計(jì)算機(jī)技術(shù)在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

孫玉璟

（高唐縣國(guó)有舊城林場(chǎng)，山東 高唐 252800）

隨著科學(xué)技術(shù)和智能機(jī)械的發(fā)展，傳統(tǒng)的以人工勞作為主的農(nóng)林業(yè)工作模式已不能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)要求，計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)已普遍應(yīng)用到農(nóng)林業(yè)相關(guān)領(lǐng)域，農(nóng)林業(yè)產(chǎn)品的種植、生長(zhǎng)、采摘及加工各個(gè)環(huán)節(jié)都可以通過計(jì)算機(jī)控制的智能機(jī)械完成。以機(jī)器人為代表的智能機(jī)械的技術(shù)包括計(jì)算機(jī)視覺、圖像處理、智能控制、人工智能和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等，通過場(chǎng)景獲取、場(chǎng)景分析、優(yōu)化計(jì)算和智能決策處理等過程幫助人類完成智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。例如，利用GIS技術(shù)進(jìn)行苗圃選地，利用育苗圖像自動(dòng)識(shí)別雜草，利用計(jì)算機(jī)視覺監(jiān)測(cè)病蟲害以及基于計(jì)算機(jī)的農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化管理［1-8］等。

1 GIS技術(shù)智能選地

地形是影響樹木種植和生長(zhǎng)的重要因素之一，對(duì)果樹、林樹等樹木的種植起到關(guān)鍵性作用。由于我國(guó)平原面積比較小，一般樹木種植在地勢(shì)較不平坦的坡地上，坡地的坡度、土質(zhì)、光照和水源是重要的參考因素。果樹必須在光照條件好、水資源豐富、土質(zhì)肥沃的地帶種植，才能提高水果產(chǎn)量，減少病蟲害的發(fā)生，同時(shí)還要考慮交通運(yùn)輸條件，所以苗圃選地是影響果樹經(jīng)營(yíng)效益的一項(xiàng)重要因素。

傳統(tǒng)的地形選擇方式是人工實(shí)地考察，然后在圖紙上繪制地形圖。這種方式工作時(shí)間久、范圍誤差大、危險(xiǎn)系數(shù)大。GIS技術(shù)是通過衛(wèi)星獲取地表遙感圖像，并利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對(duì)遙感圖像的計(jì)算、分析，描述各類地形地貌，結(jié)合光照、水資源等因素，按高程、坡度、坡向等對(duì)可種植區(qū)域進(jìn)行分類，計(jì)算各類地形的可種植面積及適宜種植的林木數(shù)量，制訂科學(xué)合理的種植策略。利用GIS技術(shù)確定地形可減少工作時(shí)間，提高工作效率及精確度，并可以做到對(duì)樹木的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。通過衛(wèi)星獲取圖像，成本較高，通過無人機(jī)低空拍攝遙感圖像，能降低成本、減少氣候影響，且獲取較高分辨率的遙感圖像。

2 雜草檢測(cè)

在苗圃和森林的生長(zhǎng)過程中，雜草的泛濫生長(zhǎng)會(huì)占用樹木生長(zhǎng)所需的各類養(yǎng)料、水分、光照及空間等資源，嚴(yán)重影響樹木的生長(zhǎng)。許多雜草還可能寄生細(xì)菌、病毒、害蟲，導(dǎo)致病蟲害的發(fā)生和傳播。另外，在干燥的春季和秋季，極易引發(fā)森林火災(zāi)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并抑制雜草的生長(zhǎng)是十分必要的。傳統(tǒng)的除草方法包括機(jī)械除草、人工除草、化學(xué)除草等，這幾種除草方式具有成本高、效率低、污染環(huán)境等缺點(diǎn)，不能滿足現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。

隨著計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的發(fā)展，基于計(jì)算機(jī)視覺的雜草識(shí)別技術(shù)發(fā)展迅速。雜草識(shí)別技術(shù)可利用已知雜草的特征，譬如顏色、形狀、大小和分布等，通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練雜草檢測(cè)分類器，并應(yīng)用到圖像處理或計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)雜草的自動(dòng)識(shí)別和分類。在苗圃或果園中安裝的高清攝像設(shè)備中應(yīng)用雜草分類器，可以通過不間斷拍攝，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)雜草的生長(zhǎng)區(qū)域和生長(zhǎng)面積。

3 病蟲害檢測(cè)

