开心农场——实现真正的智能化农业生产.docx

《农机化新技术》课程论文

题 目：
开心农场——实现真正的智能化农业生产
院 （系）：
信息科学与技术学院
专 业：
计算机科学与技术专业
学 号：
2008082299
姓 名：
马飞龙
授课教师：
张若宇
完成日期：
2009年5月25日

开心农场
——实现真正的智能化农业生产
马飞龙
（石河子大学，信息科学与技术学院，石河子，832000）
摘要：中国农业机械化发展水平与发达国家相比有一定的差距，农机产品质量和技术含量有待进一步提高。随着国民经济实力的不断增强，传统农业将逐步向现代农业转变，农业基础设施建设投入力度将进一步加大，农村富余劳动力转移步伐将进一步加快，农民摆脱繁重体力劳动的愿望将进一步增强，必将扩大对农机化的需求。在当今社会，智能化农业生产已逐步取代传统的农业生产。在这一过程中老子的无为而治思想也发挥着很大的作用。在老子的思想中有“万事万物均有自身的规律,我们只能顺应规律,顺应时代的潮流,促其前进”这么一段话。据此我们可以清楚地看到，智能化农业生产已是社会发展的必然趋势，计算机在农业中的运用也日益加剧。
关键词：农业； 智能化 ；自动化； 计算机； 机械化
Happy Farm
- Intelligent Real Agricultural Production
Ma Feilong
(Shihezi University,College of Information Science And Technology, Shihezi, 832000)
Abstract: China's agricultural mechanization level of development compared with developed countries have a certain gap between the agricultural product quality and technical content to be further improved. With the growing strength of the national economy, the traditional agriculture to modern agriculture will gradually change, agriculture, infrastructure construction investment will further increase the transfer of rural surplus labor force will further accelerate the pace, farmers desire to shake off the heavy manual labor will be further strengthened, will will expand the demand for agricultural mechanization. In today's society, intelligent agricultural production has been gradually replacing the traditional agricultural production. In the process of rule by doing nothing I thought to play a significant role. In Laozi's thinking of "all things have their own laws, we can only comply with the law, conform to the trend of the times and promote its progress," such a case. Which we can clearly see, intelligent agricultural production is an inevitable trend of social development, computer application in agriculture is also growing.
