精准养分分管理精准农业业中几种种关键设设备的原原理与应应用张 宁，白白由路，姜姜 城（中国农农业科学学院土壤壤肥料研研究所，北北京 11000081） 精确确农业（PPreccisiion Agrricuultuure）的的含义就就是按照照田间每每一操作作单元的的具体条条件，精精细准确确地调整整各项土土壤和作作物管理理措施，最最大限度度地优化化各项农农业投入入，以获获取最高高产量和和最大经经济效益益，同时时保护农农业生态态环境，保保护土地地等农业业自然资资源精精确农业业是现有有农业生生产措施施与新近近发展的的高新技技术的有有机结合合[1]]目前前精准农农业主要要从两个个方面进进行，一一是基于于地理信信息系统统（GIIS）、全全球卫星星定位系系统（GGPS）、遥遥感技术术（RSS）和计计算机自自动控制制系统的的精准农农业，也也就是所所谓的基基于“33S”的的精准农农业；二二是基于于传感器器技术的的精准农农业[22~3]]目前前，基于于管理的的对象不不同，采采用的技技术基础础各异但但无论其其基于的的技术如如何，最最终实现现的是对对农业措措施的变变量控制制本文文就目前前精准农农业中常常用的几几种关键键设备作作以简单单介绍，旨旨在为普普及和应应用精准准农业技技术服务务。
1 实实时和后后差分式式全球定定位系统统 全全球卫星星定位系系统（GGlobbal Possitiioniing Sysstemm）精准准农业的的关键设设备之一一，为了了提高其其定位精精度，目目前常采采用差分分式全球球卫星定定位系统统（Diiffeerenntiaal GGlobbal Possitiioniing Sysstemm），简简称DGGPS美美国Trrimbble 公司生生产的AAgGPPS1332农用用全球定定位系统统，包括括有接收收天线与与接收机机组成（图图1），天天线可以以安上立立柱插在在背包上上，由人人背着流流动也也可以安安装在磁磁铁座上上吸在汽汽车或拖拖拉机顶顶上在在基准点点使用时时，可安安装在三三脚架上上，天线线的作用用是让接接收机实实时收到到多颗卫卫星的信信号不不采用差差分定位位时，测测定误差差一般在在10米米以上，对对精确定定位来讲讲精度是是不够的的差分分式全球球定位系系统的精精度的可可达到厘厘米级，农农用的也也达到亚亚米级精精度其其原理是是基于干干扰信号号同步发发射原则则，由两两台GPPS接收收机同时时工作，一一台安置置在已知知坐标的的基准站站上，另另一台用用于未知知坐标点点的定位位。
基准准站收到到卫星定定位信号号后，经经与已知知坐标校校正，得得到干扰扰信号，并并通过发发射电台台，送至至移动站站，移动动站在收收到卫星星定位信信号的同同时，也也需收到到基准站站的干优优信号，经经差分校校正就可可以得到到准确的的大地坐坐标所所以，与与AgGGPS1132全全球卫星星定位系系统相配配套的有有RFMM96SS信号发发射台和和RFMM96WW信号接接收器（图图1） (图：图图1 TTrimmblee Agg1322型差分分式GPPS接收收机及RRFM996S信信号发射射台RFFM966W信号号接收器器) 上述述系统的的差分校校正与卫卫星信号号接收基基本上是是同步的的，因此此称实时时差分全全球卫星星定位系系统与与此对应应的是后后差分式式全球卫卫星定位位系统，图图2是一一台MAAGELLLANN公司生生产的PProMMARKK X--CM型型后差分分式GPPS接收收机，后后差分式式GPSS接收机机与实时时差分式式GPSS接收机机的工作作原理相相似，但但基准站站与移动动站之间间不需要要配备信信号传输输系统，只只要求同同步接收收卫星信信号移移动站上上测到的的结果是是未经差差分校正正的，要要取得精精准的定定位数据据，必须须要在测测定结束束后将两两台GPPS接收收机的测测定结果果输入计计算机，经经处理后后可得到到经差分分校正后后的精确确结果。
所所以，称称后差分分式全球球卫星定定位系统统 (图：图图2 PProMMARKK X--CM型型 GPPS接收收机) 与田田间作物物实时计计产器和和变量施施肥机同同时工作作的必须须是实时时差分GGPS系系统，而而后差分分式GPPS系统统适用于于土壤采采样及田田间调查查由于于后差分分式GPPS系统统不需要要配备信信号发射射台和信信号接收收机，因因而比较较轻便，价价格也比比实时差差分式GGPS系系统低廉廉 2 机载式式自动取取土钻 详细细的土壤壤信息是是开展精精准农业业工作的的重要基基础过过去田间间取土样样是依靠靠人工用用取土钻钻取土在在大范围围内取样样时，单单纯的人人工手段段已无法法适应，这这里介绍绍的是两两种机载载式自动动取土器器 24003型自自动取土土器可安安装在农农用拖拉拉机上，见见图3取取土器安安装在拖拖拉机后后部的支支架上，由由拖拉机机的液压压输出系系统控制制取土器器的取土土操作取取土的深深度可以以调整为为20ccm到60ccm，钻钻头下达达到预定定深度即即将土样样在提升升时自动动刮入取取土槽内内，可以以跟据需需要取一一次即将将取土槽槽内的土土样倒入入土样袋袋内，也也可以取取若干次次后将混混合土样样倒入土土样袋内内。
