农业智能化管理系统的应用探索

颜家乐

（山东农业大学 山东，泰安 271018）

“十三五”时期，我国粮食年产量连续五年计划达到12000 亿斤，农产业是国民经济建设和发展的支柱产业。随着科学技术不断发展，利用现代土壤监测技术、智能化农业灌溉系统、病虫害监控预警系统、农业专家远程决策系统和农业设施智能化系统，依托物联网，大数据等现代信息技术打造的农业智能化管理系统进一步提高了农产品的品质，对提高我国粮食生产水平有着重大意义，为农业进一步发展发挥了重要作用。

1 农业智能化管理系统的简要组成

1.1 土壤状况监测系统

1.1.1 土壤温度检测器 现代大多数土壤温度检测器采用电阻法进行实时监测，大多采用PT1000 铂热电阻，随着土壤温度的变化不断升高，铂热电阻的阻值会匀速增加，具体计算公式如下所示：

R（t）＝R0（1＋At＋Bt2）

R（t）是温度为t 时铂热电阻的电阻值，Ω；（t）为温度，℃；R0是温度为0℃时铂热电阻的电阻值，Ω；A、B为分度常数。

分度常数：A＝0.0038623139728

B＝-0.00000065314932626

PT1000厚膜铂电阻温度传感器的电阻值与温度的关系偏离所给分度表的允差不超过±（0.30+0.005｜t｜）。

FDR 型土壤湿度检测器具有稳定性高，设计小巧便携，数据传输效率高等一系列优点，能够及时监控农作物所在土壤的湿度情况，在土壤状况监测系统的构成中发挥着至关重要的作用。

1.1.3 土壤养分检测仪 在范围内科学采集土壤样品，使用一定量的浸提剂提取土壤中的养分，再将操作后的溶液与特定显色剂混合，根据颜色不同自动获得相应数据。氮、磷、钾等养分在植物生长及成熟时期发挥着重要作用，土壤养分检测仪的运用能够让人们快速得到土壤中的相关数据，及时减少或增加肥料的施量，避免了肥料过少影响植物生长发育的问题和肥料过量引起的烧苗问题，更加适应现代农业发展。

1.2 智能灌溉系统

1.2.1 滴灌 滴灌是利用干管、直管和毛管构建起的管网对植物根部进行局部灌溉。滴灌作为目前推广应用最为广泛的节水方式，自身具有明显的优势，采用滴灌的方式可使水资源直达植物的根部，减少了地表蒸发损失过程中不必要的浪费，滴灌所需时间较短，每小时所需水资源较少，一部分作物的水资源利用率高达95%，并且滴灌不会破坏土壤结构，减少了土壤内部养分的流失。

1.2.2 喷灌 喷灌是借助水泵、管道系统和喷头将水喷洒到空中，形成水滴或水雾降落到植物上的一种灌溉方式。喷灌对地形要求较小，无需建造沟渠，从而提高了土地利用率，一般增加了耕种面积的6%～10%，喷灌利用喷头进行灌溉，相比传统的漫灌节水30%～50%，同时喷灌可以大大减少劳动力的开销。但是喷灌系统投资较大，日常维护繁琐，更适合于浅根系作物和经济作物。

1.2.3 渗灌 渗灌作为滴灌的升级形式，将整个管网系统浅埋，利用土壤的毛细管作用来达到灌溉的目的。渗灌能够将水直接送入根层土壤，减少了地面蒸发，灌溉所需的系统浅埋于地下，可以减少占地空间，更利于田间工作，渗灌能够实现低压条件下供水，仅需两块12V电池便可满足日常供水需要，但渗灌系统会造成表面土壤湿度较小，不能满足浅根系作物生长的需求，不利于幼苗的生长，甚至导致种子因缺水而死亡，不适于大方面推广。

