基于大数据的农药喷洒定量分析

徐颖++王洁

摘要 精准农业是当今世界农业发展新潮流，在近几年我国“两会”中也多次提出将互联网与农业相结合发展创新型精准农业。本文结合我国精准农业的发展概况，阐述了利用大数据方法定量喷洒果树农药的研究方法及过程，取得显著提高农业生产经济、绿色、健康、高效、发展的成效。

关键词 精准农业；大数据；农药喷洒；定量分析；研究过程

中图分类号 F320.1 文献标识码 A 文章编号 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 发展概况

从1993—1994年美国首先提出精准农业思想以来，精准农业在应用中逐步取得了巨大的发展，到如今精准农业已经成为农业可持续发展的重要途径。中国自古以来就是世界农业大国，但同时又是一个农业水平相对落后的国家。因而我国在多个会议上就此问题进了探讨，为农业发展提供技术、资金、政策支持。2017年“两会”关于农业热点问题有很多讨论：发展高效农业促精准扶贫、建议建立全国范围农业大数据平台、农业大数据捍卫舌尖上的安全等，可以看出国家对于农业态度的转变，更加注重互联网与农业的结合以及食品安全健康。我国在精准农业方面的发展目前主要关注于效率的提高，本文主要关注质量提升问题。

果树农药喷洒是农业生产中较为重要的一个环节。通过无人机进行数据捕捉采集，再进行数字图像处理，并依靠后台数据库进行分析可以获得更精确、更全面的数据，从而获得更准确的喷洒方式，从而解决我国农业发展面临的环境资源问题，走可持续的农业发展道路。同时，更精准的农药喷洒量可以减少农药对人体健康的危害，实现绿色农业、绿色中国[1-3]。

2 研究方法

2.1 数据挖掘

利用统计软件R 在济南超算中心平台下，对数据进行高效准确的挖掘。主要基于关于果树疾病研究的权威书籍、文献，挖掘患病果树树叶图像，治疗各种果树疾病的农药种类及用量等的相关记载。

2.2 数据库构建

利用已经拥有的果树疾病研究的权威书籍、文献以及其他合作院校所提供的数据资料等有效研究资料建立数据库，包括各种患病果树的树叶图像，各种果树疾病治疗所需的农药种类及用量。根据这些参数，利用统计软件R 在济南超算中心平台下，根据已经挖掘出地准确数据进行数据分析、计算得到最佳结果，实现农业的经济、绿色发展。

当获得一张患病树叶图像时，可以根据图像数据分析，搜索到该树的患病种类、患病程度、所需喷洒的农药种类、所需农药喷洒量以及所需农药喷洒浓度等。数据库的建立工作是长期的，需要及时更新最新的农药种类，最大程度上地保证搜索得到的农药最适宜、对环境污染最小、对水果的质量影响最小，保证水果是绿色健康的。因此，要及时将最新数据导入数据库，详细搜集患病果树的树叶图像，各种果树疾病治疗所需的农药种类及用量，不断完善数据库，使分析结果更加准确。

2.3 数据捕捉采集

利用无人机对目标果树或目标范围内的果树进行图像的采集，并将采集的数据传送至系统后台。

2.4 数字图像处理

将无人机采集的图像进行数字图像处理，提取有用信息，利用数据库已有数据分析该树的患病种类、患病程度。

2.5 结果得出

将数字图像处理得出的信息利用大数据分析，得出该树的患病种类、患病程度、需喷洒的各种农药种类选择、所需农药喷洒量以及最适宜喷洒浓度。

3 研究过程

精准农业是当今世界农业发展新潮流。本项目是基于大数据与数字图像处理的精准农药的定量分析研究，致力于建造一个“因树而异”精确农药喷洒量的绿色经济农业大数据分析系统。该系统研究过程主要包括利用无人机对图像进行捕捉传递；对传递回的信息进行数字图像处理分析；以济南超算为后端对完成数据挖掘、分析；得出最适宜的农药喷洒浓度和喷洒量（图1）。

4 成效

4.1 经济

因树而异，根据1株果树或1片区域内果树的患病程度不同，确定最适宜的农药种类排名，相应给出最适宜的农药喷洒量和喷洒浓度。这样更有利于果树的生长，降低了农药的使用量，减少了农民的投入成本，降低了农民的经济负担，提高了农民的收益[4]。

4.2 绿色

农药使用量的不断增加，不仅有技术层面和从农人员的原因，也有农药质量参差不齐的原因，通过提高农药质量、控制农药喷洒量可以缓解日益严峻的农药过度使用问题。农药的过度使用，会污染大气、水环境，造成土壤板结，同时还会增强病菌、害虫對农药的抗药性。适宜喷洒农药会减少环境污染，营造更绿色的环境，使农业生产可持续化。利用大数据及信息科学技术改造和装备实现绿色农业产业科技化，进而实现经济与绿色健康的相互促进[5]。

4.3 健康

在食品健康日益受到关注的今天，精准喷洒农药可减少因过度喷洒造成的农产品质量下降，严格控制农药喷洒量及喷洒浓度更有益于人类健康。过度使用农药不仅会危害人类健康，还会破坏生态平衡，造成野生生物和畜禽中毒等。因此，适宜的农药喷洒量与喷洒浓度会大大减小对人类和动物健康的威胁。

4.4 高效

提高农业生产效率以缓解我国人口不断增多所带来的粮食生产压力，同时无人机的使用节约了人力资源，进一步实现了农业机械化、信息化。在我国农田集中处，研究、应用并推广适合的精准农业，实施恰当的农药喷洒技术，对提高农产品产量和质量具有重要意义。

4.5 发展

提高我国农业机械化水平，推动我国农业生产持续稳定发展，逐步缩小与欧美发达国家的差距。发展精准农业是未来农业发展的支柱和重要增长点，是未来农业的前进发展方向[4-5]。

5 参考文献

[1] 刘爱民，封志明，徐丽明.现代精准农业及我国精准农业的发展方向[J].中国农业大学学报，2000，5（2）：20-25.

[2] 齐文虎，石玉林.计算机控制农业[J].资源科学，1998，20（2）：34-38.

[3] 王利民，刘佳，杨玲波，等.基于无人机影像的农情遥感监测应用[J].农业工程学报，2013，29（18）：136-145.

[4] 许世卫，王东杰，李哲敏.大数据推动农业现代化应用研究[J].中国农业科学，2015，48（17）：3429-3438.

[5] 李珮.农业污染：食品和生态安全的隐蔽杀手[J].生态经济：中文版，2005（2）：12-19.