全 文 ：第 11卷 第 3期
2 0 0 3年 7月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
Vo1．11 No．3
July， 2003
以精准为目标的信息农业技术体系初探
赵千钧 李 军
(中 国科 学 院地 理科 学 与资 源 研究 所 北 京 100101)
摘 要 筒述 了精准农业的内涵及关键技术 ，并探讨 了国家、区域和县域 3个层次的农业 生产管理信息 系统 内容 、
建设 规 划及 设 想 。
关键词 精准农业 地理信息系统 信息技术
Preliminary studies on the information agricultural techno—system aimed to precision．ZHA0 Qian—Jun，LI Jun(Insti—
tute of Geography Sciences and Natural Resources，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100101)，CJEA，2003，ll(3)：
180～ 184
Abstract The paper su】mH zes the connotation and the key technologies 0f precision agriculture，discuses the contents，con—
struction，design an d visualization of agriculture rmnagement information system about the nation，district and county area．
Key words Precision agriculture，Geography information system，Information technology
我国是一个人 口众多的发展中国家，以实际耕地面积 0．093～0．133亿 hm 计算 ，目前人均耕地仅有
0．008～0．01lhm 。据有关部门预测 ，到下世纪 20～30年代我国人 口将达到 15～16亿人 ，人均耕地将减少
到0．005～0．O08hm 。要使粮食等主要作物产量实现“十五”农业和农村经济的奋斗 目标，在今后一个时期内
农业要上新台阶，必须改变粗放式的农业经营模式 ，发展集约农业 ，走农业科技化和产业化发展之路。而国
内外农 业生产上 大的突破首先是农业 科技 的率先 突破 。据 中国农 业科 学 院农 业经 济研 究所何 希 刚资料 ，我
国每年约形成 1．2～1．5万项 农业科技 成果 ，1979～1994年各 省 (区)、直 辖市 确认 的科技 成果 有 3．2万项 ，
其中受国家、部门奖励的重大科技成果 4815项 ，但科学技术对农业的贡献率仅为 35％，远远低于发达国家
(60％～80％)的水平 。小麦 、水 稻 、玉 米 、大 豆 主要 粮食 作 物平 均 单 产仅 为 高产 国 家 的 41％、68％ 、54％和
45％，这表明我 国农业科 技推广力 度不够 。但也说 明我 国农业科技潜 力很大 ，关键在 于有效 实现农业科技 产
业 化 。因此 ，我 国农业 长期 、稳 定 、持 续发展 的根本 出路在 于实现 两个根 本转变 ，提高农 业 生产力 ，发挥科 技
先导作用 ，全面走向依靠科技进步之路 。目前信息技术在农业中的应用主要指 3S技术(GIS——地理信息
系统 ，GPS——全球定位系统 ，RS——遥感技术)和专家系统在农业生产管理 、资源管理、农业决策等方面的
应用 ，地理信息系统在我国应用 已有 10多年，并在城市 、土地管理等方面的应用积累了丰富的实践经验 ，专
家系统 已是 较成熟 的技术 ，这 两项 技术 与全球定 位系统 、遥感技术集成 在一起应用 于农 业生产管 理和决策必
将为发展农业的精准化发挥重要作用 。
l 精准农业概念及其关键技术
“精准农业”是将 3S技术与计算机技术、自动化技术 、通信及网络技术结合地学、农学 、生态学规律和模
型，对大规模农业生产过程实施机械精确定位、定量操作的 1套现代农业生产集成技术。它使计算机控制的
农业技术措施的空间操作与土壤状况的空间差异精确匹配，通过按 目标方式对农 田每个斑块精确控制种子
用量 、化肥和农药施用量 ，从而极大地降低单位面积产量空间分布的不均匀性 ；提高农作物产量 ，大幅度降低
投入成本，提高水、肥、光能利用效率和土地利用效率 ，并有效降低对环境的污染。美 国自 80年代初期提出
“精准农业”(Precision farming)或计算机辅助农业 (Computer aided farming)的概念和设想以来，随着技术成
本的降低和人们环境意识的增强，计算机控制农业的技术正方兴未艾。应用 3S技术的精准农业已在美国深
受农场主的欢迎 ，众多公司争相生产精准农业 的技术产品和抢 占市场 ，美 国从准备到应用该技术约经历 15
年，故在我国及早进行精准农业 的基础技术储备和试验研究十分必要。我 国遥感和地理信息系统技术 的
