设施农业发展的未来
——浅谈设施农业中现代化技术的应用前景 摘要：
随着经济的发展，近年来世界各地设施农业发展迅速，正向高科技化、智能化、自动化、网络化方向发展。面对这种新形势，本文分析了国内设施农业发展历史及现状，并结合实际情况，提出了大力推进设施农业建设的思路。然后介绍国内外先进的农业技术，包括人工智能技术、农业专家系统、物联网，以及建立设施农业温室作物生长模型，并对设施农业的未来发展进行预测。
随着计算机科学的发展和网络技术的普及，高新技术在农业中的应用也越来越广泛。人工智能是计算机科学的一个分支，在农业生产中，应用人工智能可以实现对作物生长的实时监控。农业专家系统是基于人工智能开发出来的一种应用于农业的计算机软件系统，它能模拟农业专家水平的领域知识和经验对作物生长发育中的各个环节进行指导、分析和判断，然后做出相应的措施。而物联网是基于互联网开发出来的，它把物体与互联网紧密结合起来，在网络上建立一个强大的数据库，进行信息交换和通信，实现数据采集、融合、处理，并通过操作终端，实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。
关键词：
设施农业、人工智能、温室作物生长模型、专家系统、物联网
正文：
一、温室作物生长模型
作物生长模型是指基于作物生理过程理论，对作物的生长发育、产量以及形成过程进行数学公式化的动态模拟，并通过计算机实现这种模拟的一种用来预测作物生长、发育以及产量的模拟系统。温室作物与大田粮食作物外形上有较大差异，但发育机理上无本质区别。因此，可以说温室作物模型研究是整个作物模型研究领域一个组成部分，而且由于其作物生长环境的可控性，使其在作物模型研究领域具有重要的地位。
一个理论完善且具有应用价值的作物模型，应包括有作物的光合作用、水分与营养平衡、形态发育、干物质积累与分配等模块。如果集成智能控制中模糊控制、专家控制、作物生长模型、预测控制技术和优化算法，在高产出、高质量、生长周期短及产出与投入比大的约束条件下，实现对温室的智能控制。采用作物生长模型、环境预测模型和专家系统相结合的方法，把该技术嵌入到自动控制系统中，以达到对作物环境的最佳控制。这种方法充分利用了作物生长的机理模型和预测学方法，又利用了农学专家的经验，与目前的环境控制方法相比具有跨越式的进步。
二、物联网
物联网是将所有物品通过各种信息传感设备，如射频识别装置、基于光声电磁的传感器、3S技术、激光扫描器等各类装置与互联网结合起来，实现数据采集、融合、处理，并通过操作终端，实现智能
化识别和管理。 通过在温室内布置光照、温度、湿度等无线传感器、摄像头和控制器，使政府农业部门管理者、农技专家、农户实时查看到棚内的温度、湿度等信息，可以随时随地通过手机或电脑进行远程监测、远程控制浇灌和开关卷帘等设备。
每个农业设施（如温室大棚）中可根据需要部署各类型的传感器，如地表温湿度传感器、空气温湿度传感器、光线传感器、土壤成分传感器、CO2 传感器等。每个农业设施设一个控制中心，控制中心将各种传感器所采集的数据汇总后通过GPRS上传到应用服务中心。应用服务中心通过对传感器数据的采集、存储、分析、运算并依靠中心平台上构建的各类型应用服务对数据进行分析处理，给出相应的操作建议。设施农业的管理人员和操作人员可远程通过互联网或GPRS使用计算机终端或手机从应用中心获取各种数据和应用服务，并通过设施内的各种智能控制系统对设施进行远程控制和调整，根据参数变化适时调控诸如灌溉系统、保温系统等基础设施，确保农作物有最好的生长环境，以提高产量、保证质量。
三、农业专家系统
专家系统在农业领域已涉及到诊断、预测、咨询、控制等方面。例如，应用在作物栽培管理、设施园艺管理、森林防火管理、畜禽管理、植物保护、育种、水产养殖以及农业经济决策等多方面。农业专家系统是应用人工智能技术，根据农业领域的专家知识、技术、实验数据和数学模型，模拟农业专家就复杂的农业问题进行启发式推理、判断以及决策的智能型计算机系统。
设施农业远程智能专家系统通过对农作物生长现场的空气温度、湿度和土壤的温度、湿度等数据采集，让农业设施人员、农业专家实时掌握农作物的现场生长环境，并结合农作物不同生长周期（如开花期、结果期）、不同的季节对温度、湿度的要求，进行人为干预和专家指导，以保证农作物有一个合适的生长环境，根据系统提供的分析功能，并结合作物的病虫害模版，预防病虫害的发生。
