自動化信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用研究

劉 楊

（山東理工大學，山東淄博 255000）

0 引言

90年代世界農(nóng)業(yè)技術(shù)革命興起，日本等國家先后在系統(tǒng)工程、專家系統(tǒng)等方面進行大量研究，形成成熟完善的農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研發(fā)服務(wù)體系。國外農(nóng)業(yè)信息技術(shù)推廣應(yīng)用于作物生長管理自動化等方面。近年來中央出臺一號文件集中于三農(nóng)發(fā)展，國家重要方針為推廣農(nóng)業(yè)信息技術(shù)提供保障。我國農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究起步較晚，隨著農(nóng)田墑情監(jiān)測等信息技術(shù)的應(yīng)用，信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。我國陸續(xù)開展專家系統(tǒng)等應(yīng)用于農(nóng)業(yè)方面的相關(guān)研究，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化信息技術(shù)作用受到人們的重視，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化信息化發(fā)展是必然方向。

1 技術(shù)概述

西方發(fā)達資本主義國家經(jīng)過多年發(fā)展，信息技術(shù)融入到社會生活的各個方面，信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占國民生產(chǎn)總產(chǎn)值的60%，我國處于向集約經(jīng)濟轉(zhuǎn)變的過程中，要及時加入全球性歷史進程。農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)應(yīng)用有利于推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展[1]。目前我國農(nóng)業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用存在資金投入不足等問題，需要研究農(nóng)業(yè)工程中自動信息化技術(shù)的應(yīng)用，推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。

1.1 農(nóng)業(yè)工程信息技術(shù)

信息技術(shù)是用于獲取處理使用信息采用的技術(shù)，主要應(yīng)用計算機科學等表達開發(fā)實施信息管理系統(tǒng)。美國信息技術(shù)協(xié)會定義為對信息系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用維護，包括網(wǎng)絡(luò)管理、組織內(nèi)信息技術(shù)生命周期計劃管理等[2]。信息化是衡量國家現(xiàn)代化水平的標志，當前我國處于向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型期，推進新農(nóng)村建設(shè)需要有效應(yīng)用信息技術(shù)。農(nóng)業(yè)信息技術(shù)是信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)的結(jié)合，指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)引入信息技術(shù)，包括農(nóng)業(yè)信息采集傳輸處理等技術(shù)。

1.2 技術(shù)應(yīng)用意義

農(nóng)業(yè)信息化是將信息技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域[3]，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化主要內(nèi)容包括農(nóng)業(yè)科技管理現(xiàn)代化。農(nóng)業(yè)信息技術(shù)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理提供先進工具手段，信息技術(shù)推廣應(yīng)用于農(nóng)業(yè)工程具有重要意義，體現(xiàn)在有利于減少農(nóng)產(chǎn)品市場交易風險，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。農(nóng)業(yè)工程信息技術(shù)應(yīng)用有利于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，農(nóng)業(yè)信息技術(shù)以農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)服平臺為基點，為農(nóng)業(yè)信息現(xiàn)代化系統(tǒng)體系形成發(fā)展提供參考。運用農(nóng)業(yè)信息技術(shù)有助于加快農(nóng)業(yè)信息現(xiàn)代化發(fā)展。

2 技術(shù)應(yīng)用發(fā)展

信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用逐漸受到關(guān)注，信息技術(shù)在促進國民經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，如促進生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展等。信息技術(shù)發(fā)展為農(nóng)業(yè)科技革命帶來契機，信息技術(shù)不斷向農(nóng)業(yè)領(lǐng)域滲透，農(nóng)業(yè)信息技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的重要支撐，農(nóng)業(yè)信息化是長期歷史發(fā)展過程[4]，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中自動化信息技術(shù)作用越來越受到人們的重視。農(nóng)業(yè)自動化信息技術(shù)通過降低生產(chǎn)成本獲得現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。

