摘要：如何实现RS、GIS和GPS的有机结合是基于“3S”集成技术的蔗区农业信息化应用所需要解决的关键问题。在系统开发中，采用海量空间数据的无缝管理技术和数据库联动技术，利用空间数据管理引擎，解决数据融合问题。在各子系统设计中则突出功能融合的思想，遥感系统（RS）和全球定位系统（GPS）收集土地利用现状等多种信息。在GIS平台上建立完善、权威的农业信息库。
关键词：蔗区；农业专家系统；“3S”集成技术
作者简介：罗拥军，42岁，广西全州人，工学硕士，广西职业技术学院计算机技术系主任助理，工程师，研究方向：网络技术、空间数据库；梁裕，34岁，广西梧州人，广西职业技术学院现代教育技术中心主任、图书馆馆长，高级实验师，研究方向：网络技术、现代教育技术。
1 引言
众所周知，甘蔗种植和砍运问题是制约糖业可持续发展的基本问题。但广西的甘蔗生产至今还没有完全摆脱传统的手工劳作方式，存在着经营规模小、技术含量低、投入与产出不合理等不利因素，并且严重地制约了甘蔗生产的发展。目前而言，广西的甘蔗单位面积产量还是比较高的，但与发达国家和地区相比，还有较大差距，问题就在于科技的投入力度与合理性不能得到保障。如果想在现有基础上使广西蔗区农业有较大的发展，必须依靠科技进步，必须增加蔗区农业的科技含量，使用高新技术对传统蔗区农业进行彻底改造。
蔗区农业信息技术的推广应用，可以说为甘蔗科技推广开辟了全新的道路。而基于地理信息系统的蔗区农业专家系统研究与开发，可以为蔗区农业信息技术应用与产业化推广提供一个基础平台。可以预见，农业信息采集系统、专家支持系统和生产管理系统在蔗区的应用与推广，将切实提高蔗区科技水平，提高甘蔗生产的国内外竞争力。
2 国内外研究现状
国际上农业专家系统的研究最早在1970年代末期，主要以美国、日本和欧洲为主。最早是美国IL Linois大学的植物病理学家和计算机学家共同开发的大豆病害诊断专家系统PLANT/ds。1980年代中叶以来，随着人工智能技术的迅速发展，农业专家系统在国际上有了一个大的发展，在数量和水平上均有了较大的起色，从单一的病虫害诊断转向生产管理、经济分析决策、生态环境等。如美国、日本、英国、荷兰、澳大利亚、加拿大等国相继在作物栽培、农业经济效益分析、农产品市场销售管理等方面研制出不少的专家系统。据统计，1995年美国正在使用或准备使用的农业专家系统有1000多个，日本有400多个。从开发总量来看，美国占绝大多数，几近80%，其他国家（包括中国）仅占20％。
我国的农业专家系统研究始于20世纪80年代初。进入1990年代，我国的农业专家系统发展十分迅速，10年间我国先后推出5个具有较高水平的农业专家系统开发平台，开发了156个实用农业专家系统，涉及粮食、果树、蔬菜、畜牧等不同领域，推动了农业专家系统的发展。
作为全国第一大蔗区的广西，在“九五”期间，应用北京农林科学院和国防科技大学联合研制的系统开发平台PAID，并结合广西的气候生态特点及农业专家经验知识，研发了广西甘蔗栽培专家系统，该系统可根据耕作区土壤、气候、品种、管理水平等自然、社会经济因素，为蔗农提供适宜的高产高糖良种和合理的栽培管理技术，进行主要病虫害诊断防治，从而达到高产、高效的目的。
近年来，一批新的技术如以地理信息系统、全球定位系统以及遥感技术为核心的包括多媒体技术、面向对象开发技术和网络技术，为专家系统的构建提供了巨大的技术支撑，使农作物管理走向立体化、空间化和实时化。光纤宽带网络的建设也为开发农业专业系统提供了良好的硬件条件。
3 蔗区农业信息化应用系统需解决的问题
3.1 总体目标
采用先进的“3S”（RS、GIS和GPS）技术和空间数据库技术，以计算机网络为基础，以数据库为核心，建立一个集RS（遥感技术）、GIS（地理信息系统）、GPS（全球定位系统）、MIS（管理信息系统）、ES（智能决策系统）等技术于一体，准确、高效、快速、全面、规范的农务管理系统，形成先进的农务应用平台和应用体系。充分利用GIS的技术特点和优势，使地理信息、蔗区品种种植计划、种植面积监测、测土配方施肥、砍运榨精确调度、农户管理、蔗款结算、运输车辆管理、票证管理、报表汇总、历史数据保存分析等各种信息管理融为一体，实现蔗区农务管理工作全面自动化，为提高进厂甘蔗的成熟度和新鲜度提供有效的措施保障，为决策部门和管理部门提供农务管理与决策支持手段，为广西农垦糖业集团公司和社会提供全方位的农务信息服务，从整体上提高蔗区农务工作的科学化、规范化水平，逐步达到“精准农业”的目标。
3.2 主要研究解决的问题
建立覆盖广西农垦糖业集团公司所辖子公司蔗区范围内的基于地理信息系统的农业专家系统。主要是通过遥感系统（RS）和全球定位系统（GPS）收集土地利用现状、植被分布、甘蔗的生长情况、甘蔗的灾情分布、土壤肥力等多种信息。在GIS平台上建立完善、权威的农业信息库。信息库的内容包括：
