計算機技術在智慧農業(yè)中的應用研究

吳 翔

（湖南環(huán)境生物職業(yè)技術學院，湖南 衡陽 421005）

近年來，隨著我國經(jīng)濟和科技的不斷發(fā)展，我國的農業(yè)生產效率和質量逐漸提高。目前，在計算機技術、網(wǎng)絡技術大發(fā)展的背景下，智慧農業(yè)作為一種新型的農業(yè)生產和管理模式出現(xiàn)在農業(yè)生產領域[1]。智慧農業(yè)是指在農業(yè)生產過程中，充分利用計算機和網(wǎng)絡技術，將相關技術進行有效聚合，實現(xiàn)農業(yè)生產過程中對生長的農作物生長的遠程診斷、遠程控制以及遠程收獲的目標[2]。

1 發(fā)展智慧農業(yè)的意義和價值

傳統(tǒng)的農業(yè)生產需要投入大量的人力和物力時刻關注農作物的生長情況，該過程不僅造成了大量的人力支出，而且農業(yè)生產效益也較低。一方面，應用智慧農業(yè)后，一部分由人力完成的事務即可以交由智慧農業(yè)系統(tǒng)完成，可以極大程度解放勞動力，提升農業(yè)生產活動的效率。另一方面，也可以促進我國農業(yè)生產相關技術水平的提升。科技的進步是有一定規(guī)律的，當某一項技術已經(jīng)成功打開了市場，并且有了一定數(shù)量的消費群體，后期技術更迭就會較為迅速，但如果一項技術未能打開市場，那么就會因研發(fā)資金的不足導致相關技術后續(xù)提升緩慢、乏力。目前，我國正大力發(fā)展智慧農業(yè)技術，進一步開發(fā)與智慧農業(yè)相關的技術、設備，可為我國智慧農業(yè)的發(fā)展提供市場基礎和進步動力。長期以來，我國農業(yè)生產保持了以家庭為單位的生產模式，該種生產模式相較于集群化農業(yè)生產，在生產效率和經(jīng)濟效益方面都處于劣勢。通過對智慧農業(yè)相關技術的應用，可以在一定程度上優(yōu)化我國傳統(tǒng)的農業(yè)生產模式。在扶貧攻堅的關鍵階段，提升農業(yè)生產效率，助力農民增收，為我國農村地區(qū)脫貧貢獻力量[3]。

2 計算機技術在智慧農業(yè)發(fā)展中的具體應用

2.1 計算機視覺技術的應用

該技術是多種技術的綜合體，其主要以計算機科學為基礎，結合了信號處理相關技術、統(tǒng)計學原理、數(shù)學知識。計算機視覺識別技術可以在農業(yè)生產的過程中實現(xiàn)圖像的識別和處理，在智慧農業(yè)生態(tài)構建后有較為廣泛的應用空間。具體而言，在智慧農業(yè)生產模式下，需要對農作物的生長情況進行及時監(jiān)控，此時，計算機視覺識別系統(tǒng)就可以承擔實時分析農作物生長情況的任務，即根據(jù)農作物生長情況作出適宜生產的部署和操作。智慧農業(yè)最明顯的優(yōu)勢即可以利用智慧系統(tǒng)對農業(yè)生產策略進行自動分析。視覺識別系統(tǒng)則可以為分析過程提供基礎數(shù)據(jù)支撐。農作物生長過程中，經(jīng)常會受到雜草、病害的威脅，計算機識別技術可以利用光譜分析法、外形分析法以及顏色分析法等視覺分析方法，對農作物生長中存在的威脅進行實時甄別。在進行害蟲的識別時，首先利用黑光燈進行聚蟲；其次將利用視覺識別系統(tǒng)中的圖像采集裝置進行圖像或視頻數(shù)據(jù)的采集；再次利用小波分析形式對圖形進行分解，通過對識別對象的外觀信息進行判斷和分析為后期農作物處理提供依據(jù)；最后利用BP 網(wǎng)絡學習算法進行識別。在該過程中，雖然對于害蟲的識別準確率可以超過90%，但該技術在具體應用中也存在一些問題，如在常見的農作物害蟲中有一部分害蟲不具備飛行能力，很難被黑光燈聚集，所以針對該類害蟲進行視覺識別的實際作用較差，有待于進一步改善。

