十二五期間我國農業科技進步前論文
十二五期間我國農業科技進步前論文
經過“九五”、“十五”、“十^一五”的發展，我國農業科技工作有了長足的進步。特別是在國家863計劃和國家科技支撐計劃的支援下，加大了高科技在現代農業中的應用，使我國在數字農業技術、精準農業技術以及農業資訊化方面，均取得了矚目的成果。最具代表性的是由中國科學院合肥智慧機械研究所熊範綸、李淼、張建等牽頭完成的“農業智慧系統技術體系研究與平臺研發及其應用”專案和由中國農業大學汪懋華院士參與完成的“精準農業關鍵技術研究和示範”專案，均獲得了2008年度國家科技進步二等獎。前者研究的領域涉及農業資訊處理範疇，也稱農業資訊智慧化。該研究是將人工智慧知識工程應用於農業領域的一項高新技術。它運用知識表示、推理、知識獲取等技術總結農業專家長期積累的寶貴經驗及實驗資料，建立數學模型，構建了基於計算機的農業輔助決策軟體系統。由於它具有智慧化的分析推理、獨立的知識庫使用非常方便，而且聲、圖、文並茂指導廣大農民對農作物進行合理的施肥、灌溉、施藥、選種、壯苗等田間管理，為畜禽配制飼料、診斷疫情等|21。“精準農業關鍵技術研究和示範”專案的研究方向為現代農田“精耕細作”的技術體系，即農業工程作業體系中調控的精確化問題，藉助於全球定位系統、農田遙感監測系統和農田地理資訊系統對大田農業資料精確化採集和精準化調控，主要涉及檢測技術和獨立的農業自動化裝備的研發。這些技術的應用可以有效的節約資源，提高資源利用率，提高單位產量。
總體來講，以上兩方面代表了我國農業科技的最新成果和進展。在我國農業工程領域發揮著各自的作用。但在實際應用中，取得效果的好壞還取決於農民的自身學識和掌握程度。就農業專家系統應用來說，農民的操作、作業形式是:有問題先問“電腦”，有了結果，需要農民親自回到田間中實施作業。這個過程中，農業專家系統僅幫助農民解決了如何幹、怎樣乾的問題，但乾的效果取決於農民的操作精準和素質。而“精準農業”的許多裝置操作也需要由農民或農業科技人員去完成。那麼，可以考慮將以上這些技術整合在一起構建一個大系統，以更高的角度看農業問題，即：從農業大系統的產前、產中到產後全方位的、整體性的幫助農民解決儘可能多的問題、真正降低農民的勞動投入和參與強度，提高農業系統整體產出，並節約資源。
本文將農業系統看成一個閉環大系統，從控制系統角度闡述了一個新的概念:智慧農業體系。並論述了智慧農業體系的模型，以及基於此解決以上問題的優勢。同時建議政府部門在制定“十二五”規劃時，對智慧農業應給予充分的重視。
1智慧農業的內涵和系統架構
早期對於智慧農業的雛形議論僅僅涉及了人工智慧在農業中以及智慧控制技術在農業溫室環境控制中的應用145。也有一些涉及到系統建模等等。但整體智慧農業大系統的論述很少見到。毫無疑問，要評價一個系統的智慧化，勢必要借鑑工業智慧化評價指標，從系統“軟體”和“硬體”組模型和控制1671。基於此，農業智慧化也應該具備工業智慧化的幾個主要特徵。但是，由於農業系統自身的特殊性，有時無法採用工業領域成熟的控制模型和智慧控制技術所以必須規範農業智慧化的定義。這裡給出了智慧農業要具備的兩個要素：
①反饋控制。這裡要強調的是:智慧農業系統首先要有控制在裡面，並且是反饋控制的，也即系統要構成閉環。反饋控制是任何一個智慧控制系統的首要構件。在該體系中，從資訊給定、處理、核心調控，再到訊號的採集、反饋，應該形成閉環，否則稱不上是智慧化系統。
②自主控制。所謂自主控制包含兩層含義：一是系統的控制核心具備自適應的調整能力。農業系統是一個非線性系統，並且系統的外在擾動和內在擾動沒有規律，如果其控制核心具備自適應、自調整能力，則具備初步智慧;二是系統的控制模型具備自學習和自整定能力。由於農業系統是一個邊界條件模糊、建模困難的非線性系統，很難使系統向著收斂方向調控。這一點對農業系統要求比較苛刻，但這是系統智慧化的一個重要標誌之一。
基於以上觀點，分別構建兩個智慧農業體系：狹義智慧和廣義智慧的基本框架模型。
圖1所示為基於狹義智慧特點構建的經典智慧農業體系模型。首先將農業系統看成一個大的閉環系統，其各個環節應用控制、管理、檢測等手段來調控。將農業系統的產出視為系統的輸出，
