大豆玉米種植信息化物聯(lián)網(wǎng)中的智能決策支持系統(tǒng)

摘要：我國(guó)肥料利用率遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，肥料利用率低會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物生產(chǎn)成本變高，同時(shí)也是水體污染、環(huán)境污染的重要誘因。為提高肥料利用率，同時(shí)也為了提高農(nóng)作物產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)大豆玉米的精準(zhǔn)化種植，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)玉米產(chǎn)量，文章利用空間數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、專(zhuān)家技術(shù)、信息管理技術(shù)以及決策技術(shù)開(kāi)發(fā)精準(zhǔn)化農(nóng)業(yè)種植決策支持系統(tǒng)，以大豆玉米種植信息化為研究對(duì)象，利用該系統(tǒng)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策科學(xué)性。

關(guān)鍵詞：大豆；玉米；種植；信息化；智能；系統(tǒng)

1 大豆玉米種植信息化物聯(lián)網(wǎng)智能決策支持系統(tǒng)構(gòu)成

智能決策支持系統(tǒng)有著十分復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)精準(zhǔn)化任務(wù)的決策制定，需要使用可視化數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)字圖像分析、統(tǒng)計(jì)分析、空間分析與人工智能等技術(shù)，深入分析智能測(cè)產(chǎn)、變量噴藥、變量施肥所涉及的時(shí)間與空間因素。使用系統(tǒng)集成技術(shù)結(jié)合決策支持系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)、人工智能專(zhuān)家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，依靠上述技術(shù)的集成實(shí)現(xiàn)大豆玉米種植的精準(zhǔn)化決策。

2 智能決策支持系統(tǒng)的具體應(yīng)用

本次選擇的實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)為黑龍江省綏化市北林區(qū)，綏化市有著遼闊的黑土地，玉米大豆種植面積非常龐大。本次試驗(yàn)選擇試驗(yàn)田為2塊面積30m×30m的土地。

2.1 采集土樣數(shù)據(jù)

采集土樣數(shù)據(jù)的時(shí)候使用智能決策支持系統(tǒng)能夠極大地提高工作效率，工作人員只需要攜帶手持GPS設(shè)備就能快速定位。

本次土地?cái)?shù)據(jù)的采集工作中使用了五點(diǎn)梅花采樣法，工作人員在網(wǎng)格中心點(diǎn)與四個(gè)邊角采集圖樣，之后將圖樣混合成為試驗(yàn)田網(wǎng)格圖樣。

確定完試驗(yàn)田邊界之后，利用設(shè)備制作土壤養(yǎng)分空間變異圖。首先選擇采樣點(diǎn)分布圖，并用克里格法插值，制作柵格化土層，工作人員可以自行決定柵格大小，隨后模擬最小指數(shù)函數(shù)和殘差平方擬合模型，使用克里格插值獲得土壤空間變異圖。

從空間趨勢(shì)中可以了解到空間區(qū)域內(nèi)的空間物體主體特點(diǎn)，其揭示了空間內(nèi)的變化規(guī)律，可以反映土壤空間內(nèi)的各種數(shù)據(jù)變化，包括養(yǎng)分、水分等數(shù)據(jù)。

2.2 挖掘可視化空間數(shù)據(jù)

使用聚類(lèi)分析的方法處理黑龍江省綏化市北林區(qū)的2塊大豆玉米試驗(yàn)田，分析土壤內(nèi)的速效鉀、速效磷、速效氮與有機(jī)質(zhì)。試驗(yàn)結(jié)果如表1。

從表1中可以看到在λ為0.993的時(shí)候有著最好的分類(lèi)效果，使用可視化方式表現(xiàn)聚類(lèi)結(jié)果。之后只需要按照網(wǎng)格空間關(guān)系，配合使用GIS技術(shù)進(jìn)行分析就能確定空間數(shù)據(jù)情況。

2.3 預(yù)測(cè)目標(biāo)產(chǎn)量

智能決策支持系統(tǒng)最具有特色的功能是可以預(yù)測(cè)玉米大豆產(chǎn)量，預(yù)測(cè)時(shí)根據(jù)土地歷史產(chǎn)量、年降雨情況、降雨分布情況以及土壤中的微量元素情況推理判斷土壤的產(chǎn)量。

