農(nóng)業(yè)信息采集技術(shù)分析

孫榮

摘 要 我國(guó)自古就非常注重第一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在農(nóng)業(yè)上也取得了世界矚目的成就。目前，隨著信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，我國(guó)農(nóng)業(yè)迎來了發(fā)展的春天。農(nóng)業(yè)信息技術(shù)通過田間微小的變化即可了解病蟲害、產(chǎn)量等情況，同時(shí)該技術(shù)也能夠感知天氣的變化，所以農(nóng)民可以借助農(nóng)業(yè)信息采集技術(shù)更加合理地安排施肥澆水的時(shí)間來保障豐收?；诖?，通過描述現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)信息采集技術(shù)在田間的應(yīng)用情況，給出實(shí)施該技術(shù)的具體措施，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供最權(quán)威的科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 精細(xì)農(nóng)業(yè)；農(nóng)業(yè)信息；采集技術(shù)

中圖分類號(hào)：F323.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.03.072

我國(guó)早期的農(nóng)業(yè)信息一般都是靠經(jīng)驗(yàn)豐富的農(nóng)民得來的，他們能夠根據(jù)季節(jié)和時(shí)令的變化來判斷播種施肥澆水的時(shí)間。但由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)覆蓋面積大、信息涉及廣等因素，只依靠人工來采集數(shù)據(jù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的要求，于是就有專家提議把信息采集技術(shù)運(yùn)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上來，農(nóng)業(yè)信息采集技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

農(nóng)業(yè)信息采集技術(shù)涉及的面非常廣泛，包括天氣變化、土壤濕度、土壤密度、害蟲激素等信息。這些信息的采集都可依靠專業(yè)的電子傳感器技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，這些傳感器都是搭載在不同系統(tǒng)上面，如多普勒天氣雷達(dá)預(yù)測(cè)天氣，專業(yè)的濕度傳感器測(cè)定濕度，全球定位系統(tǒng)來判斷害蟲可能出現(xiàn)的位置，最后信息綜合處理系統(tǒng)對(duì)這些信息進(jìn)行綜合分析，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)田間作業(yè)[1]。

1 農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)的工作原理

信息采集系統(tǒng)由傳感器、信號(hào)放大器件、信號(hào)綜合處理器、輸出顯示幾部分組成，農(nóng)業(yè)信息首先被各種高精度的傳感器采集，然后由放大系統(tǒng)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)化，緊接著進(jìn)入綜合處理系統(tǒng)，最后得到處理結(jié)果并將其顯示出來，最后就可以根據(jù)這些信息指導(dǎo)農(nóng)業(yè)田間作業(yè)。經(jīng)過試驗(yàn)，這種方式得到的糧食產(chǎn)量是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)作業(yè)方式的1.5倍。

2 國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)信息采集技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 農(nóng)業(yè)信息采集系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)信息采集運(yùn)用的最多的是以STM32為處理器，借助上位機(jī)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，直接將采集到的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上顯示出來，而其他一些系統(tǒng)的核心則是采用ARM系列嵌入式可編程處理器[2]。同時(shí)，還有人們所熟悉的二、三維軟件，如CAD和Solidworks來進(jìn)行模擬仿真開發(fā)。這些技術(shù)都是當(dāng)前最先進(jìn)的，處理效果也是同類產(chǎn)品中效果最好。

以蔬菜大棚為例，首先根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)用二、三維軟件將整個(gè)大棚建立在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，然后選擇若干個(gè)點(diǎn)作為采樣點(diǎn)，通過模擬大棚內(nèi)溫度、濕度等參數(shù)的變化，用單片機(jī)技術(shù)收集并處理這些參數(shù)的變化情況，通過虛擬技術(shù)觀測(cè)蔬菜體型、顏色的變化，最后得出適應(yīng)蔬菜生長(zhǎng)的最好條件，這樣不僅可以節(jié)約資源，也能夠減少預(yù)算。

2.2 精細(xì)農(nóng)業(yè)中農(nóng)業(yè)信息采集方法及技術(shù)

快速精確地采集農(nóng)業(yè)信息是發(fā)展精細(xì)農(nóng)業(yè)迫切需要解決的基礎(chǔ)問題。在精細(xì)農(nóng)業(yè)研究中，目前優(yōu)先需要考慮的是作物分布信息、土壤壓實(shí)、土壤水分、土壤養(yǎng)分、作物病蟲草害和耕作層深度等，要求精確、快速、連續(xù)地測(cè)量。所以要采用生產(chǎn)成本較低的傳感器，建設(shè)先進(jìn)的農(nóng)田控制系統(tǒng)來增加產(chǎn)量或者提高品質(zhì)。這些農(nóng)業(yè)信息采集傳感器需要的參數(shù)有以下特點(diǎn)：1）作物產(chǎn)量（或品質(zhì)）對(duì)該參數(shù)比較敏感；2）收集參數(shù)成本低；該參數(shù)或?qū)?yīng)的農(nóng)田條件易于控制；3）對(duì)應(yīng)的農(nóng)田控制措施順應(yīng)時(shí)代的要求。

