自動化信息技術在農業工程中的應用研究

劉 楊

（山東理工大學，山東淄博 255000）

0 引言

90年代世界農業技術革命興起，日本等國家先后在系統工程、專家系統等方面進行大量研究，形成成熟完善的農業信息技術研發服務體系。國外農業信息技術推廣應用于作物生長管理自動化等方面。近年來中央出臺一號文件集中于三農發展，國家重要方針為推廣農業信息技術提供保障。我國農業信息技術研究起步較晚，隨著農田墑情監測等信息技術的應用，信息技術在農業經濟發展中發揮著重要作用。我國陸續開展專家系統等應用于農業方面的相關研究，現代農業生產自動化信息技術作用受到人們的重視，農業生產自動化信息化發展是必然方向。

1 技術概述

西方發達資本主義國家經過多年發展，信息技術融入到社會生活的各個方面，信息產業產值占國民生產總產值的60%，我國處于向集約經濟轉變的過程中，要及時加入全球性歷史進程。農業信息化技術應用有利于推動現代農業現代化發展[1]。目前我國農業信息技術應用存在資金投入不足等問題，需要研究農業工程中自動信息化技術的應用，推進農業現代化發展。

1.1 農業工程信息技術

信息技術是用于獲取處理使用信息采用的技術，主要應用計算機科學等表達開發實施信息管理系統。美國信息技術協會定義為對信息系統研發應用維護，包括網絡管理、組織內信息技術生命周期計劃管理等[2]。信息化是衡量國家現代化水平的標志，當前我國處于向現代農業轉型期，推進新農村建設需要有效應用信息技術。農業信息技術是信息技術與農業的結合，指農業生產管理系統引入信息技術，包括農業信息采集傳輸處理等技術。

1.2 技術應用意義

農業信息化是將信息技術應用于農業領域[3]，農業現代化主要內容包括農業科技管理現代化。農業信息技術為農業生產管理提供先進工具手段，信息技術推廣應用于農業工程具有重要意義，體現在有利于減少農產品市場交易風險，促進農業可持續發展。農業工程信息技術應用有利于提高農業生產效率，農業信息技術以農業信息網絡服平臺為基點，為農業信息現代化系統體系形成發展提供參考。運用農業信息技術有助于加快農業信息現代化發展。

2 技術應用發展

信息技術在農業中的應用逐漸受到關注，信息技術在促進國民經濟發展中發揮著重要作用，如促進生態環境可持續發展等。信息技術發展為農業科技革命帶來契機，信息技術不斷向農業領域滲透，農業信息技術是現代農業創新發展的重要支撐，農業信息化是長期歷史發展過程[4]，現代農業生產中自動化信息技術作用越來越受到人們的重視。農業自動化信息技術通過降低生產成本獲得現代農業發展。

2.1 國外農業信息技術的發展

國外農業信息技術研究發展經歷初步階段，后農業控制系統研發，50年代國外農業信息化推廣取得巨大成功，國外農業信息化有不同的發展道路。許多發達國家研發作物生長模擬模型，為提高農作物產量提供了基礎保障。20世紀90年代后農業領域出現向信息化發展的趨勢，近年來云計算技術對經濟社會發展產生巨大影響，IMB提出把傳感器嵌入各領域儀器裝備，以實現人類社會與物理系統的整合。物聯網巨大經濟利益驅使激烈的技術競爭，發達國家開展農業物聯網應用研究，物物信息交互推動農業產業節能型、智能化發展[5]。信息技術應用于農業中后，歐美發達國家在系統工程、智能決策等方面開展大量研究工作，信息技術充分融入社會農業生產管理等各個方面。

2.2 中國農業信息技術應用

我國農業信息技術研究起步較晚，1979年開始信息化農業研究，在指導農民科學種田的同時提供增產增收技術支撐，幫助農民獲得最大經濟效益。1990年實施863計劃，開展農業系統模擬等方面的研究工作。隨著物聯網技術的發展，我國科研院所成立農業信息化研究機構。信息技術在農業工程中廣泛應用，應用涵蓋科研管理等領域，產業鏈各方面開展不同技術應用研究，主要成果包括研發農業生產管理系統、建立農業數據庫、建立精準農業技術體系等。

2.3 農業自動化信息技術發展成效

農業是國民經濟的基礎，改革開放后我國農業生產取得巨大成績，隨著農業技術進步，農民生產積極性提高。目前我國農業解決產品短缺問題，但農業技術相比先進水平存在巨大差距，表現為產品質量不高等。面對全球農業市場，農業發展關系到我國農業安全與經濟基礎穩定，利用農業自動化信息技術促進生產技術升級，可以提高我國農業整體技術水平。科技發展引起社會經濟結構發生變革，農業技術革命經歷農業機械技術廣泛應用，生化技術應用與信息技術革命。新技術革命以綜合配套技術為主，隨著信息技術的迅速發展，農業自動化信息技術成為當代世紀迅速發展的科技領域。農業工程中應用自動化信息技術有效提升了農業經濟效益，促進了農業現代化的發展。

3 農業生產中自動化信息技術應用現狀

農業自動化信息技術可以促進農業生產專業化，自動化技術需要專門技術人員操作，需要根據實際情況制定有效措施。農業生產中使用自動化信息技術可以獲得巨大經濟效益，農業生產自動化信息技術得到推廣。我國農業工程中應用自動化信息技術取得顯著成效，但相比發達國家，農業信息技術推廣應用水平較低，一些偏遠地區農業經濟發展不理想，自動化技術在農業領域未得到推廣。