Keywords: intelligent；automated；computer ；mechanization of agriculture
0引言
众所周知，中国农业机械化发展水平与发达国家相比有一定的差距，农机产品质量和技术含量有待进一步提高。随着国民经济实力的不断增强，传统农业将逐步向现代农业转变，农业基础设施建设投入力度将进一步加大，农村富余劳动力转移步伐将进一步加快，农民摆脱繁重体力劳动的愿望将进一步增强，必将扩大对农机化的需求。在当今社会，智能化农业生产已逐步取代传统的农业生产。在这一过程中老子的无为而治思想也发挥着很大的作用。在老子的思想中有“万事万物均有自身的规律,我们只能顺应规律,顺应时代的潮流,促其前进”这么一段话。据此我们可以清楚地看到，智能化农业生产已是社会发展的必然趋势，计算机在农业中的运用也日益加剧。那么如何通过计算机实现真正的智能化农业生产？
1农业专家系统
智能化农业即利用智能化家业信息技术来指导农业生产。以农业专家系统为代表，它是一种拥有高层次、多方面农业专家知识、并能模仿人类的推理过程，在计算机上以形象、直观的方式向使用者提供各种农业问题决策咨询服务的实用软件系统。
农业专家系统不仅可以保存、传播各类农业信息和农业知识、而且能把分散的、局部的单项农业技术综合集成起来，经过智能化的信息处理，能针对不同的土壤和气候等环境条件，给出系统性和应变性强的各类农业问题的解决方案，为农业生产全过程提供高水平的服务，从而促进农业生产。
农业专家系统是一种提供各种农业问题决策咨询服务的实用软件系统，它可以起到高层次、多方面的农业专家的作用，从根本上解决农业科技人员短缺的问题。同时，利用该系统指导农业生产，比起发达国家效益等方面取得明显的应用效果，因而容易为农民和农村干部接受，从而对于提高他们和科技文化素质具有重要作用。农业专家系统通过信息技术将农业生产、科技、经济信息进行加工处理后，可以帮助生产者、管理者进行因地制宜决策，提高科学管理水平，改变基层领导者决策的盲目性和主观性，减少决策失误，促进农业生产的发展。
农业专家系统是把专家系统知识应用于农业领域的一项计算机技术。专家系统是人工智能的一个分支，主要目的是要使计算机在各个领域中起人类专家的作用。它是一种智能程序子系统，内部具有大量专家水平的领域知识和经验，能利用仅人类专家可用的知识和解决问题的方法来解决该领域的问题。　　
它是一种计算机程序，可以用专家的水平（有时超过专家）完成一般的、模仿人类的解题策略，并与这个问题所特有的大量实际知识和经验知识结合起来。一般专家系统有三个特点，即：启发性，能运用专家的知识和经验进行推理和判断；透明性，能解决本身的推理过程，能回答用户提出的问题；灵活性，能不断地增长知识，修改原有的知识。
专家系统由知识库（知识集合）、数据库（反映系统的内外状态）以及推理判断程序（规定选用知识的策略与方式）等部分为核心，一般由知识库、数据库、推理机、解释部分、知识获取部分等5部分组成。专家系统的工作方式可简单地归结为：运用知识，进行推理。
具体地说，农业专家系统是运用人工智能知识工程的知识表示、推理、知识获取等技术，总结和汇集农业领域的知识和技术，农业专家长期积累的大量宝贵经验，以及通过试验获得的各种资料数据及数学模型等，建造的各种农业“电脑专家”计算机软件系统，由于具有智能化进行分析推理，独立的知识库增加和修改知识十分方便，开发工具使用户不必了解计算机程序语言，并有解释说明功能等，是通常的计算机程序系统难以比拟的。
农业专家系统可应用于农业的各个领域，如作物栽培、植物保护、配方施肥、农业经济效益分析、市场销售管理等。例如，病虫草害防治专家系统是针对作物不同时期出现的各种症状和不同环境条件，诊断可能出现的病虫草灾害，提出有效的防治方法。栽培管理专家系统是在各个作物的不同生育期，根据不同的生态条件，进行科学的农事安排，其中包括栽培、施肥、灌水、植物保护等。栽培部分包括品种选择、种子准备、整地、播种、田间管理与收获，优化它们之间及其与产量之间的关系；施肥部分主要是优化肥料与产量的关系，水分管理部分主要是合理灌排，优化水分与产量的关系；植保部分主要是病虫草害的预测和控制。