*中国科学院农业项 目办公室重点项目(NK一95—05—71)部分研究内容
收稿 日期 ：2002—09—26 改 回日期：2002-11-12
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第 3期 赵千钧等 ：以精准为 目标的信息农业技术体系初探 181
研究 水平与发达 国家相 比已 日趋接近 ；全球定位 系统 已从 国外 引进 ；3S技术 的耦 合 在 国内亦 有一 定发展 ，基
于农业生产 有关 过程 的计算 机管理决 策模 型和系统 已开展广泛 的应用研究 ，通过 国外 引进 和交流 ，一些成果
已在生产 中示范应用 。
精准农业技术构成包括空间定位的农作物产量信息集成技术，即利用全球定位系统。按平方米级水平
定位 ，收获过程中用装在联合收割机上的测产仪实时采集定位的产量数据 ，并馈入计算机存储和处理，收获
完毕即形成产量空间分布图，存储于农 田地理信息系统(GIS)；空间定位的土壤信息实时采集技术 ，即在农
作物收获后和播种前由车载土壤信息采集器完成采集土壤质地、养分状况、酸度、持水量以及杂草等信息，实
时馈入机载计算机地理信息系统 ，定位与产量图吻合 ；农 田地理信息系统实时更新技术 ，即实现农作物产量
信息采集器、土壤信息采集器、定时定量投入控制器与机载地理信息系统的接 口连接 ，使农田地理信息系统
数据能实时更新 ；作物生长模拟模型与管理快速决策系统 ，是以土壤 ～植物～大气连续体中水分、养分输送、
转化过程 和作物 对光能转换过 程 的模拟 为基础 ，以此对作 物 的管 理进 行实 时决策 ，结合 3S技 术构 成作物 生
产的空间管理决策系统 ，它是指挥农机具精确操作 的“大脑”；空间定位的农业投入控制系统 ，即按照 GIS存
储的产量和土壤空间定位信息，通过计算机快速决策支持系统实时确定投入的定位定量控制信息 ，由计算机
和机械组合控制定位定量施用 ；实施精准农业需开发的硬件及其关键技术是产量实时采集器、土壤状况实时
采集器、计算机控制的种子与化肥农药投入控制器等。
2 我国信息农业的技术体 系构 建
目前信息 技术在我 国农业 中的应用 刚刚起 步 ，远远不能满足 国家发展 战略 产业 的需求 ，其主要原 因是农
业部 门信息化需求增长快 ，信息技术在农业中的应用尚缺乏明确的领域、统一的应用规划及相应 的资金支
持，因此信息技术特别是农业信息系统在农业生产中的应用应从国家层次、区域层次和县域 3个层次展开。
2．1 国家层次
针对我国是农业大国的国情 ，信息农业技术在国家层次的应用用户群体是国家层次决策部 门和管理机
构 。其 主要 目的是对 全 国农业生产状 况 、人 口、大面积作物生长 、国土 资源利用 、新技术在农业 中应 用 的全 面
了解和分析决策 ，因而应尽快利用已有的数据(库)，首先建立全国农业资源背景数据信息系统。系统数据库
内容包括劳动力、土地 、作物布局 、产量 、耕地分布、土地利用潜力、经济作物分布等 ，系统功能主要为浏览、查
询检索及基本空间分析。其次建立世界农业技术信息库及动态更新 ，主要功能是快速查询浏览系统 ，获取世
界各国农业技术优势与应用 、新品种开发、先进的农业生产管理经验等。三是建立农作物估产系统，主要功
能是对大面积作物进行快速产量预测预报，利用作物生长模型，根据遥感影象预测产量 ，基于作物生长模型 ，
根据空间采样数据预报作物产量，这两方面已积累了一定的经验。四是建立全国范围内历史 自然灾害监测
序列数据库系统及危险性评价模型 ，其主要功能是根据当年各种气候与 自然条件对影响农业生产大面积 自
然灾 害发生 的可能性进 行预测 ，并对其危 害性 进行定量评 价 分析 。五是 建立 全 国生态环 境背 景数 据库 系统
及相关评价模型 ，其主要功能是利用生态环境信息为农业生产潜力、农业生产规划决策评价提供依据。六是
建立中国海岸区背景信息数据库系统及相关评价、决策 、土地利用开发模型 ，为海岸带农业发展规划提供理
论依据，并对 目前海岸带农业发展中存在的问题进行分析。七是建立中国特色农业信息系统 ，主要功能是浏
览查询我国农业生产特色县 、市分布及其特色农产品、经济作物 、种植中草药、畜产品等信息 ，对其生产潜力
予 以评价 ，在 国家层 面考虑其发展 的可行性并提 出实施方案 。
2．2 区域层次
主要是应用 3s技术和信息通讯等现代技术对各省(区)或相对独立的经济区域农业资源、环境进行监
测 、管理和规划 ；对 区域农 业可持续发 展的宏观布局进 行科学分析决 策 ；对 区域大农业发 展规划战略 、产业结
构调整、农业布局、农业生产评价、生产潜力开发等提供信息及专家知识支持。其 目标是利用信息技术可视
化 、实时 、决策支持 、空 间分 布等特点与功能 发挥 区域优 势 ，促 进 区域经 济发展 ；进行 主要 农 作物 长势 的遥感
监测和遥感估产 ；对区域农业灾害进行监测 、评估和减灾决策 ；以省(区)情信息系统为基础，通过国际互联网
对国内外进行农业经济、技术信息实时发布，快速提供国内外市场信息、技术咨询等。该系统的用户主要为
