计算机技术在智慧农业中的应用研究

2020-01-07吴翔

科技创新与生产力 2020年9期

吴翔

（湖南环境生物职业技术学院，湖南衡阳 421005）

近年来，随着我国经济和科技的不断发展，我国的农业生产效率和质量逐渐提高。目前，在计算机技术、网络技术大发展的背景下，智慧农业作为一种新型的农业生产和管理模式出现在农业生产领域[1]。智慧农业是指在农业生产过程中，充分利用计算机和网络技术，将相关技术进行有效聚合，实现农业生产过程中对生长的农作物生长的远程诊断、远程控制以及远程收获的目标[2]。

1 发展智慧农业的意义和价值

传统的农业生产需要投入大量的人力和物力时刻关注农作物的生长情况，该过程不仅造成了大量的人力支出，而且农业生产效益也较低。一方面，应用智慧农业后，一部分由人力完成的事务即可以交由智慧农业系统完成，可以极大程度解放劳动力，提升农业生产活动的效率。另一方面，也可以促进我国农业生产相关技术水平的提升。科技的进步是有一定规律的，当某一项技术已经成功打开了市场，并且有了一定数量的消费群体，后期技术更迭就会较为迅速，但如果一项技术未能打开市场，那么就会因研发资金的不足导致相关技术后续提升缓慢、乏力。目前，我国正大力发展智慧农业技术，进一步开发与智慧农业相关的技术、设备，可为我国智慧农业的发展提供市场基础和进步动力。长期以来，我国农业生产保持了以家庭为单位的生产模式，该种生产模式相较于集群化农业生产，在生产效率和经济效益方面都处于劣势。通过对智慧农业相关技术的应用，可以在一定程度上优化我国传统的农业生产模式。在扶贫攻坚的关键阶段，提升农业生产效率，助力农民增收，为我国农村地区脱贫贡献力量[3]。

2 计算机技术在智慧农业发展中的具体应用

2.1 计算机视觉技术的应用

该技术是多种技术的综合体，其主要以计算机科学为基础，结合了信号处理相关技术、统计学原理、数学知识。计算机视觉识别技术可以在农业生产的过程中实现图像的识别和处理，在智慧农业生态构建后有较为广泛的应用空间。具体而言，在智慧农业生产模式下，需要对农作物的生长情况进行及时监控，此时，计算机视觉识别系统就可以承担实时分析农作物生长情况的任务，即根据农作物生长情况作出适宜生产的部署和操作。智慧农业最明显的优势即可以利用智慧系统对农业生产策略进行自动分析。视觉识别系统则可以为分析过程提供基础数据支撑。农作物生长过程中，经常会受到杂草、病害的威胁，计算机识别技术可以利用光谱分析法、外形分析法以及颜色分析法等视觉分析方法，对农作物生长中存在的威胁进行实时甄别。在进行害虫的识别时，首先利用黑光灯进行聚虫；其次将利用视觉识别系统中的图像采集装置进行图像或视频数据的采集；再次利用小波分析形式对图形进行分解，通过对识别对象的外观信息进行判断和分析为后期农作物处理提供依据；最后利用BP 网络学习算法进行识别。在该过程中，虽然对于害虫的识别准确率可以超过90%，但该技术在具体应用中也存在一些问题，如在常见的农作物害虫中有一部分害虫不具备飞行能力，很难被黑光灯聚集，所以针对该类害虫进行视觉识别的实际作用较差，有待于进一步改善。

2.2 计算机网格技术的应用

我国传统农业生产模式中，农作物的生产模式较为粗放。通过运用计算机网格技术，可以促进生产者提升农作物生产和管理的精细化。通常情况下，计算机网格技术在智慧农业系统中起到了检测和控制的作用。该技术从农业生产的微观、中观、宏观等不同角度对农业生产的全流程进行掌控。运用该技术可以提取到农业生产活动中的关键信息，然后通过网络系统将最为真实和客观的农业生产数据进行传输，存储于网络数据库中。数据库中汇集的信息有助于相关农业生产研究的开展，对于促进农业生产精细化效用显著。计算机网格技术发展至今，已经开始利用四分叉方式进行分析，网格单元尺寸通常设定为19 m×19 m。在农业数据库的建设方面，主要包含了地理基础信息数据库、GPS 测量控制点数据库、土壤环境性状数据库、环境数据库、气象情况数据库以及农作物网格数据库。该技术实际应用以后，所有与农业生产相关的区域信息都将被汇集于数据库中。当数据库中的信息发生变化或波动后，主数据库都可以对这些变化的数据进行及时反馈和处理。通过上述流程，可以有效改善传统农业生产过程较为粗放的问题，推动农业生产管理精细化的实现。除此之外，计算机网格技术还可以对控制区域的农作物生长信息进行实时监控和分析，这些信息主要包括控制区域内的土壤信息、农作物生长水分信息、微量元素情况、温度情况以及农作物品种信息。上述多类数据的收集和分析，一方面可为农业生产相关研究提供基础的数据参考，另一方面也可为农业生产的宏观调控提供数据支撑。传统农业发展过程中，主要依靠生产经营者自身的经验和技术，但在应用计算机网格技术以后，农业生产过程科学性的提升，使农业生产活动在相关知识和技术的科学指导下进行[4]。