樹木和農(nóng)作物生長(zhǎng)過程中，蟲害是影響農(nóng)作物產(chǎn)量和樹木質(zhì)量的重要因素之一。在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)過程中，農(nóng)民很難預(yù)估蟲害的發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)和規(guī)模，傳統(tǒng)的除蟲方式是在固定時(shí)間，對(duì)全部農(nóng)作物或樹木進(jìn)行人工或機(jī)械化噴藥，不僅勞動(dòng)效率低，污染環(huán)境，還浪費(fèi)農(nóng)藥資源。利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，可以實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物蟲害的發(fā)病地點(diǎn)和發(fā)病規(guī)模，減少病蟲害造成的減產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。

病蟲在生長(zhǎng)繁殖期間，破壞農(nóng)作物或樹木的同時(shí)會(huì)留下明顯的痕跡特征，如卵包、孔洞等。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)利用這些特征的顏色、形狀等信息，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練病蟲害檢測(cè)模型，并應(yīng)用到森林或苗圃中安置的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過逐幀判斷視頻流中的圖像文件，檢測(cè)、分類、定位可能出現(xiàn)的病蟲害，及時(shí)、準(zhǔn)確檢測(cè)病蟲害。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)僅可對(duì)安有監(jiān)控設(shè)備的空間對(duì)病蟲害進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所以只能監(jiān)測(cè)地表以上的病蟲害，無法檢測(cè)地下病蟲害，還需配合其他技術(shù)，以提高病蟲害監(jiān)測(cè)效率。

4 農(nóng)機(jī)自動(dòng)化管理

隨著改革開放的不斷深入以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)農(nóng)林業(yè)也發(fā)生了較大的結(jié)構(gòu)性改革，農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)模式已經(jīng)從傳統(tǒng)的粗放式向現(xiàn)代化的大規(guī)模商品式轉(zhuǎn)變。農(nóng)林業(yè)機(jī)械化管理是農(nóng)林業(yè)改革中發(fā)展最迅速的部分，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)科學(xué)等學(xué)科的研究成果，增加傳統(tǒng)農(nóng)林業(yè)機(jī)械的技術(shù)含量。農(nóng)林業(yè)機(jī)械管理也從傳統(tǒng)的依靠人工經(jīng)驗(yàn)的管理模式向計(jì)算機(jī)軟件和信息化平臺(tái)管理轉(zhuǎn)變，將利用計(jì)算機(jī)控制、運(yùn)籌學(xué)、信息化管理及系統(tǒng)工程等現(xiàn)代科學(xué)研究成果，應(yīng)用到農(nóng)林業(yè)器械的制造、維修、改進(jìn)等環(huán)節(jié)中。

為了提高生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率，農(nóng)業(yè)器具機(jī)械化是現(xiàn)代化農(nóng)林生產(chǎn)的必然產(chǎn)物，隨著農(nóng)林業(yè)機(jī)械設(shè)備類型和數(shù)量的增加，由于我國(guó)部分地區(qū)地廣人稀的國(guó)情以及部分農(nóng)業(yè)人員素質(zhì)的限制，大部分農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的管理效率和利用率普遍較低。通過現(xiàn)代化的信息管理技術(shù)，開發(fā)智能化機(jī)械信息管理系統(tǒng)，科學(xué)合理地管理某一地區(qū)的農(nóng)林業(yè)機(jī)械，收集、分析、處理并存儲(chǔ)機(jī)械內(nèi)外部信息，根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械的類型、數(shù)量和作用制訂科學(xué)的管理方案，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的分類、分時(shí)、分地合理化分配，實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的調(diào)度，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的利用率。結(jié)合現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)機(jī)械管理制度，制訂科學(xué)的智能養(yǎng)護(hù)方案，減少機(jī)械設(shè)備的維護(hù)成本，提高農(nóng)機(jī)設(shè)備的利用效率和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

5 結(jié)語

農(nóng)林業(yè)在過去幾十年的發(fā)展過程中已經(jīng)到達(dá)瓶頸期，隨著計(jì)算機(jī)等科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，農(nóng)林業(yè)應(yīng)借助并利用科技優(yōu)勢(shì)制訂發(fā)展策略，完成由傳統(tǒng)手工勞作的方式向機(jī)械自動(dòng)化方式的轉(zhuǎn)變，只有借助先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，才能提高農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)效率，提高農(nóng)民生活水平。