基于GIS的分散农户变量施肥系统设计与实现

摘要

变量施肥技术是精准农业体系的一个重要技术手段，它的优点是可以根据土壤养分的空间变异性精确确定种植区域的施肥量，改善传统施肥模式中的施肥过量、施肥比例失调和肥料利用率低的问题。变量施肥技术的应用是一个系统的工程，如果单纯利用人工计算的手段不仅工作量大而且效率比较低。因此需要开发一种具备变量施肥功能的系统，用以保证变量施肥的高效和实用性。
　　本文针对国内传统的农户分散型作业模式下施肥作业区域狭小，资金不足等问题开发了基于 GIS的分散农户变量施肥系统。该系统在利用施肥模型保证了决策精确性的前提下，能够为农户的具体条田做出施肥决策，减少了人力和物力的投入。本文主要结果如下：
　　(1)对变量施肥系统的总体规划与设计进行了分析，确定了系统设计的目的、原则和功能。根据以上分析结果完成了系统的功能结构设计和总体结构设计。采用空间数据引擎和关系数据库的组合作为系统数据库的解决方案，完成了系统数据库的构建工作，包括系统基础数据库以及养分平衡模型库。
　　(2)对土壤养分信息的提取技术进行了分析，选定了Kriging插值法作为系统的空间插值法。通过对Kriging插值原理及其插值效果进行分析实现了Kriging插值最优拟合模型的自动选择。设计了一套空间数据处理流程用以实现地块供肥量的计算。
　　(3)分析了变量施肥模型及专家知识库的构建。分析了养分平衡施肥法的计算模型及相关参数的确定方法，并在此基础上综合气候条件对养分平衡模型的相关订正进行了分析。分析了肥料效应函数的构造并采用遗传算法实现了变量施肥模型的智能计算。最后根据施肥模型的特点设计了施肥推荐流程。利用框架式理论构建了变量施肥的专家知识库并为其设定了合理的推理机制。
　　(4)基于 GIS的分散农户变量施肥系统的开发。基于 GIS的框架，采用SuperMap提供的SuperMap Object组件式GIS开发平台和C＃语言在.NET平台下开发出了基于 GIS的分散农户变量施肥系统。该系统通过耦合空间数据库和模型参数库，以变量施肥模型为依托为农户提供施肥决策支持。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2地理信息系统及其在精准农业中的应用

1.3国内外研究现状

1.4本文主要研究内容和技术路线

第二章 变量施肥系统总体规划与设计

2.1系统目标及功能需求分析

2.2系统设计原则和总体结构

2.3系统数据库构建

2.4本章小结

第三章 土壤养分信息提取

3.1数据准备

3.2空间插值

3.3地块供肥量提取

3.4本章小结

第四章 变量施肥模型及专家知识库构建

4.1通用施肥模型简介

4.2养分平衡法及其参数确定

4.3综合气候条件的养分平衡模型

4.4基于遗传算法的施肥模型构建

4.5框架式专家知识库构建

4.6施肥推荐流程设计

4.7本章小结

第五章 基于GIS的分散农户变量施肥系统开发与应用

5.1变量施肥系统开发

5.2变量施肥系统的应用

5.3施肥推荐专题图生成

5.4本章小结

第六章 总结和展望

6.1工作总结

6.2展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的成果