而使用者的引數設定、目標最佳化和管理決策視為系統的給定。然後根據控制模型和能耗模型來構建控制系統的前向通道。其中應用許多智慧手段，如多目標最佳化、智慧預測、自適應調控等以及智慧檢測技術使系統達到智慧的調控、降低農業工作者的參與和勞動強度的.目的，並使產出最最佳化。
圖2是基於廣義智慧化在大系統控制論18基礎上，構建的多級遞階智慧農業體系模型。在這個大系統中，分別對農業系統的產前、產中和產後的各個子系統構建各自的農業子系統，並設計成微觀級別。而各個子系統均受各自的區域性控制器調控，同時應用多目標最佳化等智慧手段做系統自適應尋優。這些區域性智慧控制器，可以是大田節溉系統智慧控制器、農作物溫室環境智慧控制器、施肥及病蟲害處理智慧控制器、感測器網路智慧控制器和網上農業智慧控制器等。由於農業子系統的分散性和邊界的模糊性，分別設定各自的控制引數進行閉環智慧調控。同時，處於該系統宏觀級的協調器透過觀測遞階和遞階資訊流，藉助於Interne將智慧決策全域性最佳化作為給定去約束各個區域性控制器，從而達到整體系統的智慧能、運籌學、先進的自動控制技術、檢測技術等都要綜合的運用到系統的各個環節中。另外，在農業子系統中恰當的引入感測網和物聯網技術也是智慧農業的一個顯著標志。目前農業工程中多種應用於大田資料釆集的感測器，無論是有線的還是無線的，均要透過底層的感測網進行資料交換。因此各種現代化、智慧化農業機具和作業裝置。
2發展智慧農業的預期效益
基於以上分析，發展智慧農業是將農業視為一個可控的整體來看待，是解決農業大系統的問題。既包括廣義上的農業資訊處理、農業專家智慧決策系統，又包括自動控制系統、智慧控制演算法、機電一體化裝置、檢測技術與感測器網路、物聯網路等等。所以，在我國大力發展智慧農業，就是要在大系統控制背景下做大系統整合，預期效益有以下幾方面：
①提高農業的整體產出和效益。智慧農業把農業系統看成一個閉環的大系統，雖然有很多限制條件和不確定的制約因素，但在構建的整體系統框架下，可以有效的應用人工智慧技術、運籌學技術、自動控制技術的三方融合技術進行智慧系統設計和系統全域性最最佳化調控，比如全域性多目標動態最佳化與自適應尋優、基於約束條件的大系統最優控制等，從而增加農業系統的整體效益以及節能減排。
②有效地整合和管理各個農業子系統。在資源約束和經濟效益最大化約束條件下，統籌管理整個農業體系，從而可避免顧此失彼的分散管理模式，做到集約管理和經營，為國家的農業宏觀規劃和管理打下基礎。
③促進我國農業科技水平的整體提升，解放勞動力，帶動農民致富。智慧控制可以極大地減輕勞動者負擔，以儘可能少的人力、財力投入來降低操作誤差，提高系統效能和產出。農業智慧化本身的科技含量很高，將會大大改進我國農業科技水平，促使農業技術發展進步，真正在“軟體系統”和“硬體系統”兩方面實現現代化。
④降低重複性科研投入。智慧農業講究按照一個整體來研究農業事情，是將農業體系拆分但又綜合、協調的統一整體系統，科研成果的研發和推廣按照這個整體進行任務分配，就像研發一個航天太空船一樣，設立同一目標，分部門協同攻關，在構建的智慧農業大系統下，整合資源，共同努力，可以減少各自為政的科研投入，大大節省開支，減少重複勞動。
此外，加大智慧農業的投入還可以帶動相關產業進步和發展，對於擴大內需、拉動經濟有促進作用。智慧農業體系不是簡單的軟體問題，而是控制系統問題，更是技術整合問題。其中要用到各種高科技裝置和裝置，特別是當今熱門的農業機器人技術、感測網技術和物聯網技術等。進而會帶動相關裝置製造業、機械加工業、計算機和通訊業、電子技術產品和檢測感測器領域、網路產品、自動控制產品和生產線製造業等行業的發展，同時對運輸業、倉儲業和建築業等均有提升作用。
3結論
國家在制定“十二五”發展規劃時，對於農業的投入應該有一個立足點並具備前瞻性。鑑於智慧農業的特點和發展潛力，建議將重點放在這一方面。就像智慧農業的含義一樣，這種投入不僅僅是農業資訊化的軟體投入，還要增加調控裝置、檢測裝置、控制網路、通訊裝置等系統硬體的投入。我國農業資訊化經過十多年的發展，已初步具備發展智慧農業系統的“軟體”基礎，為發展智慧農業打下了一個良好的開端。發展智慧農業應該是一種與時俱進的觀念，是轉變和促進我國農業科技的進步手段之一。