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精準農業DGPS土壤取樣應用研究收藏
精準農業DGPS土壤取樣應用研究
莊衛東
黑龍江八一農墾大學精準農業技術研究中心
2002年11月
現在測土施肥是通過在田間隨機多點取土樣，然后混合，作為整塊地的土樣，再進行化驗分析，決定肥料施用量，這樣使整塊地只能應用一個施肥量。隨著精準農業技術的發展，利用DGPS技術、地理信息系統（GIS）、測試技術、自動控制技術等，可在田間實時地改變施肥量，只在田間某一需要肥料的地方施用。通過DGPS在田間定點取樣，能夠做到監測土壤成分和性質分布，做到合理施肥，節約費用、降低成本，達到增加產量、提高效益的目的。2002年10月底，利用DGPS定位，黑龍江八一農墾大學精準農業技術研究中心在黑龍江省友誼農場五分場二隊2號地進行了土壤取樣工作。
1 DGPS系統簡介
GPS (Global Positioning System, 全球定位系統)是美國的第二代衛星導航系統。GPS的空間部分使用24顆衛星組成衛星星座，每天24小時為全球陸、海、空用戶全天侯提供三維位置、速度和時間。DGPS(Differential GPS)是差分GPS，DGPS是在正常的GPS外附加(差分)改正信號，此改正信號改善了GPS的精度。GPS的定位誤差一般在15m，而DGPS的定位誤差是米級的，即定位誤差在1m以內，這種精度完全能保證農業生產中的定位需求。采集視野內所有GPS導航信號，加上來自附近的差分GPS站的改正數。DGPS接收機由兩部分組成：有差分改正數輸入口的GPS接收機和無線電信號接收機。DGPS接收機可按用戶的需要顯示位置、速度和時間等。
黑龍江省農墾總局友誼農場五分場二隊精準農業技術示范項目點，采用地面差分糾偏站方式，這樣一次性投資建站，后期運行成本比較低。地面GPS差分糾偏站設備包括MS750型雙頻接收機，GPS天線、35瓦PCC數傳電臺等組成，實際測試結果，數傳電臺作用距離為30公里，完全可以滿足精準農業試驗需要。DGPS接收機為用于接收衛星信號的手持式Ag132型GPS接收機和用于接收差分信號的PCC無線電信號接收機，接收機端口設置為RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services，航海無線電技術委員會)格式，即差分信號格式，波特率為9600。
2 DGPS取樣定位坐標選擇與處理
項目點的聯合收割機和變量播種機的GPS接收機與Ag132型GPS接收機接收的都是WGS-84（World Geodetic System-1984，1984年世界大地坐標系）坐標，所以采樣定位坐標采用WGS-84坐標系統，不需要進行坐標系統變換。定位方式是采用GPS絕對定位，利用一臺接收機觀測衛星，獨立地確定出自身在WGS-84坐標系的絕對位置，這一位置在WGS-84坐標系中是****的，要實現單點絕對定位必須同時能觀測到4個衛星，這樣能確定3維坐標：緯度、經度、高度。機器在田間作業時的定位坐標可只應用2維坐標：緯度/經度(Lat/Long)。數據處理中經緯度的表示方式為“ddd.dddddd*”(其中“*”代表“度”)，Ag132型GPS接收機經緯度的顯示方式為“ddd* mm.mmmmm’”(其中“’”代表“分”)。取樣找點前需要把坐標值從“度”的形式轉為“度分”的形式。把度的小數部分乘60變為分的形式。如東經131.867822度變為東經131度52.06932分。這樣根據手持式GPS顯示的坐標來確定取樣點。
3 取樣地塊的坐標
利用裝有DGPS接受機的機車，沿2號地的邊緣行走，在存儲卡中記錄下地塊的邊緣坐標，手工記錄下地塊的4個頂點的坐標，以利于比較和計算使用。
C B
D A
圖1 2號地示意圖
|
A點：
北緯 Lat 46.700323
東經 Long 131.867822
高 Alt 80 m |
B點：
北緯 Lat 46.712652
東經 Long 131.880116
高 Alt 78 m |
|
C點：
北緯 Lat 46.713915
東經 Long 131.868972
高 Alt 77 m |
D點：
北緯 Lat 46.701680
東經 Long 131.856575
高 Alt 79 m |
A-B長：1668米 A-D長：875米 面積：130公頃
4 取樣點確定
土壤取樣有格子取樣和土壤類型取樣兩種方法。由于格子取樣方便、容易操作，利于后續作業的進行，所以采用格子取樣法。格子取樣是把田地分為多個方形或矩形的田塊，對每個格子進行分別取樣。
4.1 格子面積的確定
每個單元格的面積大小應適宜。一方面，面積太大，使單元格的面積接近整個地塊的面積，會失去變量施肥的意義；另一方面，面積太小，使單元格的數量劇增，超出變量播種機的變量范圍，造成浪費。應根據地塊的大小、形狀，變量作業機組的作業速度、工作幅寬、變量響應速度，每個變量處方圖單元格的容量等綜合因素考慮確定單元格的面積。一般一塊地的單元格數應小于200個，每個單元格的面積應大于0.2 hm2。2號地的面積為130 hm2，為平行四邊形，擬采用大型變量播種機進行作業，作業速度為（7～10）km/h，工作幅寬為15m，確定每個單元格的面積為1.4 hm2。為了進行更精細的變量應用試驗研究，把一些單元格分成了4個小格。根據地塊的坐標，利用美國凱斯公司的精準農業系統AFS (Advanced Farming Systems，先進農業系統)，繪出取樣網格圖，見圖2。
圖2 2號地取樣網格圖
4.2 格子的編號
對要取樣的網格進行編號，用于記錄。編號的原則是要利于田間行走找點和取樣，格子的編號與格子的土壤土樣編號應一致。
4.3 取樣格中心坐標確定
利用單元格對角的經緯度坐標確定其中心坐標，即分別求其單元格對角經度和緯度的平均值，得到中心坐標。相臨的單元格中心坐標緯度相差0.0010797度，經度相差0.0015253度，相距118.3m。把需取樣格中心坐標按編號整理成表備用。
5 田間定點
使用DGPS接收機，按照編號及坐標，在田間逐一找到取樣格中心，在格子中心周圍（3～10）m范圍內取10個土樣進行混合作為此格的土樣，做好標記，用于土壤化驗分析。
此次土壤取樣，共取了101個土樣，其中2號地取了99個土樣用于變量施肥，3號地取了2個土樣用于比較分析。總之，利用DGPS進行田間定點土壤取樣，進行土壤養分分析是精準農業的一個基礎環節，需要認真進行。如使用土壤采樣車或掌上電腦，配合相關軟件，將會使定點取樣更易進行。
發表于 @ 2008年06月25日 19:47:00 |點擊數（）
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