2.3 计算机自动控制技术的应用

农业生产活动提升效率的有效途径之一为推动农业自动机械化的应用。农业生产实现机械化之后，利用计算机自动控制技术，系统可以根据农业生产的实时情况自动控制自动化农业机械的运作。具体而言，在农作物生长到一定程度时，该套自动化系统将对农田中农作物的实际生长情况与系统中存储的信息进行比对。经过比对后，如果发现农作物的实际生长情况没有达到成熟的标准，则不会进行下一个自动化流程。如果系统将两种信息进行比对，发现农作物已经完全成熟，则会自动控制相关机械设备进行下一阶段的操作。在判断农作物成熟后，相关机械设备将自动进入收割环节，在完成收割后，即会按照农作物品种的不同进行脱皮、脱水操作。在完成收割和处理流程后，将自动将农作物入库。在该套自动化流程运作过程中，仅需要少量人力参与系统运行的监督和控制。同传统的人工甄别成熟度、人工收割而言，提升效率明显[5]。

在自动控制系统的生态环境控制方面，计算机自动系统将对农作物生长环境的温度、湿度、光照等相关信息进行实时监控。当发现农作物的实际生长环境脱离预先设定的阈值时，将会对农作物生长环境的相关生态环境指标进行调控。具体而言，就是在农作物的生长环境中配备了多种传感设备，该传感设备对相关生态环境信息进行收集和分析后，通过网络系统将信息传输至中央控制系统，再由中央控制系统向相关自动化环境控制仪器发出指令。自动化仪器在接收到指令后，将会对农作物生长环境的温度、湿度等指标进行调整，以保障农作物的顺利生长。在计算机自动控制系统的帮助下，上述整个调控过程可以基本实现全程自动化、智能化操作，降低了人工调控对于人力资源的占用，同时还能避免人工调控的不准确性。将该种技术应用于大棚农作物的生产，可以有效提升农业生产效率，降低劳动力的投入。

在节能减排方面，自动化控制系统也具备诸多优势。在我国传统农业生产中，大水漫灌的方式仍然普遍存在，一方面浪费了大量的水资源和电力资源；另一方面该种灌溉方式相较于精准滴灌而言在促进农作物生长方面并无优势。因此，农业生产中可以利用计算机自动化控制系统对传统灌溉方式进行优化。前文已述，在智慧农业生产模式下，可以利用多种传感器设备对农作物的生长环境进行实时检测。当传感设备检测到农作物生长的土壤环境湿度较低，需要进行灌溉时，将由计算机系统对灌溉量和灌溉时间进行精准分析。该技术应用后，一方面可以保障农作物灌溉质量；另一方面也可以大幅度减少水资源和电力资源的浪费。除此之外，运用计算机技术控制灌溉量、改善灌溉方式还可以在一定程度上降低生产成本，提高农民经营收入。

3 加强计算机技术在智慧农业中应用的具体路径

3.1 加强农村地区的计算机技术推广力度

虽然计算机技术支持下的智慧农业生产系统具有大量优势，但是相较传统农业而言，运用智慧农业生产系统将带来较高的前期投入。因此，在较高的前期成本投入压力下，部分农业生产者引入智慧农业生产系统的意愿不高。为了改变上述情况，笔者认为可以从以下两个方面加大计算机技术支持下的智慧农业系统推广力度。一是对智慧农业系统优势进行普及，使广大农业生产经营者充分了解智慧农业的优势和便捷性，增加生产者引入相关生产技术的意愿。具体而言，即在农业生产集约化程度较高的区域，可以组织相关企业前往农业生产现场进行推广，为农业生产经营者普及引进智慧农业生产模式的优势，最大限度打消生产经营者的疑虑，为智慧农业技术和相关设备的推广奠定基础。二是相关部门可以通过补贴等形式，促进计算机相关技术应用于农业生产领域。智慧农业技术和设备的引入往往不是引进单一技术或设备，而是要引入一系列相互关联的技术和设备，因此前期投入会相对较高。除相关部门推行补贴政策外，还可以由银行向农业生产者发放无息或低息贷款，为农业生产者解决资金问题。智慧农业技术和设备相关厂家也可以通过厂商金融的形式为农业生产者先行提供技术和设备，后由农业生产者分期偿还设备款。通过以上形式或者其他形式为农业生产者解决技术和设备引入过程中的资金问题，有利于在集约化农业生产发展较好的地区更好地推广智慧农业相关技术。

3.2 加强人才队伍建设

计算机技术助力智慧农业生产必须依靠充足的人才队伍。特别是智慧农业相关技术和设备的研发更需要一大批专业化技术人才。因此，为了使计算机技术更深入地应用于我国农业生产领域，应当加大相关人才的培养力度。具体而言，企业、院校、农民三方之间要加强联系，对农业生产活动中的技术需要和人才需求做到及时反馈。高等院校要加强相关技术人才的培育工作，加快相关技术和设备的研发进程，为计算机技术助力智慧农业生产奠定人才和智力基础。