第二节 精准农业的产生与应用

一、精准农业的产生背景

国际农业的发展经历了原始农业（游耕、游牧等）、传统农业和现代农业三个主要发展阶段。半个多世纪以来，随着环境保护及节约能源要求日益提高、农业经济体系逐渐成熟以及现代信息技术发展日趋完善，精准农业技术应运而生。

（一）环保、节能的要求

21世纪以来，石油农业的发展在取得成就的同时，带来了严重的环境问题。对此，人们提出了一系列的替代农业对策，如回归型农业、生态农业、有机农业、持续农业等农业发展模式。

随着农业机械化的实现及大功率拖拉机的使用，石油农业等传统作业方式给环境、土壤、水质及植物本身造成了严重的危害，水源被污染，作物品质下降。化肥的应用引起了水土流失、土壤板结和酸碱度失衡，导致化肥与除草剂在土壤和地下水以及农产品中富集，使环境受到污染，并带来全球性环境恶化、资源日益短缺与生物多样性损失等诸多问题。传统的农业生产管理方式已不再适应当今社会发展的要求。因此，要寻找一种新的农业模式。

（二）精准农业应用的条件日臻完善

一方面，随着最初只是在军事、飞机和轮船上应用的全球卫星定位技术转向民用，以及GPS卫星数量激增，设备价格大幅下降，使得GPS技术在农业生产中使用已不成问题。

另一方面，信息技术、互联网技术、机载电子技术（执行元件的检测技术、传感器、变量控制等）的飞速发展以及集成块存储器存储能力、计算机数据处理能力的提高，均为精准农业技术研究和应用创造了必要的条件。

精准农业生产管理就是在这样的背景下产生的。

二、国外精准农业技术开发状况

精准农业起源于欧美等发达国家。国际上，围绕精准农业农田信息采集、分析决策、精准作业技术等开展了广泛研究。在农田土壤养分与水分、作物生长与生理参数、病虫草害分布等要素信息的快速采集技术上，已实现部分突破，并开发出了相关技术产品；在精准农业决策分析技术上，建立了作物模拟模型和农业专家系统，但缺乏精准农业决策管理模型，精准农业集成技术系统尚未完全建立；发达国家精准作业技术装备已趋于成熟，各种电子监视、控制装置已应用于复杂农业机械上，变量播种机、变量施肥机、变量施药机、联合收割机等高度智能化农业机械已逐步进入国际市场；精准农业技术的应用，实现了农业资源高效利用，提高了农业生产综合效益和农产品国际竞争力。欧美发达国家精准农业技术的研究和应用，全面带动了其现代农业高技术的发展。近年来精准农业在亚洲也日益受到重视，韩国和日本等的精准农业发展速度较快。日本已把精准农业明确作为未来农业先导技术予以高度重视。

（一）精准农业技术应用情况

早在1996年，美国有29%的农场服务商提供使用GPS的网格取样，到2002年已提高到50%。在2002年有43%的农场服务商提供基于控制器的变量施肥技术。美国在土豆和甜菜这两种高价作物上，采用变量施肥技术的作业面积占到了30%左右，25%的玉米面积、18%的大豆面积和15%的小麦面积使用了变量施肥技术。美国东部的玉米带所采用的最广泛的变量技术为石灰施用。在西欧和北欧，精准变量技术的使用主要是由环境压力和法规驱动，通过土壤养分管理降低地下水污染和空气污染，特别是单位农场氮磷肥用量的限制迫使农场主采纳变量技术将化肥使用到产量效应最高的地块，从而促进了精准农业变量技术的使用。在瑞典大概有24家农场采纳Hydro N-Sensor光传感变量施肥机。拉丁美洲和澳大利亚有变量施肥试验研究，但商业推广则比较欠缺，土壤采样的高价位限制了网格取样技术在拉丁美洲的应用。在20世纪90年代，阿根廷土样分析的价格为每个样品70美元，目前由于新实验室的建立使费用下降到25美元，但这个价位仍然限制阿根廷如同美国和加拿大一样采纳网格取样技术。Biermacher等2006年在美国南部干旱平原区进行基于实时传感器的精准氮肥施用试验研究，通过对多年历史数据和试验数据分析发现，基于实时传感器的精准氮肥施用增加的收益约为21～33美元/公顷。

早在2007年美国普渡大学的一项调查表明，76%的被调查者使用了某种精准农业技术，其中有64%的人使用了GPS导航系统，20%的人使用了地理信息系统和卫星/航空影像数据。10%的人使用了GPS自动驾驶系统和土壤电导率测定系统。如今，美国200多万个农场中，精准农业技术普及率已经超过83%。

在精准农业技术推广应用模式上，美国、欧洲等的研究推广部门、农资和农业装备供应商，通过定期和不定期地举办精准农业现场会，展示最新和实用的精准农业技术信息，包括现场示范、产品展销和技术讲座等，以展示最新的设备和仪器，提供降低损耗和增加收益的技术服务，对农民进行现场调查，邀请精准农业研究方面的技术专家举办实用的研讨会，目的是把农户和专家聚集在一起讨论和解决农业生产管理中所遇到的各种问题。此外，通过举行一些专题研讨会，就某一个新产品的使用，请专家和工程技术人员进行讲解和演示。美国大学的农学院和精准农业研究机构以及大公司都有技术推广服务部门对农户在其生产实践中出现的问题进行指导解决。农户可以打电话或用其他方式与专家进行交流。农民用的GPS系统由公司提供，电脑系统一般自己购买，土壤和植物样品大多委托公司进行有偿化验、分析。

在日本，精准施肥管理技术开始在优质米生产中应用。大米中蛋白质含量偏高是影响品质的重要因素，而蛋白质含量与氮肥施用有关。在日本新潟县长冈市、宫城县大崎市，由当地农协等农业经济合作组织及大规模农户共计180块农田参与的应用示范，每个田块平均面积0.25公顷，通过联合收割机计产及取样测定糙米蛋白质含量，依据测定结果做出决策：在产量高且蛋白质含量高的样点地块实施“减肥”栽培；在产量和蛋白质含量均低的地块实施“增肥”栽培，其余按常规栽培。实施1年后稻谷中蛋白质含量变异值就缩小30%，蛋白质含量均一度增加，显著改善了稻谷品质，提高了优质大米品牌的知名度。目前该技术已在新潟县、宫城县以及北海道、石川县、佐贺县等地示范推广。另一方面，采用快鸟（Quickbird）等卫星遥感影像进行稻麦籽粒蛋白质预测，也取得了较好的效果。另一个典型应用就是小麦适期收获精准监测与作业管理，小麦收获期正值雨季，过早收获不成熟或籽粒水分含量高使干燥成本增加，过晚收获又易导致穗发芽等而严重影响品质，为此，根据籽粒水分高低顺序确定适宜收获期就变得十分重要。北海道芽室町采用卫星影像数据指导小麦适时收获成效显著。具体做法是：在小麦成熟前的5、6、7月份分别获取SPOT卫星影像数据，并制作成归一化差异植被指数（NDVI）专题图，由于NDVI与籽粒水分相关显著，因此可以据此生成适宜收获期空间分布图，用以指导农机收获作业顺序和入库干燥。该技术应用四年多来效果十分显著，不仅确保了小麦品质，而且成本降低，扣除增加的数据分析等费用，小麦干燥费用总体上可以减少30%以上，深受当地用户的欢迎。

