羅曦

摘? ?要：當(dāng)前，我國(guó)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境遭到破壞，發(fā)展緩慢。圖像處理技術(shù)能夠?qū)r(nóng)作物的種植面積、收成、受災(zāi)情況和果實(shí)等進(jìn)行實(shí)時(shí)性、精準(zhǔn)性和便捷性監(jiān)測(cè)，但成本高、速度慢。文章將云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)圖像處理系統(tǒng)中，可以方便、快捷地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提高了生產(chǎn)效率，為實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)+智慧農(nóng)業(yè)”提供內(nèi)在動(dòng)力。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算技術(shù);農(nóng)業(yè);圖像處理;應(yīng)用研究

1? ? 我國(guó)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要命脈，農(nóng)業(yè)、農(nóng)村和農(nóng)民始終是國(guó)家十分關(guān)心的問(wèn)題。在黨和國(guó)家的重視和關(guān)懷下，我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)，取得了顯著成績(jī)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力有了很大提高，糧食產(chǎn)量大幅增加，不僅解決了中國(guó)人口的溫飽問(wèn)題，而且使農(nóng)民的生活水平得到了有效改善[1]。與此同時(shí)，耕地面積逐年減少、水資源污染嚴(yán)重、青壯年勞動(dòng)力流失，大量采用“化肥+農(nóng)藥”的無(wú)機(jī)耕作技術(shù)等問(wèn)題，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境遭到破壞，制約了農(nóng)業(yè)的發(fā)展，使農(nóng)業(yè)發(fā)展緩慢[2]。

1.1? 耕地面積逐年減少制約了農(nóng)業(yè)的發(fā)展

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐的加快，一方面越來(lái)越多的農(nóng)民工融入城市生活，使農(nóng)村大量的土地荒蕪，并逐漸被沙漠化和堿性化;另一方面房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)、城市建設(shè)、城市美化、道路改擴(kuò)建、工業(yè)園區(qū)建設(shè)等占用了不少耕地，使耕地面積逐漸減少。有資料顯示，1998～2010年間，我國(guó)耕地面積減少了0.079 7億公頃，目前，我國(guó)人均耕地面積明顯低于世界平均水平，制約了我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

1.2? 水資源污染嚴(yán)重農(nóng)業(yè)發(fā)展緩慢

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加快，各工業(yè)企業(yè)如雨后春筍般發(fā)展壯大，但由于盲目追求利益的最大化而忽視了環(huán)境保護(hù)，大量使用環(huán)保不達(dá)標(biāo)的化學(xué)助劑后肆意排放污水，使水資源遭到極大污染，導(dǎo)致牲畜無(wú)法飲用、農(nóng)田無(wú)法灌溉，使農(nóng)業(yè)成本增加，農(nóng)業(yè)發(fā)展緩慢。

1.3? 青壯年勞動(dòng)力流失影響了農(nóng)業(yè)的發(fā)展

由于城鄉(xiāng)收入水平的差距，大量農(nóng)村青壯年勞動(dòng)力選擇進(jìn)城務(wù)工，留下老人和婦女從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，一方面他們的體力有限，另一方面他們種地并不是為了養(yǎng)家糊口，因此對(duì)土地的管理和農(nóng)業(yè)新技術(shù)的學(xué)習(xí)并不熱情，加速了農(nóng)民收入的下降，影響了農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

1.4? 大量采用“化肥+農(nóng)藥”的無(wú)機(jī)耕作技術(shù)使農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境遭到破壞

為了保證豐產(chǎn)豐收，我國(guó)從20世紀(jì)80年代起就開(kāi)始采用“化肥+農(nóng)藥”的無(wú)機(jī)耕作技術(shù)，表面上確實(shí)解決了人們的溫飽問(wèn)題，國(guó)家糧庫(kù)也逐年爆滿，但實(shí)際上產(chǎn)生了很多負(fù)面影響，比如，土壤逐漸板結(jié)、鹽堿化、老化，農(nóng)業(yè)成本增加，農(nóng)副產(chǎn)品品質(zhì)下降，環(huán)境受到污染，糧食和農(nóng)副產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留超標(biāo)，畜禽、家畜瘟疫大面積爆發(fā)等，使得老百姓認(rèn)為最可靠的農(nóng)業(yè)反而成了高投入、高污染的行業(yè)，污染了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。

