王昭蘇，馮 敏

（山東第一醫(yī)科大學 醫(yī)學信息工程學院，山東 泰安 271000）

我國是一個農村占比很大的超級農業(yè)大國，農業(yè)是我國的重要戰(zhàn)略產業(yè)，擁有不可撼動的支柱地位。但目前，我國仍有不少落后農村地區(qū)仍未實現(xiàn)脫貧。作者通過查閱資料、觀看視頻等，發(fā)現(xiàn)我國目前不少農村地區(qū)仍在采用最原始、最基礎的耕作方式，不僅耽誤時間、浪費人力物力資源，收益與效率也非常低下，收獲與付出嚴重不成比例。而且由于資金問題，實現(xiàn)機械化收獲的耕地少之又少，若遇到自然災害、蟲病等，更是會使年產量大幅減少，導致巨額虧損，使辛苦勞作的農民們入不敷出，從而導致種植業(yè)從業(yè)者積極性下降。近年來可用耕地數(shù)量不變，種植業(yè)從業(yè)人數(shù)減少就是此問題的最直觀表現(xiàn)。這時，農業(yè)農村智能現(xiàn)代化就刻不容緩了。農業(yè)農村現(xiàn)代化將會讓農耕種植變得自動、迅速、便捷，可以節(jié)省大量時間資源。如果能夠實現(xiàn)多數(shù)農村地區(qū)的農業(yè)智能現(xiàn)代化，那么許多農村地區(qū)人民的脫貧則指日可待。

近幾年來，部分農村地區(qū)的智能化、現(xiàn)代化與機械化程度正在穩(wěn)步提升，取得了顯著的好成績。目前，隨著人口生育模式發(fā)生轉型，人口和農村勞動力供給變少，數(shù)量從剩余轉向短缺，因此農業(yè)和工業(yè)、農村與城市之間爭奪勞動力的情況加劇，導致農業(yè)投入出現(xiàn)重大階段性變化，農作物用工成本增加、單位用工量減少、機械投入大幅增加。由此，農業(yè)勞動生產率顯著提高。[1]可見農業(yè)農村現(xiàn)代化益處頗多，而有了如此良好的開端和先例，農業(yè)農村全面實現(xiàn)智能現(xiàn)代化也不再只是想象。

那么，如何最有效地實現(xiàn)農業(yè)農村現(xiàn)代化呢？就作者個人的觀點，可以將目前超速發(fā)展的物聯(lián)網信息技術應用到農業(yè)農村產業(yè)中。物聯(lián)網是指通過各種信息傳感器、射頻識別技術、全球定位系統(tǒng)、紅外感應器、激光掃描器等各種裝置與技術，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程。[2]借助網絡信息技術與裝備，物聯(lián)網可以實現(xiàn)所有物品的通信與聯(lián)接，讓所有的物品都可以被搜索或檢測到。如果能利用它的這些功能特點，將農業(yè)農村與物聯(lián)網緊密結合應用，定將會大大提升效率和收益，節(jié)省大量時間和資源，益處無窮。

影響農業(yè)種植、作物生長的因素有許多，包括氣候環(huán)境、空氣溫度與濕度、土地酸堿度、土壤水分、環(huán)境二氧化碳濃度、風速與光照等等。目前的傳統(tǒng)農業(yè)中農民只能通過自己的感覺來判斷這些因素，從而施行耕作、灌溉、施肥、噴藥等，這樣不僅費時費力，還極易造成損失。而這時，便可以將物聯(lián)網遙感技術應用到農業(yè)種植中。農業(yè)物聯(lián)網遙感指利用遙感技術進行農業(yè)資源調查、土地利用現(xiàn)狀分析、農業(yè)病蟲害監(jiān)測、農作物估產等農業(yè)應用的綜合技術，可獲取農作物影像數(shù)據，包括其農作物生長情況、預報預測農作物病蟲害。利用農業(yè)遙感技術，便可以在節(jié)省大量人力的情況下對環(huán)境溫度濕度、空氣質量狀況、土地pH值等各種農業(yè)種植影響因素進行實時監(jiān)測，同時又可對農作物長勢進行監(jiān)測，對病蟲害及時防控。一系列作物在不同生長周期的問題，都有信息化、智能化的監(jiān)控系統(tǒng)實時定量精確把關。[3]這樣不僅確保了數(shù)據的精確性、作物的安全性與穩(wěn)定性，確保農作物在同一時段內最優(yōu)的環(huán)境中生長，有問題也可以及時發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)科學監(jiān)測、科學種植，大大降低了作物的死亡率。

