基于大數(shù)據(jù)的農(nóng)藥噴灑定量分析

徐穎++王潔

摘要 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展新潮流，在近幾年我國(guó)“兩會(huì)”中也多次提出將互聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)相結(jié)合發(fā)展創(chuàng)新型精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。本文結(jié)合我國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展概況，闡述了利用大數(shù)據(jù)方法定量噴灑果樹農(nóng)藥的研究方法及過程，取得顯著提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)、綠色、健康、高效、發(fā)展的成效。

關(guān)鍵詞 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)；大數(shù)據(jù)；農(nóng)藥噴灑；定量分析；研究過程

中圖分類號(hào) F320.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2017）23-0288-02

Abstract Precision agriculture is a new trend of agricultural development in the world.In recent years，"two sessions" of China has also proposed to combine the internet and agriculture to develop innovative precision agriculture. In this paper，combined with general situation of development of precision agriculture in China，the research method and process of quantitative pesticide spraying fruit trees method using big data were described， economic，green，healthy，efficient and developed agricultural production were significantly improved.

Key words precision agriculture；big data；pesticide spraying；quantitative analysis；study process

1 發(fā)展概況

從1993—1994年美國(guó)首先提出精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)思想以來，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在應(yīng)用中逐步取得了巨大的發(fā)展，到如今精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。中國(guó)自古以來就是世界農(nóng)業(yè)大國(guó)，但同時(shí)又是一個(gè)農(nóng)業(yè)水平相對(duì)落后的國(guó)家。因而我國(guó)在多個(gè)會(huì)議上就此問題進(jìn)了探討，為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)、資金、政策支持。2017年“兩會(huì)”關(guān)于農(nóng)業(yè)熱點(diǎn)問題有很多討論：發(fā)展高效農(nóng)業(yè)促精準(zhǔn)扶貧、建議建立全國(guó)范圍農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)捍衛(wèi)舌尖上的安全等，可以看出國(guó)家對(duì)于農(nóng)業(yè)態(tài)度的轉(zhuǎn)變，更加注重互聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)的結(jié)合以及食品安全健康。我國(guó)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)方面的發(fā)展目前主要關(guān)注于效率的提高，本文主要關(guān)注質(zhì)量提升問題。

果樹農(nóng)藥噴灑是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中較為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。通過無人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)捕捉采集，再進(jìn)行數(shù)字圖像處理，并依靠后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分析可以獲得更精確、更全面的數(shù)據(jù)，從而獲得更準(zhǔn)確的噴灑方式，從而解決我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的環(huán)境資源問題，走可持續(xù)的農(nóng)業(yè)發(fā)展道路。同時(shí)，更精準(zhǔn)的農(nóng)藥噴灑量可以減少農(nóng)藥對(duì)人體健康的危害，實(shí)現(xiàn)綠色農(nóng)業(yè)、綠色中國(guó)[1-3]。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)挖掘

利用統(tǒng)計(jì)軟件R 在濟(jì)南超算中心平臺(tái)下，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效準(zhǔn)確的挖掘。主要基于關(guān)于果樹疾病研究的權(quán)威書籍、文獻(xiàn)，挖掘患病果樹樹葉圖像，治療各種果樹疾病的農(nóng)藥種類及用量等的相關(guān)記載。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建

利用已經(jīng)擁有的果樹疾病研究的權(quán)威書籍、文獻(xiàn)以及其他合作院校所提供的數(shù)據(jù)資料等有效研究資料建立數(shù)據(jù)庫(kù)，包括各種患病果樹的樹葉圖像，各種果樹疾病治療所需的農(nóng)藥種類及用量。根據(jù)這些參數(shù)，利用統(tǒng)計(jì)軟件R 在濟(jì)南超算中心平臺(tái)下，根據(jù)已經(jīng)挖掘出地準(zhǔn)確數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、計(jì)算得到最佳結(jié)果，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)、綠色發(fā)展。

當(dāng)獲得一張患病樹葉圖像時(shí)，可以根據(jù)圖像數(shù)據(jù)分析，搜索到該樹的患病種類、患病程度、所需噴灑的農(nóng)藥種類、所需農(nóng)藥噴灑量以及所需農(nóng)藥噴灑濃度等。數(shù)據(jù)庫(kù)的建立工作是長(zhǎng)期的，需要及時(shí)更新最新的農(nóng)藥種類，最大程度上地保證搜索得到的農(nóng)藥最適宜、對(duì)環(huán)境污染最小、對(duì)水果的質(zhì)量影響最小，保證水果是綠色健康的。因此，要及時(shí)將最新數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，詳細(xì)搜集患病果樹的樹葉圖像，各種果樹疾病治療所需的農(nóng)藥種類及用量，不斷完善數(shù)據(jù)庫(kù)，使分析結(jié)果更加準(zhǔn)確。

