農(nóng)業(yè)智能化管理系統(tǒng)的應用探索

顏家樂

（山東農(nóng)業(yè)大學 山東，泰安 271018）

“十三五”時期，我國糧食年產(chǎn)量連續(xù)五年計劃達到12000 億斤，農(nóng)產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟建設和發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。隨著科學技術(shù)不斷發(fā)展，利用現(xiàn)代土壤監(jiān)測技術(shù)、智能化農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)、病蟲害監(jiān)控預警系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)專家遠程決策系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)設施智能化系統(tǒng)，依托物聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)打造的農(nóng)業(yè)智能化管理系統(tǒng)進一步提高了農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，對提高我國糧食生產(chǎn)水平有著重大意義，為農(nóng)業(yè)進一步發(fā)展發(fā)揮了重要作用。

1 農(nóng)業(yè)智能化管理系統(tǒng)的簡要組成

1.1 土壤狀況監(jiān)測系統(tǒng)

1.1.1 土壤溫度檢測器 現(xiàn)代大多數(shù)土壤溫度檢測器采用電阻法進行實時監(jiān)測，大多采用PT1000 鉑熱電阻，隨著土壤溫度的變化不斷升高，鉑熱電阻的阻值會勻速增加，具體計算公式如下所示：

R（t）＝R0（1＋At＋Bt2）

R（t）是溫度為t 時鉑熱電阻的電阻值，Ω；（t）為溫度，℃；R0是溫度為0℃時鉑熱電阻的電阻值，Ω；A、B為分度常數(shù)。

分度常數(shù)：A＝0.0038623139728

B＝-0.00000065314932626

PT1000厚膜鉑電阻溫度傳感器的電阻值與溫度的關系偏離所給分度表的允差不超過±（0.30+0.005｜t｜）。

FDR 型土壤濕度檢測器具有穩(wěn)定性高，設計小巧便攜，數(shù)據(jù)傳輸效率高等一系列優(yōu)點，能夠及時監(jiān)控農(nóng)作物所在土壤的濕度情況，在土壤狀況監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成中發(fā)揮著至關重要的作用。

1.1.3 土壤養(yǎng)分檢測儀 在范圍內(nèi)科學采集土壤樣品，使用一定量的浸提劑提取土壤中的養(yǎng)分，再將操作后的溶液與特定顯色劑混合，根據(jù)顏色不同自動獲得相應數(shù)據(jù)。氮、磷、鉀等養(yǎng)分在植物生長及成熟時期發(fā)揮著重要作用，土壤養(yǎng)分檢測儀的運用能夠讓人們快速得到土壤中的相關數(shù)據(jù)，及時減少或增加肥料的施量，避免了肥料過少影響植物生長發(fā)育的問題和肥料過量引起的燒苗問題，更加適應現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。

1.2 智能灌溉系統(tǒng)

1.2.1 滴灌 滴灌是利用干管、直管和毛管構(gòu)建起的管網(wǎng)對植物根部進行局部灌溉。滴灌作為目前推廣應用最為廣泛的節(jié)水方式，自身具有明顯的優(yōu)勢，采用滴灌的方式可使水資源直達植物的根部，減少了地表蒸發(fā)損失過程中不必要的浪費，滴灌所需時間較短，每小時所需水資源較少，一部分作物的水資源利用率高達95%，并且滴灌不會破壞土壤結(jié)構(gòu)，減少了土壤內(nèi)部養(yǎng)分的流失。

1.2.2 噴灌 噴灌是借助水泵、管道系統(tǒng)和噴頭將水噴灑到空中，形成水滴或水霧降落到植物上的一種灌溉方式。噴灌對地形要求較小，無需建造溝渠，從而提高了土地利用率，一般增加了耕種面積的6%～10%，噴灌利用噴頭進行灌溉，相比傳統(tǒng)的漫灌節(jié)水30%～50%，同時噴灌可以大大減少勞動力的開銷。但是噴灌系統(tǒng)投資較大，日常維護繁瑣，更適合于淺根系作物和經(jīng)濟作物。

1.2.3 滲灌 滲灌作為滴灌的升級形式，將整個管網(wǎng)系統(tǒng)淺埋，利用土壤的毛細管作用來達到灌溉的目的。滲灌能夠?qū)⑺苯铀腿敫鶎油寥?，減少了地面蒸發(fā)，灌溉所需的系統(tǒng)淺埋于地下，可以減少占地空間，更利于田間工作，滲灌能夠?qū)崿F(xiàn)低壓條件下供水，僅需兩塊12V電池便可滿足日常供水需要，但滲灌系統(tǒng)會造成表面土壤濕度較小，不能滿足淺根系作物生長的需求，不利于幼苗的生長，甚至導致種子因缺水而死亡，不適于大方面推廣。

1.2.4 水肥一體化灌溉 將多組不同溫度、濕度、肥料濃度等要素下的植物生長狀態(tài)進行數(shù)據(jù)分析，對數(shù)據(jù)進行以局部加權(quán)線性回歸，而不采用存在欠擬合現(xiàn)象的線性回歸，允許偏差在估計時被引入，通過結(jié)果確定最佳的肥料濃度，水肥濃度一體化技術(shù)的運用不僅實現(xiàn)了節(jié)水節(jié)肥的目標，而且提高了各項養(yǎng)分的利用效率，在農(nóng)作物增產(chǎn)方面效益顯著。