印度精准农业技术的应用处于起步阶段，但精准农业技术研究将成为其国家农业创新工程的重要组成部分。该项目预计投资2.85亿美元，重点开展农业技术方面的创新性研究。印度泰米尔纳德邦州政府已经批准了一项“泰米尔纳德邦精准农业工程”计划，计划实施面积为400公顷，并重点在杂交番茄、辣椒、大白菜、花椰菜等高经济价值作物生产中应用精准农业技术。莫迪普拉姆和密拉特的作物系统研究工程董事会与博帕尔的农业工程中心研究所合作，计划在不同作物生产系统中应用变量作业技术。艾哈迈达巴德（Ahmedabad）空间应用中心已在该中心的马铃薯研究试验站中应用遥感技术制作空间变异图。分布在印度不同地区的17个精准农业发展中心正以不同方式在印度开展精准农业技术应用示范工作。精准农业发展中心致力于精准农业技术的推广和高科技农业应用，并通过技术应用示范和推广工作，培训大批农民。在水稻生产中氮肥精准管理技术研究方面，叶面颜色图技术已成为一种高效实用的精准农业工具，并在多个小型农场的水稻种植管理过程中得到应用，结果氮肥的使用量减少了40kg/ha。这项技术在印度西北部的48个农场得到了实验验证，平均节省氮肥19.4%～21.0%。

在印度、斯里兰卡和坦桑尼亚等发展中国家，茶叶是一种重要的高经济价值作物。精准农业技术为茶叶的栽培管理提供了一套理想的工具。目前，一些成本低廉、先进适用的精准农业技术如茶叶产量制图、手动变量施肥、茶叶生产过程信息采集管理等已经开始在生产中应用。此外，基于掌上电脑和传感器数据采集设备、GIS和高分辨率卫星影像技术的土地利用制图、土壤属性制图技术也正在逐步成熟并开始应用。在马来西亚，从2002年开始组织实施精准农业项目，开展了利用机载成像光谱仪等多平台遥感技术监测作物长势、产量、营养和病虫草害方面的研究工作，建立了10000公顷的水稻精准农业示范田。精准施肥技术也开始在橡胶和油棕生产过程中应用。在南非、墨西哥北部地区，精准农业技术也在一些热带高经济价值作物生产和大的种植园中得到应用。巴西的甘蔗种植业中应用了根据土壤结构调整耕深的精准耕作技术、土壤侵蚀控制技术等精准作业技术。

（二）精准农业田间信息采集关键技术与产品

目前，国外农田信息采集技术研究主要集中在土壤养分、土壤水分、电导率、pH值、作物生长与生理参数、病虫草害分布等要素的快速采集方面，取得了一些研究成果，并开发出一些实用产品和应用系统。

在土壤养分的快速测量方面，目前国外研究主要采用的测量仪器有三类：一是基于光电比色等传统养分速测技术的土壤养分速测仪，但使用这种仪器需要从田间取回土样，烘干后再送到实验室进行测定，存在使用成本高、不能便携、所依赖的辅助设备多和测试费用高等诸多问题，不能满足田间快速测量的要求；二是基于近红外技术通过土壤或叶面反射光谱特性直接或间接进行农田肥力水平快速评估的仪器；三是基于离子选择场效应晶体管集成元件的土壤主要矿物元素含量测量仪器。针对研究直接面向解决土壤养分测量这一精准农业信息采集技术的难题，得到了学术界和产业界的广泛关注。

在土壤水分传感领域，国外可用的传感器的种类很多，主要包括基于时域反射仪原理的测量方法、基于快中子易被氢原子核慢化原理的测量方法、基于土壤水分张力的测量方法和基于电磁波原理的测量方法。部分技术较为成熟，已有商业化产品，当前主要问题是降低生产成本。

土壤电导率也是土壤属性中的一项重要指标，它能不同程度地反映土壤中的盐分、水分、有机质含量、土壤质地结构和孔隙率等参数的大小。美国威里斯（VERIS）土壤电导率测定系统是一个很有用的获取农田信息的工具，现在已经成为一项服务于精准农业的农田信息获取的设备进行推广。而EM38型大地电导率仪因为不必与土壤接触也在精准农业土壤信息获取中得到广泛应用。日本的研究人员在非接触式土壤信息获取方面开展了大量研究工作，东京农工大学开发的农机载实时监测装置可以连续测量15～30cm深度的土壤水分、pH值、电导率、土壤硬度等。

在作物生育信息获取方面，日本主要利用航空和卫星遥感数据反演植被覆盖指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）值来监测小麦等主要作物长势，如利用商业无人直升机搭载数字相机，获取低空遥感影像，制作NDVI专题图，为氮肥管理决策提供面状数据。日本还开发出一种便携式作物生育监测仪，可在田间快速测定GI值（NDVI×100），为稻谷、小麦等作物长势监测提供点状数据。

一些低价位的精准农业农田信息快速获取工具在发展中国家小规模农业生产作业中具有较大应用潜力。如叶绿素计和叶面颜色图，这些设备操作简单，可以作为便携式诊断工具用来测量水稻田的作物氮素状况，从而确定追施氮肥的量和施用时间。叶面颜色图装置在亚洲的菲律宾、印度尼西亚、越南、孟加拉国、印度等国得到应用。

目前作物长势信息采集技术方面的研究主要集中在以下两方面：一是利用“星—机—地”遥感获得的多时相影像信息研究植被生长发育的节律特征，用于大面积作物的长势诊断与估测以及产量预报等；二是在区域或田块的尺度上，近距离直接观测分析作物的长势信息。主要包括基于红外光束传感器和超声波传感器等获取植株高度信息、应用微电极传感器和恒流源技术测量植物生理信息、利用红外测温仪和土壤含水量传感器等进行作物水分胁迫及营养缺素胁迫指数监测。

国外在病虫草害信息的快速采集方面主要是基于计算机图像处理及模式识别技术，以研究作物植株的根、茎、冠层（叶、花、果实）等的形态特征作为诊断判读的目标，采用“面状信息”（遥感图像判读）和“点状信息”相结合的方法确定灾害的程度。

国外已成功地在一定条件下建立起了各种植被生化参数和农学参数光谱参数的相关关系，并成功地实现了对诸如生物量、叶面积指数、叶绿素浓度等农学参数的探测。

另外，在作物分类和识别模型上也取得了长足的进步。

纵观国外农田信息采集技术的研究状况，农田信息的获取技术最为热门的是土壤环境信息的采集与处理，其次是作物的长势及病虫草害等相关信息的采集与处理。在相关领域的研究主要存在以下问题：

（1）在时效性方面，测量技术大多基于传统的物理化学原理，现场手工采集与事后实验室分析相结合为主，能够实现现场快速实时自动采集的商业化产品较少，测量精度也有待进一步提高。

（2）在采集的综合性能方面，一个要素对应一种采集设备的单一功能模式是主流，基于多源信息融合、消除数据冗余、增强数据互补、集多种要素于一体的多功能采集设备还比较少见。

（3）在面向用户需求方面考虑不够，目前的采集设备很少针对精准农业特色进行设计，普遍缺少地理坐标定位功能和便于空间数据分析的上位机软件等，影响到产品的推广。

（三）精准农业装备技术与产品

发达国家农业装备设计制造技术已趋于成熟，农业装备迅速向大型、高速、复式作业、人机和谐与舒适性设计方向发展。各种电子监视、控制装置应用于各种复杂农业装备上，多种定位变量作业智能型农业装备，如收获、播种、施肥、施药机械已进入国际市场。

