精确农业复习文档版.docx
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精确农业复习文档版
精确农业课程总结
1、精确农业概念：
利用遥感（RS）技术宏观控制和测量，地理信息系统（GIS）采集、存贮、分析和输出地面或田块所需的要素资料，以全球定位系统（GPS）将地面精确测量和定位，再与地面的信息转换和定时控制系统相配合，产生决策，按区内要素的空间变量数据精确设定和实施最佳农事操作。
2、精确农业技术思想：
精确农业技术思想的核心，是获取农田小区作物产量和影响作物生长的环境因素（如土壤结构、地形、植物营养、含水量、病虫草害等）实际存在的空间和时间差异性信息，分析影响小区产量差异的原因，采取技术上可行、经济上有效的调控措施，区别对待，按需实施定位调控的“处方农作”。
3、精确农业与传统农业的比较：
精确农业与传统农业相比，主要有以下特点：
（1）合理施用化肥，降低生产成本，减少环源污染
（2）节约水资源
（3）节本增效，省工省时，优质高产
（4）农作物的物质营养得到合理利用，保证了农产品的产量和质量
4、精确农业的技术支撑：
5、我国发展精确农业的限制因素：
（1）国情因素
①农田类型多样,土地经营规模小,机械操作困难
②精确农业投资巨大,大部分农区难以实施
（2）技术因素
①人才培养滞后——缺乏既精通农业生物技术又熟悉计算机技术和信息技术的专家
②信息标准不统一——计算机农业应用信息管理没有完全做到标准化，信息库，数据库描述的语言和方法不尽相同，兼容性较差
③技术不成熟——专家系统的知识表述、推理等方面普遍存在不同程度的缺陷，整体功能单一，水平档次低，领域窄，可靠性、稳定性还不高
6、我国精确农业的重点发展方向：
①精确灌溉技术,提高水资源利用率
水资源短缺是我国许多地区农业生产的主要制约因素。
当前我国农业灌溉用水面临的主要问题是灌溉农区面积约5000hm2，其中渠灌面积较大，多属粗放型灌溉模式。
在华北井灌区特别是华北平原地区，自从将"两年三熟制"改为"一年两熟制"后，水分亏缺部分全靠超采地下水来弥补，地下水位连年下降，给北方灌溉农业造成严重威胁。
同时我国农业节水潜力巨大。
②精确施肥技术，提高肥料利用率
我国化肥施用的突出问题是结构不合理，利用率低。
我国许多省区都存在过量施用氮磷化肥，钾肥施用不足的问题。
由于农田复种指数和作物产量的大幅度提高，有机肥施用量下降，化学钾肥投入不足，我国土壤缺钾面积日益扩大。
我国氮素化肥利用率低于世界平均水平，不仅浪费了资源、增加了农业生产成本，而且未被作物吸收利用的氮素向大气挥发、向水体淋溶，形成对环境的污染。
③发展精确设施农业
所谓设施农业是把应用某些特制的设施,来改变动植物生长发育的小气候,达到人为控制其生产效果的农业。
7、GPS发展的三个阶段
全球定位系统（GPS）,是随着现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代精密卫星定位系统。
其发展的三个阶段是：
第一阶段：
方案论证和初步设计阶段
从1973年到1979年,共发射了4颗试验卫星,研制了地面接收机及建立地面跟踪网,从硬件和软件上进行了试验.
第二阶段：
全面研制和试验阶段
从1979年到1984年,又陆续发射了7颗试验卫星.这一阶段称之为BlockI.
第三阶段：
实用组网阶段
1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功,宣告了GPS系统进入工程建设阶段.这种工作卫星称为BlockⅡ和BlockⅡA卫星；1993年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成,今后将根据计划更换失效的卫星；1995年7月17日,GPS达到FOC（FullOperationalCapability）；
三个阶段从1973年至1995年，历时22年！
8、GPS系统的特点：
①全球,全天候工作：
能为用户提供连续,实时的三维位置,三维速度和精密时间.不受天气的影响.
②定位精度高：
单机定位精度优于10米,采用差分定位,精度可达厘米级和毫米级.
