0 引言數字農業技術是將現代信息技術、生物技術、農業科學技術與農機工程裝備技術相結合的新型農業技術。數字農業技術體系由3個部分組成，即信息獲取系統、信息處理系統和智能化農業機械。其中，田間的信息獲取技術是數字農業的關鍵技術。目前，田問信息獲取方法主要有傳統的田間採樣、田問GPS採集、智能農機作業和多平臺遙感獲取等4種方式。通常所說的“3S”技術中的全球定位系統(GPS)和遙感技術(RS)是田間信息獲取的重要手段，它是實現數字農業的重要支撐技術-一 。
1 全球定位系統全球定位系統(GPS，Global Positioning System)是由地球導航衛星、地面監控系統和用戶GPS接收機等3個主要部分組成。現在最常用的是美國GPs系統，它包括在離地球約20 O00km高空近似圓形軌道上運行的24顆地球導航衛星，其軌道參數和時鐘由設於世界各大洲的5個地面監測站與設於其本土的一個地面控制站進行監測和控制，使得在近地曠野的GPS接收機在晝夜任何時間、任何氣象條件下最少能接受到4顆以上衛星的信號。通過測量每一衛星發出的信號到達接收機的傳輸時間，即可計算出接收機所在的地理空間位置。
農田養分信息具有顯著的空間屬性，其空間變異性很大。在數據採集過程中，其位置的識別是與數據監測密不可分的，因此需要對信息進行準確的定位。
全球定位系統(GPS)提供了全天候、實時精確定位的測量手段。數字農業中，GPS主要是用來確定在田間的位置，結合其土壤的含水量、氮、磷、鉀、有機質和病蟲害等不同信息的分佈情況，輔助農業生產中的灌溉、施肥、噴藥等田間操作，其作用從本質來說是提供三維位置和時間。GPS主要應用於以下3個方面：一是智能化農業機械的動態定位(即根據管理信息系統發出的指令，實施田間的精準定位)；二是農業信息採集樣點定位(即在農田設置的數據採集點、自動或人工數據採集點和環境監測點均需GPS定位數據)；三是遙感信息GPS定位(即對遙感信息中的特徵點用GPS採集定位數據，以便於GIS配套應用)。由於GPS存在較大的誤差，所以差分GPS(即DGPS)越來越受到人們的重視。DGPS可以消除衛星鐘差、星曆誤差、電離層和對流層延遲誤差等，從而使定位精度大幅度提高。
2 遙感技術遙感技術(RS，Remote Sensing)的基本原理是利用物體的電磁波特性，通過觀測物體的電磁波，從而識別物體及其存在的環境條件。遙感技術系統由傳感器、遙感平臺及遙感信息的接受和處理系統組成。
其中，接受從目標反射或輻射的裝置叫做遙感器(如掃描儀、雷達、攝影機、攝像機和輻射計等)，裝載遙感器的平臺稱遙感平臺(如飛機和人造衛星等)。經過遙感器得到的數據在使用前應根據用途需要做相應的糾正、增強、變換、濾波和分類等處理。
遙感(RS)技術是未來數字農業技術體系中獲得田間數據的重要來源，它可以提供大量的田間時空變化信息。遙感技術在精準農業中的應用主要以下3個方面：一是作物長勢及其背景的監測，運用高分辨率(米級分辨率)傳感器，在不同的作物生長期實施全面監測，並根據光譜信息進行空間定性和定位分析，爲定位處方農作提供依據；二是作物冠層多光譜監測，利用地物光譜儀和多光譜相機獲取的信息，監測葉綠素密度的變化，並分析其變化與養分的關係；三是運用多光譜遙感信息(紅外波段)，在有作物條件下監測土壤水分。
3 田間信息獲取技術的現狀和發展趨勢3．1 土壤水分和養分信息獲取技術國內外已開始研究採用各種不同的手段來獲取土壤水分和養分信息。目前，除了一些傳統的常規測量方法外，已嘗試採用的較新的技術，包括遙感、計算機及網絡和地面傳感技術等。其中，實踐較多的是以電子技術爲支撐的地面信息傳感技術和以空間技術爲支撐的遙感信息採集技術。
土壤水分信息的獲取相對於其他土壤養分更易掌握，因此對土壤水分測量方法的研究已經取得了顯著成果。各種在線式的測量方法相繼產生，如電阻法、時域反射法(TDR法)、頻域反射法(FDR法)、中子散射法和近紅外光譜法等。這些方法均有一定的侷限性：一是電阻法的測量精度受土壤含水率的影響很大；二是時域反射法在低頻(≤20MHz)工作時較易受到土壤鹽度、粘粒和容重的影響，而且價格比較高；三是頻域反射法的讀數強烈地受到電極附近土體孔隙和水分的影響，特別是對於使用套管的FDR測量；四是中子散射法雖然測量方法簡單，但儀器設備昂貴，並且存在潛在的輻射危害。對於土壤養分信息(土壤中的N，P，K，pH值、有機質、含鹽量和電導率)的獲取技術，常規化學試驗測量方法仍是現在土壤養分信息獲取的主要手段。該方法具有破壞性和不及時性等缺陷，因此隨着近紅外光譜技術的不斷完善和應用的廣泛性，用近紅外光譜技術來檢測土壤養分已經成爲國內外學者研究的重點。
近紅外光譜法是根據水的紅外吸收光譜來進行測量的，在紅外區內，水的吸收波長爲1 200，l 450，1 940和2 950nm，測量方式有反射式、透射式和反射透射覆合式等幾種。紅外光譜水分儀具有無接觸、快速、連續測量、測量範圍大、準確度高和穩定性好等優點，適用於在線水分監測，但在測量自然物體時因表面不規則使得反射率不穩定，影響測量精度，需對樣本做簡單處理。
土壤其他養分信息的研究主要包括土壤中N，P，K，pH值、有機質、含鹽量和電導率等信息的採集。現在，除了常規化學試驗測量方法外，用近紅外反射光譜法來測量土壤養分已成爲國內外諸多學者研究的重點。Shibusawa等指出，用400～1 900nm波段來預測土壤溼度、pH值、土壤電導率和土壤有機質等，其相關係數從0．19變化到0．87 ；李民贊研究了基於可見光光譜分析的土壤參數分析，在1 1O0， 1 350，1 398，2 210nm處建立了多元線性迴歸模型，相關係數爲0．934 ；于飛健等用近紅外光譜法分析了土壤中的有機質和氮素 ；He等對土壤電導率和常量元素的測量 ；鮑一丹等應用光譜技術研究了土壤粒度和含水量對預測土壤氮含量的影響 。
3．2 作物長勢的監測技術對農作物長勢的動態監測可以及時瞭解農作物的生長狀況、土壤墒情、肥力及植物營養狀況，以便及時採取各種管理措施，保證農作物的正常生長。同時，可以及時掌握大風或降水等天氣現象對農作物生長的影響，監測自然災害或病蟲害對作物產量造成的損失等，爲農業政策的制訂和糧食貿易提供決策依據。