農(nóng)業(yè)信息化關(guān)鍵技術(shù)探析

曲歡歡，賀小思，路亞鵬，鄭熠煒

（河北工程大學(xué)園林與生態(tài)工程學(xué)院 河北，邯鄲 056000）

隨著現(xiàn)代化社會的發(fā)展，信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用日漸成熟。信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的動力源，同時(shí)，信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)各領(lǐng)域中的應(yīng)用，也為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整產(chǎn)生較大影響?；谛畔⒓夹g(shù)對農(nóng)業(yè)工程的重要性，本文主要探究信息關(guān)鍵技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用。

1 農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 虛擬儀器技術(shù)

虛擬儀器技術(shù)在應(yīng)用時(shí)需要同時(shí)結(jié)合硬件和軟件，并且對硬件軟件的要求較高，硬件為模塊化硬件，同時(shí)需要較高性能，使用模塊化硬件可以滿足全面需求，比如同步和定時(shí)應(yīng)用，軟件需要具備靈活高效能的特性，用戶可以根據(jù)需求創(chuàng)建界面，只有將高性能的硬軟件結(jié)合使用才能達(dá)成相應(yīng)的應(yīng)用目的，另外，為了使虛擬儀器技術(shù)達(dá)到最大化優(yōu)勢，還要使用具有集成作用的軟硬件平臺，在軟硬件以及軟硬件平臺的共同應(yīng)用下，才能發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)的高性能、高擴(kuò)展性、高效率、高出色等優(yōu)勢。虛擬儀器技術(shù)結(jié)合計(jì)算機(jī)、儀器儀表以及傳感器等技術(shù)，可以在硬軟件的應(yīng)用下模擬生產(chǎn)條件，并對生產(chǎn)信息進(jìn)行跟蹤和記錄，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，可以提前模擬生產(chǎn)情況，并供專業(yè)人員分析和改良，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)的智能化管理。

1.2 專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)通過獲取某一領(lǐng)域內(nèi)專家的知識，并將這些專家知識進(jìn)行對應(yīng)編輯，并存放到知識庫中備用，以便于解決該領(lǐng)域在發(fā)展過程中遇到的問題，知識庫是整個(gè)專家系統(tǒng)的核心，同時(shí)，獨(dú)立于其他構(gòu)成部分。專家系統(tǒng)是解決專業(yè)問題的主要系統(tǒng)，而知識庫就是解決問題的知識源，在遇到問題時(shí)，需要調(diào)動知識庫內(nèi)對應(yīng)的知識，從而得到解決。推理機(jī)構(gòu)相當(dāng)于專家系統(tǒng)的管家，控制專家系統(tǒng)解決問題的整個(gè)過程，并了解用戶的需求，以及用戶為什么要解決這一問題。人機(jī)交互界面?zhèn)鬏斨饕畔⒁约敖鉀Q問題的過程，方便用戶查看和記錄。

1.3 3S技術(shù)

3S 技術(shù)指遙感系統(tǒng)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS），當(dāng)前，3S技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，下面對這三種技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

遙感技術(shù)（RS），即對大面積空間內(nèi)的信息進(jìn)行提取，形成相應(yīng)的數(shù)字圖像，根據(jù)不同要求或者需求，對數(shù)字圖像進(jìn)行加工，成為能夠被人們使用的信息。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，使用遙感技術(shù)獲取數(shù)字圖像的分辨率會越來越高，能夠?yàn)槿藗兲峁└泳_的信息。通過遙感技術(shù)獲得圖像需要進(jìn)行加工和處理，處理方式主要有數(shù)字圖像預(yù)處理和數(shù)字圖像分類兩種，或者說這兩種處理方式也是不同的處理步驟，數(shù)字圖像預(yù)處理是對獲取的初始數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行初步處理，通過消除原始數(shù)據(jù)中的噪音、增加圖像視覺效果等，使目標(biāo)呈現(xiàn)更加清晰，而數(shù)字圖像分類是在數(shù)字圖像預(yù)處理之后，也就是在獲得清晰的目標(biāo)后，使用科學(xué)的方式對目標(biāo)圖像分類，通過分類便于更加準(zhǔn)確的獲取目標(biāo)信息。