2.2 計算機網(wǎng)格技術的應用

我國傳統(tǒng)農業(yè)生產模式中，農作物的生產模式較為粗放。通過運用計算機網(wǎng)格技術，可以促進生產者提升農作物生產和管理的精細化。通常情況下，計算機網(wǎng)格技術在智慧農業(yè)系統(tǒng)中起到了檢測和控制的作用。該技術從農業(yè)生產的微觀、中觀、宏觀等不同角度對農業(yè)生產的全流程進行掌控。運用該技術可以提取到農業(yè)生產活動中的關鍵信息，然后通過網(wǎng)絡系統(tǒng)將最為真實和客觀的農業(yè)生產數(shù)據(jù)進行傳輸，存儲于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)庫中匯集的信息有助于相關農業(yè)生產研究的開展，對于促進農業(yè)生產精細化效用顯著。計算機網(wǎng)格技術發(fā)展至今，已經(jīng)開始利用四分叉方式進行分析，網(wǎng)格單元尺寸通常設定為19 m×19 m。在農業(yè)數(shù)據(jù)庫的建設方面，主要包含了地理基礎信息數(shù)據(jù)庫、GPS 測量控制點數(shù)據(jù)庫、土壤環(huán)境性狀數(shù)據(jù)庫、環(huán)境數(shù)據(jù)庫、氣象情況數(shù)據(jù)庫以及農作物網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫。該技術實際應用以后，所有與農業(yè)生產相關的區(qū)域信息都將被匯集于數(shù)據(jù)庫中。當數(shù)據(jù)庫中的信息發(fā)生變化或波動后，主數(shù)據(jù)庫都可以對這些變化的數(shù)據(jù)進行及時反饋和處理。通過上述流程，可以有效改善傳統(tǒng)農業(yè)生產過程較為粗放的問題，推動農業(yè)生產管理精細化的實現(xiàn)。除此之外，計算機網(wǎng)格技術還可以對控制區(qū)域的農作物生長信息進行實時監(jiān)控和分析，這些信息主要包括控制區(qū)域內的土壤信息、農作物生長水分信息、微量元素情況、溫度情況以及農作物品種信息。上述多類數(shù)據(jù)的收集和分析，一方面可為農業(yè)生產相關研究提供基礎的數(shù)據(jù)參考，另一方面也可為農業(yè)生產的宏觀調控提供數(shù)據(jù)支撐。傳統(tǒng)農業(yè)發(fā)展過程中，主要依靠生產經(jīng)營者自身的經(jīng)驗和技術，但在應用計算機網(wǎng)格技術以后，農業(yè)生產過程科學性的提升，使農業(yè)生產活動在相關知識和技術的科學指導下進行[4]。

2.3 計算機自動控制技術的應用

農業(yè)生產活動提升效率的有效途徑之一為推動農業(yè)自動機械化的應用。農業(yè)生產實現(xiàn)機械化之后，利用計算機自動控制技術，系統(tǒng)可以根據(jù)農業(yè)生產的實時情況自動控制自動化農業(yè)機械的運作。具體而言，在農作物生長到一定程度時，該套自動化系統(tǒng)將對農田中農作物的實際生長情況與系統(tǒng)中存儲的信息進行比對。經(jīng)過比對后，如果發(fā)現(xiàn)農作物的實際生長情況沒有達到成熟的標準，則不會進行下一個自動化流程。如果系統(tǒng)將兩種信息進行比對，發(fā)現(xiàn)農作物已經(jīng)完全成熟，則會自動控制相關機械設備進行下一階段的操作。在判斷農作物成熟后，相關機械設備將自動進入收割環(huán)節(jié)，在完成收割后，即會按照農作物品種的不同進行脫皮、脫水操作。在完成收割和處理流程后，將自動將農作物入庫。在該套自動化流程運作過程中，僅需要少量人力參與系統(tǒng)運行的監(jiān)督和控制。同傳統(tǒng)的人工甄別成熟度、人工收割而言，提升效率明顯[5]。

在自動控制系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境控制方面，計算機自動系統(tǒng)將對農作物生長環(huán)境的溫度、濕度、光照等相關信息進行實時監(jiān)控。當發(fā)現(xiàn)農作物的實際生長環(huán)境脫離預先設定的閾值時，將會對農作物生長環(huán)境的相關生態(tài)環(huán)境指標進行調控。具體而言，就是在農作物的生長環(huán)境中配備了多種傳感設備，該傳感設備對相關生態(tài)環(huán)境信息進行收集和分析后，通過網(wǎng)絡系統(tǒng)將信息傳輸至中央控制系統(tǒng)，再由中央控制系統(tǒng)向相關自動化環(huán)境控制儀器發(fā)出指令。自動化儀器在接收到指令后，將會對農作物生長環(huán)境的溫度、濕度等指標進行調整，以保障農作物的順利生長。在計算機自動控制系統(tǒng)的幫助下，上述整個調控過程可以基本實現(xiàn)全程自動化、智能化操作，降低了人工調控對于人力資源的占用，同時還能避免人工調控的不準確性。將該種技術應用于大棚農作物的生產，可以有效提升農業(yè)生產效率，降低勞動力的投入。