区域农业决策 和管理部 门与 机构。
根据我国传统经济区的划分和新出现的特点，在区域层次可建立珠江三角洲经济区为热带农业信息系
统；长江产业带经济区为乡镇企业影响下的农业综合信息系统 ；黄河三角洲经济区为河 口区农业信息系统；
环渤海经济区为海岸带农业发展信息系统；西北经济区为以水资源管理为主的干旱区农业信息系统 ；西南经
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济区为复杂地形区农业信息系统；东北经济区为大工业环境下农业综合信息系统 ，华北及黄淮海经济区为节
水农业决策支持信息系统。这 8个系统的建立对国家宏观决策，特别是农业产业布局和农业产业结构调整
具有 十分 重要 的现实 意义 。
2．3 县域层次
县域农业生产管理信息系统主要以提高县域农业生产管理决策现代化水平为 目标 ，通过农 田地理信息
系统、农业综合数据库、农业生产过程的计算机模型集成 ，实现农业空间管理决策。县域农业生产管理信息
系统面向县、乡人民政府的农业生产规划 、经济分析 、农业数据资料的管理和信息交流。该系统的用户群体
是县市级 、乡镇级 以及农业生产第一线的农民、农民企业家、土地开发商，目的是为各级决策者提供信息、决
策支持等。该层次应用可分为若干子层次，每个子层次信息系统的功能又有区别(见图 1)，即县(市)人民政
府农业 综合管理决策 系统 。其 功能包括农业 数据 、图件 的综合管理 ，县域农情 和农业生产综 合报表 的 自动生
图 1 县 域农 业 生产 管理 信 息 系统结 构 及数 据流 程 图
Fig．1 Structure and data flow of the agricultural management information system for county area
成 ，县域农 业综合规划决 策 ，县域 自然灾 害 防御与 减灾 决策 ，资源 环境 管理 ，农业设 施 管理 和 水 资源优 化管
理，多媒体综合农情发布和演示 ，县域农业资源管理与调配 ，县域水利设施管理 ，多媒体综合县情演示及县域
农业生产优势条件分析与农业发展可行性评估等。乡镇人民政府农业综合管理决策系统主要是为生产者提
供实时的预报和计算机咨询 、管理决策，其功能包括农业生产专家咨询系统 ，主要作物种植制度、播种、施肥、
灌溉、病虫防治等。生产过程的计算机模拟决策主要包括畜牧水产养殖过程的计算机管理决策 ，农业生产经
济分析和经营决策 ，农业信息查询和交流等。农民生产决策是为农 田生产管理提供技术保障、信息服务等，
包括作物生产技术专家咨询，农业灾害综合防御技术专家咨询，农业生产决策专家咨询 ，农业致富信息专家
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第 3期 赵千钧等：以精准为 目标的信息农业技术体系初探 183
咨询等。该层次信息技术的应用建立在县域农业经济发展的基础上。该层次系统可查询、检索到乡和村级
的生产实际状况，加上专家系统可应用到实际指导县域农业规划 ，报表统计，农作物 田间管理等。它的最小
用户可至农 民，因此它属完全实用的信息系统。其建设的关键是获取县域数据 ，并根据县域特征建立相应的
决策和分析模型。县域农业生产管理信息系统的应用以其实用、专项化和费用低等特点，可在全国范围分
期 、分批地建设 ，在建立省情系统和县域系统的基础上逐步建立地区级信息系统 ，最终形成全国农业信息网
络系统 ，并在发展的同时应大力加强农业信息系统规范化和标准化建设。这些信息系统与遥感技术和全球
定位技术相结合 ，必将提高我国农业管理的现代化和信息化水平 ，实现全国或不同地区的农作物估产、农作
物病虫害防治 、水资源调配以及农业产业结构调整和优化的信息化决策。未来农业高科技的广泛应用 ，将绝
大部分地改变传统农业的生产、加工、营销方式，进而加速农业产业化的进程 ，扩大农业产业化的领域 ，并有
可能将大部分传统意义上的农民转化为农业产业工人。信息农业产业将可望成为本世纪和下个世纪农业科
技 产业 的主导产业 。
参 考 文 献
1 徐可英．国内外精确农业及我国行动对策．自然资源学报，1999，14(1)：69～74
2 严泰来等 ．精确农业的由来与发展及其在我国的应用策略 计算机与农业，2000(1)：3～5
3 毛汉英．人地系统与区域持续发展研究 ．北京 ：中国科学技术出版社，1995．31～45
4 国家科委 ．中国农业科学技术政策 ．北京 ：中国农业出版社，1996．36～41
5 陈述彭 ．地球信息科学与区域持续发展．北京：测绘 出版社 ，1995．32～38
6 林 珲等．地理信息系统的发展与前景 ．北京：科学出版社 ，1993．45～51
欢 迎 订 阅 2003 年 《作 物 杂 志 》
《作物杂志》是由中国作物学会和中国农业科学院作物育种栽培研究所 主办的农作物综合性科学技术期刊 ，融技术性 、学
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