地理信息系統(tǒng)（GIS），即能夠存儲空間信息和數(shù)據(jù)，使用圖形表達(dá)內(nèi)容，具備空間分析、空間定位和檢索技術(shù)。

全球定位系統(tǒng)（GPS），即可以對地面上任何一個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行定位，然后精準(zhǔn)測算出該點(diǎn)位的坐標(biāo)位置，具體精度為厘米數(shù)量級，使用全站儀或者激光測距儀就可以精準(zhǔn)測量坐標(biāo)距離。全球定位系統(tǒng)可以直接獲取某一點(diǎn)位的信息，結(jié)合遙感技術(shù)，可以對遙感技術(shù)下所獲得的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，使信息更加精準(zhǔn)。

1.4 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以存儲所獲得的數(shù)據(jù)，并能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分類、分析和處理，其中，對數(shù)據(jù)的分析、挖掘數(shù)據(jù)背后隱藏的信息以及特征是關(guān)鍵，這樣才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的意義，為人們決策或者分析提供基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對于涉及信息廣的領(lǐng)域尤其重要，以農(nóng)業(yè)為例，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)多樣復(fù)雜，通過現(xiàn)代化的手段或者技術(shù)獲取生產(chǎn)信息之后，要將數(shù)據(jù)及時(shí)入庫，在入庫的過程中，要做到智能化處理，即對信息或者數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、歸納、分析、整理以及智能化管理，并確定信息來源，建立對應(yīng)的信息挖掘途徑，這個(gè)過程包含數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)計(jì)學(xué)、人工智能等多個(gè)領(lǐng)域，最重要的是對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，了解數(shù)據(jù)的特征以及涵義，為之后的決策打下基礎(chǔ)。

1.5 數(shù)據(jù)融合技術(shù)

數(shù)據(jù)處理技術(shù)是對信息進(jìn)行自動化綜合處理，以傳感器為載體，通過傳感器獲取外部信息，并對所獲數(shù)據(jù)進(jìn)行多級別、多層次和多方面處理，挖掘數(shù)據(jù)或者信息深層的含義，數(shù)據(jù)融合技術(shù)下使用傳感器綜合處理數(shù)據(jù)和單一的傳感器處理數(shù)據(jù)不同，前者對數(shù)據(jù)的處理和分析更加全面、完整，并實(shí)現(xiàn)了對傳感器的高效率運(yùn)用。

2 各項(xiàng)信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用

2.1 虛擬儀器技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用

虛擬儀器技術(shù)將虛擬和智能結(jié)合，作為一種以計(jì)算機(jī)為載體的智能資源，在農(nóng)業(yè)工程中得到深入應(yīng)用，其中最常見的就是精密播種機(jī)虛擬儀器檢測系統(tǒng)和種子成長虛擬檢測系統(tǒng)。精密播種機(jī)虛擬儀器檢測系統(tǒng)通過自動化檢測和管理方式，從常規(guī)臺架試驗(yàn)的所有項(xiàng)目獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，并能夠展示相應(yīng)數(shù)據(jù)，主要包含合格粒距平均值、落種性能以及種子落地速度，通過這些數(shù)據(jù)，可以了解播種情況，或者對有問題的播種進(jìn)行及時(shí)處理，優(yōu)化播種工作，在實(shí)際操作過程中，使用者可以直觀的看到數(shù)據(jù)信息，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析，將數(shù)據(jù)和播種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，提高播種成功率。種子成長虛擬檢測系統(tǒng)是通過智能化的方式，模擬種子成長所需要的環(huán)境，一方面，可以減少投入實(shí)際投入成本，另一方面，可以提高種子成功率，在模擬狀態(tài)下優(yōu)化種子成長環(huán)境，然后根據(jù)模擬情況指導(dǎo)后續(xù)的實(shí)際種植。另外，虛擬儀器技術(shù)對水果分離和選配做出重要貢獻(xiàn)，以蘋果分選為例，在分選時(shí)使用蘋果分選系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)展現(xiàn)圖像，對圖像進(jìn)行分析，然后根據(jù)圖像情況確定閥門開關(guān)，便于在之后實(shí)現(xiàn)智能化、自動化分選。虛擬儀器技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用，大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，并提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量。