同時，在實施監(jiān)控的基礎上，可以進一步通過接收無線傳感匯聚節(jié)點發(fā)來的數(shù)據等，實現(xiàn)各個基地測試點信息的獲取并進行管理，以直觀圖表和曲線的方式顯示給用戶，并根據以上各類信息的反饋對農業(yè)園區(qū)進行自動灌溉、自動降溫、自動卷模、自動進行液體肥料施肥、自動噴藥等自動控制。[4]通過各種儀器儀表實時顯示或作為變量參與到自動控制中，保證農作物有一個良好的、適宜的生長環(huán)境。采用物聯(lián)網的無線傳感器網絡來獲得作物生長的最佳條件，可以為農業(yè)現(xiàn)代化提供科學依據達到增產增收、改善品質、調節(jié)生長周期及提高經濟效益的目的。[5]

此外，蟲害也是影響農作物生長的重要因素之一，而除蟲設備繁多、使用復雜、遇到惡劣天氣易損壞、大面積噴灑農藥耗時耗力、設備無保障損壞難修等問題是不少種植業(yè)從業(yè)者的煩惱。而物聯(lián)網應用中的傳感器集成應用可以有效解決這些問題，比如已經被投入市場應用的“誘蟲燈”，就是利用害蟲的趨光性、趨色性等特性原理，誘使病蟲靠近“誘蟲燈”，再利用外圍的高壓網殺死害蟲，使害蟲落到蟲袋里達到殺蟲目的，可見傳感器是一種很好的防蟲設施；除了利用害蟲的趨光性，還可以對害蟲進行“誤導”，例如，模擬一種類似農作物的“氣味”，通過傳感器將該氣味釋放出來，然后在傳感器附近設置大面積的“捕蟲網”，將病蟲粘住，達到捕捉病蟲的目的。不僅在種植業(yè)，在畜牧養(yǎng)殖方面同樣如此。畜牧業(yè)作為我國農業(yè)的重要組成部分，是農業(yè)產業(yè)結構的經濟支柱之一，目前也同樣存在著問題。畜牧養(yǎng)殖的收益相比種植業(yè)要更多，魚、肉、蛋、奶都是畜牧養(yǎng)殖的所得產物，養(yǎng)殖成本較低，利潤較大，但在養(yǎng)殖過程中的風險也比種植業(yè)更高，若牲畜感染瘟疫則會產生巨大虧損。此外，牲畜肉質的優(yōu)質與否與飼料、活動范圍甚至心情都有著較大關系，因此，在平時的養(yǎng)殖過程中，可以利用機器“人為”進行干預，比如，讓機器模擬并學習一種能使牲畜感到愉悅的“信息素”，通過聲波等方式傳遞出來，作用到動物身上。若動物長年累月受此影響，肉質口感自然會比一般的牲畜更佳。

再者，是否可以將機器學習結合物聯(lián)網和計算機信息技術等引入到農作物收獲中去，幫助農民進行自動化收獲呢？機器學習是一門較為復雜的交叉學科，涉及概率論、統(tǒng)計學、逼近論、凸分析、算法復雜度理論等多門學科，專門研究計算機如何模擬或實現(xiàn)人類的學習行為，以獲取新的知識或技能，重新組織已有的知識結構使之不斷改善自身的性能，并通過某種算法，對歷史數(shù)據進行分析與訓練從而得出某種模型，當有新的數(shù)據提供時，可以使用訓練產生的模型對未來進行預測。這意味著，機器學習是一種能夠賦予機器進行自主學習，不依靠人工進行自主判斷的技術，它和人類對歷史經驗歸納的過程有著相似之處。也就是說，機器完全可以通過算法學習人類的語言、技術甚至思維，模擬人類的行為，在農業(yè)生產上，可以將人類行為通過算法導入機器，讓其模擬并學習一些行為，再進行分析與運用，從而掌握一門技術。綜上，通過機器學習，農作物的種植收割將會解放大量人力，變得更為精確、簡易、便捷，加之與現(xiàn)代化信息技術相結合，達到資源的最優(yōu)利用，實現(xiàn)共贏。