在節(jié)能減排方面，自動化控制系統(tǒng)也具備諸多優(yōu)勢。在我國傳統(tǒng)農業(yè)生產中，大水漫灌的方式仍然普遍存在，一方面浪費了大量的水資源和電力資源；另一方面該種灌溉方式相較于精準滴灌而言在促進農作物生長方面并無優(yōu)勢。因此，農業(yè)生產中可以利用計算機自動化控制系統(tǒng)對傳統(tǒng)灌溉方式進行優(yōu)化。前文已述，在智慧農業(yè)生產模式下，可以利用多種傳感器設備對農作物的生長環(huán)境進行實時檢測。當傳感設備檢測到農作物生長的土壤環(huán)境濕度較低，需要進行灌溉時，將由計算機系統(tǒng)對灌溉量和灌溉時間進行精準分析。該技術應用后，一方面可以保障農作物灌溉質量；另一方面也可以大幅度減少水資源和電力資源的浪費。除此之外，運用計算機技術控制灌溉量、改善灌溉方式還可以在一定程度上降低生產成本，提高農民經(jīng)營收入。

3 加強計算機技術在智慧農業(yè)中應用的具體路徑

3.1 加強農村地區(qū)的計算機技術推廣力度

雖然計算機技術支持下的智慧農業(yè)生產系統(tǒng)具有大量優(yōu)勢，但是相較傳統(tǒng)農業(yè)而言，運用智慧農業(yè)生產系統(tǒng)將帶來較高的前期投入。因此，在較高的前期成本投入壓力下，部分農業(yè)生產者引入智慧農業(yè)生產系統(tǒng)的意愿不高。為了改變上述情況，筆者認為可以從以下兩個方面加大計算機技術支持下的智慧農業(yè)系統(tǒng)推廣力度。一是對智慧農業(yè)系統(tǒng)優(yōu)勢進行普及，使廣大農業(yè)生產經(jīng)營者充分了解智慧農業(yè)的優(yōu)勢和便捷性，增加生產者引入相關生產技術的意愿。具體而言，即在農業(yè)生產集約化程度較高的區(qū)域，可以組織相關企業(yè)前往農業(yè)生產現(xiàn)場進行推廣，為農業(yè)生產經(jīng)營者普及引進智慧農業(yè)生產模式的優(yōu)勢，最大限度打消生產經(jīng)營者的疑慮，為智慧農業(yè)技術和相關設備的推廣奠定基礎。二是相關部門可以通過補貼等形式，促進計算機相關技術應用于農業(yè)生產領域。智慧農業(yè)技術和設備的引入往往不是引進單一技術或設備，而是要引入一系列相互關聯(lián)的技術和設備，因此前期投入會相對較高。除相關部門推行補貼政策外，還可以由銀行向農業(yè)生產者發(fā)放無息或低息貸款，為農業(yè)生產者解決資金問題。智慧農業(yè)技術和設備相關廠家也可以通過廠商金融的形式為農業(yè)生產者先行提供技術和設備，后由農業(yè)生產者分期償還設備款。通過以上形式或者其他形式為農業(yè)生產者解決技術和設備引入過程中的資金問題，有利于在集約化農業(yè)生產發(fā)展較好的地區(qū)更好地推廣智慧農業(yè)相關技術。

3.2 加強人才隊伍建設

計算機技術助力智慧農業(yè)生產必須依靠充足的人才隊伍。特別是智慧農業(yè)相關技術和設備的研發(fā)更需要一大批專業(yè)化技術人才。因此，為了使計算機技術更深入地應用于我國農業(yè)生產領域，應當加大相關人才的培養(yǎng)力度。具體而言，企業(yè)、院校、農民三方之間要加強聯(lián)系，對農業(yè)生產活動中的技術需要和人才需求做到及時反饋。高等院校要加強相關技術人才的培育工作，加快相關技術和設備的研發(fā)進程，為計算機技術助力智慧農業(yè)生產奠定人才和智力基礎。

3.3 深化計算機技術在農業(yè)生產領域的應用

在計算機技術快速發(fā)展的大背景下，相關技術已經(jīng)應用到社會各個領域。尤其在工業(yè)生產領域的應用，大幅度提升了工業(yè)生產的質量和效率，對經(jīng)營主體的市場競爭力提升有很大幫助。但是，受限于多方面原因，計算機技術在農業(yè)生產中的推廣和應用程度遠不及其他領域。因此，要從多方面入手，深化計算機技術在農業(yè)生產領域的應用。

4 結束語

計算機技術在農業(yè)生產領域應用前景廣泛，實現(xiàn)計算機技術在該領域的深度應用可以有效改善我國農產品生產技術，減輕農民群體的勞動強度與負擔，助力農民增收。但是，我國農業(yè)生產領域全面引入計算機技術仍需要解決諸多實際問題，這些問題的解決不僅有賴于技術攻關，更多還需要依靠政策支持和農業(yè)生產者生產觀念的轉變。