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第一章 精准农业研究、集成与示范总论1

第一节 研究的背景、目标和内容1

一、背景1

二、国内外研究进展3

三、研究目标与内容10

四、研究方法与研究进程12

第二节 农田信息采样点数的确定方法14

第三节 空间变异性分析15

第四节 变量投入16

一、基于水稻生长模型与土壤肥力模型的变量施肥技术16

二、基于土壤养分含量的变量施肥方法18

三、基于产量图的精准施肥19

第五节 信息处理20

一、水稻精准种植GIS信息处理平台开发20

二、水稻精准种植决策支持系统20

三、水稻精准种植集成信息处理系统21

第六节 联合收割机智能测产系统22

第七节 精准农业的经济收益性和环境收益性23

一、经济收益性23

二、环境收益性24

第八节 有待进一步研究的内容24

参考文献25

第二章 空间信息采样设计及分析的数学原理、方法27

第一节 土壤信息采样的目标28

一、预期的精准农业小区管理的分区数量28

二、预期的土壤性状变差系数（CV）28

三、预知的土壤性状空间分布信息28

四、各种土壤采样方法的可行性28

五、土壤采样和分析的投入、时间和劳力成本29

第二节 农田土壤性状变量的主要特性29

一、随机变量29

二、随机过程29

三、空间相关性30

四、平稳随机过程假定30

第三节 信息采样方法31

一、随机抽样31

二、典型抽样31

三、系统或机械抽样31

第四节 形成土壤图的插值方法32

一、Thiessen多边形法32

二、三角形法32

三、Sibson自然邻域法32

四、距离倒数函数法32

五、趋势面法32

六、样条函数法33

七、插值方法比较33

八、Kriging插值法34

第五节 地理（空间）统计方法34

一、Kriging插值法权重34

二、半方差图35

三、权重的确定35

第六节 拟合半方差图的模型36

一、幂函数36

二、分段线性函数36

三、圆形函数37

四、球面函数37

五、指数函数37

六、5次球面函数37

七、模型的选定37

第七节 插值可靠性分析38

一、统计模拟方法38

二、交叉验证38

三、部分样点验证38

四、优化采样设计和样本数量38

第八节 案例分析——上海精准农业试验示范基地39

一、样地39

二、样点分布和数量40

三、插值40

四、结论45

参考文献45

第三章 农田基础环境信息空间变异性分析47

第一节 农田基本信息的采集47

一、研究区概况47

二、采集农田基本信息的目的和采用的信息处理流程48

三、农田基础环境信息的采集与测定49

四、数据处理与分析50

第二节 农田基础环境信息的空间变异性分析51

一、国内外农田基础信息空间变异性研究概况51

二、空间变异性分析模型的建立52

三、土壤矿物质元素空间变异性分析52

四、土壤养分要素的空间变异性分析53

五、可溶性盐离子的空间变异性分析54

六、产量空间变异性与各养分要素的空间变异性比较分析56

第三节 产量与各养分要素空间变异性的相关性分析57

一、相关性分析模型的建立57

二、分析文件制作59

三、产量空间变异性与本底养分要素的相关性分析60

第四节 基于变异性和精准度的采样点数目确定方法61

一、GPS与采样网络61

二、土壤采样网格设置61

三、田间各要素采样点数的确定61

参考文献63

第四章 基于作物产量图和土壤养分图的精准施肥65

第一节 精准施肥与精准农业65

第二节 变量投入的基本理论假设66

第三节 产量图的制作与分析66

一、研究样区的背景分析66

二、研究样区的作物产量图的制作67

第四节 基于产量图的变量施肥图制作69

一、施肥总量的确定69

二、施肥模式的确定69

三、底肥施用量的确定69

四、第一次苗肥施用量的确定70

五、第二次苗肥施用量的确定71

六、第一次穗肥施用量的确定71

七、第二次穗肥施用量的确定71

第五节 基于产量图的变量施肥研究结果验证72

第六节 基于土壤养分图的水稻变量施肥75

一、土壤养分测定76

二、土壤属性参数的统计特征值与合理取样数目76

三、土壤养分分级与土壤养分图77

四、水稻变量施肥模型的确定78

参考文献80

第五章 精准农业农田地理信息系统平台开发82

第一节 GIS技术在精准农业中的应用82

一、应用状况介绍82

二、农田地理信息系统83

第二节 FGIS开发流程与系统分析83

一、FGIS开发的流程83