下面，將詳細介紹一下我國農業(yè)農村目前發(fā)展的現(xiàn)狀與存在的不足，各項現(xiàn)代化技術的定義、特點、詳細的應用情況和具體的實例分析，以及作者的一些觀點與設想。通過分析，結合各項技術本身的作用與特點，將它們正確應用到農業(yè)生產中，必將會受益無窮。

1 我國農業(yè)農村發(fā)展的現(xiàn)狀與不足

1.1 現(xiàn)狀

近些年來，我國農業(yè)生產環(huán)節(jié)利潤水平不高一直都是無法否認的事實，經常付出與收獲不成正比。究其原因，一方面是由于延續(xù)了多年的以農業(yè)支持工業(yè)發(fā)展的國家發(fā)展策略造成的長期影響，另一方面也是由于絕大多數(shù)農業(yè)生產者分散而力量薄弱，加之進入門檻較低，并不具備產業(yè)鏈的議價能力。且各種所需要的原材料、農資產品等價格普遍不斷增高，使農業(yè)生產成本變高。[6]此外，頻發(fā)的極端惡劣天氣亦會對農業(yè)產生一定負面影響，使利潤極易造成損失。[7]

21世紀以來，中國農業(yè)份額下降到現(xiàn)代化轉折點，第一產業(yè)占三大產業(yè)的產值比重到2011年降至10%，2012年則基本保持穩(wěn)定，達到10.1%。[8]中國農業(yè)目前也正在經歷以勞動密集投入為主，提高土地生產率的傳統(tǒng)農業(yè)類型向以機械化為主，提高農業(yè)勞動生產率的現(xiàn)代農業(yè)轉型。

1.2 不足

成本高，利潤低，付出與收獲不對等，易受天氣影響。一旦逢暴雨、冰雪等惡劣天氣，便極有可能會對農業(yè)種植產生不可逆轉的打擊，使農民們長久以來的努力全部作廢，造成嚴重的損失。

雖然我國目前已有部分農村地區(qū)基本實現(xiàn)現(xiàn)代化、機械化，但仍有不少農村地區(qū)耕作方式較為落后，效率低下。不同的地區(qū)之間發(fā)展差距較大，現(xiàn)代化技術并不普及。應利用物聯(lián)網與信息技術等現(xiàn)代化技術，做到將農業(yè)農村現(xiàn)代化、機械化、智能化等在各個地區(qū)廣泛普及，實現(xiàn)共同脫貧。

2 名詞釋義

2.1 物聯(lián)網

物聯(lián)網是一種承載體，可以利用傳感器、全球定位系統(tǒng)、氣體感應器、監(jiān)控等收集光、熱等環(huán)境條件的信息，再通過物聯(lián)網技術把信息進行共享和交換，以實現(xiàn)智能化識別和管理功能。物聯(lián)網在日常生活中廣為應用，由于其具有應用多、范圍廣、智能化等特點，與傳統(tǒng)技術結合可以提高生產生活質量。物聯(lián)網的多種應用，與傳統(tǒng)農業(yè)結合是當前農業(yè)發(fā)展的趨勢。物聯(lián)網分為三個方面，一是感知層，類似于人類的感覺器官，是用于感知外在變化，感知溫度、濕度、風速、光照等各種自然條件的傳感器，用于對植物的基礎生長進行信息采集;二是傳遞層，主要是利用云計算和網絡，把信息進行傳遞和共享；三是應用層，主要完成數(shù)據研究、分析與應用。[9]通過這三類功能，可以基本實現(xiàn)農耕自動化、農業(yè)災害防治、自動收割等。