随着农业信息技术的发展以及计算机辅助决策技术—数据库管理系统（DBMS）、专家系统、管理信息系统（MIS）、决策支持系统以及3S（遥感系统RS、地理信息系统GIS 和全球定位系统GPS）等单项技术在农业领域应用的日渐成熟，专家系统与各项信息技术的组合与集成成为专家系统的总发展趋势。
农业专家系统不仅强调应用，而且要重视在已有专家系统模板上进行二次及多次的开发，使得用户可以根据当地的实际情况创建适合自己的知识库和模型库，扩大专家系统的应用范围。农业专家系统的网络化是推广农业科学技术、指导生产实践的有效手段之一。随着互联网的普及，基于浏览器/服务器（B/S）网络模式的农业专家系统必将成为其发展的趋势。随着Windows 图形界面技术的成熟以及可视化编程语言的不断进步，农业专家系统的界面友好程度将有质的飞跃。多媒体技术的应用，将使得农业专家系统更加生动、直观，更易于用户操作和使用。
建设农业专家系统和农业信息网将成为加快农业科技知识和农业信息传播的重要手段，成为促进农业快速发展的积极动力，而不断
问世的具有强大功能和通用性的、新的中西文兼容的专家系统开发工具，则为专家系统的快速研究开发打下了基础。可以预料，一个以农业专家系统为重要手段的智能化农业信息技术将在我国迅速发展，并将成为我国21世纪农业现代化的重要内容。将作物模拟模型、作物栽培优化模型、农业专家知识相结合开发综合性功能强的农业专家系统，是农业专家系统研制开发的重要方向。
农业专家系统的发展将朝着数据动态化及时效性高、实用性强的方向发展，智能化程度将不断提升。知识获取手段实现多样化，知识存储方式也将不断改进。今后农业专家系统将以“3S” 技术为核心、新的技术体系为支持，也可将系统模拟、决策支持系统等技术相结合， 这些集成技术可以更有效地研究气候变化对农业的影响、土地评价以及农业环境保护等问题，大大提升农业专家系统的智能化程度。
参考文献：
[1].赵欢欢.《展高效农业打造湘西农业之路》[D].湘西电大毕业论文.2011.
[2].杭州敏捷软件公司.《河北省设施农业远程智能专家系统解决方案》.2009
[3].邱仲华.《现代设施农业技术》.甘肃文化出版设.2009,2
[4].科学技术部开发中心.《设施农业在中国》.中国农业科学技术出版社.2006,10
设施农业发展的未来
——浅谈设施农业中现代化技术的应用前景 摘要：
随着经济的发展，近年来世界各地设施农业发展迅速，正向高科技化、智能化、自动化、网络化方向发展。面对这种新形势，本文分析了国内设施农业发展历史及现状，并结合实际情况，提出了大力推进设施农业建设的思路。然后介绍国内外先进的农业技术，包括人工智能技术、农业专家系统、物联网，以及建立设施农业温室作物生长模型，并对设施农业的未来发展进行预测。
随着计算机科学的发展和网络技术的普及，高新技术在农业中的应用也越来越广泛。人工智能是计算机科学的一个分支，在农业生产中，应用人工智能可以实现对作物生长的实时监控。农业专家系统是基于人工智能开发出来的一种应用于农业的计算机软件系统，它能模拟农业专家水平的领域知识和经验对作物生长发育中的各个环节进行指导、分析和判断，然后做出相应的措施。而物联网是基于互联网开发出来的，它把物体与互联网紧密结合起来，在网络上建立一个强大的数据库，进行信息交换和通信，实现数据采集、融合、处理，并通过操作终端，实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。
关键词：
设施农业、人工智能、温室作物生长模型、专家系统、物联网
正文：
一、温室作物生长模型
作物生长模型是指基于作物生理过程理论，对作物的生长发育、产量以及形成过程进行数学公式化的动态模拟，并通过计算机实现这种模拟的一种用来预测作物生长、发育以及产量的模拟系统。温室作物与大田粮食作物外形上有较大差异，但发育机理上无本质区别。因此，可以说温室作物模型研究是整个作物模型研究领域一个组成部分，而且由于其作物生长环境的可控性，使其在作物模型研究领域具有重要的地位。
一个理论完善且具有应用价值的作物模型，应包括有作物的光合作用、水分与营养平衡、形态发育、干物质积累与分配等模块。如果集成智能控制中模糊控制、专家控制、作物生长模型、预测控制技术和优化算法，在高产出、高质量、生长周期短及产出与投入比大的约束条件下，实现对温室的智能控制。采用作物生长模型、环境预测模型和专家系统相结合的方法，把该技术嵌入到自动控制系统中，以达到对作物环境的最佳控制。这种方法充分利用了作物生长的机理模型和预测学方法，又利用了农学专家的经验，与目前的环境控制方法相比具有跨越式的进步。
