農業(yè)信息采集技術分析

孫榮

摘 要 我國自古就非常注重第一產業(yè)的發(fā)展，在農業(yè)上也取得了世界矚目的成就。目前，隨著信息技術在農業(yè)中的應用，我國農業(yè)迎來了發(fā)展的春天。農業(yè)信息技術通過田間微小的變化即可了解病蟲害、產量等情況，同時該技術也能夠感知天氣的變化，所以農民可以借助農業(yè)信息采集技術更加合理地安排施肥澆水的時間來保障豐收。基于此，通過描述現(xiàn)階段農業(yè)信息采集技術在田間的應用情況，給出實施該技術的具體措施，為農業(yè)生產提供最權威的科學依據(jù)。

關鍵詞 精細農業(yè)；農業(yè)信息；采集技術

中圖分類號：F323.3 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.03.072

我國早期的農業(yè)信息一般都是靠經驗豐富的農民得來的，他們能夠根據(jù)季節(jié)和時令的變化來判斷播種施肥澆水的時間。但由于農業(yè)生產覆蓋面積大、信息涉及廣等因素，只依靠人工來采集數(shù)據(jù)已遠遠達不到現(xiàn)代農業(yè)的要求，于是就有專家提議把信息采集技術運用到農業(yè)生產上來，農業(yè)信息采集技術應運而生。

農業(yè)信息采集技術涉及的面非常廣泛，包括天氣變化、土壤濕度、土壤密度、害蟲激素等信息。這些信息的采集都可依靠專業(yè)的電子傳感器技術來實現(xiàn)，這些傳感器都是搭載在不同系統(tǒng)上面，如多普勒天氣雷達預測天氣，專業(yè)的濕度傳感器測定濕度，全球定位系統(tǒng)來判斷害蟲可能出現(xiàn)的位置，最后信息綜合處理系統(tǒng)對這些信息進行綜合分析，指導農業(yè)田間作業(yè)[1]。

1 農業(yè)信息采集系統(tǒng)的工作原理

信息采集系統(tǒng)由傳感器、信號放大器件、信號綜合處理器、輸出顯示幾部分組成，農業(yè)信息首先被各種高精度的傳感器采集，然后由放大系統(tǒng)對這些數(shù)據(jù)進行放大和模數(shù)轉化，緊接著進入綜合處理系統(tǒng)，最后得到處理結果并將其顯示出來，最后就可以根據(jù)這些信息指導農業(yè)田間作業(yè)。經過試驗，這種方式得到的糧食產量是傳統(tǒng)農業(yè)作業(yè)方式的1.5倍。

2 國內外農業(yè)信息采集技術研究現(xiàn)狀

2.1 農業(yè)信息采集系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

農業(yè)信息采集運用的最多的是以STM32為處理器，借助上位機和計算機技術，直接將采集到的數(shù)據(jù)在計算機上顯示出來，而其他一些系統(tǒng)的核心則是采用ARM系列嵌入式可編程處理器[2]。同時，還有人們所熟悉的二、三維軟件，如CAD和Solidworks來進行模擬仿真開發(fā)。這些技術都是當前最先進的，處理效果也是同類產品中效果最好。

以蔬菜大棚為例，首先根據(jù)測量的數(shù)據(jù)用二、三維軟件將整個大棚建立在計算機平臺上，然后選擇若干個點作為采樣點，通過模擬大棚內溫度、濕度等參數(shù)的變化，用單片機技術收集并處理這些參數(shù)的變化情況，通過虛擬技術觀測蔬菜體型、顏色的變化，最后得出適應蔬菜生長的最好條件，這樣不僅可以節(jié)約資源，也能夠減少預算。

2.2 精細農業(yè)中農業(yè)信息采集方法及技術

快速精確地采集農業(yè)信息是發(fā)展精細農業(yè)迫切需要解決的基礎問題。在精細農業(yè)研究中，目前優(yōu)先需要考慮的是作物分布信息、土壤壓實、土壤水分、土壤養(yǎng)分、作物病蟲草害和耕作層深度等，要求精確、快速、連續(xù)地測量。所以要采用生產成本較低的傳感器，建設先進的農田控制系統(tǒng)來增加產量或者提高品質。這些農業(yè)信息采集傳感器需要的參數(shù)有以下特點：1）作物產量（或品質）對該參數(shù)比較敏感；2）收集參數(shù)成本低；該參數(shù)或對應的農田條件易于控制；3）對應的農田控制措施順應時代的要求。