2.1 國外農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的發(fā)展

國外農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究發(fā)展經(jīng)歷初步階段，后農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)研發(fā)，50年代國外農(nóng)業(yè)信息化推廣取得巨大成功，國外農(nóng)業(yè)信息化有不同的發(fā)展道路。許多發(fā)達國家研發(fā)作物生長模擬模型，為提高農(nóng)作物產(chǎn)量提供了基礎(chǔ)保障。20世紀90年代后農(nóng)業(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)向信息化發(fā)展的趨勢，近年來云計算技術(shù)對經(jīng)濟社會發(fā)展產(chǎn)生巨大影響，IMB提出把傳感器嵌入各領(lǐng)域儀器裝備，以實現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的整合。物聯(lián)網(wǎng)巨大經(jīng)濟利益驅(qū)使激烈的技術(shù)競爭，發(fā)達國家開展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究，物物信息交互推動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)節(jié)能型、智能化發(fā)展[5]。信息技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)中后，歐美發(fā)達國家在系統(tǒng)工程、智能決策等方面開展大量研究工作，信息技術(shù)充分融入社會農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理等各個方面。

2.2 中國農(nóng)業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用

我國農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究起步較晚，1979年開始信息化農(nóng)業(yè)研究，在指導農(nóng)民科學種田的同時提供增產(chǎn)增收技術(shù)支撐，幫助農(nóng)民獲得最大經(jīng)濟效益。1990年實施863計劃，開展農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模擬等方面的研究工作。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，我國科研院所成立農(nóng)業(yè)信息化研究機構(gòu)。信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程中廣泛應(yīng)用，應(yīng)用涵蓋科研管理等領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)鏈各方面開展不同技術(shù)應(yīng)用研究，主要成果包括研發(fā)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)、建立農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫、建立精準農(nóng)業(yè)技術(shù)體系等。

2.3 農(nóng)業(yè)自動化信息技術(shù)發(fā)展成效

農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，改革開放后我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)取得巨大成績，隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)進步，農(nóng)民生產(chǎn)積極性提高。目前我國農(nóng)業(yè)解決產(chǎn)品短缺問題，但農(nóng)業(yè)技術(shù)相比先進水平存在巨大差距，表現(xiàn)為產(chǎn)品質(zhì)量不高等。面對全球農(nóng)業(yè)市場，農(nóng)業(yè)發(fā)展關(guān)系到我國農(nóng)業(yè)安全與經(jīng)濟基礎(chǔ)穩(wěn)定，利用農(nóng)業(yè)自動化信息技術(shù)促進生產(chǎn)技術(shù)升級，可以提高我國農(nóng)業(yè)整體技術(shù)水平?？萍及l(fā)展引起社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)發(fā)生變革，農(nóng)業(yè)技術(shù)革命經(jīng)歷農(nóng)業(yè)機械技術(shù)廣泛應(yīng)用，生化技術(shù)應(yīng)用與信息技術(shù)革命。新技術(shù)革命以綜合配套技術(shù)為主，隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)自動化信息技術(shù)成為當代世紀迅速發(fā)展的科技領(lǐng)域。農(nóng)業(yè)工程中應(yīng)用自動化信息技術(shù)有效提升了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益，促進了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展。

3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中自動化信息技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)自動化信息技術(shù)可以促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)專業(yè)化，自動化技術(shù)需要專門技術(shù)人員操作，需要根據(jù)實際情況制定有效措施。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用自動化信息技術(shù)可以獲得巨大經(jīng)濟效益，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化信息技術(shù)得到推廣。我國農(nóng)業(yè)工程中應(yīng)用自動化信息技術(shù)取得顯著成效，但相比發(fā)達國家，農(nóng)業(yè)信息技術(shù)推廣應(yīng)用水平較低，一些偏遠地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展不理想，自動化技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域未得到推廣。