粮食产量分布信息获取系统得到了广泛应用。国外已商品化的产量监视系统产品集中于谷类作物收获机械方面，主要有美国凯斯公司的先进农业系统（Advanced Farming System）、英国爱科公司的农田之星（Field Star）系统、美国约翰·迪尔公司的绿色之星（Green Star）系统、美国银利达科技公司的PF（Precision Farming）系统及英国皇家壳牌公司的产量监测系统等。这些系统都具有较强的GIS综合功能，能自动完成产量监测并生成产量分布图。由日本农业食品产业技术综合研究机构生物系特定产业技术研究支援中心研制的自动计产式联合收割机，可以实时测定籽粒水分和产量，并根据地块作业记录结果生成产量空间分布图。

各种作业智能导航和自动驾驶技术已成为国际上研究和应用的热点领域。美国天宝公司的光靶导航系统（EZ-Guide）和自动驾驶（Auto Steer）系统能够实现农田作业过程的智能导航和自动驾驶。美国明天科技公司的中心线光缆导航（CenterLine Guidance Lightbar）系统能够以直线和曲线方式导航，该公司作业控制和自动驾驶系统（Field Pilot）可以根据需要配置成精准变量施肥、变量喷药等作业控制系统，同时实现作业工程的智能导航和自动驾驶。相对于其他精准农业作业系统而言，农田作业导航系统技术应用简单明了，不需要进行事前的信息采集、数据处理和决策分析工作，而且全自动导航系统应用效果确定、明显，因而易于为从事规模化商业种植农户采用。

基于控制器局域网络（Controller Area Network, CAN）总线技术的作业控制终端设备进入市场。现场控制局域网络技术及其网络通信协议已经在欧美大中型农业装备的内部电子监视与控制系统中采用。德国芬特拖拉机和克拉斯谷物联合机上应用的控制局域网络总线系统。如美国银利达科技公司生产的Insight系列作业监控终端设备同样CAN总线接口，可与其他公司的多种作业控制器配套实现形式多样的作业控制系统。美国明天科技公司生产的Legacy系列作业控制终端设备、TASC系列作业控制器均具有标准总线接口。

变量施肥、播种技术设备开始规模化应用。美国银化学设备公司生产的变量施肥系统（SOILDEC-TION）可进行干粉和液态肥料的撒施，根据变量施肥处方，分别对磷肥、钾肥和石灰的施用量进行调整，也可混合配置并变量撒施。美国艾奥瓦州生产的ACCU-PLANT可编程的播种机控制系统，可附加在各类播种机上，它由液压传动系统、微处理器和雷达测量地速传感器组成。通过步进电机控制液压马达转速，实现实时变量播种。

在杂草自动识别技术和变量喷药机械研制方面，加拿大农业与农产品研究中心的罗伯特（Robert）等人开发出一种称为探测喷雾的具有杂草识别功能的喷洒器用于除草，与传统喷洒除草方法相比，在休耕季节可以减少19%～60%除草剂的用量，而且还可以将它用于多年生杂草的控制。美国伊里诺大学研制了30m宽的喷杆式变量喷药系统，以多个摄像头采集田间图像，通过图像处理和自动识别技术来控制喷药，目前杂草识别技术达到了较高的识别准确率，在试验研究过程中实现了节省50%～70%农药的目标。

大型喷灌机的精准控制技术已实现产品化。美国生产大型喷灌机的林赛公司和维蒙特公司的产品，可以通过中央控制室的计算机系统无线遥控和管理大型喷灌机群。澳大利亚百加立（Computronics Corporation）公司研制了变量喷洒控制系统，大型圆形喷灌机变量控制系统已实现产品化。美国某大型喷灌机公司研制了基于液压马达驱动地轮的控制方法，没有外露的动力传动机构，没有测量角度的行程开关，可以手动控制，单点模拟量控制，计算机管理自动控制以及遥控。

日本京都大学联合其他单位联合研制的肥料与种子变量播撒机械，可根据土壤肥沃度变量投入肥料和种子。该设备由19马力拖拉机牵引，在地块尺度上的施肥作业误差为11%。由日本农业食品产业技术综合研究机构生物系特定产业技术研究支援中心研制的水田用变量施肥机械，可根据肥料的比重与既定施肥量，在面板上按键操作，实现半自动变量施肥，也可以根据预先生成的施肥处方图实现全自动变量施肥。

从国际精准农业智能化装备技术发展情况来看，自动变量施肥呈现上升势头；多养分混合配置与变量施肥技术的结合是发展趋势；拖拉机智能导航技术逐步转向自动驾驶技术；基于计算机视觉技术的田间杂草自动识别技术已成为智能喷药机的研究热点；遥控大型喷灌机技术已转向成熟。

（四）精准农业决策模型及系统软件

在支撑精准农业体系的关键技术中，农业生产管理的精准决策模型及决策支持系统是变量处方生成的基础。因此，国际上关于精准农业理论与技术的研究，有许多涉及作物生产管理决策支持技术，尤其集中在作物生长模拟模型及作物管理专家系统方面。近年来，国际上已经提出了多种作物的生长模拟模型，其中公认较为优秀且应用广泛的模型有美国的“作物—环境—综合资源系统”（CERES）系列模型和荷兰的通用作物生长模型（SUCROS）等。这些模型可以连续动态模拟作物生长发育和产量形成过程及其与气候、土壤环境及管理技术措施的关系，包括生育进程、光合生产、产量结构及水氮响应等，从而克服了传统作物学研究中较强的地域性和时空局限性，为不同条件下的作物生长预测与调控提供了有力的定量化工具。

模拟模型与专家系统相结合的成功例子是美国莱蒙公司推出的棉花生产管理专家系统（COMAX）。当前，国际上尚未建立适用于精准农业决策的生产管理模型，但已经广泛应用作物模型、专家系统、决策支持系统和管理信息系统等为精准农业中的生产管理决策提供智能化的技术支持，从而显著提高了变量处方生成的科学性和定量化水平。特别是美国的基于模拟模型的农业生产决策支持系统已经覆盖水稻、小麦、玉米、大豆、棉花等不同作物类型，并已初步集成于精准农业技术体系，辅助进行作物生产力分析及生产管理决策。RS和GIS等空间信息技术的崛起，无疑为作物模型和决策技术的研究与应用提供了广阔的前景。国际上提出了基于模型和3S的农业决策支持系统，通过与RS及GIS技术的结合，作物模型在不同尺度上的应用范围得到扩大，应用精度得到提高。

目前基于农田或农场尺度的多种计算机生产决策技术，包括专家系统、作物模拟模型、作物生产决策支持系统等，与精准农业思想的实践要求尚有较大的距离。数据挖掘软件工具已被用于比较不同种类的空间数据（如产量图、土壤养分数据等），分析挖掘深层次的关系。一些经典的数学和空间学分析方法也被用于分析产量图，包括多变量聚类分析、时空模型、制图学方法和空间模拟方法等。这些方法无疑可以为分析产量图数据提供有效的手段，但是这些方法尚无法解释产量与限制因子在时间和空间上的相互关系，因此限制了其在指导农业生产实践方面发挥更大的作用。随着信息技术的发展，国际上提出了将多种信息技术如专家系统、模拟模型、GIS和RS等相结合的农业生产决策支持系统。美国佛罗里达州立大学研制了将作物模拟模型与GIS相耦合的农业和环境决策支持系统AE-GIS。夏威夷大学研制开发的农业技术转移决策支持系统（DSSAT）综合管理作物、土壤和气候数据，利用模拟模型技术来评价不同管理措施，评估不同措施对环境及可持续发展的影响。美国农业部的大平原农业资源管理框架基于模拟模型，综合考虑经济、环境和可持续发展的目标，为生产决策者提供辅助决策功能。

