、經(jīng)標定后測出土壤水分。優(yōu)勢：該方法的特點是產(chǎn)品價格低 。不足：但土壤水分測量響應(yīng)速度較慢。,基于電磁波原理的測量方法原理：由高頻波信號發(fā)生器發(fā)射一定頻率的電磁波,磁波沿探針傳輸, 到達底部后返回, 檢測探頭輸出電壓, 由輸出電壓和水分的關(guān)系則可計算出土壤含水量。 優(yōu)勢：這種土壤水分傳感器測量精度可到±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）、作物營養(yǎng)信息獲取技術(shù),作物長勢

18、的監(jiān)測技術(shù)對農(nóng)作物長勢的動態(tài)監(jiān)測可以及時了解農(nóng)作物的生長狀況、土壤墑情、肥力及植物營養(yǎng)狀況，以便及時采取各種管理措施，保證農(nóng)作物的正常生長 ；同時，可以及時掌握大風或降水等天氣現(xiàn)象對農(nóng)作物生長的影響，監(jiān)測自然災(zāi)害或病蟲害對作物產(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)測方法原理：利用覆蓋周期短而面積大的NOAA衛(wèi)星資料，對地面植被吸收的光譜信息和地面實際情況進行分析，并結(jié)合常規(guī)的方法和資料

19、，建立作物監(jiān)測模式，用以監(jiān)測作物長勢，發(fā)布苗情監(jiān)測通報，指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 。,遙感監(jiān)測與估產(chǎn)實例：三大標志性計劃：美國的LACIE計劃、A—GRISTARS計劃、歐盟的MARS計劃。,2、基于植物群體生理活動的監(jiān)測方法,（1）：作物冠層多光譜監(jiān)測技術(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，土壤背景的作用又逐漸增大。一般葉面積指數(shù)(LAI)達到3

20、左右時，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達到5～6時，光譜反射率才能飽和。冠層光譜反射率還受太陽光入射角、雙向反射、氣溶膠和風速等諸多外部因素的影響。由于植物營養(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養(yǎng)狀況。,診斷水稻冠層氮素營養(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，利用冠層光譜測試可以區(qū)分作物的氮素營養(yǎng)水平。植物中磷鉀營養(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，磷鉀營養(yǎng)對冠層光譜特性的影響與氮的影響相似。隨著磷鉀營養(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級的磷鉀營養(yǎng)

22、水平。在田間條件下，由于磷鉀的缺乏不嚴重，有時結(jié)果不太一致。,3、基于植物個體生理活動的監(jiān)測方法,（1）：作物根系信息監(jiān)測技術(shù)原理：使用特殊圖像捕捉系統(tǒng)對根系照相，然后借助專業(yè)根系分析系統(tǒng)對混合圖像進行分析，從而跟蹤了解其生長過程 。優(yōu)勢：這種方法可以非破壞性地動態(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)測土壤水分狀況，從而研究根系所在區(qū)域內(nèi)溶質(zhì)運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)和作物生長模型研究等領(lǐng)域。,植物根系生長監(jiān)測系統(tǒng),（2）：光合作用測定技術(shù) A。氣體交換測定技術(shù)原理：根據(jù)精密測定密閉空間內(nèi)（葉室）二氧化碳和水蒸汽濃度的變化，計算單位面積葉片單位時間的CO2固定速率。 優(yōu)勢：這種方法可以非破壞性地動態(tài)追蹤分析植物葉片的光合速率。,光合速率測定儀,B、調(diào)制葉綠素熒光測定技術(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)，打開測量光得到Fo，此時給出一個飽和脈沖，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，此時得到的葉綠素熒光為Fm。根據(jù)Fm和Fo可以計算出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行時，只有部分電子門處于開放態(tài)。如果給出一個飽和脈沖，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)化為了葉綠素熒光和熱，此時得到的葉綠素熒光為Fm’。根據(jù)Fm’和F可以求出在當前的光照狀態(tài)下PS II的實際量子產(chǎn)量Yield=ΦPSII=

