計(jì)算機(jī)地理網(wǎng)格技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)檢測(cè)與控制中的應(yīng)用

葛健平

摘要：伴隨知識(shí)經(jīng)濟(jì)的到來信息技術(shù)向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)不斷滲透，使得計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大，極大水平催生了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式的變動(dòng)，從而使現(xiàn)代化領(lǐng)域延續(xù)擴(kuò)大，更為符合市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)實(shí)需要，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要改進(jìn)。駐足于計(jì)算機(jī)信息技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，考慮了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域使用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的現(xiàn)實(shí)情況，有條理的分析了計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的農(nóng)業(yè)應(yīng)用，以期更深入優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效能，推動(dòng)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新，助推我國(guó)農(nóng)業(yè)持續(xù)穩(wěn)定健康增長(zhǎng)，增進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和更好地服務(wù)于“三農(nóng)”。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；地理網(wǎng)格技術(shù)；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）28-0231-02

自計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛發(fā)展，刺激形成全球性產(chǎn)業(yè)的新格局，計(jì)算機(jī)技術(shù)儼然成為人類生產(chǎn)生活中的一項(xiàng)重要技術(shù)。據(jù)國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：“美國(guó)信息產(chǎn)業(yè)銷售額占據(jù)整體GDP的1/3，遠(yuǎn)超建筑、汽車等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱”。事實(shí)證明，誰先掌握計(jì)算機(jī)信息技術(shù)發(fā)展的制高點(diǎn)，誰掌握了發(fā)展的機(jī)遇，未來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必將引用計(jì)算機(jī)技術(shù)并廣泛應(yīng)用。

1 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在我國(guó)發(fā)展軌跡及其優(yōu)勢(shì)

計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展伴隨新數(shù)字媒體時(shí)期的到來，得到了更進(jìn)一步的拓展，同時(shí)改變了傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，使得信息農(nóng)業(yè)格局有效形成。追溯到上世紀(jì)八十年代末期，政府已經(jīng)組建中國(guó)科學(xué)院計(jì)算中心，首次以研究計(jì)算機(jī)農(nóng)業(yè)發(fā)展及農(nóng)業(yè)發(fā)展的前景列入一項(xiàng)專題，開啟了以遙感技術(shù)、科學(xué)計(jì)算法、數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)法為一體系的農(nóng)業(yè)科研的新篇章。1987年，國(guó)家通過建立了農(nóng)業(yè)信息中心，逐漸重視在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用[1]，將遙感衛(wèi)星技術(shù)和物理信息技術(shù)等運(yùn)用于農(nóng)作物病蟲害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，并對(duì)農(nóng)作物病蟲害進(jìn)行了模擬試驗(yàn)[2]。1997年在深圳召開的首屆全國(guó)信息工作會(huì)議肯定了應(yīng)將計(jì)算機(jī)信息資源的建設(shè)作為未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)實(shí)際工作方向，用以輔助各項(xiàng)工作的全面開展與推進(jìn)。在黨的十六屆五中全會(huì)會(huì)議上明確提出的將計(jì)算機(jī)信息化發(fā)展列入到了服務(wù)三農(nóng)體系之內(nèi)，成為新世紀(jì)農(nóng)村建設(shè)的重要內(nèi)容[3]。

計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的農(nóng)業(yè)應(yīng)用機(jī)制及優(yōu)勢(shì)分析“農(nóng)業(yè)信息化”也稱“信息農(nóng)業(yè)”[4-8]，通過將計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的引入與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有機(jī)結(jié)合，使二者合二為一延伸成為新型現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)模式。利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，結(jié)合信息經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，結(jié)合智能信息系統(tǒng)和決策系統(tǒng)，為各區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供幫助和技術(shù)服務(wù)，達(dá)到以精細(xì)組織定量分析、定量分析為重點(diǎn)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生產(chǎn)格局的轉(zhuǎn)變。通過建立健全信息系統(tǒng)模型，更科學(xué)的制定決策為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。大大提高了生產(chǎn)效率，及其生產(chǎn)資源的使用、利用效率。通過對(duì)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的應(yīng)用改變傳統(tǒng)精耕細(xì)作對(duì)生態(tài)的破壞，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)性發(fā)展。

2 計(jì)算機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的具體運(yùn)用

通過對(duì)計(jì)算機(jī)地理網(wǎng)格的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的檢測(cè)與控制。

