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