而物聯(lián)網與農業(yè)相結合，不僅使農耕更加便利，而且在提高產量，增加農民收入方面亦有巨大影響。實現(xiàn)農業(yè)智能化監(jiān)控管理，實時監(jiān)控農作物生長，實現(xiàn)全天候數(shù)據監(jiān)控、遠程操控機器設備、農林有害生物監(jiān)測及數(shù)據融合分析一體化，全面提高生產效率，可稱為智慧農業(yè)；在灌溉、日光溫室大棚、農業(yè)云平臺等方面進行智能化處理，即智慧種植。其中廣泛應用的日光溫室大棚雖然加快了許多作物的生長周期，卻仍然存在一部分需要解決的問題，而利用物聯(lián)網智慧農業(yè)控制系統(tǒng)是較優(yōu)的解決辦法。使用溫室大棚進行種植，就會存在如下問題：（1）人工判斷不準確，無法 24 小時值守；（2）人工操作依靠種植經驗，人力消耗較大；（3）生產管理強度大，容易產生懈怠，管理要求高?；诖饲闆r，利用物聯(lián)網智慧農業(yè)控制系統(tǒng)對大棚的智慧化進行管控則大大提升了效率，主控制部分可連接電腦、手機、顯示屏等，將監(jiān)控數(shù)據進行實時傳輸，主控制柜主要監(jiān)測大棚內的溫濕度、光照度、土壤水分、二氧化碳含量等，并且可對溫室蔬菜大棚、溫室菌類養(yǎng)殖大棚、溫室花草養(yǎng)殖大棚等進行管控。智慧農業(yè)控制系統(tǒng)可以科學化、智能化地監(jiān)測和管理農業(yè)，實時查看、分析數(shù)據，實現(xiàn)綜合性、靈活性的智能管理，提供監(jiān)測、數(shù)據分析、數(shù)據模擬應用等服務，實現(xiàn)農業(yè)智能化管理。目前，許多耕地采用日光溫室大棚進行種植，這是因為氣候不適宜部分作物生長，而使用日光溫室大棚后，產量明顯趨于穩(wěn)定。而在技術方面，如在農業(yè)控制系統(tǒng)、蟲情監(jiān)測系統(tǒng)、農藥殘留檢測等方面進行優(yōu)化，形成區(qū)塊鏈，將多片耕地進行區(qū)域化管理，由多名耕地承包人共同承擔費用，可以降低成本。

2.2 農業(yè)現(xiàn)代化

農業(yè)現(xiàn)代化是指由傳統(tǒng)農業(yè)轉變?yōu)楝F(xiàn)代農業(yè)，把農業(yè)建立在現(xiàn)代科學的基礎上，用現(xiàn)代科學技術和現(xiàn)代工業(yè)來裝備農業(yè)，用現(xiàn)代經濟科學來管理農業(yè)，創(chuàng)造一個高產、優(yōu)質、低耗的農業(yè)生產體系和一個合理利用資源、又保護環(huán)境、有較高轉化效率的農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。農業(yè)現(xiàn)代化的目標是建立發(fā)達的農業(yè)、建設富庶的農村和創(chuàng)造良好的環(huán)境。[10]

農業(yè)現(xiàn)代化的重要理念是“綠色耕作”，即在不污染環(huán)境、不破壞耕地的情況下提升產量，這就意味著機器智能與自動化的程度要達到一個較高的水準。而農民的盈利水平通常在5-10萬/年，若虧損有可能降至5萬以下，在資金不足的情況下，要實現(xiàn)機器的自由調度就比較困難。一般一位農民承包一片耕地，這片耕地的盈虧與否都只關系一位農民，那么是否可以將鄰近的幾塊耕地編為一組，由一臺機器管理，承包人與耕地數(shù)目不變，只是將機器管理的耕地范圍擴大，這樣即使年產量沒有達到預期，也可以緩解因資金問題帶來的無法使用機器的問題，畢竟機器自動化在農業(yè)農村現(xiàn)代化中具有舉足輕重的作用，實現(xiàn)機器自動化的耕地往往具有更大的優(yōu)勢。機器模擬在學習人類的行為后進行重新組織與訓練，使其本身具有的“知識結構”不斷改善自身性能，從而得出新的模型，當給機器提供新數(shù)據時，可以使用分析得出的模型進行未來預測，這一應用可以在全自動化耕作、防治病蟲害等方面發(fā)揮重要作用。