2.3 數(shù)據(jù)捕捉采集

利用無人機(jī)對(duì)目標(biāo)果樹或目標(biāo)范圍內(nèi)的果樹進(jìn)行圖像的采集，并將采集的數(shù)據(jù)傳送至系統(tǒng)后臺(tái)。

2.4 數(shù)字圖像處理

將無人機(jī)采集的圖像進(jìn)行數(shù)字圖像處理，提取有用信息，利用數(shù)據(jù)庫(kù)已有數(shù)據(jù)分析該樹的患病種類、患病程度。

2.5 結(jié)果得出

將數(shù)字圖像處理得出的信息利用大數(shù)據(jù)分析，得出該樹的患病種類、患病程度、需噴灑的各種農(nóng)藥種類選擇、所需農(nóng)藥噴灑量以及最適宜噴灑濃度。

3 研究過程

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展新潮流。本項(xiàng)目是基于大數(shù)據(jù)與數(shù)字圖像處理的精準(zhǔn)農(nóng)藥的定量分析研究，致力于建造一個(gè)“因樹而異”精確農(nóng)藥噴灑量的綠色經(jīng)濟(jì)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)研究過程主要包括利用無人機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行捕捉傳遞；對(duì)傳遞回的信息進(jìn)行數(shù)字圖像處理分析；以濟(jì)南超算為后端對(duì)完成數(shù)據(jù)挖掘、分析；得出最適宜的農(nóng)藥噴灑濃度和噴灑量（圖1）。

4 成效

4.1 經(jīng)濟(jì)

因樹而異，根據(jù)1株果樹或1片區(qū)域內(nèi)果樹的患病程度不同，確定最適宜的農(nóng)藥種類排名，相應(yīng)給出最適宜的農(nóng)藥噴灑量和噴灑濃度。這樣更有利于果樹的生長(zhǎng)，降低了農(nóng)藥的使用量，減少了農(nóng)民的投入成本，降低了農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，提高了農(nóng)民的收益[4]。

4.2 綠色

農(nóng)藥使用量的不斷增加，不僅有技術(shù)層面和從農(nóng)人員的原因，也有農(nóng)藥質(zhì)量參差不齊的原因，通過提高農(nóng)藥質(zhì)量、控制農(nóng)藥噴灑量可以緩解日益嚴(yán)峻的農(nóng)藥過度使用問題。農(nóng)藥的過度使用，會(huì)污染大氣、水環(huán)境，造成土壤板結(jié)，同時(shí)還會(huì)增強(qiáng)病菌、害蟲對(duì)農(nóng)藥的抗藥性。適宜噴灑農(nóng)藥會(huì)減少環(huán)境污染，營(yíng)造更綠色的環(huán)境，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)化。利用大數(shù)據(jù)及信息科學(xué)技術(shù)改造和裝備實(shí)現(xiàn)綠色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)科技化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與綠色健康的相互促進(jìn)[5]。

4.3 健康

在食品健康日益受到關(guān)注的今天，精準(zhǔn)噴灑農(nóng)藥可減少因過度噴灑造成的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降，嚴(yán)格控制農(nóng)藥噴灑量及噴灑濃度更有益于人類健康。過度使用農(nóng)藥不僅會(huì)危害人類健康，還會(huì)破壞生態(tài)平衡，造成野生生物和畜禽中毒等。因此，適宜的農(nóng)藥噴灑量與噴灑濃度會(huì)大大減小對(duì)人類和動(dòng)物健康的威脅。

4.4 高效

提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率以緩解我國(guó)人口不斷增多所帶來的糧食生產(chǎn)壓力，同時(shí)無人機(jī)的使用節(jié)約了人力資源，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械化、信息化。在我國(guó)農(nóng)田集中處，研究、應(yīng)用并推廣適合的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，實(shí)施恰當(dāng)?shù)霓r(nóng)藥噴灑技術(shù)，對(duì)提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量具有重要意義。

4.5 發(fā)展

提高我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平，推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，逐步縮小與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的差距。發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的支柱和重要增長(zhǎng)點(diǎn)，是未來農(nóng)業(yè)的前進(jìn)發(fā)展方向[4-5]。

5 參考文獻(xiàn)

[1] 劉愛民，封志明，徐麗明.現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)及我國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，5（2）：20-25.

[2] 齊文虎，石玉林.計(jì)算機(jī)控制農(nóng)業(yè)[J].資源科學(xué)，1998，20（2）：34-38.

[3] 王利民，劉佳，楊玲波，等.基于無人機(jī)影像的農(nóng)情遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29（18）：136-145.

[4] 許世衛(wèi)，王東杰，李哲敏.大數(shù)據(jù)推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化應(yīng)用研究[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，48（17）：3429-3438.

[5] 李珮.農(nóng)業(yè)污染：食品和生態(tài)安全的隱蔽殺手[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì)：中文版，2005（2）：12-19.