設(shè)施農(nóng)業(yè)的智能化管理技術(shù)應(yīng)用研究

河南省科學(xué)技術(shù)信息研究院 趙曦陽(yáng) 張桂玲河南省高技術(shù)創(chuàng)業(yè)服務(wù)中心 張保柱

設(shè)施農(nóng)業(yè)的智能化管理技術(shù)應(yīng)用研究

河南省科學(xué)技術(shù)信息研究院 趙曦陽(yáng) 張桂玲
河南省高技術(shù)創(chuàng)業(yè)服務(wù)中心 張保柱

在世界近代農(nóng)業(yè)發(fā)展史上，大致經(jīng)歷了三次技術(shù)革命。第一次是以拖拉機(jī)等農(nóng)機(jī)具為標(biāo)志的農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的廣泛應(yīng)用；第二次是以現(xiàn)代遺傳學(xué)理論、化學(xué)肥料、有機(jī)農(nóng)藥為標(biāo)志的生物和化學(xué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用；第三次是以生物技術(shù)和信息技術(shù)為核心的新技術(shù)革命。如果說以往的農(nóng)業(yè)技術(shù)革命是以單項(xiàng)技術(shù)突破為主，新興的世界性農(nóng)業(yè)新技術(shù)革命則是以生物技術(shù)、信息技術(shù)、新材料技術(shù)、資源可持續(xù)利用技術(shù)等綜合配套技術(shù)為主。新技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的綜合應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)開辟了前所未有的景象，以智能化信息技術(shù)為主的專家系統(tǒng)則是現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)中新技術(shù)的立體呈現(xiàn)。

一、設(shè)施農(nóng)業(yè)概述

設(shè)施農(nóng)業(yè)是指綜合利用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程和機(jī)械技術(shù)、生物技術(shù)和環(huán)境技術(shù)，通過改變溫濕度、光照和水肥等局部環(huán)境條件，為動(dòng)植物的生長(zhǎng)發(fā)育營(yíng)造最適宜環(huán)境條件，從而在一定程度上擺脫農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然環(huán)境的依賴。設(shè)施農(nóng)業(yè)包括兩大類：一類是設(shè)施栽培，主要是園藝植物的設(shè)施栽培，主要設(shè)施有塑料棚、溫室等；另一類是設(shè)施養(yǎng)殖，主要是畜禽、水產(chǎn)品和特種動(dòng)物的設(shè)施養(yǎng)殖，主要設(shè)施有集約化飼養(yǎng)畜禽舍配套設(shè)施設(shè)備等。

二、智能化技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

智能化信息技術(shù)從20世紀(jì)70年代末開始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，發(fā)展速度很快。設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化主要包括設(shè)施工程、環(huán)境調(diào)控以及栽培、養(yǎng)殖技術(shù)等方面的信息化、自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化，其核心內(nèi)容是農(nóng)業(yè)環(huán)境調(diào)控。具體來說，設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境調(diào)控智能化，是指在特定空間內(nèi)用各種感應(yīng)裝置準(zhǔn)確采集各環(huán)境因子（水、光、氣、熱、肥等）以及動(dòng)、植物生長(zhǎng)發(fā)育狀況等具體參數(shù)，并將這些參數(shù)通過數(shù)字轉(zhuǎn)換傳到計(jì)算機(jī)中，利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和智能化處理，然后結(jié)合專家數(shù)據(jù)庫(kù)中作物生長(zhǎng)所需要的最佳條件，由計(jì)算機(jī)智能系統(tǒng)制定出合理化的解決方案，并發(fā)出相關(guān)指令，使有關(guān)系統(tǒng)、裝置及設(shè)備有規(guī)律運(yùn)作，將設(shè)施內(nèi)的各種環(huán)境因子整合到最佳的狀態(tài)，以保證作物生長(zhǎng)發(fā)育和相關(guān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)科學(xué)、有序、規(guī)范、持續(xù)地進(jìn)行。目前，設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境調(diào)控的智能化研究水平已經(jīng)成為世界各國(guó)農(nóng)業(yè)科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志。

1.國(guó)外農(nóng)業(yè)智能化技術(shù)應(yīng)用狀況。20世紀(jì)80年代，美國(guó)的摩托羅拉和雨鳥等多家公司合作研發(fā)的智能中央計(jì)算機(jī)灌溉控制系統(tǒng)，第一次將計(jì)算機(jī)用于溫室的控制和管理。20世紀(jì)90年代，根據(jù)相關(guān)作物的生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)和不同需求，對(duì)設(shè)施內(nèi)的水、光、氣、熱、肥等因素進(jìn)行自動(dòng)化智能調(diào)控的溫室計(jì)算機(jī)控制與管理系統(tǒng)也在美國(guó)研發(fā)成功。該系統(tǒng)可以利用現(xiàn)代化溫差管理技術(shù)對(duì)果蔬、花卉等農(nóng)產(chǎn)品的開花和結(jié)果過程進(jìn)行控制。目前，該系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于美國(guó)的設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。

