基于智能感知技術(shù)的山旱地農(nóng)機(jī)作業(yè)數(shù)據(jù)采集與分析研究

溫生芳

（天祝藏族自治縣安遠(yuǎn)鎮(zhèn)人民政府，甘肅 武威 733299）

智能化農(nóng)機(jī)是智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一[1]，而智能感知技術(shù)則是智能化農(nóng)機(jī)的重要組成部分，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)過(guò)程中的環(huán)境數(shù)據(jù)和作業(yè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和分析。傳感器和攝像頭的安裝是實(shí)現(xiàn)智能感知技術(shù)的關(guān)鍵步驟，這些設(shè)備可以與智能化農(nóng)機(jī)相互連接，實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)傳輸和共享。基于智能感知技術(shù)的數(shù)據(jù)采集和分析是實(shí)現(xiàn)智能化農(nóng)機(jī)作業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化以及對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)數(shù)據(jù)的智能分析，并為農(nóng)戶提供決策支持。本研究旨在提出一種基于智能感知技術(shù)的數(shù)據(jù)采集和分析方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)山旱地農(nóng)機(jī)作業(yè)過(guò)程中的環(huán)境數(shù)據(jù)和作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和分析，為山旱地農(nóng)機(jī)智能化生產(chǎn)提供技術(shù)支持和理論指導(dǎo)。

1 智能感知技術(shù)在山旱地農(nóng)機(jī)作業(yè)中的應(yīng)用

智能感知技術(shù)是一種基于傳感器、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多學(xué)科交叉應(yīng)用的技術(shù)。它可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境信息，自動(dòng)識(shí)別和感知環(huán)境中的各種物體和情況，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，從而實(shí)現(xiàn)自主決策和自主控制[2]。在山旱地農(nóng)機(jī)作業(yè)中，智能感知技術(shù)可以幫助農(nóng)民實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

首先，智能感知技術(shù)可以精準(zhǔn)測(cè)算土壤水分。在山旱地區(qū)，土壤水分是影響作物生長(zhǎng)的重要因素之一，利用傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤水分的變化，對(duì)作物進(jìn)行精準(zhǔn)澆水，避免水資源浪費(fèi)和作物缺水[3]。同時(shí)，可以利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)不同區(qū)域的土壤水分狀況進(jìn)行評(píng)估，為農(nóng)民提供作物種植建議和指導(dǎo)。

其次，智能感知技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥。在山旱地農(nóng)機(jī)作業(yè)中，精準(zhǔn)施肥是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和降低污染的重要手段。智能感知技術(shù)可以通過(guò)傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤中的養(yǎng)分含量、作物生長(zhǎng)狀態(tài)等參數(shù)，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)和其他環(huán)境信息為農(nóng)民提供精準(zhǔn)的施肥建議和指導(dǎo)。這樣不僅可以提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，還可以減少化肥的使用量，降低對(duì)環(huán)境的污染。

再次，智能感知技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)。在山旱地農(nóng)機(jī)作業(yè)中，由于地形復(fù)雜、氣候惡劣，農(nóng)民需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力進(jìn)行操作和監(jiān)控。智能感知技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，減輕農(nóng)民的負(fù)擔(dān)。通過(guò)安裝傳感器、控制器等設(shè)備，智能感知技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化播種、灌溉、除草、施肥等功能[4]。農(nóng)民只需要在監(jiān)控界面上設(shè)定好作業(yè)計(jì)劃和參數(shù)，系統(tǒng)就可以自動(dòng)執(zhí)行，減少了農(nóng)民的操作時(shí)間和監(jiān)控時(shí)間，提高了工作效率。

最后，智能感知技術(shù)可以保護(hù)農(nóng)民的生產(chǎn)安全。在山旱地區(qū)，由于地形復(fù)雜、氣候惡劣，農(nóng)民在作業(yè)過(guò)程中面臨著許多危險(xiǎn)。智能感知技術(shù)可以通過(guò)傳感器和相機(jī)等設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器和作業(yè)場(chǎng)地的狀態(tài)，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)并預(yù)警潛在的危險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)。例如，當(dāng)發(fā)現(xiàn)機(jī)器出現(xiàn)異常或作業(yè)場(chǎng)地存在障礙物時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)停機(jī)或發(fā)出警報(bào)，保障農(nóng)民的生產(chǎn)安全。

智能感知技術(shù)在山旱地農(nóng)機(jī)作業(yè)中的應(yīng)用，可以幫助農(nóng)民實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量、減少浪費(fèi)和污染、降低農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度、保障生產(chǎn)安全。在未來(lái)，隨著新興技術(shù)的不斷進(jìn)步和普及，智能感知技術(shù)將成為山旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要技術(shù)手段之一，為人們帶來(lái)更多的便利和收益。

2 數(shù)據(jù)采集和分析方法

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)山旱地農(nóng)機(jī)作業(yè)數(shù)據(jù)的高效采集和分析，本研究提出了一種基于智能感知技術(shù)的數(shù)據(jù)采集和分析方法。具體來(lái)說(shuō)，該方法包括以下幾個(gè)步驟。

