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第一章 精准农业概论1

1.1 研究背景2

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2

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3

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3

1.1.4 实施精准农业将全面带动我国现代农业的发展4

1.2 国内外研究现状4

1.2.1 国外技术发展现状与趋势4

1.2.2 国内技术发展现状13

1.3 技术构成与应用领域15

1.3.1 精准农业农田信息获取关键技术15

1.3.2 精准农业信息处理与决策分析关键技术18

1.3.3 精准农业田间变量实施技术20

1.4 我国精准农业需求分析22

1.4.1 发展精准农业的内在需求22

1.4.2 精准农业应用发展模式分析22

参考文献27

第二章 精准农业信息获取与解析30

2.1 基于遥感技术的农田信息获取30

2.1.1 作物叶面积指数30

2.1.2 作物叶绿素33

2.1.3 作物氮素34

2.1.4 作物水分36

2.1.5 作物病虫害38

2.1.6 土壤水分41

2.1.7 土壤氮素养分43

2.2 机载农田信息获取44

2.2.1 联合收割机作物产量信息获取44

2.2.2 土壤电导率数据获取53

2.2.3 农机作业面积测量56

2.3 农田信息快速获取技术产品60

2.3.1 土壤样品自动化采集系统60

2.3.2 便携式农田信息调查系统67

2.3.3 便携式归一化植被指数测量仪73

2.3.4 作物冠层色素比值诊断仪74

2.3.5 作物病虫害信息采集系统76

参考文献81

第三章 精准农业生产管理决策支持与处方生成83

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83

3.1.1 土壤养分图的制作83

3.1.2 产量分布图的制作84

3.1.3 生产决策85

3.1.4 变量处方图生成85

3.2 变量施肥管理分区划分方法86

3.2.1 基于多年产量数据的精准农业管理分区提取86

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93

3.2.3 小结98

3.3 变量施肥的尺度效应研究98

3.3.1 研究思路与方法99

3.3.2 软件设计与实现102

3.3.3 结果与分析102

3.3.4 小结112

3.4 决策支持与处方生成实例112

参考文献115

第四章 精准农业智能装备116

4.1 基于处方图的变量施肥作业控制系统设计与实现116

4.1.1 系统总体设计117

4.1.2 机载作业控制终端117

4.1.3 变量施肥控制器118

4.1.4 地速信号采集模块119

4.1.5 辅助导航模块119

4.1.6 控制器系统田间测试试验120

4.2 精准农业变量施肥机的研制122

4.2.1 变量施肥机开发目的122

4.2.2 变量施肥机作业过程介绍123

4.2.3 变量施肥机结构介绍123

4.2.4 变量施肥机排肥量试验125

4.3 精准农业变量农药喷洒机的研制128

4.3.1 精准农业变量农药喷洒机开发背景128

4.3.2 变量喷药机工作原理128

4.3.3 变量喷药机结构介绍128

4.3.4 变量喷药机实施方式129

4.4 基于杂草光谱识别的变量农药喷洒机130

4.4.1 农田杂草及其危害性130

4.4.2 农田杂草的防除130

4.4.3 近红外光在杂草治理中的应用131

4.4.4 基于光谱识别杂草农药喷洒机的研制134

4.5 农用作业机械智能导航系统137

4.5.1 农田导航系统介绍137

4.5.2 平行辅助导航系统138

4.5.3 田间作业计算机138

4.5.4 辅助导航指示装置140

4.5.5 辅助平行导航监视软件140

4.5.6 农用辅助导航监视系统集成研究143

4.5.7 基于平行导航光棒的作业导航效果145

4.6 大田精准灌溉控制系统145

4.6.1 系统建设目的145

4.6.2 无线传感器网络节点146

4.6.3 系统控制软件147

参考文献149

第五章 精准农业技术集成平台151

5.1 精准农业软件集成平台151

5.1.1 概述151

5.1.2 平台架构152

5.1.3 平台基础运行环境与工具154

5.1.4 精准农业数据模型156

5.1.5 精准农业软构件171

5.1.6 平台内部运行机制189

5.1.7 基于平台的应用系统开发198

5.2 精准农业硬件通信集成平台204

5.2.1 概述204

5.2.2 农机作业单元通信208

5.2.3 无线传感器网络218

5.2.4 农机远程监控226

参考文献231

第六章 精准农业技术试验研究232

6.1 基于土壤养分与目标产量的作物变量施肥试验232

6.1.1 基于土壤养分和目标产量的作物变量施肥算法232

