芻議現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展中測控技術的重要性

江強 長江大學電子信息學院

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芻議現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展中測控技術的重要性

江強 長江大學電子信息學院

摘 要：隨著測控技術的不斷發(fā)展，其在各個領域的作用已經(jīng)日益凸顯。發(fā)揮”信息采集技術”、”近程通訊技術”、”信息遠程傳輸技術智能測控技術”的優(yōu)點，結合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息，研究與開發(fā)了農(nóng)作物生產(chǎn)智能測控系統(tǒng)，并開發(fā)了關于測控農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一系列產(chǎn)品、體系，將其應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中將調(diào)高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，以促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化及現(xiàn)代化的發(fā)展。

關鍵詞：測控技術 現(xiàn)代農(nóng)業(yè) 重要性

隨著信息和網(wǎng)絡技術突飛猛進，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展面臨著新的機遇和挑戰(zhàn)，新概念和技術不斷涌現(xiàn)，伴隨著3G-4G、IPv6、M2M、云計算、智能塵埃等技術的快速發(fā)展，為全方位的農(nóng)業(yè)感知、農(nóng)業(yè)管理、決策智能提供了發(fā)展機遇，為研發(fā)成本低、實用性強的農(nóng)作物生產(chǎn)智能測控產(chǎn)品提供了廣闊的發(fā)展空間。我國農(nóng)業(yè)和農(nóng)村信息化的發(fā)展已進入到將信息技術與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結合以實現(xiàn)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的目標。在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)方面，我國與發(fā)達國家相比仍保持著較大差距，而且適用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息服務產(chǎn)品匱乏，并缺乏簡單且經(jīng)濟的農(nóng)業(yè)信息化技術產(chǎn)品。在基于信息的智能設備方面，核心技術設備價格偏高，農(nóng)民難以承擔，且不適合我國小規(guī)?；慕?jīng)營，難以實現(xiàn)大面積應用。

一、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)系統(tǒng)分析

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境是一個復合式開放型的生態(tài)系統(tǒng)，包括土壤、肥料、水分、溫度等因素，對農(nóng)田生產(chǎn)中的環(huán)境數(shù)據(jù)進行迅速、準確地收集、傳輸、控制，對相關因素進行系統(tǒng)性地分析，有利于對農(nóng)作物生產(chǎn)進行科學化管理。基于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能測控系統(tǒng)，是信息的采集、近程通訊的使用、信息遠程傳輸、信息智能分析與測控技術，結合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術信息，研究完成了智能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)測控系統(tǒng)，開發(fā)了一系列農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測、葉綠素分析、無線傳輸?shù)鹊统杀尽嵱眯偷漠a(chǎn)品。該系統(tǒng)的應用與推廣將有效提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的技術管理水平，促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化及現(xiàn)代化的發(fā)展。

二、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)測控系統(tǒng)設計

分析物聯(lián)網(wǎng)功能特點及現(xiàn)代農(nóng)作物特征，設計基于測控網(wǎng)絡的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)流程。系統(tǒng)開發(fā)緊緊圍繞測控網(wǎng)絡“感知全面化、傳送可靠化、處理智能化”三項功能的實現(xiàn)，為智能澆灌、儀器導航、自動控制、及時溯源的實現(xiàn)打下研究基礎。

基于測控網(wǎng)絡的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能系統(tǒng)，智能監(jiān)控系統(tǒng)的框架結構一般可分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和智能信息處理這3個子系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)的功能如下：（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)――可采用DCS與數(shù)據(jù)庫結合的方案，主要任務是數(shù)據(jù)采集和存儲；（2）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)――主要通過數(shù)據(jù)分析，從大量初始數(shù)據(jù)中提煉出有價值的狀態(tài)信息；（3）智能信息系統(tǒng)――利用智能特征提取、知識處理和決策支持。