二、物联网
物联网是将所有物品通过各种信息传感设备，如射频识别装置、基于光声电磁的传感器、3S技术、激光扫描器等各类装置与互联网结合起来，实现数据采集、融合、处理，并通过操作终端，实现智能
化识别和管理。 通过在温室内布置光照、温度、湿度等无线传感器、摄像头和控制器，使政府农业部门管理者、农技专家、农户实时查看到棚内的温度、湿度等信息，可以随时随地通过手机或电脑进行远程监测、远程控制浇灌和开关卷帘等设备。
每个农业设施（如温室大棚）中可根据需要部署各类型的传感器，如地表温湿度传感器、空气温湿度传感器、光线传感器、土壤成分传感器、CO2 传感器等。每个农业设施设一个控制中心，控制中心将各种传感器所采集的数据汇总后通过GPRS上传到应用服务中心。应用服务中心通过对传感器数据的采集、存储、分析、运算并依靠中心平台上构建的各类型应用服务对数据进行分析处理，给出相应的操作建议。设施农业的管理人员和操作人员可远程通过互联网或GPRS使用计算机终端或手机从应用中心获取各种数据和应用服务，并通过设施内的各种智能控制系统对设施进行远程控制和调整，根据参数变化适时调控诸如灌溉系统、保温系统等基础设施，确保农作物有最好的生长环境，以提高产量、保证质量。
三、农业专家系统
专家系统在农业领域已涉及到诊断、预测、咨询、控制等方面。例如，应用在作物栽培管理、设施园艺管理、森林防火管理、畜禽管理、植物保护、育种、水产养殖以及农业经济决策等多方面。农业专家系统是应用人工智能技术，根据农业领域的专家知识、技术、实验数据和数学模型，模拟农业专家就复杂的农业问题进行启发式推理、判断以及决策的智能型计算机系统。
设施农业远程智能专家系统通过对农作物生长现场的空气温度、湿度和土壤的温度、湿度等数据采集，让农业设施人员、农业专家实时掌握农作物的现场生长环境，并结合农作物不同生长周期（如开花期、结果期）、不同的季节对温度、湿度的要求，进行人为干预和专家指导，以保证农作物有一个合适的生长环境，根据系统提供的分析功能，并结合作物的病虫害模版，预防病虫害的发生。
随着农业信息技术的发展以及计算机辅助决策技术—数据库管理系统（DBMS）、专家系统、管理信息系统（MIS）、决策支持系统以及3S（遥感系统RS、地理信息系统GIS 和全球定位系统GPS）等单项技术在农业领域应用的日渐成熟，专家系统与各项信息技术的组合与集成成为专家系统的总发展趋势。
农业专家系统不仅强调应用，而且要重视在已有专家系统模板上进行二次及多次的开发，使得用户可以根据当地的实际情况创建适合自己的知识库和模型库，扩大专家系统的应用范围。农业专家系统的网络化是推广农业科学技术、指导生产实践的有效手段之一。随着互联网的普及，基于浏览器/服务器（B/S）网络模式的农业专家系统必将成为其发展的趋势。随着Windows 图形界面技术的成熟以及可视化编程语言的不断进步，农业专家系统的界面友好程度将有质的飞跃。多媒体技术的应用，将使得农业专家系统更加生动、直观，更易于用户操作和使用。
建设农业专家系统和农业信息网将成为加快农业科技知识和农业信息传播的重要手段，成为促进农业快速发展的积极动力，而不断
问世的具有强大功能和通用性的、新的中西文兼容的专家系统开发工具，则为专家系统的快速研究开发打下了基础。可以预料，一个以农业专家系统为重要手段的智能化农业信息技术将在我国迅速发展，并将成为我国21世纪农业现代化的重要内容。将作物模拟模型、作物栽培优化模型、农业专家知识相结合开发综合性功能强的农业专家系统，是农业专家系统研制开发的重要方向。
农业专家系统的发展将朝着数据动态化及时效性高、实用性强的方向发展，智能化程度将不断提升。知识获取手段实现多样化，知识存储方式也将不断改进。今后农业专家系统将以“3S” 技术为核心、新的技术体系为支持，也可将系统模拟、决策支持系统等技术相结合， 这些集成技术可以更有效地研究气候变化对农业的影响、土地评价以及农业环境保护等问题，大大提升农业专家系统的智能化程度。
参考文献：
[1].赵欢欢.《展高效农业打造湘西农业之路》[D].湘西电大毕业论文.2011.
[2].杭州敏捷软件公司.《河北省设施农业远程智能专家系统解决方案》.2009
[3].邱仲华.《现代设施农业技术》.甘肃文化出版设.2009,2
[4].科学技术部开发中心.《设施农业在中国》.中国农业科学技术出版社.2006,10