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233

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233

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234

6.2 基于便携式速测仪器的作物长势和养分诊断试验234

6.2.1 便携式作物长势、养分无损、快速诊断仪器234

6.2.2 不同生育期间的NDVIGreenseeker值变化规律235

6.2.3 不同生育期间的SPAD值变化规律236

6.2.4 不同叶位的SPAD值变化规律237

6.2.5 便携式仪器测定结论238

6.3 基于地物冠层光谱的作物变量施肥试验239

6.3.1 基于地物光谱数据的作物变量施肥算法239

6.3.2 起身期和拔节期光谱测定值预测冬小麦目标产量240

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241

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241

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242

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243

6.4 基于冠层光谱和作物生长模型结合的变量施肥试验243

6.4.1 作物生长模型参数本地化和施肥算法244

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245

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245

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246

6.5 基于航空遥感影像的作物养分和长势评价246

6.5.1 基于航空影像的作物养分评价246

6.5.2 利用生化参量填图结果进行冬小麦长势评估247

6.6 基于遥感技术的作物精准灌溉试验249

6.6.1 作物精准变量灌溉算法249

6.6.2 土壤含水量遥感探测技术251

6.6.3 作物水分探测与精准灌溉决策试验252

参考文献253

第七章 设施农业精准生产管理技术研究255

7.1 设施农业生理生态信息智能传感器研究256

7.1.1 设施农业生态环境信息传感器256

7.1.2 设施农业作物生理信息传感器263

7.2 设施农业监控系统研究开发268

7.2.1 通用型信息采集系统268

7.2.2 便携式环境监测系统273

7.2.3 采集控制系统278

7.3 设施农业生产智能管理平台280

7.3.1 分析处理系统280

7.3.2 智能决策管理方法289

7.4 设施农业生产小型装备研制305

7.4.1 全自动灌溉施肥机305

7.4.2 精准注肥机312

参考文献314

第八章 北京精准农业应用示范工程317

8.1 精准农业研究示范基地设计与建设317

8.1.1 基地水文地理基本情况317

8.1.2 基地土地利用规划318

8.1.3 基地建筑设施320

8.1.4 基地作物种植制度320

8.1.5 基地灌排系统321

8.1.6 基地建设工程323

8.2 基地精准农业技术系统构建324

8.2.1 基地数字化成图324

8.2.2 自主差分GPS基准站建设325

8.2.3 精准农业关键技术设备引进与消化吸收329

8.3 精准农业技术系统运行示范336

8.3.1 基地土壤调查分析336

8.3.2 遥感数据获取试验339

8.3.3 作物收割测产与产量图获取352

8.3.4 基地信息精准管理与处方生成357

8.3.5 基地变量施肥试验363

8.3.6 田间精准作业运行示范364

8.4 自主研发与技术创新成果367

参考文献374

第九章 精准农业技术应用及展望375

9.1 北京设施农业精准生产技术应用375

9.1.1 大兴区设施农业精准生产技术应用总体情况376

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378

9.1.3 大兴区苗圃花卉生产基地精准农业典型应用案例384

9.1.4 设施农业精准生产技术应用效益分析390

9.2 黑龙江农业规模化生产精准农业技术应用391

9.2.1 精准农业技术装备引进与应用基地建设391

9.2.2 精准农业技术应用393

9.2.3 精准农业技术应用规模与效益397

9.3 上海精准农业技术应用398

9.3.1 上海五四农场水稻精准生产技术应用398

9.3.2 探索不同经营规模的精准农业技术应用401

9.3.3 精准农业技术在农业其他领域的应用402

9.4 精准农业技术应用总结分析402

9.5 精准农业展望404

9.5.1 对精准农业的再认识404

9.5.2 精准农业发展战略405

9.5.3 精准农业未来前景406

参考文献407