③功能多,应用广：
随着人们对GPS认识的加深,GPS不仅在测量,导航,测速,测时等方面得到更广泛的应用,而且其应用领域不断扩大.
④实时定位速度快：
利用全球定位系统一次定位和测速工作在一秒至数秒钟内便可完成（NNSS子午卫星导航系统约需8—10分钟）,这对高动态用户来说尤为重要.
⑤抗干扰性能好,保密性强：
由于GPS采用了数字通讯的特殊编码技术,即伪随机噪声码技术,因而GPS卫星所发送的信号,具有良好的抗干扰性和保密性.
9、GPS系统的组成:
⑴空间部分
①GPS卫星星座
空间卫星星座,由24颗卫星组成,其中包括3颗备用卫星；6个轨道面；平均轨道高度20200km；轨道倾角55°；周期11h58min；保证在每天24小时的任何时刻,能够同时观测到4颗以上卫星；当前星座:
29颗。
②GPS卫星信号
Ⅰ、卫星信号组成
载波（Carrier）：
可通过调制来强制它的某些特征量仿随某个信号的特征值或另一个振荡的特征值而变化，通常是周期性的电振荡波。
L1、L2
测距码（RangingCode）：
C/A码（目前只被调制在L1上）——民用
P（Y）码（被分别调制在L1和L2上）——军用
卫星（导航）电文（Message）
GPS卫星信号的生成：
关键设备–原子钟
Ⅱ、卫星信号功能
①GPS卫星的基准频率f0：
由卫星上的原子钟直接产生
频率为10.23MHz
卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频或分频
②测距码：
测距
C/A码（Coarse/AcquisitionCode）码率:
1.023MHz;周期:
1ms;1周期含码元数:
1023;码元宽度:
293.05m;仅被调制在L1上
P（Y）码（PreciseCode）码率:
10.23MHz;周期:
7天;1周期含码元数:
6187104000000;码元宽度:
29.30m;被调制在L1和L2上
③卫星（导航）电文：
向用户提供卫星轨道参数,卫星钟参数,卫星状态信息及其它信息
⑵地面控制部分----地面监控系统
}主控站（1个）
◦管理,协调地面监控系统各部分的工作
◦收集各监测站的数据,编制导航电文,送往注入站将卫星星历注入卫星
◦监控卫星状态,向卫星发送控制指令
◦卫星维护与异常情况的处理
}监测站（5个）：
接收卫星数据;采集气象信息;并将所收集到的数据传送给主控站.
}注入站（3个）：
将导航电文注入GPS卫星
⑶用户设备部分
}组成：
GPS接收机；数据处理软件；相应的用户设备，如计算机等组成
}作用：
接收GPS卫星所发出的信号,利用这些信号进行导航定位等工作
10、GPS定位的基本原理：
}确定GPS卫星的位置;
准确测定地点A至卫星之间的距离,则A一定是位于以卫星为中心,所测得距离为半径的圆球上
测定点A至另一卫星的距离,则A点一定处在前后两个圆球相交的圆环上.
测定点A至第三个卫星的距离,就可以确定A点只能是在三个圆球相交的两个点上
根据一些地理知识,可以很容易排除其中一个不合理的位置.
11、GPS定位原理
}1.基本概念
（1）静态定位和动态定位
静态定位：
在定位过程中,接收机的位置是固定的,处于静止状态
动态定位：
在定位过程中,接收机天线处于运动状态
（2）绝对定位和相对定位
①绝对定位（或单点定位）：
定义——单独利用一台接收机确定待定点在地固坐标系中绝对位置的方法，定位结果－与所用星历同属一坐标系的绝对坐标
优点：
一台接收机单独定位，观测简单，可瞬时定位
缺点：
精度主要受系统性偏差的影响，定位精度低
应用领域：
低精度导航、资源普查、军事、...