取決于地理區(qū)域的研究與應(yīng)用尺度地理網(wǎng)格的單元大小取決于地理區(qū)域的研究與應(yīng)用尺度。不同的地理區(qū)域，因土壤特性、自然地理環(huán)境特點(diǎn)，以及應(yīng)用領(lǐng)域的不同，其所適合的尺度是不同的。尋找合適的網(wǎng)格尺寸是地理研究的關(guān)鍵，研究和應(yīng)用需要多年的積累，傳統(tǒng)的地理網(wǎng)格技術(shù)與經(jīng)緯度網(wǎng)格法是簡(jiǎn)單的，但面積、形狀變形較大。

現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的研究基準(zhǔn)尺度一般為19m×19m。劃分后的網(wǎng)格形狀和實(shí)際地塊要相似接近一致，更能確保形狀和面積的變形可控，有利于變量投入和采樣的實(shí)際操作。高斯-克呂格大比例尺下的投影更為契合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)地理網(wǎng)格數(shù)據(jù)根蒂要求。能夠保證網(wǎng)格的全球編碼唯一考有助于網(wǎng)格數(shù)據(jù)的共享與標(biāo)準(zhǔn)化。鑒于差別研究與應(yīng)用方向，有必要在同一地理區(qū)域創(chuàng)建不同的研究標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)格設(shè)計(jì)時(shí)充分斟酌建立完整的分層網(wǎng)格系統(tǒng)。依據(jù)此方法，可以從最基礎(chǔ)的基準(zhǔn)網(wǎng)格大小的網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫(kù)，逐一通過抽樣建立更符合要求的研究基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，得到更全面的結(jié)論充分的把握微觀、中觀與宏觀等多個(gè)尺度。四叉樹分層網(wǎng)格系統(tǒng)能夠充分滿足相同網(wǎng)格基準(zhǔn)上不同的研究的標(biāo)準(zhǔn)需求。通常在做精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究與應(yīng)用時(shí)，更高的尺度大小沒有固定和嚴(yán)格的要求，用以解決遇到的更大難度上的了解整個(gè)地域整體特征。為此，采用四叉樹方式的分層體系是可以滿足要求的?？刹捎玫捏w系是EOSG：3785坐標(biāo)系下的四叉樹分層網(wǎng)格體系，四叉樹的頂層（1級(jí)）網(wǎng)格范圍是（-20037508.34m，-20037508.34m）-（20037508.34m，20037508.34m）。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)應(yīng)用所需要的基準(zhǔn)單位大小處于22級(jí)，網(wǎng)格單位為19m×19m左右，分層網(wǎng)格編碼對(duì)網(wǎng)格單元進(jìn)行編碼，為了滿足分層網(wǎng)格中每個(gè)網(wǎng)格單元的每個(gè)級(jí)別而進(jìn)行的位置。

以滿足統(tǒng)一標(biāo)識(shí)分層網(wǎng)格中的每一級(jí)每一個(gè)網(wǎng)格單元的位置。為了方便數(shù)據(jù)庫(kù)的查找與運(yùn)算，采用字符串方式來進(jìn)行編碼。具體設(shè)計(jì)如下：唯一的編碼字符串t頂格的定義，網(wǎng)格為1，以整個(gè)世界為尺度，邊長(zhǎng)為40，075，016.68m，頂層網(wǎng)格（1級(jí)）Fig.1 The grid level 1單一網(wǎng)格四分為4個(gè)網(wǎng)格后，網(wǎng)格二級(jí)字符串編碼依次為Q（左上網(wǎng)格），R（右上網(wǎng)格），T（左下網(wǎng)格），S（右下網(wǎng)格）。其唯一編碼字符串為TQ、TR、TT、TS，以此類推。網(wǎng)格字符串的數(shù)量則是網(wǎng)格的層級(jí)，如字符串“TSTQ”表示是該網(wǎng)格屬于第4級(jí)網(wǎng)格。

四分網(wǎng)格編碼Fig.1 The grid code假若想從基準(zhǔn)網(wǎng)格單位（第22級(jí)網(wǎng)格單元），建立更高尺度（層級(jí)）的研究網(wǎng)格單元，只需要?jiǎng)?chuàng)建網(wǎng)格四叉網(wǎng)格融合的規(guī)則，將更高層級(jí)的編碼相同的單元挑選后采用柵格抽樣算法進(jìn)行合并計(jì)算即可，如：臨近抽樣、三次樣條抽樣、立方抽樣等等在確定精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的地理網(wǎng)格系統(tǒng)后，需要考慮建立地理網(wǎng)格的數(shù)據(jù)庫(kù)。將現(xiàn)代農(nóng)業(yè)所需的數(shù)據(jù)指標(biāo)信息存儲(chǔ)記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