配合合GPSS系统的的使用，每每次取土土点的坐坐标位置置都同时时记载，取取土结束束后即可可应用GGIS软软件做出出取样点点的分布布图 (图：图图3 安安装于拖拖拉机上上的24403型型取土器器) 24400型型取土钻钻是安装装在我国国常用的的农用汽汽车上，俗俗称“皮皮卡车”该该类车有有后斗，平平时 取取土钻架架在后斗斗上，工工作时立立在车的的一侧见见照片((图4))工作作情况与与安装在在拖拉机机上的一一样，区区别是用用汽车的的电源驱驱动液压压泵来控控制取土土钻的操操作 (图：图图4 安安装于皮皮卡车上上的24401型型取土器器) 3 安装于于谷物联联合收割割机上的的产量自自动记录录设备 了解解地块内内产量的的变异是是实施精精准农业业的一项项内容，地地块的产产量图是是今后生生产决策策的一项项重要依依据安安装于作作物联合合收割机机上的产产量自动动记录设设备是根根据联合合收割机机的不同同、计产产对象的的区别选选择不同同的设备备组合而而成，这这里介绍绍的是小小麦产量量自动记记录设备备 TNggs1000 计计产器由由美国MMICRRO-TTRAKK公司生生产，包包括数据据控制器器（Grrainn-Trrak）和和中央处处理器（GGraiin SSenssor Inpput Moddulee）二部部分（见见图5）。
另另外还需需要数据据采集器器（Daata--Traak）、产产量测定定设备 、全球球定位（GGPS）设设备、距距离测定定设备、联联合收割割机收割割台起落落的感应应设备、水水分测定定设备等等等与之之配合使使用 (图：图图5 数数据控制制器与中中央处理理器) 数据据控制器器上有显显示屏和和一系列列开关和和按钮，通通过它进进行各连连接设备备的标定定，工作作时显示示屏上显显示出来来自中央央处理器器反映各各项工作作状态的的参数中中央处理理器上有有一系列列插座，产产量测定定设备 、全球球定位、距距离测定定设备、联联合收割割机收割割头起落落的感应应设备、水水分测定定设备等等得到的的信息都都集中到到这里，处处理后传传送到数数据控制制器 数据据采集器器是一台台存贮卡卡驱动器器（Meemorry CCardd Drriveer），存存贮卡插插在上面面就可以以记载工工作中的的信息，工工作结束束后取下下存贮卡卡插到笔笔记本计计算机上上即可将将信息保保留在计计算机内内，并形形成地块块的产量量图（图图6） (图：图图6 数数据采集集器) 产量量测定设设备是整整套设备备的关键键，MIICROO-TRRAK公公司生产产有适合合于特定定型号联联合收割割机上用用的测产产探头，我我们采用用的是一一种通用用性的测测产探头头，型号号是CGGS 1100 Floow SSenssor Kitt。
安装装于联合合收割机机谷物提提升斗的的顶端，感感应器（SSenssor Floow）接接触到麦麦子的流流动(图图7)，然然后将麦麦流量信信息传到到中央处处理器 (图：图图7 测测产探头头) 全球球定位系系统采用用具有实实时差分分功能的的AgGGPS 1322全球卫卫星定位位系统，通通过它取取得联合合收割机机的实时时位置信信息，TTNgss1000 型作作物实计计产器与与该设备备有可以以很好的的连接 距离测定设备，用的是磁速度感应（Magnetic Speed Sensor Kit）设备，将磁性材料固定在联合收割机的轮轴上，随着轴的转动每一圈都给探头一次信号，量一下轮胎的直径就得到每一圈联合收割机前进的距离，乘上割幅即得知当前收割的面积 联合收割机割台起落的感应设备是一个装在收割头起落架上的磁性开关，一旦联合收割机停止工作，割台抬起时，由该传感器获得信息，使产量信息记载停止 水分测定设备（DMC Moisture Sensor Kit）是一个可选的部件，安装在谷物流通过的地方，设备感应出水分的含量通过中央处理器对产量进行校正图8是装有全套产量自动记录设备的联合收割机工作图片。