自動化技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用，可以通過監(jiān)測大棚室內(nèi)溫度，根據(jù)植物生長情況調(diào)節(jié)溫濕度，自動化控制技術(shù)在滴灌中發(fā)揮重要作用，可以利用自動化信息技術(shù)進行播種、插秧等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作，使用自動化播種機可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中自動化信息技術(shù)應(yīng)用存在許多問題，如在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用范圍較小。自動化技術(shù)運用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)加工取得很大成效，但我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)民未全面掌握信息技術(shù)，農(nóng)民使用自動化信息技術(shù)出現(xiàn)偏差。農(nóng)民在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展中起到主導作用，需要向農(nóng)民普及自動化信息技術(shù)使用方法。

目前，我國農(nóng)業(yè)工程自動化信息技術(shù)種類較少，產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化水平較低，信息技術(shù)現(xiàn)有量無法滿足有關(guān)生產(chǎn)管理的需要，軟件實用性能有待提高，但在病蟲害預測等方面衛(wèi)星系統(tǒng)研究不夠深入。我國農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展落后于發(fā)達國家，當前掌握自動化技術(shù)人員較少，農(nóng)業(yè)部要重視自動化技術(shù)的運用，可以定期開展自動化技術(shù)講座，政府部門要引進自動化信息技術(shù)，幫助農(nóng)民掌握技術(shù)使用方法，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

4 農(nóng)業(yè)工程中的自動化信息技術(shù)應(yīng)用

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的需要，80年代美國等國家提出精準農(nóng)業(yè)概念，很多國家進行精準農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究。精準農(nóng)業(yè)是根據(jù)空間變異實施現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)操作技術(shù)系統(tǒng)，包括定位系統(tǒng)等，是自動化信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)合的新型農(nóng)業(yè)[6]。農(nóng)業(yè)信息技術(shù)構(gòu)成包括農(nóng)業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展等方面。農(nóng)業(yè)自動化技術(shù)應(yīng)用包括機器視覺技術(shù)等。

4.1 機器視覺技術(shù)

發(fā)達國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動化應(yīng)用機器視覺技術(shù)，研究對象包括植物種類鑒別等。機器視覺是研究模擬生物外顯科技，主要運用二值圖像分析、輪廓表示等計算方法。對動植物表面進行特征提取，如對植株葉子生長情況監(jiān)測，動物方面在雞蛋孵化早期檢測雞蛋生命活力[7]。農(nóng)業(yè)機器人是機器視覺技術(shù)的重要方面，通過農(nóng)耕雜草圖像進行形態(tài)分析，通過拍攝圖形識別秧苗行列控制機器人行走，可以有效提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

4.2 數(shù)據(jù)融合技術(shù)

數(shù)據(jù)融合是自動化信息綜合處理技術(shù)，多傳感器信息融合技術(shù)最早產(chǎn)生于軍事領(lǐng)域，目前是廣泛應(yīng)用于機器人、工業(yè)過程控制等多領(lǐng)域關(guān)注共性關(guān)鍵技術(shù)。多傳感器信息融合技術(shù)是跨學科綜合理論方法，農(nóng)業(yè)資源觀測應(yīng)用可根據(jù)多傳感器預測產(chǎn)量，根據(jù)衛(wèi)星云圖等信息預報天氣等。未來多傳感器融合技術(shù)將為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息化提供技術(shù)支持。農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫包含科技類數(shù)據(jù)庫，農(nóng)業(yè)市場類信息數(shù)據(jù)庫包括市場價格等數(shù)據(jù)庫。

4.3 大數(shù)據(jù)人工智能技術(shù)

農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)建立使得人工獲取數(shù)據(jù)難度加大，需要對數(shù)據(jù)自動分析。農(nóng)業(yè)是巨大復雜系統(tǒng)，我國作物病蟲害頻發(fā)，未充分認識氣候水肥之間的相互關(guān)系。積累數(shù)據(jù)具有大量多維不確定等特性。農(nóng)業(yè)具有土壤類型眾多、病蟲害癥象不斷變化等特點，數(shù)據(jù)庫具有大型動態(tài)稀疏性等特點，數(shù)據(jù)挖掘工具有效處理農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)。基于本體的數(shù)據(jù)挖掘方法用本體表示農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識，提高獲取知識質(zhì)量和效率。農(nóng)業(yè)研究中需要對作物形態(tài)診斷，如利用作物株型包括空間分布狀態(tài)等反映作物長勢指標，研究利用圖像分析與專家系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工經(jīng)驗診斷方式。