自動化技術在農業生產中發揮重要作用，可以通過監測大棚室內溫度，根據植物生長情況調節溫濕度，自動化控制技術在滴灌中發揮重要作用，可以利用自動化信息技術進行播種、插秧等農業生產工作，使用自動化播種機可以提高農業生產效率。目前農業生產中自動化信息技術應用存在許多問題，如在農業中應用范圍較小。自動化技術運用于農業生產加工取得很大成效，但我國農業生產中農民未全面掌握信息技術，農民使用自動化信息技術出現偏差。農民在農業經濟發展中起到主導作用，需要向農民普及自動化信息技術使用方法。

目前，我國農業工程自動化信息技術種類較少，產品產業化水平較低，信息技術現有量無法滿足有關生產管理的需要，軟件實用性能有待提高，但在病蟲害預測等方面衛星系統研究不夠深入。我國農業信息化發展落后于發達國家，當前掌握自動化技術人員較少，農業部要重視自動化技術的運用，可以定期開展自動化技術講座，政府部門要引進自動化信息技術，幫助農民掌握技術使用方法，提高農業生產效率。

4 農業工程中的自動化信息技術應用

農業生產自動化是農業現代化的需要，80年代美國等國家提出精準農業概念，很多國家進行精準農業應用研究。精準農業是根據空間變異實施現代化農業操作技術系統，包括定位系統等，是自動化信息技術與農業生產結合的新型農業[6]。農業信息技術構成包括農業信息技術應用、農業經濟發展等方面。農業自動化技術應用包括機器視覺技術等。

4.1 機器視覺技術

發達國家農業生產自動化應用機器視覺技術，研究對象包括植物種類鑒別等。機器視覺是研究模擬生物外顯科技，主要運用二值圖像分析、輪廓表示等計算方法。對動植物表面進行特征提取，如對植株葉子生長情況監測，動物方面在雞蛋孵化早期檢測雞蛋生命活力[7]。農業機器人是機器視覺技術的重要方面，通過農耕雜草圖像進行形態分析，通過拍攝圖形識別秧苗行列控制機器人行走，可以有效提高農業生產效率。

4.2 數據融合技術

數據融合是自動化信息綜合處理技術，多傳感器信息融合技術最早產生于軍事領域，目前是廣泛應用于機器人、工業過程控制等多領域關注共性關鍵技術。多傳感器信息融合技術是跨學科綜合理論方法，農業資源觀測應用可根據多傳感器預測產量，根據衛星云圖等信息預報天氣等。未來多傳感器融合技術將為農業生產信息化提供技術支持。農業數據庫包含科技類數據庫，農業市場類信息數據庫包括市場價格等數據庫。

4.3 大數據人工智能技術

農業信息系統建立使得人工獲取數據難度加大，需要對數據自動分析。農業是巨大復雜系統，我國作物病蟲害頻發，未充分認識氣候水肥之間的相互關系。積累數據具有大量多維不確定等特性。農業具有土壤類型眾多、病蟲害癥象不斷變化等特點，數據庫具有大型動態稀疏性等特點，數據挖掘工具有效處理農業大數據。基于本體的數據挖掘方法用本體表示農業領域知識，提高獲取知識質量和效率。農業研究中需要對作物形態診斷，如利用作物株型包括空間分布狀態等反映作物長勢指標，研究利用圖像分析與專家系統代替傳統人工經驗診斷方式。

5 應用對策

當今信息化農業在世界范圍快速發展，農業信息技術體現農業信息現代化發展狀態，近幾年各國政府管理部門開始許多相關方面建設。目前，我國農業工程自動化信息技術應用取得良好成效，同時存在信息技術服務體系不完善、信息網絡人員素質欠缺等問題。要通過建立科技信息服務體系，加強農業信息技術研發創新，構建農業信息資源網絡體系等措施促進自動化信息技術在農業工程中的應用。

1963年日本學者Tadao首先提出信息化概念，70年代后信息化概念在國際上普遍使用。農業信息技術服務機構是信息服務網絡的重要環節，要建設鄉鎮級農業信息服務網站，鼓勵合作組織經紀人等建設，鼓勵地方政府改良本地各類信息技術項目，促進多種業務有效融合，加強農村信息服務站與相關業務協調統一。要以農業信息化示范工程項目為方向，使信息發布共享轉向社會化。積極引導公眾參與農業信息服務主體構成模式，農業信息技術包容各類經濟實體，使其加入農業信息化建設隊伍，不斷發展工程化進度，廣泛號召多方面社會力量，將農業信息服務網絡覆蓋到各鄉鎮村農戶。

農業信息技術研發創新要發展信息現代農業，考察不同水平農民需求，農業信息時效性處理技術創新。大力開展農業信息技術創新是實現信息農業化技術的保障，科技創新要加大投入人力物力，對已有農業信息技術資源重新分配，加強對農業產業實用性技術的研發推廣，爭取關鍵技術方面達到世界先進行列水平。充分發揮各級農業信息技術服務站的作用，形成信息技術主體系，將信息技術應用于農業生產各領域。鼓勵科研院所與大型農業企業聯合，積極開展高產品種選育及專用品種推廣應用，發展綠色有機蔬菜，推廣無公害農產品生產模式，提高農業新科技在農業田間生產中的普及率。

6 結語

農業產業快速發展需要高新技術支持，農業集約化發展是未來方向，農業現代化發展依賴于現代高新技術。目前我國農業工程自動化信息技術應用研究取得一定成果，各類應用系統運用于實際中。農業工程信息資源建設相比發達國家水平較低，農業工程自動化信息技術開發存在許多不足，信息技術產品產業化處于較低水平，表現為重復低水平研究，GPS研究應用較少。本文總結前沿自動化信息技術在農業工程中的應用，指出目前農業自動化信息技術應用中存在的一些共性問題，如精準農業技術不成熟等，提出相應解決對策。