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        基于數(shù)據(jù)挖掘技術的玉米智能施肥系統(tǒng)應用

        2021-12-02 20:36:37
        鄉(xiāng)村科技 2021年21期
        關鍵詞:數(shù)據(jù)挖掘智能信息

        魏 燾

        (甘肅省農業(yè)科學院土壤肥料與節(jié)水農業(yè)研究所,甘肅 蘭州 730070)

        1 引言

        玉米栽培與氣溫、濕度、光照、土壤理化性質等條件有直接關系。隨著農業(yè)信息化的快速發(fā)展,數(shù)據(jù)挖掘技術逐漸引入玉米栽培作業(yè)中,并取得了較好發(fā)展成效。生產中,可以針對玉米的實際生長情況和環(huán)境,構建基于數(shù)據(jù)挖掘技術的玉米智能施肥信息化系統(tǒng),實時采集和分析玉米栽培過程中的氣溫、濕度、光照、土壤理化性質等生長數(shù)據(jù)信息,開展智能化、自動化的監(jiān)測分析和管控,包括玉米施肥材料的選擇、玉米施肥量的合理控制、玉米生長環(huán)境信息管理等,從而較好地提高玉米栽培的技術含量和信息化水平。

        2 智能施肥系統(tǒng)關鍵技術

        2.1 數(shù)據(jù)挖掘技術

        數(shù)據(jù)挖掘技術是利用空間數(shù)據(jù)挖掘的信息化轉換、輸入和處理方式(具體的數(shù)據(jù)挖掘方法主要包括數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)估計、數(shù)據(jù)預測、聚類分析),獲悉信息對象隱含或潛在的規(guī)律和特點,然后在建立數(shù)據(jù)分類模型的前提下,對海量數(shù)據(jù)進行分類,利用神經網(wǎng)絡或數(shù)據(jù)概化的方法,動態(tài)分析并輸出數(shù)據(jù)的變化狀態(tài),并對數(shù)據(jù)進行離散化處理和評估,從而把握數(shù)據(jù)的關聯(lián)規(guī)則和特征,實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘處理,為數(shù)據(jù)決策提供支持。

        2.2 數(shù)據(jù)倉庫技術

        采用集成化技術進行挖掘數(shù)據(jù)的處理,其表現(xiàn)形式主要包括以下四種。

        2.2.1 主題式的數(shù)據(jù)倉庫。這種形式是指對倉庫數(shù)據(jù)信息的不同主題進行分類和歸納處理,形成不同主題的數(shù)據(jù)倉庫,如農業(yè)行業(yè)發(fā)展動態(tài)、種質資源信息、土壤肥力數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)倉庫。

        2.2.2 集成化的數(shù)據(jù)倉庫。即對數(shù)據(jù)信息進行集中加工和預處理,再對其進行匯總整理和分析,可快速高效地獲悉數(shù)據(jù)處理結果。

        2.2.3 應用層的數(shù)據(jù)倉庫。為了更好地對農業(yè)生產提供技術支撐,要進行數(shù)據(jù)倉庫的穩(wěn)定應用和操作。為此,要做好數(shù)據(jù)錄入控制和數(shù)據(jù)查詢操作控制,以便快速穩(wěn)定地進行數(shù)據(jù)信息的更新和應用。

        2.2.4 數(shù)據(jù)倉庫的動態(tài)存儲。要結合數(shù)據(jù)信息的動態(tài)變化和階段性狀態(tài),進行數(shù)據(jù)倉庫信息的動態(tài)更新和存儲,使之與農業(yè)規(guī)劃生產各階段相契合。

        2.3 智能空間決策技術

        在對空間數(shù)據(jù)進行處理分析的前提下,構建相關數(shù)據(jù)模型對農業(yè)生產數(shù)據(jù)進行管理,如利用GIS技術進行空間數(shù)據(jù)的聚類分析和關聯(lián)分析,實現(xiàn)對多維數(shù)據(jù)的合理調整和精準控制[1]。

        3 玉米智能施肥系統(tǒng)應用存在的問題

        當前,我國的農業(yè)信息化水平整體偏低,尚未構建形成全面的農業(yè)信息化標準體系。在玉米智能施肥系統(tǒng)的應用中存在明顯的不足和困難,主要表現(xiàn)在以下四個方面。

        3.1 生產仍受傳統(tǒng)施肥習慣影響

        在玉米栽培中,生產者大多以傳統(tǒng)經驗為依據(jù)進行施肥操作,缺乏相關農業(yè)領域專家的直接指導,加之無法保證玉米施肥信息的實時監(jiān)測與共享,難以實現(xiàn)玉米智能施肥數(shù)據(jù)的直觀比對,這在客觀上增大了玉米智能施肥的操作難度,無法達到預期效果。

        3.2 多因素影響精準施肥的實施

        在玉米施肥作業(yè)中,很多因素都會對玉米的生產狀態(tài)產生影響,如土壤水分、pH值、速效氮含量等。在眾多因素的相互影響下,不利于智能施肥系統(tǒng)的精準分析和施肥指導。

        3.3 玉米智能施肥系統(tǒng)模型構建不完善

        在利用玉米智能施肥系統(tǒng)作業(yè)過程中,生產者對玉米的生產狀態(tài)、施肥種類、施肥量等相關數(shù)據(jù)分析明顯不足,沒有對玉米智能施肥數(shù)據(jù)進行量化統(tǒng)計和分析,且大多因數(shù)據(jù)量和相關田間試驗數(shù)據(jù)累積不足而無法形成完善的多因子權重分析模型,不利于提高玉米智能施肥精準控制。