在日本大规模经营农户及农协等农业经济合作组织，开始利用空间分析软件进行农场种植规划和田间管理，根据土壤基础信息，作物长势图、产量图等航空影像专题图等进行播种情况统计和当季肥水管理决策，并反馈调节下季种植设计和调整肥水管理计划，起到了节水省肥的作用。由日本农业食品产业技术综合研究机构生物系特定产业技术研究支援中心开发的情报中心软件系统，集田间土壤及作物长势产量和安全信息的收集、分析功能于一体，可用于指导作物布局选址、施肥设计和安全溯源等，已开始在稻谷、小麦等主要作物产区初步应用。

当前，国外农作模型及决策系统的发展趋势表现为由局部性到系统性、由经验性到普适性、由智能化到数字化。在系统性上，将使模型内容与功能的深度和广度得到进一步加强，能综合用于作物生长系统的动态预测和农业生产系统的管理决策。在适用性上，将尽量减少模型的输入条件，探索模型参数的数字化和规范化估算方法，明确农作模型参数的物理和农学含义，同时提高模型的可靠性和精确性。在数字化上，将注重作物生长系统和生产系统的综合量化和动态决策，结合3S技术，开发基于生长模型和管理模型的数字化决策支持平台。预期上述努力将进一步提高农作系统模型的完整性和可靠性，同时显著改善农作管理决策的动态性和普适性。

（五）精准农业技术标准与集成技术

发达国家对精准农业技术标准规范建设十分重视，欧洲各国、美国、日本、澳大利亚等进行精准农业术语标准化、信息表示标准化，以及从产前的生产资料供应，到产中的每个技术服务环节，再到产后的农产品分级、加工包装、储运，无不以高度的标准化为基础。在精准农业变量作业装备技术方面，随着精准农业智能变量作业装备的不断发展，拖拉机与自走式农业装备正向标准化、网络化、智能化、分布式控制技术方向发展。已装置了若干个标准的电子控制单元，即带有独立处理信息与控制功能的计算机智能控制终端或农业装备通用微型作业计算机，具有统一设计的标准接口和现场控制局域网络技术及其网络通信协议已经在欧美的大中型农业装备的内部电子监视与控制系统中采用。德国芬特拖拉机和克拉斯谷物联合机上也应用了控制局域网络总线系统。农业装备将日益智能化，GPS将逐步成为移动农业装备的基本元件，IS011783将作为农业装备智能系统设计的一种国际标准，更多不同的传感器将装置到农业装备中，使得众多的电子作业控制单元和不同厂商的农机电子控制设备能在统一的技术标准下进行互联互通。

精准农业数据规范标准方面，构建精准农业技术集成平台的关键在于突破异构精准农业技术产品之间空间信息的交互技术。目前常用的空间信息交互技术模式可分为数据格式转换模式、直接数据访问模式、基于OGC（Open Geospatial Consortium）的数据互操作模式、数据转换标准模式四类。当前精准农业技术集成平台目标是集成各类已经投入使用的精准农业技术产品。精准农业中使用的这些软件产品所采用的GIS平台，绝大部分不具备相互之间进行空间信息直接访问的能力；采用的空间信息格式很多不符合OGC的Open GIS互操作规范，因而不具备进行直接访问和数据互操作的基础。目前异构精准农业技术产品间进行空间信息交互的主要途径是利用外部数据交换文件，或者是一些比较常用的中间格式，如由美国环境系统研究所公司开发的非拓扑实体矢量数据结构格式shapefile、数据库文件格式DBF等，通过间接转换进行。由于精准农业技术产品采用的GIS系统种类很多，采用的空间信息数据结构和数据模型不完全相同，在转换过程中信息往往丢失，甚至得不到有关信息；同时每一个系统都不可能提供直接读写所有GIS软件的外部数据文件的程序。

为了更方便地进行空间数据交换，也为了尽量减少空间数据交换损失的信息，使之更加科学化和标准化，许多国家和国际组织制定了空间数据交换格式标准。影响较大的如美国的空间数据转换标准SDTS（Spatial Data Transformation Standard），英国的NTF（Na-tional Transfer Format）等；此外，国际标准化组织（International Standards Organization, ISO）和OGC也推出了基于XML（Extensible Markup Language）的空间信息编码标准GML（Geographic Markup Language）。这些标准格式得到一些GIS软件的支持，在一定程度上解决了不同数据格式之间缺乏统一空间对象描述的问题，但普遍缺乏必要的对精准农业特殊语义进行描述的能力，因而无法直接用作异构精准农业技术产品间进行空间信息交互的统一转换格式。为了解决缺乏统一转换格式的问题，欧洲农业电子协会（Agriculture Electronics Association, AEA）曾经制定了转换支持层TSL（Transfer Support Layer）标准，然而该标准仅适用于少量矢量数据转换，并且缺少对欧洲以外农业空间信息的支持。

三、西方国家精准农业技术的实际应用状况

美国是精准农业的发起者，在20世纪80年代末，美国和加拿大提出精准农业的概念和构想，90年代初开始将精准农业逐步应用于生产。1992年4月，在美国召开第一次精准农业学术研讨会后，精准农业的概念开始走向全球。1993～1994年，美国在明尼苏达州的两个农场进行了精准农业技术的试验，采用GPS指导施肥，和传统的平衡施肥方法相比，作物的产量提高了30%。1994年，美国精准农业作业面积是41万公顷，而到了1998年，美国的精准农业作业面积已经超过了1000万公顷。1995年开始，美国5%的作物开始不同程度地使用了精准农业技术。到了1998年，美国的精准农业商业调查显示，他们77%的用户都已经使用上了精准农业技术。美国和欧洲等相关国家就精准农业的使用经验每年都召开专门的会议进行探讨。到了1999年，利用精准农业技术，仅占美国3%的劳动力生产了供全美国人口消费的食品，同时生产出占美国出口总额20%的农产品。2000年，在玉米及大豆种植中，使用精准农业技术的农场占到了美国所有农场的1/3。从2002年开始，遥感技术、智能机械系统、计算机网络系统在美国农业耕作中得到了广泛的运用。2010年之后，精准农业技术与物联网相结合，掀起了美国精准农业技术使用的新浪潮，2013年年底，美国农业部发布的数据显示，美国年生产总值100万美元以上的农场精准农业技术的使用率达到了93%,50万～100万美元的农场精准农业技术使用率达到85%左右，一些小型农场也开始推广普及精准农业技术。

美国精准农业技术目前最具有代表性的系统是约翰迪尔公司在2012年推出的绿色之星精准农业系统和凯斯公司2013年年初推出的新一代先进农业精准农业系统。这两个精准农业技术系统在美国得到了较为广泛的应用，是美国精准农业技术系统的集大成者。绿色之星精准农业系统是基于全球定位系统与地理信息系统，结合了物联网技术发展而成的新型精准农业系统，适合大中规模的机械化生产的农场使用，其在大农场中的市场占有率达到了65%以上。“先进农业”精准农业系统是凯斯公司在1996年第一代精准农业系统基础上推出的新产品，其在北美洲及澳大利亚得到了广泛的运用，比较适合种植水稻、玉米、大豆和小麦等作物。