（1）基本数据库：人口、动力。指农机总动力合计（KW）、机耕面积、农村基本情况及生产条件、农作物播种面积与产量、农业产值等。
（2）数据库：建立蔗区地图库包括土地等级，地貌，土壤，低产田，洼地及农业经济和农田属性等多方面的内容。
（3）应用遥感技术和人工监测网络对甘蔗的长势与产量、水旱灾害、病虫灾害、农业资源、生态环境等进行监测、速报与预报。
（4）建立一套完善的管理、分析、决策系统。通过这套可以有效地管理具有空间属性的各种农业资源信息，对农业管理和实践模式进行快速和重复的分析测试，便于制定决策、进行科学和政策的标准评价；有效地对多时期的农业资源及生产活动变化进行动态监测和分析比较；可将数据收集、空间分析和决策过程综合为一个共同的信息流，明显地提高工作效率和经济效益。
（5）建立“精确农业”示范田：“精确农业”是未来农业发展的趋势，是21世纪的农业领先技术，也是农业可持续发展的重要途径。
（6）具有严密的安全保密措施。充分应用身份识别与验证、访问权限控制等。根据用户的不同身份严格区分其权限。
3.3 实现的关键技术
如何在农业信息采集、处理过程中实现RS、GIS和GPS的有机结合是基于“3S”技术应用所需要解决的关键问题。具体分析，这种结合包括满足本课题所需的3S技术功能的自适应融合和多源结构、空间与非空间数据以及基础空间数据与专题数据的一体化数据管理，即功能融合和数据融合两个方面。
在系统开发中，我们采用海量空间数据的无缝管理技术和数据库联动技术，利用空间数据管理引擎，解决数据融合问题。在专业子系统设计中则突出功能融合的思想。利用GPS对采集的农田信息进行空间定位；利用RS获取农田作物生长环境、生长状况和空间变异的大量时空变化信息；利用GIS系统建立农田土地管理、自然条件（土壤、地形、地貌、水分等条件）、作物产量的空间分布等空间数据库，实现作物苗情、病虫害、墒情等发展趋势的动态监测和模拟分析，为分析农田的自然条件、资源有效利用状况、甘蔗产量评估及时空差异性因素提供专业分析模型，并为实施蔗区农业管理提供决策支持。
4 基于地理信息系统的蔗区农业信息化应用框架
基于地理信息系统的蔗区农业信息化应用系统由三部分组成：农业信息采集系统、专家支持系统和生产管理系统。系统数据流程如图1：
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图1 专家系统数据流程图
土壤理化信息：本项目需要自动测量的土壤理化信息有四个方面的内容：土壤水分含量、土壤有机质和有效氮、磷、钾养分含量。通过在示范区内的适当地点埋设中子水分测定仪来确定土壤水分，通过定期取样的方式，在控制室内通过全自动定氮仪来确定土壤中氮元素含量，通过原子分光光度仪测量磷、钾含量。所有仪器均配备与计算机相连的接口，可以直接将测量结果输入数据库中。
生物信息：生物信息主要是指对甘蔗生长产生影响的病虫鼠发生和对甘蔗的为害情况。
小区气象信息：通过建设小区微气象自动观测站，实时监视小区气候变化情况。监测的主要内容有：降水、蒸发、辐射、温度、湿度、风向、风力等，特别是对甘蔗生长、生产有直接危害霜冻、干旱、水涝等情况。
甘蔗生长信息：种植甘蔗的品种、下种期及在不同水分、肥力及气象条件下的单位面积产量、总产量和成熟情况，由人工录入。
地理信息系统作为整套系统的操作平台，提供对空间信息和属性信息的管理、查询和分析功能。
针对蔗区内甘蔗的品种，开发相应的作物专家系统。其主要作用是根据农田信息采集系统和蔗区地理信息系统提供的相关信息，为甘蔗生产管理过程的若干环节作出科学决策。包括滴灌、施肥及甘蔗砍运精确调度三个子系统。
滴灌控制系统根据专家系统提供的信息通过可控管道系统供水，使灌溉水成滴状，均匀滴出、定时、定量浸润甘蔗根系发育区域，使主要根系区的土壤始终保持疏松和最佳含水状态。
测土施肥系统根据专家系统所提供的信息，在地理信息系统平台上实时显示不同地块土壤中氮、磷、钾的含量及状态（过量、适中、不足）。
甘蔗砍运精确调度系统则是根据专家系统提供的信息负责甘蔗砍运榨精确调度、农户管理、蔗款结算、运输车辆管理、票证管理、报表汇总等一系列管理功能。
5 结语
基于地理信息系统的蔗区农业信息化应用的技术关键是“3S”集成技术。采用海量空间数据无缝管理技术和数据库联动技术，利用空间数据管理引擎解决数据融合问题，在专业子系统设计中则突出功能融合的思想即可较好地解决集成问题。
参考文献
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