        3.4 玉米智能施肥信息交流存在欠缺

        當前的玉米智能施肥尚未構建完整高效的信息交流平臺,相關領域專家較難對玉米施肥過程中出現(xiàn)的問題進行及時指導,缺乏高效的交流和反饋機制,不利于玉米智能精準施肥效果的提升和應用推廣。

        4 基于數(shù)據(jù)挖掘技術的玉米智能施肥系統(tǒng)的設計與應用

        要遵循實用性、易操作性、安全性和可擴展性原則,以數(shù)據(jù)挖掘技術等相關智能技術為依托,圍繞玉米栽培生產作業(yè)活動,進行玉米智能施肥系統(tǒng)的功能設計和應用。

        4.1 玉米智能施肥空間數(shù)據(jù)查詢模塊設計與應用

        要對用戶的玉米智能施肥需求數(shù)據(jù)進行調查分析,統(tǒng)計玉米智能施肥各空間內的屬性信息,以便用戶可以通過玉米智能施肥系統(tǒng)查詢相關數(shù)據(jù)信息,及時把握玉米智能施肥空間的異常數(shù)據(jù)信息,提高玉米智能施肥空間數(shù)據(jù)決策及處理效果。以產量預測子功能模塊為例,可以根據(jù)某地塊近3年玉米產量數(shù)值計算獲取預測產量結果,達到預測目的。又如:在“判定地力等級”的子功能模塊中,可以輸入判斷耕地地力指標的數(shù)據(jù),包括有機質、pH值、全氮、速效鉀/磷、陽離子代換量、鎘、汞、砷、鉻、有效銅/鋅/鐵/錳、土壤容量等[2]。

        4.2 智能施肥知識導航模塊設計與應用

        可以構建玉米智能施肥知識導航模塊,利用大數(shù)據(jù)挖掘技術統(tǒng)計分析玉米智能施肥相關土壤參數(shù),如溫度、水分、pH值、全氮及速效氮/磷/鉀等,合理選擇玉米種植地塊,確定對應品種在不同土壤條件下的施肥種類及施肥用量等信息。以品種推薦功能模塊為例,對于具有較好水肥條件的生長環(huán)境來說,可以通過系統(tǒng)推薦,選擇對水肥條件要求更苛刻的高質量玉米品種或水果玉米品種;對于水肥條件較差的生長環(huán)境而言,可以通過系統(tǒng)智能推薦,選擇對肥料要求敏感度偏低的玉米品種,從而減少土壤基礎水肥條件因素對玉米生產的不利影響。

        4.3 精準施肥智能化管理模塊設計與應用

        為提高施肥管理效果,應根據(jù)玉米生長實際需求、土壤基礎水肥條件等,利用智能施肥系統(tǒng)優(yōu)化控制施肥量和灌溉量。以“合理施肥”子功能模塊為例,可以依照不同的地力等級設置相應的施肥方案,根據(jù)玉米不同生長階段實施動態(tài)化施肥管理,實現(xiàn)分區(qū)域按量按需的精準控量、變量施肥,充分滿足玉米對養(yǎng)分的需求,提高肥料利用率,以達到減施增效的施肥效果。

        4.4 病蟲害診治管理模塊設計與應用

        在玉米栽培中,難免會發(fā)生病蟲害。因此,還要在玉米智能施肥系統(tǒng)中增加病蟲害診治管理模塊,實時監(jiān)測可能出現(xiàn)的病蟲害,并根據(jù)病蟲害種類、發(fā)生時期、發(fā)生程度等提供防治策略,以便種植戶根據(jù)信息及時進行防控。例如,在智能施肥系統(tǒng)的病蟲害診治模塊中,可以在玉米四葉期,提示進行去除小苗、弱苗、病苗及田間雜草等田間管理,并提示在玉米間苗之后適時補施氮肥,從而達到及時防治病蟲害的目的[3]。

        4.5 系統(tǒng)管理模塊設計與應用

        應當從系統(tǒng)維護、系統(tǒng)操作及系統(tǒng)應用的角度出發(fā),對玉米智能施肥系統(tǒng)進行管理,可以使擁有不同權限的用戶進行相應的系統(tǒng)管理和操作。

        5 結語

        綜上所述,玉米智能施肥系統(tǒng)的開發(fā)應用順應農業(yè)信息化發(fā)展趨勢,要充分利用數(shù)據(jù)挖掘技術、數(shù)據(jù)倉庫技術和智能空間決策技術構建玉米智能施肥系統(tǒng),系統(tǒng)內設不同的功能模塊(包括智能施肥空間數(shù)據(jù)查詢模塊、智能施肥知識導航模塊、精準智能化施肥管理模塊、病蟲害診治管理模塊和系統(tǒng)管理模塊等),對玉米生育期內的土壤成分、溫度、濕度等數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和分析,做到玉米施肥的精準化、智能化控制。后續(xù)還要擴大對土壤樣本數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)收集驗證工作,集成玉米智能種植、施肥等相關技術,完善玉米智能施肥系統(tǒng)的各項功能,同時要不斷加深對玉米種植及施肥技術的研究,促進玉米智能施肥系統(tǒng)的多元化和智能化應用,從而推進我國農業(yè)的數(shù)字化、信息化建設。

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