2? ? 圖像處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

圖像處理是用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像信息進(jìn)行分析的技術(shù)，一般是指數(shù)字圖像處理，主要包括圖像壓縮、增強(qiáng)和復(fù)原，圖像匹配、描述以及圖像識(shí)別，在人們生活的多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。比如，汽車(chē)攝像頭就是利用圖像處理技術(shù)將拍攝的晃動(dòng)圖像處理成穩(wěn)定畫(huà)面;高速公路的指揮中心是將多個(gè)監(jiān)控?cái)z像頭拍攝的畫(huà)面經(jīng)過(guò)圖像處理技術(shù)進(jìn)行處理、合并后得到整條公路的路況信息。農(nóng)業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位，在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的大背景下，全面、高效、及時(shí)地獲取農(nóng)情信息是國(guó)家了解、調(diào)配、指揮和管理農(nóng)業(yè)的重要手段[3]。因此，將圖像處理技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)中，對(duì)糧食作物的種植面積、糧食的收成、農(nóng)作物的受災(zāi)情況和農(nóng)作物果實(shí)等進(jìn)行實(shí)時(shí)性、精準(zhǔn)性和便捷性監(jiān)測(cè)，便于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)在有限的資源下均衡發(fā)展[4]。

2.1? 用來(lái)統(tǒng)計(jì)作物的種植面積和耕地的數(shù)據(jù)信息

現(xiàn)有耕地?cái)?shù)量和農(nóng)作物的種植面積，是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)所需的第一手資料，傳統(tǒng)的依靠人工收集和有線測(cè)量得到的數(shù)據(jù)信息，一方面需要逐級(jí)上報(bào)，時(shí)間拖得比較長(zhǎng)，另一方面無(wú)法保證絕對(duì)準(zhǔn)確。地理信息系統(tǒng)中遙感圖像處理的應(yīng)用，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地反映出我國(guó)耕地?cái)?shù)量和農(nóng)作物的實(shí)際種植面積，便于有關(guān)部門(mén)根據(jù)耕地?cái)?shù)量的變化和利用情況，進(jìn)一步指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

2.2? 用于對(duì)農(nóng)作物的管理和農(nóng)產(chǎn)品的優(yōu)化

2.2.1? 農(nóng)作物生長(zhǎng)的圖像處理

農(nóng)作物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中需要施肥和除草，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的發(fā)展，大都采用自動(dòng)噴灑農(nóng)藥和施肥的作業(yè)方式。大面積高效作業(yè)往往采用無(wú)人駕駛飛機(jī)對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用處方圖或動(dòng)態(tài)圖像處理技術(shù)自動(dòng)識(shí)別農(nóng)作物和雜草，根據(jù)雜草數(shù)量和農(nóng)作物的生長(zhǎng)期定量噴灑農(nóng)藥和施肥，從而使農(nóng)藥和化肥的使用量剛好適中，避免過(guò)量使用而造成污染。

2.2.2? 農(nóng)作物病蟲(chóng)害圖像識(shí)別

農(nóng)作物發(fā)生病蟲(chóng)害的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，一旦爆發(fā)將造成農(nóng)作物大面積減產(chǎn)，因此，國(guó)家對(duì)農(nóng)作物病蟲(chóng)害的防治十分重視。傳統(tǒng)的農(nóng)作物病蟲(chóng)害防治是依靠技術(shù)員對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行觀察、肉眼識(shí)別病蟲(chóng)害，這種方法主觀性強(qiáng)，容易誤判。圖像處理技術(shù)的農(nóng)作物病蟲(chóng)害識(shí)別，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并快速、準(zhǔn)確地做出判斷，幫助農(nóng)民有針對(duì)性地采取防治措施。

2.2.3? 農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)分級(jí)

隨著人們生活質(zhì)量的提高，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的要求也越來(lái)越高，因此，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的分級(jí)成為了農(nóng)民產(chǎn)后售前的重要工序。傳統(tǒng)的分級(jí)作業(yè)全憑人工，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、成本高，而將圖像處理技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)分級(jí)中，利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)的高速攝像機(jī)將動(dòng)態(tài)畫(huà)面采集和識(shí)別，能夠成功幫助農(nóng)民將農(nóng)產(chǎn)品按品質(zhì)分類(lèi)。

3? ? 云計(jì)算技術(shù)在農(nóng)業(yè)圖像處理系統(tǒng)中的運(yùn)用

3.1? 云計(jì)算的概念及技術(shù)

云計(jì)算是分布式計(jì)算的一種，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將龐大的數(shù)據(jù)計(jì)算處理程序分解成若干個(gè)小程序，然后將這些小程序分析和處理的結(jié)果反饋給用戶(hù)，可以實(shí)現(xiàn)在很短的時(shí)間內(nèi)將幾萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理，是一種以數(shù)據(jù)和處理能力為核心的密集型計(jì)算模式，需要的人員少，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求不高，通過(guò)軟件方便、快捷、高效地進(jìn)行自動(dòng)化管理，它是互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，是信息時(shí)代的巨大飛躍。云計(jì)算融合了多項(xiàng)ICT技術(shù)，其中云計(jì)算技術(shù)是云計(jì)算的核心，包含虛擬化技術(shù)、分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、云計(jì)算平臺(tái)管理、編程模式、大規(guī)模數(shù)據(jù)管理、分布式資源管理和信息安全，虛擬化技術(shù)是云計(jì)算技術(shù)的核心技術(shù)。