以色列是一个自然环境较为恶劣的国家，国土面积2.5万km2，沙漠就占去了60%以上，可耕地面积占国土面积的20%左右。大部分国土是沙漠地带，导致了以色列淡水资源极为匮乏，人均可利用的淡水资源只有世界平均水平的1/33。但是，面对如此恶劣的自然环境，以色列的农业却很发达，1996年以来，其农业总产值连年增长，年增长率保持在17%左右，其农业人口只占总人口的3%左右，但其粮食已经完全实现了自给自足。2000年以后，其农产品大量出口到欧洲，以色列的农业创造了“沙漠奇迹”。其精准农业技术水平足以与美国并驾齐驱，并有着自己的特色。

在20世纪70年代之前，以色列的农产品还是大量依靠进口，其后，以色列依据本国的自然资源条件，调整了农作物种植结构，减少了对土地资源要求高的粮食作物种植，积极发展温室技术，改种产值高的花卉、蔬菜及水果，大大改善了其农业生产状况。

以色列的温室技术从20世纪70年代发展至今，完全实现了智能化与自动化，一个温室大约4000m2，从播种开始到收获，全过程电脑控制，基本上不需要人力，而且将滴灌技术引入温室系统，进一步提高了花卉、蔬菜等农作物的产量。至2012年年底，以色列的温室花卉种植面积约2000m2，其产品90%以上用来出口，获取了较大的收益。

以色列大部分地区干旱少雨、土地贫瘠，提高水资源的利用率是以色列解决农业发展的最大问题，因此，节水技术研究一直是以色列农业科学中最重要的课题。从20世纪50年代开始，以色列政府大规模进行水利建设，将北部水源引入到沙漠，再抽取地下水连成全国网络，在此基础上积极发展节水灌溉技术。滴灌与喷灌是以色列的节水灌溉技术的主要形式，发展到今天，已经是第七代技术，广泛应用于温室、沙漠地带、绿化带等区域，由于其全国的地下水已经形成了联网，建立节水灌溉设施相对比较容易。由于以色列大力发展节水灌溉和定量施肥的精准农业技术，根据作物生长阶段和气候条件等因素，定时、定量、定位供水，将用水量从1960年的8700m3/ha减少到现在的5250m3/ha，水肥的利用率达到了90%。

以色列的污水处理技术也很发达，所有的污水经过过滤、杀菌处理，用于非食用类作物的灌溉。目前，以色列节水灌溉率达到90%以上，水资源利用率达到了98%，位居世界首位。

以色列十分重视农作物育种技术的开发与改变，依据市场的需求，不断研发高效无公害及抗病虫害农作物种子，利用生物工程技术开发的新品种能够降低对农药和化肥的依赖，保证能在自然状态下生长，其良种开发技术位居世界前列。

以色列在节水灌溉技术发展的同时，还开发出水肥一体化技术，灌溉与施肥同时进行，这种精准技术是建立在对土壤品质及作物生长过程的监测之上，实现了节水、灌溉与平衡施肥的统一化。

近年来，美国、欧洲、日本、以色列等国家和地区的精准农业技术发展迅猛，从配方施肥、精细播种、病虫害防治、杂草清除、智能收割到水分管理等不同领域都有具体的应用。

四、中国精准农业技术研发状况

我国是一个农业大国，在20世纪90年代才开始精准农业方面的研究。我国的科学家在1994年提出了在国内进行精准农业研究的建议，国家在“863计划”和“973计划”中列入了精准农业的研究内容，并由国家计委和北京市政府在北京构建了精准农业示范区。2002年，国家科技部批准在北京农业科学院成立了“国家农业信息化工程技术研究中心”，中国农业大学成立了“精准农业研究中心”，中国农业科学院土壤肥料研究所成立了“信息农业研究室”，浙江大学成立了“农业信息科学与技术中心”。

面对我国当前人口快速增长、耕地面积逐年下降、农业地质灾害日趋严重、农田灌溉浪费与缺水并存、农业科技投入不足且农业耕作粗放、作物产量不高且化肥浪费严重等农业的主要问题和压力，通过精准农业在我国的实施和应用，在农业生产当中合理施肥、灌溉和用药，降低生产成本的同时降低了污染，有效地保护了环境，做到了农业生产的节本增效，实现了农业的可持续发展。

我国精准农业虽然在北京、陕西、黑龙江、新疆、内蒙古等地建立起一定规模的试验区，但总体上仍处于试验示范和孕育发展阶段。在技术水平、经营管理和经济效益等方面，我国的精准农业与发达国家相比仍存在很大差距，而且还面临技术支持不足、信息收集系统不全、专家系统不完善、精准程度不高、应用条件不成熟等状况。特别是在高精度农业机械精密控制系统产品方面，长期依赖进口产品，严重制约了我国精细农业的发展。

在2012～2013年我国黑龙江垦区农机推广产品目录中，GPS自动导航和驾驶系统全部是国外进口产品，主要来自美国天宝公司、日本拓普康公司、加拿大半球公司、瑞士徕卡公司等，而且产品价格昂贵，产品报价在每台（套）15万～20万元，农垦系统的批量采购指导价也达11.4万元。在配套应用上，上述公司大部分与进口大马力拖拉机配合使用，2012年年销量1500多台，产值超过1.5亿元，其中天宝公司800多台、拓普康公司200多台、半球公司150多台，位居前三位。而国产大马力拖拉机、播种机、收割机等农业机械在黑龙江每年2万台的市场却无人问津。自主研制高精度自动导航和驾驶系统产品迫在眉睫。

目前，国内的农机精准控制产品主要是卫星导航农机自动驾驶系统，普遍采用RTK技术，农机车辆导航定位误差小于5cm，能满足农田起垄、播种、施肥、喷灌的重复性作业精度要求，但所用设备全部为上述国外品牌。

美国天宝公司的产品由于进入我国市场较早，占有市场份额50%以上。其产品特点是在农场建立CORS基站，利用移动通信网络传输差分数据。以上方式有两点优势：一是能够实现美国天宝公司在黑龙江大部分农场实现CORS布局，形成自己的差分CORS网；二是流动站接入公共网络，能够实现数据回传功能。基于以上两点优势，美国天宝公司为后期的农业信息化平台建立奠定了基础。存在不足之处：由于移动通信信号的覆盖不可靠，部分偏远的农田无法使用RTK技术，或者农场的临时停电导致基站无法正常工作，影响作业效率。

加拿大半球公司的产品主要在近两年内由北京合众思壮科技股份有限公司引进中国市场，市场份额约占24%，其方案采用RTK定位技术，便携式基准站方便用户随车携带，适合在任何地形条件下使用，不受移动信号网络和农场供电的影响，用户反映效果好。日本拓普康公司的产品进入中国市场较早，但主要在近期抢占份额较多，约占市场份额的14%；其采用机械式辅助驾驶设备，通过控制方向盘实现自动驾驶，但该方案效果还未被证实。瑞士的徕卡公司产品在我国市场份额约占8%，市场推广力度较小。其他品牌占有市场份额约4%。

此外，制约我国精准农业发展的其他主要因素还包括：第一，地形条件复杂，农业机械化和集约化水平不高；第二，农业基础设施建设滞后，农业劳动力素质普遍不高；第三，信息技术和装备对农业支撑不够；第四，精准农业设备价格过高，现阶段经济效益不明显。

