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工厂化农业首选信息技术略

时间:2020-10-17 22:49:57 来源:互联网 阅读:0次
工厂化农业首选信息技术

当设施农业发展到较为高级的阶段时,便提出了“工厂化农业”的概念。究竟何谓“工厂化农业”应该说没有绝对权威的定义。但顾名思义,工厂化农业必然把农业生产过程与工业化生产的某些重要特征或属性相联系。如生产自动化水平高、知识与技术含量高(密集)、标准化和规模化程度高、环境控制能力强、广泛应用计算机和智能化管理技术等等。 农业生产过程是一个复杂的系统工程,在农业生产及与之相关产业的实施中,需要进行市场经营策略、宏观经济决策、自然资源评价、技术成果评价预测、生产与管理具体技术研究与开发等过程的综合应用。为了实现这些过程,必须进行自然、经济和社会信息的收集、存贮、传递、处理、分析和应用,及其相关技术的研究与开发。主要包括各种农业数据库的建立:如土壤、品种、农业气候信息等;各种信息管理系统的研制与开发:如地理信息系统、决策支持系统、专家系统、模拟模型系统、遥感系统、全球定位系统、远程通讯、计算机网络系统等等。其中生物科学和电子科学是实现以上研究开发的基础。通过生物技术获取生物本身重要信息,通过电子技术实现各种信息采集、存储、处理与应用等。电子技术主要包括传感技术、通讯技术、计算机技术等。由于人工智能技术最终要通过计算机或其他电子设备实现,也可以归为电子技术的范畴。传感技术的任务是:准确、高效、及时可靠地采集各种形式的农业信息。对于农业来说由于对象复杂,例如可控性差、不确定性、模糊性、随机性等特点,因此在实现定量化、数字化、指标化等方面难度较大,是传感技术面临的重要问题;通讯技术的任务是:高速度、高质量、高精度、及时、安全可靠地传递交换各种信息;计算机技术的任务是:通过对输入数据进行分析、处理、挖掘,将庞杂的、抽象的数据,变为简单的、直观的、有用的信息,为用户提供咨询和决策支持服务。 据统计,工业发达国家提高劳动生产率的60%-80%是靠信息取得的。以1979年-1989年为例,依靠信息技术使英国的劳动生产率提高33%;德国提高88%;法国提高90%;日本提高130%。发达国家的农业信息技术在近些年取得突飞猛进的发展,其中以美国为最先进的代表。美国目前农业是集机械化、自动化、遥感遥测、计算机网络为一体的现代化农业。与传统农业最显著的不同是农民可以不用事必躬亲到田地里操作,而是坐在办公室里进行鼠标操作,进行施肥、灌水、各种环境资料的采集等。农场的各种信息可以通过计算机分析并在计算机屏幕上显示,一系列的农事活动如耕种、田间管理、收获与运输、产量评估预测等都可以通过卫星定位系统、遥感监测系统、计算机管理系统协调各项作业完成。农民还可通过网络获取各种信息资源,例如天气预报、农产品供求、科技信息等,以制定最佳生产计划,确定优化管理方案。 农业信息技术的另一个重要领域是人工智能技术的应用,其中专家系统(也称农业智能系统),是目前相对成熟、应用比较广泛的一种人工智能管理系统。可以肯定地说,人工智能技术的研究与应用,也将是工厂化农业中的热点课题。农业生产过程按操作方式基本上可划分为传统手工型、半机械和机械化型、机械式自动化型、智能式自动化型。在机械化阶段每一项机械作业都由人的操作来实现。在机械式自动化阶段,农业生产过程可以按照人们的预定方案自动完成作业,比前者节省了大量的劳动力。但也只能对一些简单的过程实施相对简单、机械重复性的操作,还不具备“思考”—逻辑推理的能力。而农业生产是非常复杂的过程,所涉及到的对象具有多样性、不确定性等特点,依靠简单的传感技术和控制系统很难实现复杂的控制管理过程。因此要求系统不仅能进行一般的数值计算,而且具有能进行知识学习、逻辑推理、决策分析等高级计算能力。能根据作物自身状况、外界环境、其他相关因素的综合分析与推理,决定如何进行下一步操作,自动修正控制设定值、调整控制目标、实施控制行为等。将在30人之间展开由于系统已拥有或基本具备了领域专家的知识水平,并能代替专家解决复杂的问题,这才是我们期望的智能化系统,也是我们目前能认识和设想的农业发展的最高级形式。 我国是国际上开展研究与应用专家系统较早的国家之一,起步于80年代初期。目前已在土壤施肥、作物育种、饲料配方、气象灾害与病虫害防御等方面开发了一些专家系统,效益显著。如北京市农林科学院作物所研究的“小麦管理计算机专家决策系统”可使小麦增产6%-25%,降低成本4%-8%,增加效益15%-30%;中国农业科学院草原研究所应用现代遥感和地理信息技术建立的“中国北方草地草畜平衡动态监测系统”,使我国草地的资源管理由过去常规方法需上百人10年完成的工作量只需7天即可完成;中国科学院合肥智能所研究的“农业专家系统”已在全国六、七个省市推广应用,取得了显著效益。 由于中国农业生产的特殊性,决定了必须大力发展农业信息技术和人工智能技术。从总体上看,我国农业专家的数量与众多的农业人口相比非常缺乏,从事农业生产的主体—农民和基层科技人员总体水平不高。另一方面,中国幅员辽阔,农业模式多样复杂、农业人口分布偏僻,零散,通讯设施相对落后,信息闭塞,严重阻碍着我国现代化农业的进程。工厂化农业与传统农业相比,是知识与技术密集型产业,科技含量高,更需要大量的高层次技术与管理人员,但我国目前还十分缺乏这方面的复合型技术专家和管理专家。通过大力发展信息技术和智能化技术,可有效地弥补和缓解我国农业人才的不足,促进工厂化农业全面、稳健地发展。

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