基于GPS和GIS的精细农业田间信息采集和处理方法的研究

摘要

该论文研究的内容就是在充分了解国际精细农业发展的理论基础和技术原则的基础上,结合中国的实际情况,在山西太谷县境内的一块13.3ha.的冬小麦田中,利用普通测量仪器和GPS接收机定位,按50m×50m设置网格,共取63个采样点,测定土壤表层(20cm)内的土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾、容重、田间含水量和电导率;测定小麦的产量属性,包括籽粒产量、生物产量、亩穗数、小穗数和千粒重等田间信息;研究确定田间信息合理的插值方法,生成反映农田土壤特性和产量实际状况的空间变异分布图,并分析了农田信息空间分布的变异性,分析确定影响作物产量的主要农田信息,建立了作物产量与土壤特性信息的神经网络模型.以便开展对农田实行精细施肥、精细灌溉等精细管理的基础研究和实践.

目录

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图表目录

第一章绪论

1.1前言

1.2精细农业的技术思想及主要支持技术

1.2.1全球定位系统(Global Positioning System)

1.2.2地理信息系统(GeographicInformation System)

1.2.3遥感技术(Remote Sensing)

1.2.4变量控制技术(Variable-Rate Technology)

1.2.5产量分布图生成系统(Yield Mapping System)

1.2.6农业生物信息采集技术(Farming Data Acquired Technology)

1.2.7作物生产管理决策支持系统(Decision Support System)

1.2.8智能化变量农作机械(Intelligent Farm Machinery)

1.3国内外精细农业的发展现状

1.3.1国外精细农业的发展现状

1.3.2我国精细农业的发展现状

1.4精细农业田间信息处理方法的研究现状及存在问题

1.5论文的研究内容

1.6论文的特点和创新点

参考文献

第二章田间信息采集和空间插值方法的研究

2.1前言

2.2区域性土壤肥力的采样技术

2.2.1土样采集和处理的影响因素

2.2.2土壤样本采集方法及其应用

2.3空间插值的概念

2.4空间插值方法

2.4.1简单的全局插值方法

2.4.2趋势面分析

2.4.3距离倒数插值法

2.4.4样条函数插值法

2.4.5克立格插值法

2.5常用插值方法的比较

2.5.1田间信息的各种插值方法插值结果的定量比较

2.5.2田间信息的各种插值空间分布图的定性比较

2.6神经网络插值方法的研究

2.6.1人工神经网络对函数逼近的原理

2.6.2田间信息的BP神经网络插值方法设计

2.6.3碱解氮的神经网络插值与克立格球状模型插值结果比较

2.6.4碱解氮的神经网络插值与克立格插值空间分布图的绘制与分析

2.7本章小结

参考文献

第三章基于地统计学和GIS的田间信息空间变异性的研究

3.1前言

3.2地统计学数据处理方法

3.2.1区域化变量理论

3.2.2半方差函数

3.2.3半方差函数理论模型

3.2.4理论半方差函数检验方法

3.2.5应用克立格插值方法绘制空间变异分布图

3.3试验设计

3.3.1试验方案设计

3.3.2实验地概况

3.3.3试验布置

3.3.4土壤信息和产量信息数据的获取

3.4计算与分析

3.4.1土壤特性数据和产量数据的统计特征值计算

3.4.2土壤特性数据和产量属性数据的正态分布性检验

3.4.3土壤特性半方差图的绘制及空间变异特征参数的分析

3.4.4产量数据半方差图的绘制及空间变异特征参数的分析

3.5田间信息空间分布图的绘制与分析

3.5.1土壤各特性空间分布图的分析

3.5.2产量属性数据空间分布图的分析

3.6籽粒产量与土壤特性关系的分析

3.6.1籽粒产量与土壤特性相互关系图的绘制

3.6.2籽粒产量与土壤特性相互关系的分析

3.7本章小结

参考文献

第四章田间信息空间变异性的定量分析

4.1前言

4.2简单相关分析

4.3偏相关分析

4.4多元线性回归分析

4.4.1全回归分析

4.4.2逐步回归分析

4.5通径分析

4.6灰色关联分析

4.6.1灰色关联分析的基本原理

4.6.2灰色关联系数和灰色关联度的计算

4.6.3灰色关联度的分析与讨论

4.7本章小结

参考文献

第五章人工神经网络在作物产量与土壤信息关系分析中的应用

5.1前言

5.2神经网络的基本理论

5.3BP算法及设计分析

5.3.1 BP网络算法步骤

5.3.2 BP网络的设计分析

5.4作物籽粒产量的神经网络模型

5.4.1网络输入、输出样本数据的确定

5.4.2 BP网络结构及参数的确定

5.5作物籽粒产量与土壤特性关系的神经网络模型分析

5.5.1作物籽粒产量与土壤特性的相互关系的确定

5.5.2作物籽粒产量与土壤特性相互关系模型的检验

5.5.3土壤特性对作物籽粒产量影响程度的确定

5.6本章小结

参考文献

第六章基于GIS的田间信息采样方案的研究

6.1前言

6.2研究方法

6.2.1不同采样方案的采样点位置分布图

6.2.2不同采样方案的误差分析

6.3土壤特性采样方案的确定

6.3.1有机质采样方案的确定

6.3.2全氮采样方案的确定

6.3.3碱解氮采样方案的确定

6.3.4速效磷采样方案的确定

6.3.5速效钾采样方案的确定

6.3.6土壤含水量采样方案的确定

6.3.7土壤容重采样方案的确定

6.3.8小麦籽粒产量采样方案的确定

6.4本章小结

参考文献

第七章精细农业中几个关键问题的研究

7.1 GPS接收机在农田信息定位采集中的应用

7.1.1手持GPS接收机单机定位精度分析

7.1.2手持GPS接收机相对定位误差分析

7.2 GIS技术在农田信息处理中的应用

7.3基于GIS的土壤主要理化性质的丰缺分布图的绘制与分析

7.4土壤肥力的模糊综合评价

7.4.1试验方法

7.4.2土壤肥力水平综合评价

7.4.3结论与讨论

7.5 RS技术在农田信息采集中的应用

7.5.1采集作物内在信息

7.5.2采集环境信息

7.5.3问题与展望

7.6本章小结

参考文献

第八章结论与展望

玫博期间参加的科研工作和发表的论文

致谢

附录

资助