二、FGIS系统分析84

三、农田地理信息系统开发的原则88

第三节 FGIS系统设计88

一、系统体系结构89

二、数据库设计90

三、FGIS系统结构设计92

第四节 基于组件式GIS技术的FGIS开发94

一、ComGIS介绍95

二、SuperMapⅢ简介97

三、数据采集功能的实现97

四、空间数据内插100

五、通用GIS功能实现101

六、施肥模型的集成方式101

第五节 应用实例103

一、数据采集与转换功能103

二、专题图制作103

参考文献108

第六章 精准农业决策支持系统111

第一节 系统框架与原理111

一、国内外概况111

二、系统设计原则112

三、系统框架112

四、系统主要功能模块112

五、系统信息流程113

六、系统决策的实现过程113

第二节 农业专家系统115

一、国内外农业专家系统概况115

二、基本原理与结构116

三、知识整理规则与推理策略116

四、上海水稻精准栽培专家应用系统117

五、上海水稻主要病虫害识别与防治118

第三节 水稻生长模型系统118

一、国内外作物生长模拟研究概况119

二、模型系统组成119

三、基础模型120

四、优化栽培模型123

第四节 知识模型126

一、水稻气候生产力模型126

二、土壤肥力评价模型127

三、土壤养分—产量关系模型132

四、施氮量—水稻生长—产量模型136

五、水稻主要病虫害发生预测模型140

第五节 决策支持系统应用142

一、系统运行环境142

二、系统主要功能及应用实例143

参考文献153

第七章 精准水稻种植信息处理系统155

第一节 概述155

一、精准农业中的信息技术155

二、信息处理系统在精准农业中的作用155

三、精准农业在国内外的研究进展156

四、精准农业信息处理系统在国外的研究158

五、精准水稻种植信息系统158

第二节 精准水稻种植信息处理系统总体设计159

一、系统组成160

二、精准水稻种植信息处理系统的数据逻辑流程162

第三节 精准水稻种植信息系统详细设计163

一、属性数据管理子系统详细设计163

二、农田空间数据管理子系统详细设计164

三、决策支持子系统详细设计166

四、经济评价子系统详细设计168

第四节 精准水稻种植信息处理系统开发169

一、开发环境169

二、基础数据管理子系统170

三、农田空间数据处理子系统172

四、水稻栽培管理专家子系统173

五、经济效益与环境影响评价子系统与虚拟作业175

第五节 精准水稻种植信息处理系统集成182

一、系统集成的必要性182

二、系统集成的方法与模式182

三、集成系统的开发184

四、精准水稻种植信息处理系统的主要特点185

五、精准水稻种植信息处理系统的运行环境及安装要求186

参考文献186

第八章 联合收割机智能测产系统研制187

第一节 联合收割机智能测产系统概述187

一、国内外概况187

二、开发的必要性191

三、开发的可行性192

第二节 系统的总体设计193

一、方案设计193

二、设备的组成结构194

第三节 测试系统原理196

一、谷物产量的测试方法196

二、产量测算理论198

第四节 全球定位系统的设计200

一、GPS的概念200

二、GPS接收机自身位置的解算200

三、差分定位201

四、DGPS系统的设计201

第五节 软件系统的设计202

一、基于工控机的软件设计202

二、基于PC104的电子存储卡的软件设计202

三、GIS软件设计202

第六节 实验结果：产量传感器信号输出204

参考文献207

第九章 精准种植的经济效益和环境效应评价209

第一节 精准农业经济效益分析209

一、精准农业经济效益研究动态209

二、制约精准农业发展的主要障碍因子分析209

三、精准农业经济效益分析方法211

四、上海精准农业试验示范区水稻变量施氮技术方案212

五、上海精准农业试验示范基地水稻变量技术的经济效益分析213

六、上海精准农业试验示范区水稻变量技术的经济效益综合评价216

七、精准农业项目敏感性分析及风险评估218

八、精准农业技术的市场前景分析219

九、发展中国家精准农业技术的市场分析221

第二节 精准农业环境效应分析223

一、国际精准农业环境效应研究动态223

二、精准农业“有益的环境效应”的理论推测224

三、精准农业环境效应的实证研究——水稻变量施氮环境效应监测226

第三节 结论与讨论236

一、结论236

二、讨论236

参考文献237