2农业资源信息管理
应用现代“3S”（遥感RS 、地理信息系统GIS 、全球卫星定位系统GPS ）信息技术，建立以智能化和多媒体为主体的农业资源专家系统，实现农业资源数字化、信息化管理，通过数据库和网络信息服务技术，提高农业生产宏观管理能力，促进高效生态农业发展，实现生产、环境、效益的和谐和农业的可持续发展。该项目建立了农业资源空间和属性数据库，为当地土壤资源、水资源、土地利用状况、农业产业分布和地形地貌等信息的高效有序管理奠定了基础。所建的地面数字模型，形象直观地反映出土壤养分的空间变异，提供了农业资源数字化和可视化管理手段。农业资源管理系统，具有农业资源显示、查询、统计、面积距离量算、图形输出和农业资源专题图制作等功能，为测土配方施肥、耕地质量评价、测土配方施肥专家咨询系统等工作提供了深化、拓展的接口，为农业生产搭建了新的技术服务平台。
3农业信息监测与速报系统
应用星（航天遥感）、机（航空遥感）、地（监测网络）技术对主要农作物的长势与产量、土壤墒情、水旱灾害、病虫草害、海洋渔业、农业资源、生态环境等，进行监测、速报与预报。对世界各国主要粮食作物和主要经济作物、土地利用与土地覆盖和可参与分享的世界农业自然资源进行监测与速报研究。建立农业地理信息系统（AGIS），将3S技术[地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、遥感技术（RS）]应用于农业、资源、环境和灾害的监测和速报。使农产品在生产过程中完全自动化，进而做到作物生长过程中有需必供的作用。
4农业规划与决策分析
田间数据的实时采集、传输与处理是实施精准农业的关键环节。长期以来，困扰该环节的一个技术瓶颈是客户端实时数据采集与服务器端联动式决策的一体化处理。
“精细农业”技术是通过产量测量、作物监测以及土壤采样等方法来获取数据，以便了解整个田块的作物生长环境的空间变异特性。
4.1 产量数据采集
带定位系统和产量测量的谷物联合收割机（如美国John Deree和英国Messey Ferguson等），在收获的同时，每隔1.2秒记录当地的产量，记录数据以文本形式（经度、纬度、产量和谷物含水量）存储在磁卡中，然后读入计算机进行处理。影响产量精度的主要原因是GPS（或DGPS）定位精度、产量传感器的测量精度、实际割幅和前进速度的准确性。
4.2 土壤数据采集
土壤信息一般包括土壤含水量、土壤肥力、SOM、PH、土壤压实、耕作层深度等。利用GPS在田间定位，采集土样。由于采集的土样一般还要送到实验室处理分析，耗资费时，成为实施“精细农业”技术实践的瓶颈。目前商品化的土壤养分快速测试仪器还是基于传统化学分析技术，其可操作性和测量精度有待于改进。国外基于TDR技术的土壤水分测量仪器、基于MR技术的多光谱SOM测试仪器已经商品化，但其价格昂贵，不适于大面积推广使用。
4.3 苗情、病虫草害数据采集
利用机载GPS或人工携带GPS，在田间行走中随时可定位，记录位置，并记录作物长势或病虫草害的分布情况。如监测病虫草害分布，一般人为可定性分为轻、较轻、中、较重、重，以1、2、3、4、5代表。该数据的准确性很大程度上依赖于人的判断能力。近年来，由于NIR视觉技术、图象模式识别、多光谱识别技术的发展，有关苗情、杂草识别快速监测仪器不久将研制出来，并投入使用。
5农业生产过程实时处理与控制
在农业生产过程中，合理的对作物实施管理，加强农业生产过程中的实时处理，是农业发展的趋势。自动控制技术 可以加强人们对农作物的管理，合理的对作物进行施肥、灌溉、除草等。
自动控制技术（Automatic Control Technique-ACT）在农业中的应用，最重要的是温室的自动控制。人类如何摆脱自然因素对农业的影响，生产满足全体所需要的食物，是亟待研究和解决的问题。设施农业以及植物工厂的实时处理与控制将是一个解决方案。农产品加工也是一个重要的领域，如配合饲料生产、复合肥生产、茶叶烘干和制麻加工等。浙江省应用茶叶烘干微机控制系统，使茶叶提高一个等级，产量提高10％。
6农田灌溉调控自动化