虽然我国的精准农业发展存在诸多困难，但农机精准控制涉及的相关技术基本成熟，其中如RT K技术、数据无线传输技术、导航路径规划技术、液压控制技术在相关行业中早已广泛应用。

1998年，农业部在北京顺义建立了北方精准农业示范区；2000年，精准农业研究被列入国家863高技术计划，并在上海、北京等地进行精准农业的试验探索。目前，中国科学院、中国农业科学院、中国农业大学、北京市农林科学院、上海农科院、上海气象局等单位都对精准农业展开了研究，已在北京、河北、山东、上海、新疆等地建立了多个精准农业试验示范区。黑龙江作为我国农业发达地区，率先开始了农业信息化建设，到2012年年底，已经在多个农场建立了精准农业试验示范区。基于GPS的农机精准控制产品在黑龙江垦区得到广泛应用，并取得了良好的效果。

党的十八大提出“工业化、城镇化、信息化、农业现代化”，并提出了“新四化同步推进”的要求。此外，国务院分别在2012年和2013年发布《中共中央、国务院关于加快发展现代农业进一步增强农村发展活力的若干意见》《关于加快推进农业科技创新持续增强农产品供给保障能力的若干意见》两个文件，强调加强社会主义新农村建设工作，加快并且增强基础设施和能力建设，把发展现代农业作为着力点，推进“农业机械化、农业信息化、农业精细化”的“新三农”工作重点，“新三农”是农业现代化的重要内容。十八大和国务院颁发的这两个文件为我国精准农业给出了准确的发展定位和明确的发展方向。

（一）田间信息采集关键技术与产品

经过最近10年的发展和探索，国内在农田空间信息快速采集技术领域已经积累了较丰富的理论基础和实践经验，设计开发出便携式土壤养分测试仪、基于时域反射仪原理的土壤水分及电导率测试仪、基于光纤传感器的土壤pH值测试仪，并在作物病虫草害的识别、作物生长特性与生理参数的快速获取等方面开展了有益的探索。与国外相比，差距主要在基于新型物理化学原理的数据获取方法以及数据采集精度、动态响应能力上。因此，需要在以下两个方面深入开展研究：结合新的物理化学原理及学科移植的方法，把相关领域的新理论和新技术融合到农田信息的采集技术研究中，研制适合我国精准农业需要的性价比高、精度高、响应性好的采集技术和传感器设备；开发集多种测量要素于一体的多功能采集设备，以提高数据采集效率，降低数据采集的成本。

（二）精准农业决策模型

国内作物模拟专家系统和农业决策支持系统的研究起步虽然较晚，但发展较快。20世纪90年代以来，我国科学家日益重视信息农业关键技术和应用系统的研究与开发工作，特别是作物系统模型和生产管理专家系统的研究快速发展，并在区域农业生产系统分析和管理决策方面，发挥了重要的作用，取得了显著的社会经济效益。比较有代表性的成果包括中国科学院合肥智能机械研究所的作物管理专家系统；国家农业信息化工程技术研究中心的作物栽培管理专家系统及农业专家系统开发平台；江苏省农业科学院的水稻栽培计算机模拟优化决策系统（RCSODS）和小麦栽培计算机模拟优化决策系统（WCSODS）等。与此同时，南京农业大学、中国农业科学院、中国科学院地理所、北京市农林科学院等通过研究作物生产管理知识模型及决策支持系统，初步提出了具有时空规律的小麦、水稻、玉米栽培管理知识模型系统等。

总的来看，国内已有的作物生长模型尚未在不同条件下得到广泛的检验和应用，而农业专家系统及决策支持系统大多具有明显的区域性和经验性，难以在全国大范围内推广应用。因此，今后的发展趋势将是在发展和完善作物生长模型的同时，着力增强作物系统模型的可靠性和实用性；同时实现农业专家系统知识体系的定量化和动态化表达，从而提升决策系统的广适性和数字化水平。此外，将需要融合不同的关键技术，以期发挥模拟模型的动态预测功能、RS的实时监测功能、GIS的空间信息分析功能、知识模型的辅助决策功能、评估模型的设计调控功能，最终建立综合性、通用性、数字化的作物生长设计与精准管理系统。

（三）精准农业装备技术与产品

农业装备技术研究方面，目前我国农业装备综合技术水平仅相当于发达国家20世纪60～70年代的水平，远远落后于世界先进水平，同时也严重滞后于农业生产技术的发展，在一些技术含量较高的新型行业，这种差距还在不断加大。2002年全国耕、播、收综合机械化水平仅为30.5%。农药施用大量沿用50～60年代作业方式，农药有效利用率仅为20%～30%，不仅浪费严重，还直接危及食品安全、人类健康和生态环境。农业装备研发和创新的技术储备严重缺乏，适用机具设备品种少、水平低、可靠性差，远不能适应现代农业生产发展的需要，而且也严重滞后于农业生产技术的发展。

“九五”期间，我国启动了“农业适度规模经营关键技术装备研制”攻关项目，已完成从施肥播种机、大型喷药机、联合收割机到大型喷灌机一整套农业机械装备的研制，并形成定型产品在全国推广。“十五”期间，我国对精准农业智能化装备进行了前期探索性研究，在播种监视、变量施肥和联合收割机测产等自动监测、自动控制技术方面取得了一定的进展，为精准农业原始创新性研究和不断开拓前沿技术研究领域奠定了较好的基础。目前，国内精准农业装备技术研究从机械化向电子信息化方向迅速发展。

（四）精准农业技术示范应用

我国早在“九五”和“十五”期间，就结合对国外先进技术的引进、消化、吸收和再创新，开展了精准农业技术和产品开发和试验示范。北京市农林科学院、中国科学院、中国农业科学院分别在北京小汤山、新疆生产建设兵团石河子市、上海五四农场、黑龙江农垦友谊农场、河北栾城县建立了精准农业示范区，开展了有关技术的引进、开发和集成应用的试验示范，取得了一定的进展，积累了大量的实验数据和经验，取得了不同程度的节水、省肥和省药效果。

总之，我国在精准农业方面的应用研究总体上还处于初步研究应用阶段，“十五”以来，我国围绕信息获取、信息处理、变量实施等精准农业的关键技术环节，进行了卓有成效的研究工作，并通过关键技术的集成开发和示范应用取得了显著的经济、社会和生态效益。社会主义新农村建设和现代农业的发展对农业资源高效利用和可持续发展提出了更高的要求，精准农业深入研究与广泛应用可以突破资源约束，持续提高农业综合生产能力。因此，新形势下加快精准农业研究与应用，突破重大关键技术，形成一批实用化的技术和产品，在我国主要作物产区推广应用，对促进农民增收、农业增效，解决“三农”问题具有重要意义。

五、我国精准农业技术应用实例

我国的一些地区已将精准农业技术引入农业生产实践并取得了初步的经济效益。

（一）新疆生产建设兵团的精准农业

进入21世纪后，兵团农业正面临由传统农业向现代化农业发展的阶段。为适应我国加入世界贸易组织后国产农产品来自国际农产品的竞争，兵团提出了发展应用精准农业的六项技术，推进兵团农业科技进步，提升兵团农业装备水平，提高农产品增长的质量和效益，增强兵团农产品在国内国际市场上的竞争力。

精准农业是现代化农业技术在农业生产中综合应用的体现，它所包含的六大精准农业技术涵盖了施肥、种子、播种、灌溉、收获、田间作物监测等六个关键的农业生产环节，对兵团农业整体技术水平的提升和农产品质量的提高和成本的降低具有重要的意义。