2.2 專家系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用

專家系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)工程中區(qū)別于傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)，在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展中解決問題主要以工作者的經(jīng)驗(yàn)為主，但是很多農(nóng)業(yè)從業(yè)者的學(xué)歷較低，掌握的專業(yè)知識較少，在解決問題時(shí)容易受到限制。專家系統(tǒng)是通過建立專家知識庫，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展過程中遇到的問題進(jìn)行轉(zhuǎn)化，明確需要哪些知識解決，并確定常用的專業(yè)知識，將知識調(diào)入專家知識庫中?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)中很多從業(yè)者基本以高學(xué)歷為主，專業(yè)性強(qiáng)，這一點(diǎn)和專家系統(tǒng)的使用相符合，從業(yè)者的知識以及解決問題的方式都可以調(diào)入專家知識庫中，方便在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中使用。專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，知識庫專門存放農(nóng)業(yè)領(lǐng)域方面的專業(yè)知識，當(dāng)遇到問題需要調(diào)動知識庫中的專業(yè)知識時(shí)，只需要工作人員輸入關(guān)鍵詞或者相關(guān)信息就可以，在這個(gè)過程中，推理機(jī)構(gòu)控制專家系統(tǒng)工作的整個(gè)過程。

2.3 3S在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用

遙感（RS）可以利用電磁波特性對物體以及所處的客觀環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，獲取物體的信息，并能夠?qū)ξ矬w進(jìn)行精細(xì)化管理。在農(nóng)業(yè)工程中，遙感技術(shù)主要通過遙感器發(fā)射信號，對農(nóng)作物的耕作情況進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，比如農(nóng)作物生長情況、產(chǎn)量、種植密度、種植環(huán)境、自然災(zāi)害情況，也可以對一定空間區(qū)域內(nèi)進(jìn)行全天候的實(shí)時(shí)精確監(jiān)控，掌握種植區(qū)域內(nèi)自然條件以及土壤的變化情況，獲知可能發(fā)生的自然災(zāi)害，并可以提前做好預(yù)防措施，遙感對農(nóng)作物的遠(yuǎn)程距離監(jiān)控也可以做到精確化，通過監(jiān)控了解農(nóng)作物種植的詳細(xì)情況，為了解農(nóng)作物生長環(huán)境打下基礎(chǔ)。

地理信息系統(tǒng)（GIS）服務(wù)于農(nóng)業(yè)的精細(xì)化耕作，對農(nóng)業(yè)實(shí)行動態(tài)化和智能化管理。地理信息系統(tǒng)可以處理空間地域信息，獲取信息后能夠掌握空間地域內(nèi)的自然條件、土壤條件以及病蟲草害情況等，然后將這些數(shù)據(jù)信息輸入到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)種植的動態(tài)化管理，這一應(yīng)用可以判斷所在空間是否適合耕作，并能夠?yàn)榫?xì)化耕作做好準(zhǔn)備。另外，地理信息系統(tǒng)也可以進(jìn)行有效調(diào)查農(nóng)業(yè)資源，通過處理空間內(nèi)信息，獲得氣候圖、實(shí)時(shí)圖像，并進(jìn)行相關(guān)處理，將氣候圖、實(shí)時(shí)圖像整合為空間數(shù)據(jù)庫，將空間數(shù)據(jù)庫和實(shí)際數(shù)據(jù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源的自動化管理。同時(shí)，也可以對現(xiàn)有的土地資源進(jìn)行整合和分析，明確土地資源的使用情況，對土地資源重新規(guī)劃，避免資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)資源合理利用和布局，以及實(shí)現(xiàn)對土地資源的可持續(xù)利用。

全球定位系統(tǒng)（GPS）可以精準(zhǔn)確定空間內(nèi)的某一位置，或者對某一物體進(jìn)行精確定位，主要包含地面控制站、地面監(jiān)控站、空間導(dǎo)航衛(wèi)星等組成部分，目前主要使用美國的GPS系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在任何時(shí)間、任意氣象條件中接收4 顆以上衛(wèi)星的信號，在農(nóng)業(yè)工程中主要使用GPS定位作業(yè)者和作業(yè)機(jī)械的具體位置。

另外，將遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)以及全球定位系統(tǒng)結(jié)合應(yīng)用在農(nóng)業(yè)工程中，可以通過遙感獲得農(nóng)作物的生長數(shù)據(jù)，使用地理信息系統(tǒng)獲取農(nóng)作物種植地圖，然后在農(nóng)機(jī)上安裝GPS，就可以指揮農(nóng)機(jī)自動行走，完成耕地、播種、鋤草、灌溉等工作。