三、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)測控信息采集終端

“智能測控”的核心是感知，感知包括傳感器信號的采集、集中智能化、組網(wǎng)智能化和服務信息化。生產(chǎn)信息采集終端主要完成農(nóng)業(yè)信息采集與預處理，并通過網(wǎng)絡將信息傳輸給智能測控系統(tǒng)。采集終端還帶有精確計時的時鐘及GPS可準確標定采集信息的時間、地點等信息。

測控系統(tǒng)體系應能同時執(zhí)行多個任務，增強工作效率；強化網(wǎng)絡能力，便于信息的交流，使處理信息高速化；發(fā)展集成化軟件，使用開放性的標準接口，將測控系統(tǒng)的各個組成部分完美的結合在一起；增強安全技術，例如冗余技術、容錯技術、熱插拔技術、數(shù)據(jù)信息加密技術等，來保證信息的安全。

四、測控技術智能信息處理過程

（一）知識發(fā)現(xiàn)。在智能信息處理系統(tǒng)中，典型的信息加工實質(zhì)就是知識發(fā)現(xiàn)（KDD）的過程。其中，趨勢分析、特征提取和數(shù)據(jù)開采（DM）是關鍵技術。據(jù)此可以說智能信息處理的核心是KDD，而實現(xiàn)KDD的關鍵是DM。

（二）動態(tài)數(shù)據(jù)的趨勢分析方法。（1）方法選擇。在現(xiàn)代過程監(jiān)控中，由于過程變量的動態(tài)趨勢能夠很好地反映出技術過程的歷史與現(xiàn)在的工作狀態(tài)，并且能對動態(tài)過程未來可能的變化進行有效地評估和預測，因此，以動態(tài)趨勢形式存儲的歷史數(shù)據(jù)要比實時數(shù)據(jù)更為重要和富有價值。這樣，動態(tài)數(shù)據(jù)的趨勢分析方法已成為現(xiàn)代信息處理的重要內(nèi)容，也為智能信息處理提供了重要的數(shù)據(jù)基礎。

（2） 趨勢分析。在傳統(tǒng)趨勢分析方法中，進行動態(tài)過程的趨勢分析一般需要分為：系統(tǒng)建模、參數(shù)辨識和外推預測。然而，對于一個不確定的非線性動態(tài)過程，若采用傳統(tǒng)方法，從模型結構的選擇到參數(shù)辨識，要大量的數(shù)據(jù)分析和計算，難以實現(xiàn)實時趨勢分析由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ANN）具有通過學習逼近任意非線性映射的能力，將ANN引入系統(tǒng)建模與辨識，并應用于動態(tài)過程的趨勢分析是一種新的選擇和努力方向。

（三）遠程測控技術。遠程測控技術在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)相關測控技術中有著不可取代的地位，無線通信、電話網(wǎng)以及專線的遠程測控是其主要的組成部分。同時遠程測控技術廣泛應用于作物檢測、天氣監(jiān)測、養(yǎng)料輸送等方面。對于地理環(huán)境復雜、區(qū)域內(nèi)不易布線、距離遠和用戶密集不夠的區(qū)域還可以通過無線通信技術進行遠程控制與測量。

五、結語

綜上所述，計算機集成技術、網(wǎng)絡集成技術、信息集成技術和智能集成技術已成為當前過程監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的主流。其中，展望未來，智能監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展目標是：在現(xiàn)有的過程自動監(jiān)測系統(tǒng)的基礎上，建立以診斷知識為基礎，集成智能的自動故障檢測和診斷、智能信息集成系統(tǒng)的預測函數(shù)并通過計算機網(wǎng)絡集成，將目前相互獨立的系統(tǒng)集成為一個管理統(tǒng)一化、監(jiān)測集中化、決策智能化和控制分散化的綜合型智能測控管理系統(tǒng)，以提升系統(tǒng)的可靠性和安全性。同時，在蔬菜農(nóng)業(yè)設施環(huán)境進行定點試驗，目前技術和功能均沒問題，為進一步進行批量產(chǎn)品的開發(fā)，降低成本，推向市場奠定了堅實的基礎。

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