↘ 1．兵团的精准种子工程技术

精准种子技术是精准农业技术体系的组成部分，是指能够满足精准播种技术要求的种子技术体系，包括品种筛选和推广、良种繁育技术及种子质量提高技术。

通过筛选和推广棉花优良品种，规范棉花良种繁育程序，更新改造棉花种子加工线，优化种子加工工艺，采取行政推动、实施统一供种、增加种子科技含量等措施，棉花平均单产提高了10.1%。

↘ 2．兵团的精准播种技术

兵团农业播种技术的发展经历了条播技术、半精量播种技术，正向单穴单粒的精量播种技术迈进。精量播种技术作为精准农业技术体系的重要组成部分，也是推进精准农业发展的关键技术之一。精量播种技术是承接精准种子工程产生的优秀成果，为作物增产创造优越的环境，以精量播种机械为载体，把品质优良的种子转变成为均匀茁壮，能充分发挥种子特征和生产能力的种苗群体的高新农业播种技术。

（1）节约种子。采用精量播种技术使棉花的亩播量由半精量播种平均4.5kg左右降低到约2kg，亩节种约2.5kg。

（2）节省人工。兵团推广的棉花精量播种技术是地膜铺放后在膜上进行点播的精量播种技术，能精确实现一穴一粒的农艺技术指标，可以较大程度降低棉花破膜、放苗封土、定苗等工序所需的人工费用，降低劳动强度。

（3）增产增收。根据对实施精量播种技术的棉田与对照棉田进行对比分析后得出结论，精量播种技术的应用能有效改善棉苗个体的生长环境，使棉花个体的生产优势能得到较好的发挥，田间的具体表现为棉苗早发、苗壮，从而可使棉花获得约3%以上的增产。

↘ 3．兵团的精准灌溉技术

新疆生产建设兵团农业节水灌溉经历了从大水漫灌到沟畦灌、再从喷灌到膜下滴灌三个阶段。如今，膜下节水灌溉技术已成功应用于棉花、番茄、玉米、辣椒、哈密瓜、葡萄、大豆、马铃薯等三十多种作物，并在小麦、水稻等密植作物应用方面试验成功。兵团通过在国内外积极推广节水灌溉技术，已累计辐射疆内地方1000多万亩，疆外部分省（市、自治区）建设滴灌面积120多万亩，并在吉尔吉斯斯坦、哈萨克斯坦、安哥拉、贝宁等13个国家和地区推广节水灌溉面积5万余亩。

自新疆生产建设兵团采用综合措施发展节水灌溉以来，灌溉水利用系数由2000年的0.40提高到了2011年的0.53，灌溉定额由1000立方米/亩下降到了620立方米/亩。节水灌溉使得垦区地下水位下降的趋势得到有效控制，土壤次生盐渍化状况减轻，生态环境明显改善。同时，通过大力发展节水灌溉，在维持农业灌溉用水的基础上，节约的水量及时满足了工业、城镇和生态发展的需要。

节水灌溉是由多项农业技术配套集成，它将节水、施肥、施药、栽培、管理等一系列精准农业措施融为一体，提升了农业整体技术水平，减轻了劳动强度，扩大了承包规模，促进了务农职工向二、三产业的转移，是对农业生产力的极大发展和传统耕作模式的技术性革命，是一次生产方式的大变革。膜下滴灌节水灌溉技术已成为兵团发展现代化农业的重要基础。

滴灌在作物生长期内，比常规地面灌省水40%～50%，节约耕地5%～7%，亩产籽棉增长20%左右，亩增收200～300元。节水灌溉发挥出来的省水、省肥、省地、省人工、省机力和增产、增收等综合效益，使节水灌溉工程成了团场增效、职工增收的重要措施。

新疆生产建设兵团坚持走节水器材本地化的道路，随着节水灌溉技术应用范围的不断扩大，与之相配套的节水灌溉器材和滴灌专用肥的生产得到了快速发展。目前，新疆生产建设兵团已建立了以天业为代表的节水设备生产企业，实现了成型设备和工艺技术的国产化，为节水灌溉的发展开辟了新领域，促进了农业生产服务的专业分工。节水灌溉发展以后，新疆生产建设兵团大约有近万人成为节水灌溉器材生产和专业管理人员，推动了农业节水及相关产业的共同发展。

↘ 4．兵团的精准施肥技术

新疆生产建设兵团围绕优质、高产、高效、生态、安全的农业发展目标，将测土配方施肥工作重心由室内（化验室）转向室外（田间）、由项目实施转向生产指导、由试点示范转向整建制推进，建立土壤养分数据库，做到测土到田、配方服务到户、供肥到家，率先在粮棉油糖高产创建和果菜等园艺作物标准园创建示范区普及应用测土配方施肥技术，测土配方施肥技术推广面积占农作物总播种面积90%以上，其他项目单位技术推广面积占农作物总播种面积60%以上。

兵团大力开展了以科学配方引导肥料生产、以连锁配送方便农工购肥、以规范服务指导农工施肥。鼓励肥料生产、销售企业与农场专业合作社、种植大户、科技示范户加强合作，积极探索“统测、统配、统供、统施”的服务模式。每个示范创建团场建有一个小型智能化配肥供肥服务站点，每个连队配备1台测土配方施肥咨询系统数字化触摸屏，农工通过“触摸屏”查询土壤养分状况和作物施肥指导方案，根据推荐方案选肥、配肥、施肥。连级做到“四有”，即：有包片指导专家、有科技示范户、有示范对比田、有醒目标示牌。其中标牌明确标明作物品种、目标产量、施肥结构、施肥数量、施肥时期、施肥方式等。

多年来，新疆生产建设兵团积极探索建立测土配方施肥长效机制，形成“测、配、产、供、施”的技术模式，不断丰富测土配方施肥的内涵和科技含量，技术措施到位率高，实施效果好，各种作物平均增产8.1%，亩节本增效20.3～90.7元。

↘ 5．兵团的精准收获技术

新疆兵团利用GPRS系统进行棉花精准收获试验，绘制了棉花区域产量分布图。

棉花产量监测系统由卫星接收器、传感器、插分站和数据处理器四部分组成。采摘棉花时，卫星接收的数据经过分析处理和误差消除，准确率可达95%以上。

通过棉花产量监测仪，可以准确地测出一块条田不同区域的产量变异情况，然后根据每个单元的变量情况实施变量技术，如变量施肥、变量播种、变量施药，从根本上改变传统管理方式，实现节本增效的目的。

总之，从1999年提出精准灌溉、施肥、播种、收获及环境动态监控开始，经过4年的发展，到2003年已基本形成具有精准农业核心技术体系、精准农业技术指标体系、精准农业技术规程体系和精准农业技术装备体系4个子系统构成的比较完善的精准农业技术体系，在棉花生产的大面积应用中获得了极大的经济、社会及生态效益：棉花平均单产122kg，增产17%；实施半精量播种的棉田，播种量由原来的6kg降为4kg，实施精量播种的棉田又降为2kg；氮肥的利用率可以提高7%～8%，磷肥的利用率可以提高3%～5%；实施滴灌的棉田每亩用水降至240～260米3，比沟灌节水140～160米3；单个职工管理棉花的面积从20～25亩提高到100～150亩，劳动生产率是原来的5～7倍。