農(nóng)業(yè)智能化控制和管理技術(shù)在亞洲地區(qū)也同樣得到了極大發(fā)展。日本研制出的遙感溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，將分散的溫度群與計(jì)算機(jī)控制中心聯(lián)結(jié)，實(shí)現(xiàn)了大范圍的溫室自動(dòng)化管理。

2.國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)智能化技術(shù)的應(yīng)用與開發(fā)。從20世紀(jì)70年代末期到80年代，國(guó)內(nèi)先后開發(fā)了蠶育種專家系統(tǒng)、砂漿黑土小麥?zhǔn)┓蕦＜蚁到y(tǒng)。到20世紀(jì)90年代，國(guó)內(nèi)專家系統(tǒng)的研發(fā)取得一定成效，如小麥高產(chǎn)技術(shù)專家系統(tǒng)，水果果形判別人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)，基于規(guī)則和圖形的蘋果、梨病蟲害診斷及防治專家系統(tǒng)，基于作為生長(zhǎng)特征的作物栽培專家系統(tǒng)，基于生長(zhǎng)模型的小麥管理專家系統(tǒng)等。這些農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)充分利用先進(jìn)的信息采集系統(tǒng)，將降雨、日照等氣象信息，土地的土壤類型、肥力等土壤信息，以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)等信息搜集起來，并利用信息分析系統(tǒng)對(duì)它們進(jìn)行綜合分析處理，從而決定耕作的種類、方式；在生產(chǎn)過程中使用具有變量施肥、噴藥功能的農(nóng)用機(jī)械，根據(jù)不同地塊的具體情況進(jìn)行精耕細(xì)作，有效提高了產(chǎn)出、節(jié)約了投入、減少了環(huán)境污染，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)科技成果的應(yīng)用與推廣。

三、關(guān)于我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的幾點(diǎn)思考

目前，我國(guó)農(nóng)業(yè)部門利用新技術(shù)獲取農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)信息的水平較低，難以滿足農(nóng)業(yè)部門與實(shí)際生產(chǎn)者的管理與決策需要。再加上我國(guó)利用衛(wèi)星監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和航空航天技術(shù)搜集氣候、災(zāi)害、面積、單產(chǎn)等信息的工作起步較晚，對(duì)大部分農(nóng)業(yè)信息的搜集仍采取傳統(tǒng)上報(bào)方式，人為因素影響較大，嚴(yán)重影響了信息的準(zhǔn)確性。因此，一方面要借鑒和學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)；另一方面要結(jié)合實(shí)際，根據(jù)我國(guó)的氣候特征和基本國(guó)情，進(jìn)行必要的、科學(xué)的、系統(tǒng)的非重復(fù)性的相關(guān)基礎(chǔ)研究。我國(guó)有關(guān)設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)研究的重點(diǎn)應(yīng)放在選育適合設(shè)施栽培的作物專用品種，研究設(shè)施作物營(yíng)養(yǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)生理及其與環(huán)境關(guān)系的規(guī)律，設(shè)施作物微氣象模擬模型、基于環(huán)境-作物-技術(shù)措施的作物生長(zhǎng)發(fā)育和品質(zhì)模擬模型研究，溫室生產(chǎn)廢料循環(huán)利用和處理新技術(shù)研究，溫室作物病蟲害預(yù)測(cè)預(yù)警和生物防治技術(shù)研究等上。同時(shí)，要從市場(chǎng)需求和實(shí)用性的角度開發(fā)系統(tǒng)，讓系統(tǒng)走向市場(chǎng)，研究不同層次用戶的需求，找出亟待解決的問題，要考慮到主要服務(wù)對(duì)象（廣大農(nóng)戶）的設(shè)備和通訊條件、信息基礎(chǔ)，從實(shí)用的角度為他們?cè)O(shè)計(jì)最合適的體系環(huán)境。

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河南省科技成果轉(zhuǎn)化計(jì)劃項(xiàng)目“溫室娃娃（設(shè)施農(nóng)業(yè)智能便攜式管理儀器）的示范與推廣”研究成果之一（10 2 2 0 1110 0 3 3）。