在綜合考慮各種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)精度的要求，以及大量的已有研究的情況下對(duì)農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中地理網(wǎng)格的基礎(chǔ)單元，合理設(shè)定在19m×19m，網(wǎng)格的屬性數(shù)據(jù)即為全部數(shù)據(jù)。

與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)最大的區(qū)別是基于網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)每個(gè)網(wǎng)格的位置，在網(wǎng)格內(nèi)發(fā)現(xiàn)不同的信息，從而實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田精細(xì)化和差異化管理[10]?？梢酝ㄟ^建立差異化的網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格間的區(qū)別，實(shí)現(xiàn)每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)能夠體現(xiàn)的差異農(nóng)田信息，使得每個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)即使存在差異，也可在數(shù)據(jù)庫(kù)中找到相應(yīng)的存儲(chǔ)記錄信息。充分滿足現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)的要求，與現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的特點(diǎn)相吻合。充分考慮數(shù)據(jù)的精度，計(jì)算的速度，產(chǎn)量圖的制作，因地制宜（根據(jù)土壤肥力、氮磷鉀含量，制定相應(yīng)的變量施肥方案）提高產(chǎn)量[11]。

3 計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要意義

3.1 有利于農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的提高

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以精工細(xì)作為主，產(chǎn)量難以大幅度提高，引用計(jì)算機(jī)技術(shù)后可從各方面對(duì)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌控農(nóng)作物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對(duì)氣象的信息化預(yù)測(cè)，即通過對(duì)大氣環(huán)境及其數(shù)值變化進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，對(duì)田間指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、記錄模擬計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)模型，做好農(nóng)業(yè)生產(chǎn)防范工作，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行科學(xué)有利的指導(dǎo)，展現(xiàn)出因地制宜地真正的詮釋，有利于提升了產(chǎn)量與效益。

3.2 有利于節(jié)省人工

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中計(jì)算機(jī)兼?zhèn)淙四X具備與不具備的所有辨識(shí)本領(lǐng)，對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)篩選選擇制定符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)化方案。運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)后可大大縮少人員使用，便面人為因素對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的直接影響。利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，人工智能的知識(shí)推理、使用表示、采集等技術(shù)手段，匯集整合農(nóng)業(yè)領(lǐng)域極為龐大的技術(shù)、知識(shí)、資料數(shù)據(jù)體系，構(gòu)造成為智能問答系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)進(jìn)行科學(xué)選種、土壤準(zhǔn)備、種植、管理和收獲；科學(xué)提出防治方法；制定銷售方案，避免收獲后的積壓，造成不必要的人工勞動(dòng)。

3.3 有利于確保糧食的安全

“國(guó)以民為本，民以食為天”。糧食作為廣大人民的生產(chǎn)生活資料同樣關(guān)系到國(guó)家整體的生產(chǎn)建設(shè)與戰(zhàn)略安全。糧食安全與國(guó)土安全同樣重要，關(guān)乎社會(huì)穩(wěn)定和諧，關(guān)乎經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展。運(yùn)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)能夠準(zhǔn)確的判斷大環(huán)境氣候，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛞虻刂埔说闹贫ㄟm合的生產(chǎn)計(jì)劃，做到最大限度保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。糧食安全的保障同樣作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)階段的重要目標(biāo)，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，有助于加強(qiáng)對(duì)糧食安全進(jìn)行保障。

3.4 有利于確保農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展

利用計(jì)算機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的地位和應(yīng)用，更加科學(xué)規(guī)范的管理耕地，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的重要一環(huán)，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展締造了一個(gè)無限的前景，提供一個(gè)難得的機(jī)遇。通過推進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，建立健全現(xiàn)代農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；加速計(jì)算機(jī)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的開發(fā)研究與應(yīng)用，有助于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展。

4 結(jié)束語

計(jì)算機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，在經(jīng)濟(jì)全球化的趨勢(shì)下，充分滿足了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各種技術(shù)的需求，對(duì)促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展起到了有效的作用，伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的在我國(guó)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用勢(shì)必成為不可阻擋的必然趨勢(shì)可以預(yù)見，尤其在科技不斷發(fā)展創(chuàng)新的今天，計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)建設(shè)的積極影響也將進(jìn)一步得到完善發(fā)展，為我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)建設(shè)提供穩(wěn)定持續(xù)的發(fā)展動(dòng)力，助推我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更快、更好地走向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)道路。

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