1.3 病蟲害監(jiān)控預警系統(tǒng)

1.3.1 誘捕害蟲 黑光燈能夠放射紫外光波(330nm～400nm)，趨光性害蟲視網(wǎng)膜上的一種色素，能夠吸收到黑光燈所發(fā)出的特定波長的光從而引起光反應，引起害蟲視覺神經(jīng)的刺激，指引害蟲個體飛向光源，利用此原理誘捕害蟲至特殊儀器。

1.3.2 信息處理及傳輸 信息處理及傳輸系統(tǒng)主要是利用遠紅外處理法殺死害蟲，可以避免農(nóng)藥等化學物質(zhì)對人體的損害，烘干倉中害蟲進行二次處理后進入分散平鋪機構(gòu)，使用高清相機對害蟲個體進行拍照，后利用AI 數(shù)據(jù)分析技術(shù)將害蟲進行分類，同時將數(shù)據(jù)傳輸至電腦云端進行統(tǒng)計分析。

1.3.3 實時監(jiān)控系統(tǒng) 在田間大棚中安裝相應攝像頭，實時監(jiān)測植物生長狀況，采集植物的圖像并上傳到遠程監(jiān)控服務平臺系統(tǒng)，工作人員可以隨時隨地通過手機APP、電腦端分析監(jiān)控數(shù)據(jù)，根據(jù)有關昆蟲檔案或數(shù)據(jù)庫，了解田間害蟲的情況和數(shù)目，更加準確地對害蟲的爆發(fā)進行防治和預警，無需再進入大棚進行實地查看，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)大棚智慧管理。

1.4 農(nóng)業(yè)專家遠程決策系統(tǒng)

通過互聯(lián)網(wǎng)+和計算機平臺建立線上相關的檔案或數(shù)據(jù)庫，專家通過遠程會議討論，利用數(shù)學模型的構(gòu)造和數(shù)據(jù)分析對當前及未來農(nóng)田農(nóng)作物生長狀況、土壤情況和蟲害發(fā)生概率作出相應判斷，通過音頻、視頻等方式反饋有關信息，指導當?shù)毓ぷ魅藛T采取相應措施，保證植物正常生長。

1.5 農(nóng)業(yè)設施智能化系統(tǒng)

農(nóng)業(yè)機械裝備是農(nóng)業(yè)發(fā)展中的重要一環(huán)，傳統(tǒng)的人力播種、收割的形式已經(jīng)不能滿足日常需要，通過無人飛行器平臺、無人拖拉機、無人收割機和智能播種機器人等現(xiàn)代設備構(gòu)建起的無人播種系統(tǒng)、高效收割系統(tǒng)和智能噴藥系統(tǒng)實現(xiàn)了生產(chǎn)過程中勞動力的解放，推進農(nóng)機設備自動化、智能化、無人化發(fā)展，支撐了農(nóng)業(yè)機械化和農(nóng)機裝備產(chǎn)業(yè)的進一步轉(zhuǎn)型升級。

2 農(nóng)業(yè)智能化管理系統(tǒng)在推廣和實踐中的問題

2.1 系統(tǒng)前期耗資大

在推廣過程中，該系統(tǒng)由于功能齊全，結(jié)構(gòu)復雜，導致整體費用較高，需要投入一定數(shù)額的資金，不利于在小型個體農(nóng)業(yè)戶中推廣和使用。政府應積極推進有關政策的實施，降低材料價格。

2.2 農(nóng)村人才短缺

改革開放以來，農(nóng)村老齡化日益嚴重，大量青年進城務工，導致農(nóng)村剩余人口知識水平較低，而需要專業(yè)人員對系統(tǒng)所給出的土壤墑情和溫度數(shù)據(jù)進行分析，對害蟲的種類進行辨別，系統(tǒng)維修工作更需要技術(shù)水平和專業(yè)素養(yǎng)較高的操作人員來完成，相關專業(yè)人士的缺少問題是農(nóng)業(yè)智能化管理系統(tǒng)在推廣過程中的又一問題。政府應大力發(fā)展鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，鼓勵和吸引更多知識分子和有志青年回歸故鄉(xiāng)，建設鄉(xiāng)村。

2.3 系統(tǒng)后期保養(yǎng)和維修繁瑣

土壤檢測器，智能化噴灌系統(tǒng)其技術(shù)含量較高，均需要定期嚴格按照標準進行保養(yǎng)和維修，如果不能及時保養(yǎng)和維修，會影響裝置的壽命，更會影響后續(xù)整體系統(tǒng)的運行，定時的保養(yǎng)和維修是智能化系統(tǒng)高效率完成任務的前提。

3 結(jié)語

智慧農(nóng)業(yè)是當今社會的發(fā)展趨勢，由土壤監(jiān)測系統(tǒng)、智能灌溉系統(tǒng)、智能農(nóng)機具系統(tǒng)和病蟲害監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建的農(nóng)業(yè)智能化管理系統(tǒng)對我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展有著極其重要的意義。但農(nóng)業(yè)智能化系統(tǒng)在實際推廣過程中仍存在政策尚不完善，相關農(nóng)業(yè)機具設備價格過高，相關專業(yè)人才缺乏等問題亟待解決，相信隨著政府的支持力度增加和現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)智能化管理系統(tǒng)定會推動中國農(nóng)業(yè)蓬勃發(fā)展。