5 應(yīng)用對策

當今信息化農(nóng)業(yè)在世界范圍快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)信息技術(shù)體現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息現(xiàn)代化發(fā)展狀態(tài)，近幾年各國政府管理部門開始許多相關(guān)方面建設(shè)。目前，我國農(nóng)業(yè)工程自動化信息技術(shù)應(yīng)用取得良好成效，同時存在信息技術(shù)服務(wù)體系不完善、信息網(wǎng)絡(luò)人員素質(zhì)欠缺等問題。要通過建立科技信息服務(wù)體系，加強農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新，構(gòu)建農(nóng)業(yè)信息資源網(wǎng)絡(luò)體系等措施促進自動化信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用。

1963年日本學者Tadao首先提出信息化概念，70年代后信息化概念在國際上普遍使用。農(nóng)業(yè)信息技術(shù)服務(wù)機構(gòu)是信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的重要環(huán)節(jié)，要建設(shè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級農(nóng)業(yè)信息服務(wù)網(wǎng)站，鼓勵合作組織經(jīng)紀人等建設(shè)，鼓勵地方政府改良本地各類信息技術(shù)項目，促進多種業(yè)務(wù)有效融合，加強農(nóng)村信息服務(wù)站與相關(guān)業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)統(tǒng)一。要以農(nóng)業(yè)信息化示范工程項目為方向，使信息發(fā)布共享轉(zhuǎn)向社會化。積極引導公眾參與農(nóng)業(yè)信息服務(wù)主體構(gòu)成模式，農(nóng)業(yè)信息技術(shù)包容各類經(jīng)濟實體，使其加入農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)隊伍，不斷發(fā)展工程化進度，廣泛號召多方面社會力量，將農(nóng)業(yè)信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋到各鄉(xiāng)鎮(zhèn)村農(nóng)戶。

農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新要發(fā)展信息現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，考察不同水平農(nóng)民需求，農(nóng)業(yè)信息時效性處理技術(shù)創(chuàng)新。大力開展農(nóng)業(yè)信息技術(shù)創(chuàng)新是實現(xiàn)信息農(nóng)業(yè)化技術(shù)的保障，科技創(chuàng)新要加大投入人力物力，對已有農(nóng)業(yè)信息技術(shù)資源重新分配，加強對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)實用性技術(shù)的研發(fā)推廣，爭取關(guān)鍵技術(shù)方面達到世界先進行列水平。充分發(fā)揮各級農(nóng)業(yè)信息技術(shù)服務(wù)站的作用，形成信息技術(shù)主體系，將信息技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各領(lǐng)域。鼓勵科研院所與大型農(nóng)業(yè)企業(yè)聯(lián)合，積極開展高產(chǎn)品種選育及專用品種推廣應(yīng)用，發(fā)展綠色有機蔬菜，推廣無公害農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)模式，提高農(nóng)業(yè)新科技在農(nóng)業(yè)田間生產(chǎn)中的普及率。

6 結(jié)語

農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展需要高新技術(shù)支持，農(nóng)業(yè)集約化發(fā)展是未來方向，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展依賴于現(xiàn)代高新技術(shù)。目前我國農(nóng)業(yè)工程自動化信息技術(shù)應(yīng)用研究取得一定成果，各類應(yīng)用系統(tǒng)運用于實際中。農(nóng)業(yè)工程信息資源建設(shè)相比發(fā)達國家水平較低，農(nóng)業(yè)工程自動化信息技術(shù)開發(fā)存在許多不足，信息技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化處于較低水平，表現(xiàn)為重復低水平研究，GPS研究應(yīng)用較少。本文總結(jié)前沿自動化信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用，指出目前農(nóng)業(yè)自動化信息技術(shù)應(yīng)用中存在的一些共性問題，如精準農(nóng)業(yè)技術(shù)不成熟等，提出相應(yīng)解決對策。