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

26、的測定方法，氧電極法測定指標單一，不能測定氣孔導度、蒸騰速率、CO2補償點、CO2飽和點等光合作用重要參數(shù)。,（3）：葉綠素測定技術(shù) 葉綠素是吸收光能的物質(zhì)，對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相似，通常認為可以通過測定葉綠素來監(jiān)測植株氮素營養(yǎng)。,A。比色法,常規(guī)測定方法，即以乙醇、丙酮等進行組織色素提取，再根據(jù)其特定吸收波長進行比色測定

27、。 不足：這種方法只適合破壞性取樣。另外，從大田到實驗室的運輸和樣本制備過程中很可能損失葉綠素，進而導致葉綠素含量發(fā)生變化 。,B。葉綠素儀活體測定,這種葉綠素儀的工作原理是采用兩個不同波長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定值可能會相差15％ ，在同一片葉上不同位置的測定值也不同。一般認為

28、，距離葉基部55％ 處的SPAD測定值較大，且偏差較小，是合適的測試位點。,SPAD 儀,C。便攜式高光譜儀,這是一種通過測定綠色植物葉片的反射率、透射率和吸收率來測定葉綠素含量的方法。 光譜監(jiān)測提供了一種自動、快速和非損傷性的植物營養(yǎng)狀態(tài)監(jiān)測方法。 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)測氮素營養(yǎng)提供了可行性 。,便攜式高光譜儀,（六）作物生產(chǎn)目標信息及檢測技術(shù),生產(chǎn)目標信息：病蟲草害、 農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、

29、果實成熟度、 定位信息、導航信息等。,目前農(nóng)產(chǎn)品無損檢測技術(shù)：主要有聲學特性、 電磁特性、 可見光與近紅外光譜、 X射線與激光、 機器視覺技術(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、 營養(yǎng)成分的組成、味覺、 口感等)

30、。,機器視覺檢測技術(shù),機器視覺檢測技術(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,并利用計算機模擬人的判別準則去理解和識別圖像, 達到分析圖像和做出結(jié)論目的的一種技術(shù)。其特點是可對農(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)進行無損檢測。,用雷達監(jiān)測飛性昆蟲、孢子捕捉器監(jiān)測一些作物病原菌、性信息素誘芯或誘餌監(jiān)測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性開發(fā)出的相對省工和省時的監(jiān)測手段。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)測作物病蟲害的研究也取得了一定的進展,（）病蟲害診斷及雜草自動識別技術(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)測小麥條銹病、白粉病和蚜蟲，以達到大面積、快速、無破壞的病蟲害監(jiān)測和預(yù)測預(yù)報的目的。 美國利用衛(wèi)星遙感圖片分析監(jiān)測森林舞毒蛾擴散及危害程度，監(jiān)測草地蝗蟲危害等。 中國科學院利用綜合航空多光譜數(shù)字相機成像系統(tǒng)，監(jiān)測蝗蟲及主要棉花害蟲。中科院還利用TM圖像遙感監(jiān)測東亞飛蝗

32、的棲息地蘆葦?shù)闹脖恢笖?shù)和監(jiān)測蝗災(zāi)的動態(tài)變化。 北京農(nóng)林科學院利用TM衛(wèi)星圖片監(jiān)測麥蚜對冬小麥的危害。,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，但既費時又費力； 航空遙感技術(shù)，航空圖片雖然可以在短時間內(nèi)獲得作物大范圍的圖像，但是研究表明雜草密度對圖像的可視性有嚴重的影響 ； 農(nóng)田中植物與雜草的自動識別技術(shù)主要包括2 個方面: 圖像處理和圖像識別。圖像處理技術(shù)主要包括: 靜態(tài)圖像恢復與

