在“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”技術(shù)體系中，GIS的應(yīng)用開發(fā)是實(shí)施“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”實(shí)踐的關(guān)鍵技術(shù)之一，將三維GIS與作物輔助決策系統(tǒng)相結(jié)合，通過作物生產(chǎn)管理與長勢預(yù)測模擬模型、投入產(chǎn)出分析模擬模型和智能化農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)，根據(jù)產(chǎn)量的空間差異性，形成的田間作物管理處方圖，為農(nóng)業(yè)工作者分析決策、提出科學(xué)處方，指導(dǎo)科學(xué)提供支持。
1研究區(qū)域和研究方法
實(shí)驗(yàn)選擇農(nóng)安縣合隆鎮(zhèn)，農(nóng)安縣地處松遼平原，是吉林省重要的商品糧基地之一。系統(tǒng)采用GPS、無線傳感器對(duì)試驗(yàn)區(qū)域土壤墑情數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，在該數(shù)據(jù)集基礎(chǔ)上構(gòu)建空間數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫、三維數(shù)據(jù)庫和圖形圖像庫。在數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上進(jìn)行空間查詢和空間插值等操作，并建立三維模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。
1.1數(shù)據(jù)采集與知識(shí)獲取
搜集地形地勢、采樣點(diǎn)等空間數(shù)據(jù)，運(yùn)用GIS繪制采樣網(wǎng)格圖，采集土壤養(yǎng)分等屬性數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫;通過無線傳感器搜集土壤水分、土壤溫度等土壤墑情數(shù)據(jù)，建立動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫;基于人工智能技術(shù)，建立玉米精準(zhǔn)施肥模型庫;建立玉米生長階段，田間長勢、精準(zhǔn)作業(yè)過程的圖像與視頻庫。
1.2三維GIS模型的構(gòu)建與場景模擬
利用ZTMAPGIS和3DsMax，構(gòu)建土壤墑情監(jiān)測三維GIS模型，根據(jù)土壤墑情可視化場景需求，將土壤墑情監(jiān)測模擬仿真系統(tǒng)劃分為地形表面、地下立體空間2個(gè)層次進(jìn)行構(gòu)建與描述:
（1）構(gòu)建地形表面層次的數(shù)字模型。運(yùn)用數(shù)字高程模型表面建模技術(shù)，通過點(diǎn)、三角形和格網(wǎng)的三種表面建模方法，面向完整的土壤地表空間信息，對(duì)地形地勢等地形表面層次建立數(shù)字高程模型，確保精準(zhǔn)作業(yè)核心區(qū)域地形表面空間層次上合理的空間劃分與區(qū)域識(shí)別;
（2）構(gòu)建地上地下立體層次的三維空間模型。基于土壤墑情和地力等級(jí)分布立體層次描述的三維空間，解決三維空間對(duì)象在二維抽象表示中產(chǎn)生的地上下交疊問題，滿足土壤墑情和地力等級(jí)三維空間層面對(duì)象的精確表達(dá)與分析需求。
2研制基于三維GIS的土壤墑情監(jiān)測模擬仿真系統(tǒng)
本系統(tǒng)模塊分為:三維模型查詢模塊、動(dòng)態(tài)場景模擬模塊、動(dòng)態(tài)監(jiān)測模塊和空間信息管理模塊等功能，以動(dòng)態(tài)模擬和動(dòng)態(tài)監(jiān)測模塊為例闡述本系統(tǒng)功能。
2.1動(dòng)態(tài)場景生成
利用ZTMAPGIS，結(jié)合3DsMax，構(gòu)建實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)區(qū)三維虛擬場景，從而實(shí)現(xiàn)土壤墑情模擬場景三維可視化，此過程具有很高的可重用性，提高了場景的靈活性。整個(gè)過程包括地形生成、地物導(dǎo)人和場景效果設(shè)定。
構(gòu)建二維圖層是三維虛擬場景的基礎(chǔ)，本系統(tǒng)生成地形模型主要是指地上地下模型的構(gòu)建，對(duì)農(nóng)安邊界以及地力等級(jí)的分界進(jìn)行繪制。導(dǎo)入繪制好的二維分布圖文件，通過矢量圖層的對(duì)地下模型進(jìn)行模擬，建立農(nóng)安縣地力等級(jí)和地下垂直分布三維模型圖。
2.2動(dòng)態(tài)監(jiān)測模塊
選擇農(nóng)安縣合隆鎮(zhèn)玉米精準(zhǔn)作業(yè)核心示范區(qū)不同深度(0一20cm, 20-40cm, 40-60cm, 60-80cm)土壤墑情動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立土壤墑情動(dòng)態(tài)監(jiān)測模塊。
2.2.1土鑲水分溫度垂分布分析
四層地下模型的土壤水分、土壤溫度動(dòng)態(tài)監(jiān)測結(jié)果可知:土壤水分含量隨著土壤深度的增加而增加;不同時(shí)間土壤水分含量的變化不一樣;不同深度土壤水分的變化趨勢相同;土壤溫度含量隨著土壤深度的增加而減少;不同時(shí)間土壤溫度的變化不一樣;不同深度土壤水分的變化趨勢基本相同。
2.2.2去米生長期土鑲水分溫度分布分析
根據(jù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測的四個(gè)層次的土壤水分、土壤溫度數(shù)據(jù)可知:在生長時(shí)期，土壤溫度的變化不大，而土壤水分變化較明顯;土壤水分在六月末含量最低，在七月四日左右含量最多;土壤溫度在六月十日左右最低，在七月十日左右溫度最高。
3結(jié)論
（1）本研究通過三維GIS實(shí)現(xiàn)了用戶與系統(tǒng)交互方式由傳統(tǒng)的二維空間到多維空間的轉(zhuǎn)變，有效發(fā)揮了三維場景逼真性和二維地圖整體性的優(yōu)勢，完美地詮釋了農(nóng)業(yè)空間信息的本質(zhì)。
（2）本系統(tǒng)通過繪制農(nóng)安邊界以及地力等級(jí)的分界，生成該地區(qū)地力等級(jí)和土壤墑情地下垂直分布三維模型圖，利用該三維模型圖直觀反映不同深度土壤墑情動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)。
（3）依據(jù)三維模型建立土壤墑情動(dòng)態(tài)監(jiān)測模塊，為該區(qū)域土壤墑情的分析應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。