2.1 傳感器和攝像頭的安裝

通過(guò)安裝溫濕度傳感器、土壤含水率傳感器、光照傳感器等設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。同時(shí)，通過(guò)安裝位置傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器、液位傳感器等設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集[5]。此外，通過(guò)攝像頭拍攝農(nóng)機(jī)作業(yè)過(guò)程中的視頻，可以獲取更加全面和詳細(xì)的作業(yè)數(shù)據(jù)。除了安裝傳感器和攝像頭外，還需要對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行合理的布局和配置，以保證其能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)的監(jiān)測(cè)和采集效果。例如，在農(nóng)田中應(yīng)該選擇合適的位置和深度安裝土壤含水率傳感器，避免因安裝位置不當(dāng)導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真[6]。此外，在攝像頭的布局上，也需要考慮到拍攝視角、拍攝距離等因素，以獲取更加全面和準(zhǔn)確的作業(yè)數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)

在山旱地農(nóng)機(jī)作業(yè)中，采集到的數(shù)據(jù)需要通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，這樣可以確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，同時(shí)為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和處理提供便利。但是，在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，需要考慮到數(shù)據(jù)的安全性和穩(wěn)定性，防止數(shù)據(jù)泄露和傳輸錯(cuò)誤[7]。因此，數(shù)據(jù)傳輸需要采用可靠的加密算法和安全傳輸協(xié)議，確保數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性。

在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)時(shí)，需要考慮到數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理效率。對(duì)于大規(guī)模的農(nóng)機(jī)作業(yè)數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)時(shí)性和高效性的需求。因此，需要采用分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)和云存儲(chǔ)技術(shù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到多個(gè)節(jié)點(diǎn)上，并實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的快速查詢和訪問(wèn)。同時(shí)，為了提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的效率，還需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮和去重處理，減少存儲(chǔ)空間的占用。

建立合理的數(shù)據(jù)管理機(jī)制，以確保數(shù)據(jù)的完整性和可靠性也非常重要。例如，建立數(shù)據(jù)備份機(jī)制，定期對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份和恢復(fù)，防止數(shù)據(jù)丟失和損壞。此外，還需要制定數(shù)據(jù)共享和訪問(wèn)規(guī)范，確保數(shù)據(jù)的合法性和隱私保護(hù)。對(duì)于山旱地農(nóng)機(jī)作業(yè)中采集到的大規(guī)模數(shù)據(jù)，需要采用安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，建立高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，并建立合理的數(shù)據(jù)管理機(jī)制。這樣才能確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性，并為農(nóng)機(jī)作業(yè)流程的優(yōu)化和智能化提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。

2.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理是數(shù)據(jù)分析的重要步驟，其目的是通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，去除數(shù)據(jù)中的噪聲和異常值，提高數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性[8]。在山旱地農(nóng)機(jī)作業(yè)中，數(shù)據(jù)預(yù)處理可以有效提高農(nóng)機(jī)作業(yè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用性。

首先，數(shù)據(jù)清洗是數(shù)據(jù)預(yù)處理的第一步。數(shù)據(jù)清洗的主要目的是去除數(shù)據(jù)中的噪聲和異常值，保留有效數(shù)據(jù)。常用的數(shù)據(jù)清洗方法包括簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)分析、邏輯篩選、聚類分析、離群點(diǎn)檢測(cè)等。通過(guò)這些方法，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，去除不必要的數(shù)據(jù)，從而保證后續(xù)分析的準(zhǔn)確性。

其次，數(shù)據(jù)去重是數(shù)據(jù)預(yù)處理的第二步。數(shù)據(jù)去重的目的是去除數(shù)據(jù)中的重復(fù)值，避免分析結(jié)果受到重復(fù)數(shù)據(jù)的影響。常用的數(shù)據(jù)去重方法包括基于規(guī)則的去重、基于相似性的去重、基于哈希函數(shù)的去重等。這些方法可以有效地去除數(shù)據(jù)中的重復(fù)值，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

再次，數(shù)據(jù)填補(bǔ)是數(shù)據(jù)預(yù)處理的第三步。由于數(shù)據(jù)采集過(guò)程中存在數(shù)據(jù)缺失的情況，因此需要對(duì)缺失的數(shù)據(jù)進(jìn)行填補(bǔ)。常用的數(shù)據(jù)填補(bǔ)方法包括均值填補(bǔ)、中位數(shù)填補(bǔ)、回歸分析填補(bǔ)等。通過(guò)這些方法，可以有效地填補(bǔ)數(shù)據(jù)中的缺失值，提高數(shù)據(jù)的可用性。

最后，數(shù)據(jù)平滑是數(shù)據(jù)預(yù)處理的最后一步。數(shù)據(jù)平滑的目的是去除數(shù)據(jù)中的噪聲和波動(dòng)，提高數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。常用的數(shù)據(jù)平滑方法包括移動(dòng)平均、指數(shù)平滑、濾波等。通過(guò)這些方法，可以有效地平滑數(shù)據(jù)，去除噪聲和波動(dòng)，提高數(shù)據(jù)的可靠性。數(shù)據(jù)預(yù)處理是山旱地農(nóng)機(jī)作業(yè)數(shù)據(jù)分析的重要步驟，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、去重、填補(bǔ)、平滑等處理，可以提高數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和決策提供有力的支持。