2.3 農業(yè)遙感技術

通常所講的農業(yè)遙感主要指遙感技術在種植業(yè)生產活動中的應用，具體來說是綜合運用由遙感、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)所構成的3S技術及計算機物聯(lián)網等高新技術，對農業(yè)生產，尤其是種植業(yè)生產過程中的各個環(huán)節(jié)進行數(shù)據的獲取、存儲、處理、分析及表達與應用的一種綜合性技術。

例如，在種植初階段，病蟲害對作物的威脅較大，如果面臨病蟲入侵，人工查找病蟲害區(qū)域并進行驅蟲，耗時耗力，且不一定能完全驅除，這時運用遙感定位技術可以對區(qū)域進行監(jiān)測，準確定位病蟲區(qū)域，比人工監(jiān)測效率更高、速度更快、結果更加精確、效果更好，有效對病蟲害進行防治。

2.4 機器學習

機器學習是一門多學科交叉專業(yè)，涵蓋概率論知識、統(tǒng)計學知識、近似理論知識和復雜算法知識，使用計算機作為工具并致力于真實實時的模擬人類學習方式，并將現(xiàn)有內容進行知識結構劃分來有效提高學習效率[11]。

作者通過查閱資料與研究發(fā)現(xiàn)，農作物的播種、澆灌、收獲都不存在較大的困難，機器進行學習后，通過分析與訓練獲得這些最基本的行為，通過計算機算法，可以在以后的播種、澆灌與收獲中進行運用，可以大大提高生產效率。而對于農作物產生較大影響的因素，除了自然因素如光照、溫度、濕度外，就是自然災害與病蟲害。其中自然災害屬于不可控因素，暫不做討論，而病蟲害可以進行人為控制，但傳統(tǒng)的“噴藥”會對農作物產生影響，輕則影響口感，重則影響健康，那么此時便可以通過機器進行病蟲害防治，通過算法讓機器學習釋放病蟲天敵的“信息素”，從而讓病蟲產生“農作物是天敵”的錯覺來保護農作物，能有效防止因病蟲害而造成的產量減少。另外，在處理作物播種、澆灌、施肥、收獲等方面可以實現(xiàn)全自動化，讓計算機模擬并學習農民的播種、耕作、收獲行為，達到機器耕作，可以增強耕作效率。

3 結束語

以上便是各項擬用的現(xiàn)代化技術的含義解釋與詳細說明，以及作者對此的一些設想和看法。本文以我國農業(yè)的現(xiàn)狀與存在的不足為出發(fā)點，重點講述了各項現(xiàn)代化技術比如農業(yè)遙感技術、機械學習等與我國農業(yè)相結合的一些構思、設想和事例，旨在使我國農業(yè)的發(fā)展更進一步?，F(xiàn)代化科技技術的飛速發(fā)展是我國當前社會的一大主流特征，我們應該合理應用它們，讓它們發(fā)揮出自身最大的價值和作用，這也符合我國目前可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的綠色能源理念，節(jié)能節(jié)源，物盡其用。綜上所述，這些現(xiàn)代化智能技術都對我國農業(yè)農村的發(fā)展有著適宜的幫助，只要正確地加以結合利用，分而治之，專項專攻，合理利用，并適時在這些現(xiàn)代化技術的基礎上加以再次創(chuàng)新，定會讓我國農業(yè)農村的現(xiàn)狀得到較大的改善和提升。