我国农业灌溉用水量大，灌溉效率低下和用水浪费的问题普遍存在。目前全国灌溉水利用率约为43%，单方水粮食生产率只有10公斤左右，大大低于发达国家灌溉水利用率70-80%、单方水粮食生产率2.0公斤以上的水平。通过采用现代节水灌溉技术改造传统灌溉农业，实现适时适量的“精细灌溉”，具有重要的现实意义和深远的历史意义。在灌溉系统合理地推广自动化控制，不仅可以提高资源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。
农田灌溉调控自动化是结合先进的优化调度决策软件技术，灌区自动化综合数据采集DCS、数据库、地理信息系统GIS、网络与通讯、计算机及控制等技术组成了一个高可靠性的科学管理系统这个控制管理系统使用计算机联结的传感器测定作物的需水信息，并控制埋于表层土壤下的细小塑料水管的水阀，不但按需放水，还能使肥、水同滴，取得了很好的效益。
自动灌溉监控系统有如下优点：
　 　①将充分发挥现有的节水设备作用，优化调度，提高效益。
　　 ②通过自动控制技术的应用，更加节水节能，降低灌溉成本，提高灌溉质量。
　　 ③将使灌溉更加科学，方便、提高管理水平。
　　研制和推广节水灌溉控制新技术是实现农业现代化的需要。
　　GPRS农业自动化灌溉系统：
　　GPRS农业自动化灌溉系统主要由中心主控系统(主计算机)、GPRS采集控制终端、电磁阀、田间湿度传感器(可测土壤湿度绝对值)、气象观测站(可测量气温、风向、风速)等设备所组成。操作人员可坐在控制室里，对传上来的气象资料、田间土壤湿度等数据进行综合分析，利用自动方式，足不出户的对整个小区进行灌溉。同时还可以利用数据查询系统和打印系统，随时记录、查询、打印整个灌溉小区的气象资料、土壤湿度、灌溉设置、灌溉进程、灌水历史记录等数据。
7农机管理与农产品贮存加工自动化
用计算机管理农业机械，帮助农民选用适当的农机型号和规格，降低使用成本，确定更新设备的时机。计算机在温室环境方面的应用大显身手。运用一种计算机控制箱，能自动控制温室的温度、湿度，定时适量地喷洒农药和肥料，并调节灌溉系统，可使作物处于最佳生长状态，大大提高了产量。另外，计算机还可应用于农副产品加工 。计算机仓库管理系统可以提高农产品的储存时间，进而提高农民的收入。
8农业市场服务系统信息化
建立农业信息市场多层次服务体系。由于我国幅员辽阔，经济发展很不平衡，这就要求我国农业信息市场应是多层次的，即以基层信息市场为基础，地区性信息市场为骨干，国家级信息市场为龙头的多级市场。信息服务业是信息生产者和信息消费者的桥梁，要根据信息多级市场建立多层次服务体系。农业信息服务工作，应提倡主动服务和动态服务，主动服务于基层，服务于经济主战场。近年来，农村乡镇企业正以前所未有的速度和规模蓬勃发展，它们对人才信息、技术信息和市场信息求之若渴，农民也清醒地意识到，不依靠科学技术，农业生产就没有出路。农业信息产业应把目标放在广阔的农村市场，这既能推动农业现代化的发展，又可以促进农业信息产业本身的健康成长。
较发达的农业国家美国、日本等农业生产环境(如温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度等)的调控控制向利用环境、计算机等多因子动态控制系统发展。温室作物栽培，实现播种、育苗、定植、管理、包装、运输等作业的机械化、自动化的目标。智能化农业生产将推动农业的飞速发展，使人们从那种苦味、单一的人工作业模式转向快乐、多层次的智能化农业生产模式，提高了农民的劳动积极心……
参考文献
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学习心得
通过本门课程的学习，我学到了一些方法，通过和各个专业的同学的交流，知道了很多东西，这门课程对我最深的影响是每个同学的演讲，他们通过对自己的论文的演讲，展现出了各自专业的亮点，同时使我学到了他们的那种对知识的积极态度。农机化新技术这门课让我学会了如何正确对待一件事情，比如拿写论文这件事来说吧，同过老师的悉心指导，我知道了写论文的一般格式，我相信在以后的学习中，论文的格式对我而言已不再是问题。最后，我希望在以后的课程中，老师能抽出多一点的时间让同学们自己上讲台讲课，我觉得这样既可以锻炼同学们的能力，更能起到上选修课的作用。