33、重建, 圖像去噪處理, 圖像增強與銳化, 圖像分割, 研究對象表達與描述。圖像識別技術(shù)主要包括: 顏色特征識別法, 雜草紋理特征識別法, 種植分布特征識別法, 雜草外型參數(shù)識別法,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單種作物一雜草的研究有了進一步的進展 ：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別率達到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); 作物碳氮營養(yǎng)和水分的遙感監(jiān)測機理研究; 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)要在基于無損測試技術(shù)快速獲取作物長勢、營養(yǎng)和農(nóng)田環(huán)境等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上, 研究作物營養(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)深入到國民經(jīng)濟發(fā)展的各個領(lǐng)域, 對國民經(jīng)濟發(fā)展的影響越來越大,對農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展更是如此。因此, 實現(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)工作者提供機遇的同時, 也使科技人員面對著巨大的挑戰(zhàn)。這意味著目前有很多電子信息和計算機方面的成熟技術(shù)和研究都可以在數(shù)字農(nóng)業(yè)中得到應(yīng)用, 并促進數(shù)字農(nóng)業(yè)的發(fā)展, 但同時在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中又面臨著很多特殊性和

37、復雜性, 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專業(yè)和多種技術(shù)的融合, 無論對于現(xiàn)在還是不久的將來這都會是個具有很好發(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),這是一個可以通過互聯(lián)網(wǎng)平臺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), 可以實現(xiàn)相關(guān)農(nóng)業(yè)信息的實時采集、存儲與處理等功能, 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, 以計算

38、機技術(shù)為基礎(chǔ), 并且軟硬件可裁剪, 適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統(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)用程序等四個部分組成, 用于實現(xiàn)對其他設(shè)備的控制(Control)、監(jiān)視(Monitor)或管理(Management)等功能。,特點：嵌入系統(tǒng)比通用計算機操作系統(tǒng)具有更簡單的結(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、較小也沒有存儲器管理功能。同時, 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, 對堆棧、寄存器、定時器及中斷等系統(tǒng)硬件的依賴要少, 能在各種不同類型的單片機上實現(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)中的信息進行及時采集和處理。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)、可以實現(xiàn)WEB 發(fā)布系統(tǒng)等特點。,（1）、RTEMS 操作系統(tǒng),RTEMS (Real - Time Executive for Multiprocessor System)是一個公開源碼的嵌入式實時操作系統(tǒng)。RTEMS 是為與目標硬件相關(guān)、結(jié)構(gòu)簡單的嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計開發(fā)的實時操作系統(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、基于優(yōu)先級、搶占式的調(diào)度機制; ( 4) 可選的RM (RateMonotonic)調(diào)度機制;( 5) 進程間通信和同步機制、優(yōu)先級繼承; ( 6) 動態(tài)內(nèi)存分配。( 7) 在對硬件的要求方面, 啟動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WindRiver 公司設(shè)計開發(fā)的一種實時操作系統(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時性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領(lǐng)域中,如衛(wèi)星通訊、軍事演習、彈道制導、飛機導航等;VxWorks 具有高度可剪裁的微內(nèi)核結(jié)構(gòu), 需要的存儲器ROM最小為8KB, RAM最小為620B。,(3)μClinux 操作系統(tǒng),μClinux 是Linux2.0/ Linux2.4 版本的一個分支, 它被設(shè)計用來應(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)。作為一個實時內(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 是一個源代碼開放的實時操作系統(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)先級最高的任務(wù)

44、。可以管理64 個任務(wù), 然而目前這個版本保留8 個任務(wù)。應(yīng)用程序最多可以有56 個任務(wù)。,執(zhí)行時間可固定( 既函數(shù)調(diào)用與服務(wù)的時間是可知的, 不依賴于應(yīng)用程序的多少) , 支持Mailbox ( 郵箱) ,Semaphore ( 信號量) ,Queue ( 消息隊列) , Message 等多種常用的進程間通信機制。支持現(xiàn)有的大多數(shù)型號的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、認為是選擇和評價實時操作系統(tǒng)的唯一重要的指標。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μc/OS- II 具有明顯的優(yōu)勢。另外在硬件方面, 微處理器的選擇也是一個重要的指標。本系統(tǒng)的微處理器選擇的是單片機而且是8 位的單片機。這樣, RAM和ROM的大小就成了選擇的瓶頸。在對這幾種嵌入式操作系統(tǒng)的比較中, μc/OS