②相对定位：
确定同步跟踪相同的GPS信号的若干台接收机之间的相对位置的方法.可以消除许多相同或相近的误差（如卫星钟,卫星星历,卫星信号传播误差等）,定位精度较高
优点：
定位精度高
缺点：
多台接收共同作业，作业复杂；数据处理复杂；不能直接获取绝对坐标
应用高精度测量定位及导航
（3）差分定位
在一个测站对两个目标的观测量,两个测站对一个目标的两次观测量之间进行求差,目的在于消除公共项,包括公共误差和公共参数
差分定位采用单点定位的数学模型,具有相对定位的特性（使用多台接收机,基准站与流动站同步观测）
12、GPS定位中的误差分析：
（1）误差的分类
按误差来源分
①与GPS卫星有关的误差
②与信号传播有关的误差
③与接收设备有关的误差
按误差性质分
系统误差:
主要包括卫星的轨道误差,卫星钟差,接收机钟差以及大气折射的误差等
偶然误差:
主要包括信号的多路径效应引起的误差和观测误差等
其他误差：
地球自传、地球潮汐改正
13、地理信息系统的基本概念：
地理信息系统的定义：
地理信息系统（GIS,GeographicInformationSystem）,是指在计算机软件,硬件技术支持下,进行采集,存储,管理,处理,检索,分析和显示空间信息的地理分布以及与之相关的属性,并以回答用户问题为主要任务的技术系统.
14、地理信息系统的产生与发展：
（1）起步阶段（60年代）
1971年,建成第一个地理信息系统－加拿大地理信息系统（CGIS）
特点:
GIS并未被广泛认可,从事人员有限,专业主导GIS的发展
（2）发展阶段（70年代）
发展机遇——西方国家环境保护运动的兴起（自然资源开发,环境保护,国土规划的需要）
硬件支持——计算机技术的快速发展为GIS的管理,分析和处理提供了强有力的支持
状态——各国纷纷开发合适的GIS,政府成为GIS的主要用户
特点——GIS得到一定的发展,但理论上和技术上无重大突破
（3）应用阶段（80年代）
计算机软,硬件的快速发展使GIS的应用领域迅速扩大
商品GIS软件大量推向市场
（4）成熟及普及阶段
计算机技术的飞速发展和空间技术的发展,史无前例地推动GIS的理论,方法和技术走向成熟
GIS的应用由狭义的土地资源利用,规划向广义的地理空间性质发展,应用领域目前已达100多个
GIS系统的功能结构由以往的侧重于数据获取,存储,数据检索与统计分析及空间分析等操作逐步向模型模拟,预报与预测和智能化决策分析方向发展
15、GIS的发展趋势
⑴．GIS标准化
在21世纪初的5～10年是GIS界的主要标准化制定时期.随着GIS的不断发展,人们不断意识到,只有对软件,硬件和数据进行必要的标准化,才能更有效,广泛地使用GIS.
⑵GIS网络化
计算机网络技术对GIS的发展能起到质变作用.它的发展使以往很多难以完成的事情得以实现。
万维网的发展给GIS数据在更大范围内的发布,出版,获取和查询提供了有效可行的途径.真正地实现“网络就是计算机”这一新的概念模式.
⑶GIS全球化
网络技术的发展使得世界空间缩小,人们之间的关系更加紧密;目前世界各国都在积极地发展和使用GIS,制定有关地理信息的政策,开展国家的GIS项目.
⑷GIS大众化
GIS不仅在国际舞台上已经越来越受到人们重视,甚至在人们日常生活中也在潜移默化地改变着人们的生活.
⑸数据商业化
空间数据已经被作为一种商品,在普通零售商店都可以买到.数据的商业化使得这些数据不断地,快速地得到开发,更新,同时根据市场要求,更合理地分配人力和财力资源来对最为需要的数据进行生产.
16、GIS的功能
（1）数据采集与输入
（2）数据编辑与更新
①数据编辑主要包括属性编辑和图形编辑
属性编辑主要与数据库管理结合在一起完成（增删,格式变换）.
图形编辑主要包括拓扑关系建立,图形编辑,图形整理,图幅拼接,图形变换,图属连接,投影变换,误差校正等功能.
②数据更新是以新的数据项或记录来替换数据文件或数据库中相对应的数据项或记录
（3）数据存储与管理：
数据存储:
：
将数据以某种格式记录在计算机内部或外部存贮介质上
数据管理：
属性数据管理；空间数据管理；图库数据管理
（4）数据查询与分析检索：
属性查询,图形查询,图形属性双向查询
A.属性查询:
点查询,多边形查询
B.图形查询:
分层编码检索,属性查询,逻辑条件查询,区域范围查询
C.关系查询
面——面关系（多边形）；线——线关系（支流）；点——点关系（点物）；线——面关系（公路）；
点——线关系（桥梁）；点——面关系（分布）.