2.2.1 土壤濕度

過去土壤濕度的測量主要是依靠農民的經驗，或者用簡單的濕度計測量，但這只能測量小樣本，而且也不能很好地反映總體樣本的情況，所以在測量時應充分順應時代的要求。當代測量土壤濕度的方法有兩種：1）利用多功能傳感器測量不同位置的土壤水分，2）采用電阻式傳感器直接測量。這兩種方法目前還在進一步研究，一旦投入使用，將會發(fā)揮重要作用[3]。

2.2.2 土壤電導率

土壤中富含許多有機化學離子，不同的植物對離子濃度的要求也不同。這就需要用傳感器采集檢測土壤離子濃度信息，目前使用最多是利用測量土壤電導率來分析離子含量的測量方法。這種方法簡單易行，不用將土壤樣品送入專門的檢測機構。適合小地塊，單一作物使用。

2.2.3 土壤養(yǎng)分

土壤養(yǎng)分檢測是整個土壤測量中最難測量的，因為土壤含有的養(yǎng)分參數(shù)各式各樣，有些營養(yǎng)物質含量信息非常微弱，需要借助電子放大器件進行處理。我國最新研制出一種光譜測量儀可以直接檢測土壤營養(yǎng)物質，通過光譜反射光強度，就可以直接讀取各個營養(yǎng)物質的濃度，簡單易行，便于操作。

2.2.4 生長狀態(tài)和產量

對于農作物生長狀態(tài)和產量的檢測，可以借助圖像處理技術直接分析。當前農業(yè)信息采集方面運用的圖像技術大多都是基于神經網(wǎng)絡原理來分析采集的數(shù)據(jù)，這個技術的工作原理是先借助傳感器對農作物的形態(tài)拍照，然后通過神經網(wǎng)絡算法將這些照片轉化為數(shù)字信息，傳輸?shù)接嬎銠C進行加工處理，還原為照片模式，通過人工識別判斷農作物的生長情況，同時也可以預測產量。

3 農業(yè)信息采集技術發(fā)展展望

3.1 多傳感器信息融合技術

目前，我國采用的農業(yè)信息采集技術一般都是單傳感器技術，兩個以上的傳感器技術少之又少。采用單傳感器技術采集農業(yè)信息，不但浪費時間，同時在檢測的精度方面也存在很大誤差。在歐美等發(fā)達國家，多傳感器技術已經開始大范圍使用。因此，我國應該重視這項技術，主動創(chuàng)新，開發(fā)出適合我國當前國情的多傳感器農業(yè)采集技術，為我國農業(yè)的發(fā)展貢獻力量。

3.2 高光譜遙感技術

遙感技術不僅可以讓農民在遠距離操作農業(yè)生產活動，同時該技術的制造成本不高，具有很高的性價比。而現(xiàn)在遙感技術又有了一個得力的助手——高光譜技術，高光譜技術可以依靠不同的光譜驅除害蟲，用光譜分析天氣中水汽的變化量等等，這兩個技術互相結合，為農田信息的監(jiān)測提供了的新手段。

3.3 無線傳感網(wǎng)絡技術

雖然高光譜遙感技術能夠進行遠距離的農業(yè)信號采集，但該技術卻不能傳輸采集到的數(shù)據(jù)，所以無線傳感網(wǎng)絡技術就應運而生。無線網(wǎng)絡傳感技術可以通過網(wǎng)絡傳輸采集到的數(shù)據(jù)，甚至該技術可以通過互聯(lián)網(wǎng)直接對田里各種數(shù)據(jù)進行采集、傳輸、處理，非常方便快捷。該技術已成為目前農業(yè)數(shù)據(jù)采集技術研究的新方向。

參考文獻：

[1] 楊洪坤，周保平，王亞明，等.農業(yè)信息采集技術研究綜述[J].安徽農學通報，2016，22（22）：109-112.

[2] 張佳希，張琦佳，徐巖.淺析現(xiàn)階段我國農業(yè)信息采集技術[J].南方農機，2017（3）：47.

[3] 徐剛，陳天恩，陳立平，等.基于ARIS的農業(yè)信息采集平臺需求分析方法[J].農業(yè)工程學報，2009，25（8）：136-140.

（責任編輯：趙中正）