基于三维GIS的玉米精准作业区土壤养分演变趋势研究

摘要

随着计算机技术的飞速发展;物联网技术;3S技术;大数据处理等新一代计算机技术在农业上的应用越来越广泛;推动着精准农业的快速发展。地理信息系统（GIS）是一种用来研究空间信息的技术系统;是从地理学、测量学、制图学、遥感学、图形图像学等学科引用计算机技术后形成的一门边缘学科。它是以地理和测绘为基础;以计算机技术为支撑;逐渐发展成为多元化、信息化、产业化的学科。目前;GIS已广泛应用于土地、环境、交通及经济建设等方面。 GIS 的二次开发是实施“精准农业”的关键技术。在信息技术和三维模拟技术高速发展的同时;三维GIS的发展和应用逐渐地走向成熟。三维GIS可以对三维空间对象进行空间分析;使用户可以更加真实地感知客观世界;并且把大量的空间地理信息呈现在用户的眼前。但是;现代农业领域的三维GIS技术发展比较缓慢。本文以国家星火计划“基于物联网的玉米精准作业技术集成与示范”等课题为依托;通过三维GIS技术以及智能决策技术的有效结合;进行了基于三维GIS的玉米精准作业区土壤养分演变趋势研究。主要研究内容与成果如下： （1）数据获取与处理 在国家“863”项目“玉米精准作业系统的研究与应用”和国家星火计划“基于物联网的玉米精准作业技术集成与示范”课题的大力支持下;收集整理了吉林省农安县合隆镇陈家店村2014年至2017年连续四年玉米精准作业实施中积累的大量土壤养分数据。运用GIS、GPS技术对选择的土壤速效磷、碱解氮、速效钾、PH值和有机质五种养分数据进行综合分析处理。 （2）基于三维GIS空间分析技术的玉米精准作业区土壤养分演变趋势分析 首先;应用普通 Kriging 插值法分析土壤养分空间分布特征;计算玉米精准作业区内土壤养分中各点的采样点数值。然后;运用Arcscene技术建立出三维模型;实现二维到三维模型的转化。再建立2014年到2017年变量施肥期间;玉米精准作业区土壤速效磷、速效钾、碱解氮、PH 值和有机质等养分含量的三维空间专题图。通过对其三维空间专题图的比较;分析其土壤肥力特征的演变趋势。研究结果表明：变量施肥四年后;土壤肥力差异趋于平缓;验证了精准施肥的效果。 （3）基于三维GIS的玉米精准作业管理系统的设计与实现 运用以上研究成果;基于.NET 平台进行了系统的研发;系统的主要功能包括地理信息查询、空间分析、产量预测、精准施肥四个模块。本系统实现了玉米精准农业作业区玉米的产量预测、土壤养分的空间分析、精准施肥及土壤养分三维空间专题图的可视化展示等功能;在一定程度上为农田精准作业的实施提供了决策依据;为农田的精准作业提供一定的参考依据。

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