D.逻辑查询：
用数据项与运算符组成的的逻辑表达式,查询检索相应的图形或属性.
（5）数据显示与结果输出：
数据显示就是中间处理过程和最终结果的屏幕显示,包括图形数据的数字化与编辑以及操作分析过程的显示.
结果输出有专题地图,图表,数据,表格,报告等多种类型.屏幕显示也是结果输出的一个方面.
17、GIS的主要用途：
（1）信息查询
（2）绘制图件
（3）模拟分析：
提供假设数据,由GIS进行模拟,分析可能的结果.
（4）预测预报：
GIS不仅可以反映现在,也可重现历史.通过对现在及过去的空间格局变化,继而对未来的变化过程进行预测.
（5）管理与决策：
GIS是收集和管理空间数据的强大工具,可为高层管理和决策提供有力支持.
18、地理信息系统的构成：
软件系统：
（1）计算机系统软件：
主要指为用户使用计算机提供方便的程序系统,包括操作系统,汇编系统,编译程序,诊断程序,库程序等.这些是GIS正常运行所必需的.
（2）GIS系统软件：
指GIS基本功能软件包,以完成对数据进行采集,加工,存储,管理,分析,查询,显示再现和与用户接口.
（3）应用分析程序
系统开发人员或用户为某种特定应用任务而开发的程序,对系统功具有扩充作用.
用户进行系统开发的大部分工作是开发应用程序.
（4）其他支持软件：
用于对GIS系统软件提供支撑或功能上的一些补充.包括数据库管理系统,图像处理系统,计算机图形软件包等.
19、地理信息在地图上的表示：
最基本的地理信息有两种:
地理空间信息和属性信息.任何地理实体都可以抽象为点,线,面三要素,它们是基本的地理信息单元.
A.空间信息在地图上的表示
点（point）：
用一个独立的位置来表示,具有一对（X,Y）坐标和至少一个属性,逻辑上不能再分,它所反映的地图对象因而无法用线特征和面积特征来表示,或者该对象不具备面积特征.
线（line）：
具有相同属性的点的轨迹,由一组有序的坐标点相连接而成,线上每个点有不多于两个点的邻点.反映的那些宽度太窄而无法表示为一个面积区域的对象或本身就没有宽度的对象.
面（area）：
具有相同属性的点的集合.用一个封闭的图形区表示,其边界包围着同一性质的一个区域,其内部点可以有多于3个点的邻点,面内点具有至少一个相同属性.
B.属性信息在地图上的表示：
地图上,属性信息符号,文字,颜色等标记来反映
20、GIS的数据结构？
A栅格数据结构：
即象元阵列,是象元按矩阵形式的集合,栅格中的每个象元是栅格数据中最基本的信息存储单元,行号和列号确定其坐标位置,代码表示该象素的属性类型或量值.
B矢量数据：
地理实体用一系列x,y坐标来确定其位置,通过记录坐标的方式,尽可能地将点,线,面等地理实体表现得精确无误.
矢量数据结构：
点实体线实体面实体
比较内容
矢量数据
栅格数据
数据量
小
大
图形精度
高
低
图形运算
复杂，高效
简单，低效
遥感影像格式
不一致
一致或接近
输出表示
抽象，昂贵
直观，便宜
数据共享
不易实现
容易实现
拓扑和网络分析
容易实现
不易实现
21.栅格数据的编码方式？
直接编码：
就是将栅格数据看作一个数据矩阵,逐行（或逐列）逐个记录代码,可以每行都从左到右逐象元记录,也可奇数行从左到右,而偶数行由右向左记录,为了特定目的还可采用其它特殊的顺序.
直接栅格编码是最简单最直观而又非常重要的一种栅格结构编码方法,通常称这种编码为图像文件或栅格文件.
行程编码：
按行（或列）记录相同代码的始末象元的列号（或行号）和相应的代码,左图可沿行方向进行程编码.