(图：图图8 差差公式全全球卫星星定位系系统与田田间实时时计产器器联用的的情况)) 4 变量施施肥的实实施设备备 精精准农业业的本质质就是根根据收集集到的土土壤作物物空间变变异信息息，在生生产中针针对地块块的具体体情况确确定出相相应的农农业措施施由于于地块的的空间变变异性，因因此一些些耕作措措施也必必须能在在操作的的过程中中做出相相应的变变化需需要变化化的耕作作措施内内容是很很多，主主要包括括灌溉、农农药的施施用、除除草剂、播播种、施施肥等等等，其中中变量施施肥是一一项重要要的措施施精准准农业的的实施可可以说是是一项复复杂的工工程，前前期大量量工作结结果将集集中要一一张操作作指挥系系统图上上，图上上提出地地块中不不同地点点相应农农艺措施施的要求求，而实实施措施施的变化化就需要要有能记记载这张张操作指指挥系统统图的计计算机、需需要有相相应的设设备能知知道当前前机具所所在地块块上的位位置、又又能从操操作指挥挥系统图图上读取取得当前前对农事事措施的的要求，然然后按照照要求命命令机具具去执行行 国外已已有适于于精准播播种和施施肥的机机具，图图9是一一台在精精密播种种的同时时可以实实现两种种固体肥肥料变量量施用的的机具。
(图：图图9 美美国Coonseervaa Paak公司司的1229A型型精密播播种施肥肥机) 实现现变量施施肥使用用的设备备是根据据现有设设备组装装起来的的地块块图的绘绘制、土土样的采采取和测测定、根根据土样样测试结结果确定定施肥量量的变化化、最后后形成的的操作指指挥系统统图等等等前期工工作都是是在台式式计算机机或笔记记本计算算机上完完成 但是是笔记本本计算机机经不起起在野外外风沙的的侵蚀和和拖拉机机上的颠颠簸，因因此选用用美国TTrimmblee公司生生产的AAgGPPS 1170计计算机（图图10）该该计算机机属于全全封闭防防砂防水水型，经经得起颠颠簸，可可以导入入已做好好的地块块图，可可以接收收AgGGPS 1322型GPPS提供供的信号号，也可可以配合合导航设设备（AAgGPPS PParaalleel SSwacchinng），引引导拖拉拉机按地地块图上上设定的的行驶路路线运行行，还能能够根据据GPSS提供的的当前位位置读取取操作指指挥系统统图上当当前应采采用的农农事措施施信息，如如施用多多少肥料料的信息息等 (图：图图10 Ag1170型型田间计计算机)) 在施施肥方面面，采用用AGTTRONN 公司司提供的的气流播播种机控控制模块块GR--99和和液压控控制系统统。
GRR-999的外型型见图111，由由控制台台和开关关盒组成成 (图：图图11 控制模模块GRR-999) GRR-999模块具具有综合合控制各各种农事事作业的的功能，它它能链接接许多类类型的模模块，其其中包括括GPSS模块和和阀门驱驱动电子子模块GGPS模模块接收收当前位位置信息息，AggGPSS 1770计算算机可读读出当前前位置应应该施用用多少肥肥料的信信息而而阀门驱驱动电子子模块提提供控制制液压马马达变化化以控制制肥料施施用量 施用多少肥料的信息的执行，采用AGTRON 公司提供的TASC 6100液压控制系统基本原理见图12 (图：图图12 液压控控制系统统基本原原则) 该系系统的工工作原理理是：控控制台根根据GPPS信号号和施肥肥量信号号控制阀阀门驱动动电子模模块，模模块将信信号传到到液压控控制阀改改变液压压的压力力大小，液液压的大大小变化化改变液液压马达达的转速速，转速速的改变变通过链链轨改变变转动轴轴的转速速，转速速变动施施肥量也也就得到到控制 主要参考文献 [1] 金继运. “精准农业”及其在我国的应用前景. 植物营养与肥料学报, 1998, 4(1): 1~7. [2] Sidney Cox. Information technology: The Global Key to Precision Agriculture and Sustainability. Proceedings of international conference on engineering and technological sciences 2000. Beijing: New World Press , 2000:15~23. [3] Naiqian Zhang, Maohua Wang,Ning Wang. Proceedings of international conference on engineering and technological sciences 2000. Beijing: New World Press , 2000:121~132.。