1.2.4 水肥一体化灌溉 将多组不同温度、湿度、肥料浓度等要素下的植物生长状态进行数据分析，对数据进行以局部加权线性回归，而不采用存在欠拟合现象的线性回归，允许偏差在估计时被引入，通过结果确定最佳的肥料浓度，水肥浓度一体化技术的运用不仅实现了节水节肥的目标，而且提高了各项养分的利用效率，在农作物增产方面效益显著。

1.3 病虫害监控预警系统

1.3.1 诱捕害虫 黑光灯能够放射紫外光波(330nm～400nm)，趋光性害虫视网膜上的一种色素，能够吸收到黑光灯所发出的特定波长的光从而引起光反应，引起害虫视觉神经的刺激，指引害虫个体飞向光源，利用此原理诱捕害虫至特殊仪器。

1.3.2 信息处理及传输 信息处理及传输系统主要是利用远红外处理法杀死害虫，可以避免农药等化学物质对人体的损害，烘干仓中害虫进行二次处理后进入分散平铺机构，使用高清相机对害虫个体进行拍照，后利用AI 数据分析技术将害虫进行分类，同时将数据传输至电脑云端进行统计分析。

1.3.3 实时监控系统 在田间大棚中安装相应摄像头，实时监测植物生长状况，采集植物的图像并上传到远程监控服务平台系统，工作人员可以随时随地通过手机APP、电脑端分析监控数据，根据有关昆虫档案或数据库，了解田间害虫的情况和数目，更加准确地对害虫的爆发进行防治和预警，无需再进入大棚进行实地查看，实现农业大棚智慧管理。

1.4 农业专家远程决策系统

通过互联网+和计算机平台建立线上相关的档案或数据库，专家通过远程会议讨论，利用数学模型的构造和数据分析对当前及未来农田农作物生长状况、土壤情况和虫害发生概率作出相应判断，通过音频、视频等方式反馈有关信息，指导当地工作人员采取相应措施，保证植物正常生长。

1.5 农业设施智能化系统

农业机械装备是农业发展中的重要一环，传统的人力播种、收割的形式已经不能满足日常需要，通过无人飞行器平台、无人拖拉机、无人收割机和智能播种机器人等现代设备构建起的无人播种系统、高效收割系统和智能喷药系统实现了生产过程中劳动力的解放，推进农机设备自动化、智能化、无人化发展，支撑了农业机械化和农机装备产业的进一步转型升级。

2 农业智能化管理系统在推广和实践中的问题

2.1 系统前期耗资大

在推广过程中，该系统由于功能齐全，结构复杂，导致整体费用较高，需要投入一定数额的资金，不利于在小型个体农业户中推广和使用。政府应积极推进有关政策的实施，降低材料价格。

2.2 农村人才短缺

改革开放以来，农村老龄化日益严重，大量青年进城务工，导致农村剩余人口知识水平较低，而需要专业人员对系统所给出的土壤墒情和温度数据进行分析，对害虫的种类进行辨别，系统维修工作更需要技术水平和专业素养较高的操作人员来完成，相关专业人士的缺少问题是农业智能化管理系统在推广过程中的又一问题。政府应大力发展乡村振兴战略，鼓励和吸引更多知识分子和有志青年回归故乡，建设乡村。

2.3 系统后期保养和维修繁琐

土壤检测器，智能化喷灌系统其技术含量较高，均需要定期严格按照标准进行保养和维修，如果不能及时保养和维修，会影响装置的寿命，更会影响后续整体系统的运行，定时的保养和维修是智能化系统高效率完成任务的前提。

3 结语

智慧农业是当今社会的发展趋势，由土壤监测系统、智能灌溉系统、智能农机具系统和病虫害监控系统构建的农业智能化管理系统对我国现代农业发展有着极其重要的意义。但农业智能化系统在实际推广过程中仍存在政策尚不完善，相关农业机具设备价格过高，相关专业人才缺乏等问题亟待解决，相信随着政府的支持力度增加和现代互联网技术不断发展，农业智能化管理系统定会推动中国农业蓬勃发展。