块式编码：
把多边形范围划分成由象元组成的正方形,然后对各个正方形进行编码.块式编码数据结构中包括3个数字：
块的初始位置（行,列号）和块的半径（每列或行包括的象元数）,再加上记录单元的代码组成.
四叉树编码：
四又树编码的基本思想是将一幅栅格地图或图像等分为四部分.逐块检查其格网属性值（或灰度）.如果某个子区的所有格网值都具有相同的值.则这个子区就不再继续分割,否则还要把这个子区再分割成四个子区.这样依次地分割,直到每个子块都只含有相同的属性值或灰度为止.
22.栅格数据的取值方法？
中心归属法用处于栅格中心处的地物类型或现象特性决定栅格代码.
面积占优法以占矩形区域面积最大的地物类型或现象特性决定栅格单元的代码.
重要性法根据栅格内不同地物的重要性,选取最重要的地物类型决定相应的栅格单元代码.
23.GIS的数据来源？
现有地图、图形图像格式的影像资料、表格资料、绘图软件…
24．GIS在精确农业中的应用？
（1）GIS是精确农业系统的承载动作平台和基础
①各种农业资源数据的输入管理,决策控制信息的输出由GIS完成.
②精确农业的其他构成部分GPS,RS,专家系统,决策支持系统通过GIS组合起来形成完整的精确农业软件系统.
（2）农田空间数据库管理系统
包括土地数据管理,查询土壤,自然条件,作物苗情,作物产量等数据.采集,编辑和统计分析不同类型的空间数据.
（3）绘制作物产量分图和农业专题地图分析
25.GIS技术在农业其他领域的应用
（1）农业区划；
（2）土壤适宜性评价；（3）农业灾害预测与预防研究；（4）作物种植适宜性评价；（5）农业资源的清查,核算,评估与监测；（6）农作物估产和监测；（7）农业生态环境的监测和分析
26.遥感的概念？
不通过直接接触目标物而获取其信息的一种探测技术。
遥感通常是指通过某种传感器装置，在不与被研究对象直接接触的情况下，获取其特征信息（一般是电磁波的反射辐射和发射辐射），并对这些信息进行提取、加工、表达和应用的一门科学和技术.
27.遥感平台及传感器？
遥感平台：
搭载遥感仪器的载体.
遥感器：
收集目标物所反射或者发射的电磁波信息的装置.
28.传感器的分类？
摄影类传感器:
画幅摄影机,全景摄影机,多光谱摄影机
扫描成像类传感器:
多波段光谱扫描仪（MSS）,电荷耦合（CCD）扫描仪,专题制图仪（TM）,成像光谱仪等.
雷达成像类传感器:
实孔径侧视雷达,合成孔径侧视雷达
非图像类传感器:
微波辐射仪
29.遥感技术的分类？
（1）按遥感平台分
①近地遥感传感器设置在近地面平台上。
②航空遥感传感器设置于航空器上。
③航天遥感传感器设置于环地运行的航天器上。
（2）按传感器的探测波段可分为：
①紫外遥感探测波段在0.01~0.4um之间；利用紫外光谱观测可以同时遥感整层大气密度和臭氧等的三维分布
②可见光遥感探测波段在0.4~0.7um之间；是传统航空摄影侦察和航空摄影测绘中最常用的工作波段。
③红外遥感探测波段在0.7~1000um之间；监测森林火灾和火山活动、监测植物病虫害、环境污染和军事侦察等方面都有重要应用。
④微波遥感探测波段在1mm~1m之间；微波大气遥感可以探测晴空和有云条件下的海温、海面风、海面上空水汽总含量、云中含水量和降水强度
多波段遥感探测波段在可见光波段和红外波段范围内,再分成若干窄波段来探测目标
（3）按工作方式分
主动遥感和被动遥感主动遥感（有源遥感）：
由探测器主动发射一定电磁波能量并接收目标的后向反射信号。
其主要优点是不依赖太阳辐射，可以昼夜工作；而且可以根据探测目的不同，选择不同的波段和发射方式。
使用微波辐射源的侧视雷达和使用激光辐射源的激光雷达等都属于主动遥感系统。
被动遥感（无源遥感）：
传感器不向目标发射电磁波，仅被动接收目标物的自身发射和对自然辐射源的反射能量。
普通航空摄影、多光谱扫描、热红外扫描以及辐射测量等是常用的被动遥感手段。
成像遥感与非成像遥感成像遥感：
传感器接收的电磁辐射信号可转换成（数字或模拟）图像.
