智慧土肥內(nèi)涵、特征、技術(shù)構(gòu)成及發(fā)展前景的分析

李玉坤

隨著時代的發(fā)展，我國人口數(shù)量增加，生活水平提升，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)在發(fā)展過程中逐漸面臨緊張的耕地資源問題，以及不斷提高的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量要求。在農(nóng)業(yè)發(fā)展新形勢下，需要在保護好生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上，促進農(nóng)產(chǎn)品單位面積產(chǎn)量的有效提升。

一、智慧土肥內(nèi)涵與特征

（一）智慧土肥內(nèi)涵

智慧土肥即土肥技術(shù)的信息化程度逐漸發(fā)展到高級階段，將物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等先進的技術(shù)融合到一起，通過在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)范圍內(nèi)全面設(shè)置無線通信網(wǎng)絡(luò)和傳感節(jié)點，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境進行智能預(yù)警、智能化分析和智能化感知，并針對環(huán)境協(xié)調(diào)、水肥控制和監(jiān)測預(yù)警等環(huán)節(jié)中的具體需求進行智能決策和智能響應(yīng)，提高農(nóng)田水肥管理質(zhì)量，滿足農(nóng)作物發(fā)展需求，為農(nóng)田中的土肥生產(chǎn)提供智能決策、可視管理和精準(zhǔn)服務(wù)，其中傳感節(jié)點能夠采集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的圖像信息、土壤養(yǎng)分、土壤水分和環(huán)境溫度、濕度等信息。

從技術(shù)角度層面來看，智慧土肥將各種先進的信息技術(shù)和單項農(nóng)業(yè)融合到一起進行組裝配套，促進了科技的創(chuàng)新，同時還能進一步推廣該技術(shù)，擴大其應(yīng)用范圍。產(chǎn)業(yè)層級上，能夠引領(lǐng)農(nóng)業(yè)從原來的單一農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)轉(zhuǎn)型為提供生活、生態(tài)、休閑、旅游等多種服務(wù)產(chǎn)品的新型產(chǎn)業(yè)，推動社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、人與自然和諧相處的目標(biāo)。

（二）智慧土肥主要特征

智慧土肥在發(fā)展過程中主要包括以下幾種特點：（1）全面感知。智慧土肥中利用各種條碼識別、音頻視頻采集器、傳感器、射頻、定位等傳感技術(shù)參與農(nóng)田的生產(chǎn)和管理，在全面監(jiān)測過程中能夠感知到各種數(shù)據(jù)信息。（2）泛在連接。智慧土肥通過速度快、高寬度、容量大的無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)，能夠促進人與人、人與物之間的互動、互聯(lián)和互通。借助電子信息設(shè)備可以對流程信息與系統(tǒng)信息進行實時分析、存儲、傳播、采集、測量與感知。（3）數(shù)據(jù)融合。通過多功能的運算系統(tǒng)、科學(xué)模型、分析工具和數(shù)據(jù)挖掘工具等，能夠形成非結(jié)構(gòu)化的海量數(shù)據(jù)信息，借助大數(shù)據(jù)平臺和云計算技術(shù)，可以促進相關(guān)數(shù)據(jù)信息的有效存儲、分析和入庫，全面整合各個設(shè)備與系統(tǒng)中的分散性資源，提高資源利用效率。

二、智慧土肥技術(shù)構(gòu)成

（一）獲取感知技術(shù)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的獲取感知技術(shù)即針對不同類型的農(nóng)業(yè)對象，及其各自的生產(chǎn)過程，實現(xiàn)信息實時采集整理的方法。其中不同種類的農(nóng)業(yè)對象包括農(nóng)產(chǎn)品、環(huán)境和動植物信息等，生產(chǎn)過程是指農(nóng)產(chǎn)品的流通、儲存、生產(chǎn)等內(nèi)容。智慧土肥中把目標(biāo)農(nóng)田當(dāng)做是傳感節(jié)點，在其中范圍領(lǐng)域內(nèi)設(shè)置傳感器，對土壤中的養(yǎng)分含量、濕度、溫度信息和環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括作物生長狀態(tài)、風(fēng)速光速等因素進行全面監(jiān)測，隨后利用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點將相關(guān)信息準(zhǔn)確、及時地傳送出去。

（二）信息傳輸技術(shù)

利用激光掃描器、全球定位系統(tǒng)、射頻識別等終端設(shè)備，參考約定協(xié)議，即數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式和傳輸格式，將監(jiān)測對象和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來，促進實現(xiàn)信息通訊與交換，對農(nóng)田進行智能監(jiān)控管理、跟蹤、定位。在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的技術(shù)支撐。