2.4 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用

當(dāng)前，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展使得很多農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)以及信息變得越來越龐大、復(fù)雜，使用傳統(tǒng)的人工分析已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化的要求，所以，需要使用現(xiàn)代化技術(shù)來儲存、分析數(shù)據(jù)。我國地域遼闊，農(nóng)業(yè)種植面積大，并且不同區(qū)域的自然條件不同，在農(nóng)業(yè)種植中面臨著很多變動因素，比如自然災(zāi)害、土壤條件、病蟲草害等，要想科學(xué)的應(yīng)對這些變動因素，就需要找到對應(yīng)措施，并能夠預(yù)測事件的發(fā)生，做好預(yù)防措施。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)通過智能化、自動化、信息化的方式，將獲取的信息儲存起來，并對信息進(jìn)行分類和分析，挖掘數(shù)據(jù)或者信息的延伸含義，以及數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的特征，能夠?qū)討B(tài)記錄和分析，并能夠根據(jù)變動情況及時(shí)更新數(shù)據(jù)，便于查詢和使用。

2.5 數(shù)據(jù)融合技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用

數(shù)據(jù)融合技術(shù)是對多個(gè)傳感器進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)對信息的智能化控制和管理，一般多傳感器信息融合技術(shù)主要用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)的研究中，使用多傳感器信息融合技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的智能檢測、管理和控制，而精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是對信息技術(shù)和人工智能技術(shù)的綜合應(yīng)用，使用多傳感器融合技術(shù)可以大大提高精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究的準(zhǔn)確性。

3 信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程中的發(fā)展趨勢及對策

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)向?qū)I(yè)化、集成化、智能化方向發(fā)展，因此，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的革命，改變了原有的生產(chǎn)和發(fā)展方式。我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，疆域遼闊，農(nóng)業(yè)種植面積大，農(nóng)業(yè)在我國的產(chǎn)業(yè)發(fā)展中也占有重要位置，推動農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化發(fā)展是必然趨勢，在這個(gè)過程中，也會遇到很多挑戰(zhàn)，因此，如何更好的利用信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的全球化、智能化、專業(yè)化是需要思考的重要問題。

我國和發(fā)達(dá)國家相比，現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展較為落后，同時(shí)，在農(nóng)業(yè)機(jī)械化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模、農(nóng)民文化素質(zhì)方面沒有達(dá)到理想水平。所以，需要建立具有中國特色的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)體系，進(jìn)行專業(yè)化理論研究，結(jié)合農(nóng)業(yè)實(shí)際發(fā)展情況，推動現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和管理上的應(yīng)用；大力培養(yǎng)農(nóng)業(yè)專業(yè)化人才，提供農(nóng)業(yè)勞動者的素質(zhì)，使農(nóng)業(yè)從業(yè)者具備處理、運(yùn)用信息的能力；建設(shè)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)，讓大眾了解農(nóng)業(yè)發(fā)展以及相關(guān)農(nóng)產(chǎn)品，為農(nóng)產(chǎn)品流通打好基礎(chǔ)；發(fā)揮政府的作用，并結(jié)合科研機(jī)構(gòu)以及企業(yè)，共同為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)努力，推動農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展；提高使用信息技術(shù)的能力，信息技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分，只有能夠綜合利用各種信息技術(shù)，才能不斷提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。

3 結(jié)語

綜上所述，信息技術(shù)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必要組成部分，改變了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平，對于我國的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)建設(shè)具有重要影響。同時(shí)，信息技術(shù)為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供諸多優(yōu)勢條件，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展提供更多方向，不僅降低農(nóng)業(yè)從業(yè)者的勞動強(qiáng)度，還大大提高生產(chǎn)效率，使農(nóng)業(yè)在我國的產(chǎn)業(yè)發(fā)展中貢獻(xiàn)更多力量。

當(dāng)前，在我國農(nóng)業(yè)工程中已經(jīng)應(yīng)用很多信息技術(shù)，這些信息技術(shù)也為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展做出突出貢獻(xiàn)，但是，我國對信息技術(shù)的應(yīng)用較晚，并且很多信息技術(shù)的使用需要投入大量資金、設(shè)備等，加之我國地域遼闊，不同地區(qū)的農(nóng)作物種植環(huán)境不同，這也加大了信息技術(shù)的應(yīng)用，所以，我國農(nóng)業(yè)對信息技術(shù)的使用還不成熟，同時(shí)，沒有實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)發(fā)展中的全面普及。為此，相關(guān)工作者、研究者應(yīng)該進(jìn)一步研究設(shè)備的使用和更新，爭取能夠讓信息技術(shù)更快、更好、更全面的融入到現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)中，為構(gòu)建具有中國特色的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)體系做好鋪墊。