數學模型在農業生產中的實際應用

謝峰

（銅仁學院大數據學院，貴州銅仁 554300）

隨著我國農業現代化理論體系的不斷發展和完善，數學模型理論在現代化農業理論中的重要性逐漸凸顯出來，農業數學模型已經成為了現代化農業科學的運算基礎和理論依據。通過以下三種現代化農業數學模型在生產中的應用情況，為現代農業發展提供了數學模型，提高了人們對數學模型指導農業生產的認識程度，為建立農業現代化的數學模型理論的創新構想提供了新想法與新思路。

對于傳統農業而言，現代化農業生產過程中已經很廣泛的應用到了新的科學技術，以及現代工業高速發展所帶來的農業肥料。同時，配合科學合理的管理方式對農業生產向社會化農業發展。北斗衛星導航系統、連續數據采集傳感器系統、地理信息綜合系統等一系列高科技技術應用到了農業種植生產過程中。同時，利用遠程遙感衛星系統可以更加詳細的采集到糧食作物的生長情況和即時的地理天氣等實時數據，通過對數據的分析找到引起產品不同的真實原因。進而對該地區的農田進行有效的調整控制措施。現代農業中每個農業生產部門都應該進行數字化和網絡化的科學管理，在農業生產過程中越來越多的運用到了數學模型。在提高了農業生產效率的同時，也提高了農產品的質量，滿足了人們日益增長的農業產品消費需求，更好的保護了人們賴以生存的農業生產環境，為實現最終的現代化農業和農業可持續發展而努力奮斗。

1 數學模型思維對現代化農業發展的影響

農業數學模型使數字化融入到了農業生產的各個環節，將農業科學體系從經驗型提升到了專業理論型，為農業生產中遇到的問題提供了科學的解決方案。其中主要涉及到了數學中的概率學、統計學、優化數學、非線性數學和計算學等五門學科。在農業生產中運用統籌學中的數學規劃法，通過集中整理農業問題的方式建立數學模型。靈活運用應用型數學的思考方式進行數學模型的構建工作。運用數學模型的特點，利用更加標準化、模塊化的方式為現代農業優化決策處理機制，提供更加全面的數學模型。同時，利用單純形法，可以求出線性規劃中的最佳方案。但是，在實際種植過程中，農業生產和糧食產量受到很多因素的制約，涉及到的決策變量和制約條件也在增多，使利用人工處理問題的難度成幾何式增長，但隨著網絡信息化科技的不斷發展和進步，可以用計算機構建農業問題數學模型，進而利用計算機的強大運算能力推算出解決此類問題的最佳解決方案。計算機的出現為線性規劃等數學模型在現代農業生產中的應用提供了可行性和強大的技術支持，使數學模型在現代農業生產中得到了應用。

2 數學模型在農業生產中的應用

2.1 線性規劃模型對農業的影響

線性規劃模型主要是利用線性規劃來解決農業數字化建設中的難點問題。在模型的應用過程中，首先要明確目的，與未知、已知條件三者之間的關系。求解的目標可以理解為最大化和最小化，但是礙于農業生產問題的多樣性，一些已知的數據都是通過實地數據采樣、調查，整理和分析而得到的，最后還要對數據進行有效性核實認證。通過多次對數據的驗證，來獲得最準確的一手數據資料。

獲取方式可以通過三個基本步驟來完成，以此來構建線性數學模型。第一，根據農業生產問題最終確定決策變量。第二，第一時間明確農業生產的最終目標，建立起目標函數。第三，認真核實農業生產中所出現的制約條件，構建一組制約方程式。例如，在農作物肥水供應模型中，其模型本質就是一個農業線性規劃的數學模型。這個模型用農作物需水需肥的規律、土壤詳細參數、氣候情況，建立一套線性規劃的數學模型。在當中可以看到該數學模型中的決策變量就是所供應的水肥量，水肥量作為目標函數，根據制約條件確定水肥量的最大值和最小值。使用數學模型受到一定條件的制約，其栽培土壤就是最基本的制約條件，農作物的基本水肥成分狀況，作物的每個生長周期所需要的水肥情況和天氣情況都制約著作物的生長。

近一段時間通過實地考察，以及對數據的統計和大量的試驗得到的最終數據證明。當決策變量通過傳感系統得到有用數據，經過計算機對數據進行運算，求得出每個生育周期所需要的水肥量的最大數值和最小數值，利用互聯網就可以直接控制田內設備進行開啟作業，為缺水作物進行補水補肥作業，從而達到作物肥水的按需施用，因地制宜地調整作物肥水用量。

在線性規劃數學模型中，計算機對其起到了很大的幫助作用。計算機可以通過大量的運算模擬出農作物在哪種情況下會受到制約條件的限制，即需水和需肥的臨界點，計算機計算的過程是通過很多的復雜數學運算而進行演算的。運算中所調用的數據都是通過作物使用的傳感器采集而來的。但由于一些技術還不是很成熟，數據傳感器的精度還有待提升。這一技術上的缺失，對數據會產生一定量的影響。受到上述的影響，目前使用的數學模型所構建的水肥供給系統，都是依托于數學模型理論和對作物的管理經驗互補結合而產生的。因此，如果想進一步深化現代農業中數學模型的應用程度，就必須盡快解決傳感器精度問題。只有傳感器得到進一步升級完善，才能真正發揮出數學模型在現代化農業生產中的理論實力。

2.2 多目標規劃模型

多目標規劃模型的構建，主要是為了解決具有多目標函數的復雜農業生產問題而出現的數學模型。大多應用在循環農業的模型構建中。通過對模型的計算，得出有利于農業可持續發展的循環農業生產模式，同時還要具備經濟效益、社會效益和生態效益等多方面的高級農業生產模式。模型中主要包括目標函數和制約條件。在模型構建完成后，主要利用計算機技術對數據進行處理和導入工作，開展對大數據的處理。這樣可以大大的提高計算的運算速度和精度，多目標規劃模型在生態農業生產中得到了最為廣泛的應用。多目標規劃模型的建立需要龐大的數據支撐，這些數據多來源于試驗研究的結果數據和長期駐外實地調研所總結出來的數據，其工作量十分巨大，耗時時間長。

2.3 農業生產中的時段模擬數字模型

在農業生產中農業時段數學模型主要引用在農業干旱、作物能量轉化等研究工作當中。在研究過程中主要把研究對象進行分時段研究，以此獲得農作物生長過程中的最佳生長參數。通過對這些數據的統計分析，為農業生產提供科學合理的農技指導。時段模擬數據模型主要通過傳感系統對農作物進行不間斷的數據采集，通過計算機技術，對數據模型進行處理，最終得到最好的解決方案。

3 結語

現代化農業如果想得到長足穩定的發展，就必須進行數據模型化。應用數學技術和當今先進的科學手段，借助計算機大數據的處理能力，實現一個先進、高效、節能、環保的和諧農業新格局。通過對結構復雜，變量多的農業生產進行數學模型化，可以有效提高現代農業的生產效率和作物產量。