2.2.1 土壤濕度

過去土壤濕度的測(cè)量主要是依靠農(nóng)民的經(jīng)驗(yàn)，或者用簡(jiǎn)單的濕度計(jì)測(cè)量，但這只能測(cè)量小樣本，而且也不能很好地反映總體樣本的情況，所以在測(cè)量時(shí)應(yīng)充分順應(yīng)時(shí)代的要求。當(dāng)代測(cè)量土壤濕度的方法有兩種：1）利用多功能傳感器測(cè)量不同位置的土壤水分，2）采用電阻式傳感器直接測(cè)量。這兩種方法目前還在進(jìn)一步研究，一旦投入使用，將會(huì)發(fā)揮重要作用[3]。

2.2.2 土壤電導(dǎo)率

土壤中富含許多有機(jī)化學(xué)離子，不同的植物對(duì)離子濃度的要求也不同。這就需要用傳感器采集檢測(cè)土壤離子濃度信息，目前使用最多是利用測(cè)量土壤電導(dǎo)率來分析離子含量的測(cè)量方法。這種方法簡(jiǎn)單易行，不用將土壤樣品送入專門的檢測(cè)機(jī)構(gòu)。適合小地塊，單一作物使用。

2.2.3 土壤養(yǎng)分

土壤養(yǎng)分檢測(cè)是整個(gè)土壤測(cè)量中最難測(cè)量的，因?yàn)橥寥篮械酿B(yǎng)分參數(shù)各式各樣，有些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量信息非常微弱，需要借助電子放大器件進(jìn)行處理。我國(guó)最新研制出一種光譜測(cè)量?jī)x可以直接檢測(cè)土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過光譜反射光強(qiáng)度，就可以直接讀取各個(gè)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度，簡(jiǎn)單易行，便于操作。

2.2.4 生長(zhǎng)狀態(tài)和產(chǎn)量

對(duì)于農(nóng)作物生長(zhǎng)狀態(tài)和產(chǎn)量的檢測(cè)，可以借助圖像處理技術(shù)直接分析。當(dāng)前農(nóng)業(yè)信息采集方面運(yùn)用的圖像技術(shù)大多都是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理來分析采集的數(shù)據(jù)，這個(gè)技術(shù)的工作原理是先借助傳感器對(duì)農(nóng)作物的形態(tài)拍照，然后通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法將這些照片轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行加工處理，還原為照片模式，通過人工識(shí)別判斷農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況，同時(shí)也可以預(yù)測(cè)產(chǎn)量。

3 農(nóng)業(yè)信息采集技術(shù)發(fā)展展望

3.1 多傳感器信息融合技術(shù)

目前，我國(guó)采用的農(nóng)業(yè)信息采集技術(shù)一般都是單傳感器技術(shù)，兩個(gè)以上的傳感器技術(shù)少之又少。采用單傳感器技術(shù)采集農(nóng)業(yè)信息，不但浪費(fèi)時(shí)間，同時(shí)在檢測(cè)的精度方面也存在很大誤差。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，多傳感器技術(shù)已經(jīng)開始大范圍使用。因此，我國(guó)應(yīng)該重視這項(xiàng)技術(shù)，主動(dòng)創(chuàng)新，開發(fā)出適合我國(guó)當(dāng)前國(guó)情的多傳感器農(nóng)業(yè)采集技術(shù)，為我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

3.2 高光譜遙感技術(shù)

遙感技術(shù)不僅可以讓農(nóng)民在遠(yuǎn)距離操作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，同時(shí)該技術(shù)的制造成本不高，具有很高的性價(jià)比。而現(xiàn)在遙感技術(shù)又有了一個(gè)得力的助手——高光譜技術(shù)，高光譜技術(shù)可以依靠不同的光譜驅(qū)除害蟲，用光譜分析天氣中水汽的變化量等等，這兩個(gè)技術(shù)互相結(jié)合，為農(nóng)田信息的監(jiān)測(cè)提供了的新手段。

3.3 無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

雖然高光譜遙感技術(shù)能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離的農(nóng)業(yè)信號(hào)采集，但該技術(shù)卻不能傳輸采集到的數(shù)據(jù)，所以無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生。無線網(wǎng)絡(luò)傳感技術(shù)可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸采集到的數(shù)據(jù)，甚至該技術(shù)可以通過互聯(lián)網(wǎng)直接對(duì)田里各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸、處理，非常方便快捷。該技術(shù)已成為目前農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究的新方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊洪坤，周保平，王亞明，等.農(nóng)業(yè)信息采集技術(shù)研究綜述[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2016，22（22）：109-112.

[2] 張佳希，張琦佳，徐巖.淺析現(xiàn)階段我國(guó)農(nóng)業(yè)信息采集技術(shù)[J].南方農(nóng)機(jī)，2017（3）：47.

[3] 徐剛，陳天恩，陳立平，等.基于ARIS的農(nóng)業(yè)信息采集平臺(tái)需求分析方法[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25（8）：136-140.

（責(zé)任編輯：趙中正）