3.2? 云計(jì)算技術(shù)在農(nóng)業(yè)圖像處理系統(tǒng)中的運(yùn)用

云計(jì)算的廣泛使用，使現(xiàn)代企業(yè)和行業(yè)在低成本、高質(zhì)量服務(wù)方面受益匪淺，通過(guò)應(yīng)用相關(guān)軟件系統(tǒng)，使用戶(hù)在輕松、快捷中獲得最大的收益。云計(jì)算是未來(lái)各行各業(yè)發(fā)展的方向，將云計(jì)算技術(shù)引入發(fā)展較為緩慢的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)手段使農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)和管理方式得到提升，為實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)+智慧農(nóng)業(yè)”提供內(nèi)在動(dòng)力。

3.2.1? 應(yīng)用到圖像遙感技術(shù)中，幫助獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)

在掌握我國(guó)擁有耕地?cái)?shù)量和農(nóng)作物的實(shí)際種植面積的過(guò)程中，利用地理信息系統(tǒng)中遙感圖像處理獲得圖像處理數(shù)據(jù)，然后從云端有關(guān)面積與圖像換算的資源庫(kù)中找到相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)進(jìn)行匹配，最后通過(guò)快速計(jì)算得出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)[5]。

3.2.2? 應(yīng)用到圖像識(shí)別技術(shù)中，幫助制定問(wèn)題解決方案

為了給農(nóng)作物進(jìn)行有效施肥和清除雜草，通過(guò)將無(wú)人駕駛飛機(jī)上的攝像頭拍攝的農(nóng)作物處方圖或動(dòng)態(tài)圖像識(shí)別出農(nóng)作物和雜草后，與云端管理平臺(tái)中關(guān)于農(nóng)作物生長(zhǎng)情況判定發(fā)育期的信息相對(duì)比，得出農(nóng)作物處于怎樣的生長(zhǎng)發(fā)育期，再與資源庫(kù)中農(nóng)作物不同發(fā)育期所需肥料種類(lèi)和數(shù)量以及雜草量對(duì)應(yīng)的所需農(nóng)藥量相比對(duì)，給出現(xiàn)階段施肥種類(lèi)和農(nóng)藥的最佳配比方案，指導(dǎo)農(nóng)民科學(xué)施肥和除草，既能幫助農(nóng)作物健康生長(zhǎng)、有效殺滅雜草，又能保證使用量恰到好處，避免浪費(fèi)，節(jié)約生產(chǎn)成本。同樣在農(nóng)作物病蟲(chóng)害防治過(guò)程中，通過(guò)圖像識(shí)別技術(shù)清晰地獲取農(nóng)作物葉面顏色，然后應(yīng)用虛擬化技術(shù)分析病蟲(chóng)害的種類(lèi)，根據(jù)云數(shù)據(jù)庫(kù)中提供的不同病蟲(chóng)害的防治方法，幫助農(nóng)民找到最佳的解決辦法，有效地提高農(nóng)民的生產(chǎn)效率[6]。

3.2.3? 應(yīng)用到圖像增強(qiáng)技術(shù)中，幫助提高生產(chǎn)效率

在農(nóng)產(chǎn)品篩選和分級(jí)過(guò)程中，比如將富士蘋(píng)果的亮度和紅色顏色差異柱狀圖輸入計(jì)算機(jī)，根據(jù)蘋(píng)果的圖像分割閾值與云庫(kù)中蘋(píng)果等級(jí)配對(duì)，從而對(duì)蘋(píng)果定等。對(duì)谷粒進(jìn)行分級(jí)時(shí)，根據(jù)谷粒表面特性進(jìn)行圖像處理后應(yīng)用編程模式與云庫(kù)中大量有關(guān)谷粒等級(jí)的數(shù)值相匹配，從而加快分級(jí)速度。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，依托云計(jì)算技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)運(yùn)而生，將云計(jì)算與農(nóng)業(yè)圖像處理相結(jié)合，克服了單純的圖像處理系統(tǒng)復(fù)雜、成本高、使用和維護(hù)不便等困難，借助強(qiáng)大的軟件通過(guò)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、農(nóng)作物生長(zhǎng)、病蟲(chóng)害情況等的智能檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智慧化管理和診斷，促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)]

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