（二）黑龙江垦区的精准农业

1993年，黑龙江垦区就关注英国的文献上有关“精准农业”的报道，对精准农业技术与装备产生了强烈的兴趣，于是请来了英国专家到垦区来讲学。1995年，黑龙江省农垦总局向农业部科技教育司申报材料申请立项，引进该技术。2000年，黑龙江八一农垦大学成立了“精准农业研究中心”，开始研究、收集相关信息和资料，了解世界精准农业发展状况，为引进精准农业技术做人才和技术上的准备。2001年农业部批复黑龙江农垦总局实施精准农业技术试验项目，从此垦区正式拉开了试验、示范、研究和实施“精准农业”的序幕。

2002年4月，黑龙江省农垦总局组成4人专家小组，先后赴美国、加拿大到约翰迪尔公司、凯斯公司进行精准农业技术与设备选型考察。两家公司的“精准农业”机械设备大体相似，主要包括拖拉机、收获机、配套农具和大型自走式喷药机，但软件系统各自成体系，互不兼容。其中最大的区别是：约翰迪尔公司的卫星信号纠偏采用的是其专用的纠偏信号卫星纠偏，凯斯公司采用的是通过建地面纠偏站来纠偏，两者各有千秋。

由于约翰迪尔公司称为“绿色之星”的卫星信号（包括信号纠偏系统）没有对中国开放，黑龙江农垦总局确定先引进凯斯公司的全套设备进行试验，2002年秋季到货，共引进了7台件，投资550万元。经过2003年一个生产周期的试验，取得初步成效。为了给试验创造更好的条件、获得更好的效果，又补充引进了一台大马力拖拉机和配套农具、一台大型收获机，使项目单位的精准农业装备更加完整、配套。2003年，美国约翰迪尔公司开始意识到中国发展精准农业技术对其推广销售精准农业设备的前景，卫星信号纠偏系统开始对中国开放，并积极寻求进入黑龙江垦区市场。为了更加充分地试验、示范和研究精准农业技术和设备，黑龙江农垦总局决定引进一套美国约翰迪尔公司设备和技术进行对比试验，一是对引进的设备进行对比。由于卫星信号纠偏技术两家不一样，看看各自的适应性、适用性、精准性和先进性；二是地域不同的对比试验。黑龙江垦区地域辽阔，东西南北农业生产条件和土壤气候差异很大，垦区从美国约翰迪尔公司引进了一套设备，项目点确定在垦区西部的九三分局的大西江农场。

两个农场的引进和试验，为黑龙江垦区大批量地引进国外大型农业机械提供了最直接的经验和依据。2004年1月，通过国际招标，采购美国约翰迪尔公司和凯斯公司生产的成套农机设备，共投资1.56亿元，引进226台件，装备了53个旱田现代农机装备区，并与垦区大力推广保护性耕作技术和“撤队建区”管理体制改革相结合。这些引进的大型农业机械，虽然没有全部装上精准农业软件系统，但在拖拉机和收获机上都预留了能够安装精准农业系统软件和硬件的接口，以满足未来精准农业技术发展的需要，所选配的农具都能进行保护性耕作作业的。2005年和2006年，垦区又先后继续引进了一大批大马力农业机械，拖拉机最大马力已达500马力，收获机已达305马力，设备供应商也由原来的约翰迪尔公司、凯斯公司两家扩展到还有卡特彼勒、维美德、克拉斯等5家公司。到2006年底，黑龙江垦区将装备成大约160个现代农机装备区，覆盖旱田耕地大约800万～900万亩，使精准农业技术在垦区有了新的发展和推广应用。

（三）“星机地综合定量遥感系统与应用示范”试验

针对农业资源与生态环境遥感监测需求，我国的“星机地综合定量遥感系统与应用示范”重大项目立项以来，通过技术攻关，突破了以遥感应用为导向的多星耦合组网成像规划与多源数据主动式服务、地表参量多源遥感协同反演与像元尺度真值获取等关键技术，构建了全球陆表综合观测共性定量遥感产品生产原型系统以及涵盖林业、农业、水资源、生态环境等典型应用领域的定量遥感专题产品生产系统，并正在开展应用示范，在国际上率先实现了从单一传感器定量遥感产品生产体系到多星协同反演不依赖于特定传感器的定量遥感产品生产体系的跨越。

为进一步验证项目研究成果，2015年5月，项目专家组以位于广西省的中国林业科学院热带林业实验中心的试验基地为依托，针对热带地区作物特征，组织开展多课题联合试验，从组网观测、数据获取、共性产品生产、真实性检验和专题产品生产等全技术链路进行了系统性的验证，并开展共性产品生产以及林业、农田、土壤等专题应用方面的综合试验。在此基础上，对试验区主要人工林分布情况和生物量以及甘蔗、蔬菜、豆类等农作物类型开展调查，实测土壤水分、叶面积指数等参量，有效地检验了多尺度重点区域自动化生产定量遥感共性产品和专题产品的质量，为我国农业资源环境遥感监测应用水平的提升奠定了基础。

（四）北京昌平“国家精准农业示范基地”

北京市小汤山现代农业科技示范园，始建于1998年，2001年被国家科技部等6部委命名为北京昌平区国家农业科技园区（试点）,2003年，在北京昌平区建成了北京小汤山国家精准农业示范基地。2010年通过国家农业科技园区综合评议验收，是北京市首批国家级农业科技园区，也是北京市第一个农业项目规划与小城镇建设规划相统一，由首都规划委员会批准的农业项目，园区核心区面积2300亩，规划辐射面积111.4平方千米，涉及小汤山、兴寿、崔村、百善4个镇。

2010年8月，科技部与北京市政府签订了共建国家农业科技城的协议，确定北京昌平国家农业园区将作为先行试点之一，根据“立足北京、面向世界、服务全国”的定位，按照“以现代服务业引领现代农业、以要素集聚武装现代农业、以信息化融合提升现代农业、以产业链创业促进现代农业”的思路开展国家农业科技城建设。

目前，园区现已有先正达生物科技（中国）有限公司、北京奥瑞金种业股份有限公司、吉三多（北京）油脂科技有限公司、北京森淼种业有限公司、北京市正兴隆生物科技有限公司等42家农业企业入驻园区，形成了国有企业、股份制企业、外资企业、民营企业投资主体多元化的格局。企业总占地18875亩，其中国有土地6865亩，联栋温室、日光温室、塑料大棚等设施52.6万平方米，保鲜库、加工车间等7.1万平方米。

园区管委会围绕功能定位，以科学发展为指导，积极面对制约园区发展的科技、人才等问题，确定了“科技带园区、园区带企业、企业带基地、基地带农户”的科技农业发展思路，紧紧围绕“打造商务花园式农业园区”的目标，统筹协调东区、西区发展。通过加快国内外知名企业的入驻，引进先进的管理理念和科学技术，提升科技支撑，快速提高园区承载能力。

十余年来，小汤山国家农业科技园带动周边农民致富8万余人，安置城镇就业4万余人，组织技术培训9万余人次，先后获得“国家级农业科技园区”“国家引进国外智力成果推广示范基地”、首批“全国工农业旅游示范点”“全国科普教育基地”等9个国家级称号和“北京市科普教育基地”“北京市爱国主义教育基地”两个省市级称号。

小汤山的精准农业区，由3S系统组成，即全球卫星定位系统技术、地理信息系统技术、遥感技术。这些技术的使用使大田种植管理从地块水平精确到了平方米水平，这样不仅极大地节约了各种原料的投入，而且大大降低了生产成本，提高了土地的收益率，同时十分有利于环境保护。