非成像遥感：
传感器接收的目标电磁辐射信号不能形成图像.
（4）按遥感的光谱分辨率分
常规遥感（宽波段遥感）：
波段宽度一般大于100nm.且波段在波谱上不连续,不完全覆盖整个可见光至红外光光谱范围（400~2400nm）.属于二维遥感.
高光谱遥感：
利用多种波段（宽度小于10nm的电磁波波段）从目标地物获取连续光谱信息,达到光谱和图像合一的三维遥感方法.
30.电磁波普的特性及遥感应用的波普？
⑴波谱特性
不同地物（如土地、河流、植被等），由于其自身结构与成分不同，反射、吸收或辐射电磁波的规律各不相同，甚至同类地物在不同自然状态下表现出的规律也不一样，这种规律被称作地物的波谱特性.
2目前遥感应用的波谱
①紫外光波长0.01~0.4um,只有0.3~0.4um的波段能穿过大气层,应用少.
②可见光波长0.4~0.7um,遥感成像所使用的主要波段之一
③红外光波长0.7~1000um,用于扫描成像,因大气透过率不高,不能用于远距离遥感.
4微波波长1mm~1m,能用于全天候遥感.
31.大气窗口的定义及主要的大气窗口？
定义：
电磁波辐射在大气传输中透过率较高的波段.
遥感使用的主要大气窗口：
①0.3～1.155μm，包括部分紫外光、全部可见光和部分近红外，即紫外、可见光、近红外波段。
这一波段是摄影成像的最佳波段，也是许多卫星遥感器扫描成像的常用波段。
比如，Landsat卫星的TM的1～4波段；SPOT卫星的HRV波段等。
其中：
0.3～0.4μm，透过率约为70%；0.4~0.7μm，透过率大于95%；0.7~1.1μm，透过率约为80%。
②1.4~1.9μm，近红外窗口，透过率为60%~95%，其中1.55~1.75μm透过率较高。
该波段在白天日照条件好的时候扫描成像常用这些波段。
比如，TM的5、7b波段等用以探测植物含水量以及云、雪或用于地质制图等。
32.0~2.5μm，近红外窗口，透过率约80%。
43.5~5.0μm，中红外窗口，透过率为60%~70%。
该波段物体的热辐射较强。
这一区间除了地面物体反射太阳辐射外，地面物体自身也有长波辐射。
比如，NOVV卫星的AVHRR遥感器用3.55~3.93μm探测海面温度，获得昼夜云图。
58.0~14.0μm，热红外窗口，透过率约80%。
主要来自物体热辐射的能量，适于夜间成像，测量探测目标的地物温度
61.0~1.8mm，微波窗口，透过率约35%~40%。
72.0~5.0mm，微波窗口，透过率约50%~70%。
88.0~1000.0mm，微波窗口，透过率约100%。
由于微波具有穿云透雾的特性，因此具有全天候、全天时的工作特点。
而且由前面的被动遥感波段过渡到微波的主动遥感波段。
32.植被指数的定义及常用的植被指数？
植被指数:
不同光谱的遥感数据,经线性或非线性组合构成的对植被差异有一定指示意义的指标.
常用的植被指数包括:
归一化植被指数：
标准植被指数,为近红外波段与可见光红外波段数值之差和这两个波段数值之和的比值.即NDVI=（IR-R）/（IR+R）
比值植被指数（RVI）：
为红外光波段与可见光波段数值的比值（RVI=IR/R）.RVI与叶面积指数,生物生长量,叶绿素含量的相关性最高.
差值植被指数（DVI）：
又被称为环境植被指数（EVI）,作物植被指数（CVI）或农业植被指数（AVI）,定义为近红外波段与可见光红光波段数值的差值（DVI=IR-R）.对土壤背景变化比较敏感.
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