（三）智能決策控制

智能決策控制是以模型、知識、標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)對農(nóng)田生產(chǎn)信息進行智能處理與控制決策，比如智能設(shè)備控制系統(tǒng)、模型控制、專家控制、時序控制等。將所有采集到的數(shù)據(jù)信息匯集到節(jié)點位置，隨后由智能系統(tǒng)分析相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合農(nóng)作物生長過程中的用肥規(guī)律、成長特點以及管理者預(yù)定目標(biāo)，明確某一區(qū)域中的施肥方案，輔助生產(chǎn)者科學(xué)投放生產(chǎn)資料，促進耕地資源的有效利用，推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)精準(zhǔn)化管理。

（四）服務(wù)云系統(tǒng)

服務(wù)云系統(tǒng)即以云計算和網(wǎng)絡(luò)為平臺進行數(shù)據(jù)采集、管理、整合、存儲等。其中涉及到的數(shù)據(jù)信息包括網(wǎng)絡(luò)用戶交互數(shù)據(jù)、原始感知數(shù)據(jù)等，比如用戶提問、交易信息、用戶信息、對話內(nèi)容、注冊信息、瀏覽器記錄等。通過深入挖掘上述信息數(shù)據(jù)，掌握用戶具體行為，實現(xiàn)精準(zhǔn)化管理，為用戶提供針對性服務(wù)，提高決策科學(xué)性。

三、智慧土肥的發(fā)展前景

（一）農(nóng)田智能服務(wù)與遠程控制

通過3S，即GIS、RS、GPS等技術(shù)對農(nóng)田生產(chǎn)中的各種信息進行全面監(jiān)測，并建立起作物種植空間分布、土壤狀況、種植自然環(huán)境等數(shù)據(jù)庫，獲取尺度不同的基礎(chǔ)農(nóng)田時空信息。在全面采集信息后，針對農(nóng)田中的病蟲害狀況、作物苗情、土壤墑情等發(fā)展趨勢實施準(zhǔn)確預(yù)測和模擬分析，隨后利用平板電腦、PC、手機等網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用終端和信息發(fā)布系統(tǒng)保持暢通的聯(lián)系狀態(tài)，促進實現(xiàn)技術(shù)服務(wù)與生產(chǎn)的實時反饋交流，對農(nóng)田決策進行優(yōu)化指導(dǎo)，遠程控制各項生產(chǎn)設(shè)備，智能調(diào)控生產(chǎn)流程，促進農(nóng)田資源的合理分配與充分利用。

（二）耕地質(zhì)量智慧管理

耕地質(zhì)量主要體現(xiàn)在生態(tài)價值、產(chǎn)銷質(zhì)量和生產(chǎn)能力等方面。對農(nóng)田進行智慧管理是通過分析農(nóng)田監(jiān)測得出的評價結(jié)果，包括環(huán)境動態(tài)監(jiān)測指標(biāo)、生物指標(biāo)、物理指標(biāo)和土壤營養(yǎng)狀態(tài)指標(biāo)等，通過分析相關(guān)監(jiān)測結(jié)果可以對耕地的質(zhì)量變化進行有效監(jiān)測，提前發(fā)現(xiàn)耕地中的質(zhì)量退化問題，根據(jù)其實時變化趨勢，進行有效預(yù)警，幫助管理人員在第一時間提出有效解決方案，進行合理調(diào)控。比如在發(fā)現(xiàn)農(nóng)田土壤中的有機質(zhì)成分降低時，需要利用分析模型研究具體原因，并準(zhǔn)確預(yù)測農(nóng)田發(fā)展前景和下降幅度，制定有效的解決方案，評價實施結(jié)果。

（三） 農(nóng)田水肥管理

結(jié)合不同環(huán)境、不同成長階段中，不同種類農(nóng)作物對于水肥的實際需求，動態(tài)控制水肥的使用狀況。通過自動化監(jiān)測技術(shù)、智能控制設(shè)備、設(shè)施控制技術(shù)、水肥需求建模、農(nóng)作物成長監(jiān)測等，對農(nóng)田中的水、土壤和肥料進行統(tǒng)一控制，滿足農(nóng)作物生長需求，提高資源利用效率，實現(xiàn)節(jié)約、高效、精準(zhǔn)、自動化管理，尤其是水肥的精準(zhǔn)化管理擁有廣闊的發(fā)展前景。

（四） 輔助整體決策

創(chuàng)建以大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)的分析模型，針對市場信息、行為模式、環(huán)境感知、土肥監(jiān)測等數(shù)據(jù)信息實施建模分析，為管理人員進行宏觀決策提供有效參考。利用人機交互功能比較、分析并提供參考方案，通過智能支持提高決策科學(xué)性。決策支持系統(tǒng)由參考案例、工具庫、模型庫和知識數(shù)據(jù)庫等構(gòu)成，能夠輔助決策，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

（作者單位：061001 河北省滄州市運河區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局）