2.4 數(shù)據(jù)分析和挖掘

數(shù)據(jù)分析和挖掘是智能感知技術(shù)在山旱地農(nóng)機(jī)作業(yè)中的關(guān)鍵應(yīng)用，通過(guò)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，可以提取出其中的有用信息，為農(nóng)機(jī)作業(yè)的優(yōu)化提供重要的數(shù)據(jù)支持。

一種常用的數(shù)據(jù)分析方法是聚類分析，它是將相似的數(shù)據(jù)對(duì)象歸為同一類別的過(guò)程[9]。聚類分析的目的是將數(shù)據(jù)對(duì)象分組，以便于觀察和分析數(shù)據(jù)。聚類分析的步驟包括確定相似性度量、選擇聚類算法、確定聚類數(shù)量和解釋聚類結(jié)果等。在山旱地農(nóng)機(jī)作業(yè)中，聚類分析可以用來(lái)對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，以便于識(shí)別不同類型的作業(yè)任務(wù)并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。

另一種常用的數(shù)據(jù)分析方法是分類分析，它是將數(shù)據(jù)對(duì)象分配到不同類別的過(guò)程。分類分析的目的是根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)象的屬性特征，將其歸為相應(yīng)的類別。在山旱地農(nóng)機(jī)作業(yè)中，分類分析可以用來(lái)對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，以便于識(shí)別不同類型的農(nóng)作物和作業(yè)任務(wù)，從而更好地掌握農(nóng)機(jī)作業(yè)的情況。

關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘是一種常用的數(shù)據(jù)挖掘方法，它用于發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中的頻繁項(xiàng)集和關(guān)聯(lián)規(guī)則。在山旱地農(nóng)機(jī)作業(yè)中，關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘可以用于發(fā)現(xiàn)不同作業(yè)任務(wù)之間的關(guān)聯(lián)性和相互影響，以便于制定更加合理的農(nóng)機(jī)作業(yè)方案。

機(jī)器學(xué)習(xí)是一種應(yīng)用廣泛的數(shù)據(jù)分析方法，它可以讓計(jì)算機(jī)從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，并根據(jù)學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行自主決策。在山旱地農(nóng)機(jī)作業(yè)中，機(jī)器學(xué)習(xí)可以用來(lái)預(yù)測(cè)農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況和作物產(chǎn)量，從而優(yōu)化農(nóng)機(jī)作業(yè)方案。數(shù)據(jù)分析和挖掘是智能感知技術(shù)在山旱地農(nóng)機(jī)作業(yè)中的關(guān)鍵應(yīng)用之一，通過(guò)聚類分析、分類分析、關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘等方法，可以從大量的數(shù)據(jù)中提取出有用信息，為農(nóng)機(jī)作業(yè)的優(yōu)化提供重要的數(shù)據(jù)支持[10]，同時(shí)，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用也可以為農(nóng)機(jī)作業(yè)的智能化和自動(dòng)化發(fā)展提供重要的支持。

3 結(jié)論

本研究提出了一種基于智能感知技術(shù)的山旱地農(nóng)機(jī)作業(yè)數(shù)據(jù)采集和分析方法，該方法主要包括四個(gè)步驟：傳感器和攝像頭的安裝、數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)分析和挖掘。首先，在農(nóng)機(jī)作業(yè)過(guò)程中，通過(guò)安裝溫濕度傳感器、土壤含水率傳感器、光照傳感器、位置傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器、液位傳感器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田環(huán)境數(shù)據(jù)和農(nóng)機(jī)作業(yè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、分析和挖掘，提取其中的有用信息，為農(nóng)機(jī)作業(yè)的優(yōu)化提供重要的數(shù)據(jù)支持。其次，在數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)方面，考慮了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院头€(wěn)定性，設(shè)計(jì)了合理的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)和管理。再次，在數(shù)據(jù)預(yù)處理方面，針對(duì)采集到的數(shù)據(jù)存在噪聲和異常值的問(wèn)題，進(jìn)行了數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)去重、數(shù)據(jù)填補(bǔ)、數(shù)據(jù)平滑等預(yù)處理步驟，以保證后續(xù)分析的準(zhǔn)確性和可靠性。最后，在數(shù)據(jù)分析和挖掘方面，采用了聚類分析、分類分析、關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘等方法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析和挖掘，提取出其中的關(guān)鍵信息。通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行分析和優(yōu)化，提高農(nóng)機(jī)作業(yè)的效率和質(zhì)量。本研究提出的基于智能感知技術(shù)的山旱地農(nóng)機(jī)作業(yè)數(shù)據(jù)采集和分析方法，具有數(shù)據(jù)采集效率高、數(shù)據(jù)分析精度高等優(yōu)點(diǎn)，可以為山旱地區(qū)農(nóng)機(jī)智能化生產(chǎn)提供技術(shù)支持和理論指導(dǎo)。