本次試驗(yàn)田種植的大豆品種為金得豐6號(hào)，該品種實(shí)收畝產(chǎn)可以超過(guò)250千克，使用智能決策支持系統(tǒng)分析土壤情況、降雨情況以后，系統(tǒng)判定認(rèn)為本次大豆畝產(chǎn)可以達(dá)到270千克。

本次試驗(yàn)田種植的玉米品種為先玉355，是一種抗病抗倒能力強(qiáng)、適應(yīng)性好的品種，該品種實(shí)收畝產(chǎn)可以達(dá)到1350千克以上，使用智能決策支持系統(tǒng)分析土壤情況、降雨情況以后，系統(tǒng)判定本次玉米畝產(chǎn)可以達(dá)到1430千克。為期一年的試驗(yàn)結(jié)果顯示，本次試驗(yàn)田中的大豆產(chǎn)量實(shí)收畝產(chǎn)270千克，玉米畝產(chǎn)實(shí)收1436千克。可見(jiàn)智能決策支持系統(tǒng)的推理決策能力十分準(zhǔn)確。

2.4 制定精準(zhǔn)施肥量

判斷施肥需求需要智能決策支持系統(tǒng)掌握土壤中的養(yǎng)分含量，缺少GPS使用條件的地區(qū)，可以使用智能決策支持系統(tǒng)結(jié)合模糊空間推理技術(shù)，獲取已有空間數(shù)據(jù)庫(kù)信息，對(duì)此需要提前創(chuàng)建空間推理知識(shí)庫(kù)與空間數(shù)據(jù)庫(kù)。

本次使用時(shí)提前進(jìn)行了空間數(shù)據(jù)庫(kù)與推理知識(shí)庫(kù)的創(chuàng)建，共計(jì)做出下述幾個(gè)定性描述，第一個(gè)定位描述為距離北邊平房300米，第二個(gè)定位描述距離南邊果園1.2km，第三個(gè)定位描述同東邊平方距離220米，第四個(gè)定位描述距離村廣場(chǎng)775m。

使用推理算法定位成功以后確定地點(diǎn)坐標(biāo)，系統(tǒng)判定推理結(jié)論準(zhǔn)確性與可信度，最終得出0.99的結(jié)果（數(shù)字越大越準(zhǔn)確，1為滿(mǎn)分）。之后使用GPS定位技術(shù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)和推理結(jié)論的誤差只有0.3m，表明智能決策支持系統(tǒng)的推理能力十分準(zhǔn)確。

之后對(duì)比系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果與耕地的實(shí)際測(cè)量結(jié)果得出，推理結(jié)果基本符合實(shí)際結(jié)果，數(shù)據(jù)大致相同。可見(jiàn)如果當(dāng)?shù)夭痪邆銰PS使用條件，模糊空間定位這項(xiàng)技術(shù)的使用能夠獲得比較精準(zhǔn)的結(jié)果。表2為測(cè)試結(jié)果對(duì)比情況。

在系統(tǒng)完成分析以后結(jié)合玉米大豆種植品種的養(yǎng)分需求了解土壤的養(yǎng)分缺口，系統(tǒng)能夠自動(dòng)提供施肥決策建議，讓工作人員了解各采樣點(diǎn)科學(xué)施肥量，幫助工作人員掌握整個(gè)地塊施肥需求。完成施肥決策的制定以后，系統(tǒng)能夠制作施肥決策圖，為工作人員的施肥工作提供精準(zhǔn)指導(dǎo)。

結(jié)語(yǔ)：本次試驗(yàn)地選擇黑龍江省綏化市北林區(qū)，大豆品種為金得豐6號(hào)，玉米品種為先玉355，這兩種農(nóng)作物都是產(chǎn)量比較穩(wěn)定且環(huán)境影響比較小的品種，使用智能決策支持系統(tǒng)更能體現(xiàn)結(jié)果準(zhǔn)確性。智能決策支持系統(tǒng)能夠處理非常復(fù)雜的空間判定任務(wù)，有別于工業(yè)決策的是，該技術(shù)還能解決時(shí)間、空間層面的關(guān)系，保障大豆玉米施肥量、噴藥量以及產(chǎn)量的數(shù)據(jù)判斷準(zhǔn)確性，是一種值得推廣的現(xiàn)代化種植輔助技術(shù)。