(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，哈爾濱 150081)

0 引言

農(nóng)業(yè)是我國(guó)的第一產(chǎn)業(yè)，也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱，農(nóng)業(yè)的發(fā)展情況直接影響到社會(huì)穩(wěn)定和每一個(gè)人的生活。農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)是我國(guó)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化發(fā)展的必經(jīng)之路，隨著我國(guó)整體科研能力的提升，農(nóng)業(yè)上所能應(yīng)用的先進(jìn)技術(shù)逐漸增多，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)性更有保證。在網(wǎng)絡(luò)化和信息化時(shí)代，農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)可以利用遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)田信息、機(jī)械作業(yè)情況的實(shí)時(shí)收集，并能通過(guò)各種數(shù)據(jù)的匯總進(jìn)行農(nóng)機(jī)作業(yè)調(diào)配、產(chǎn)量預(yù)測(cè)、病蟲(chóng)害防治等工作，進(jìn)而有效提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源的利用情況，確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的順利實(shí)施[1]。

1 農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)原理

針對(duì)于農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)加以實(shí)施的，能夠通過(guò)眾多的現(xiàn)代化設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、農(nóng)機(jī)作業(yè)情況等信息的遠(yuǎn)程獲取?，F(xiàn)階段，我國(guó)很多地區(qū)都在紛紛研發(fā)或建立網(wǎng)絡(luò)化的農(nóng)機(jī)智能平臺(tái)(圖1)，其中的一個(gè)主要功能就是實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。網(wǎng)絡(luò)化的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是通過(guò)傳感器、GPS終端、圖像獲取設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所需農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)信息的獲取，相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)字傳輸、數(shù)據(jù)分析處理能有效指導(dǎo)農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)的過(guò)程[2]。

圖1 網(wǎng)絡(luò)化的農(nóng)機(jī)智能平臺(tái)相關(guān)功能

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)由數(shù)據(jù)獲取裝置、監(jiān)控控制中心、數(shù)據(jù)服務(wù)中心、智能網(wǎng)關(guān)等組成。數(shù)據(jù)獲取裝置的范圍十分廣泛，是指能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各個(gè)方面信息獲取設(shè)備的總成，針對(duì)不同品種、不同地域的機(jī)械化生產(chǎn)情況，所選用的設(shè)備和相關(guān)功能也不相同。監(jiān)控控制中心主要由計(jì)算機(jī)、移動(dòng)處理終端、顯示系統(tǒng)等組成，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)獲取的檢測(cè)信息進(jìn)行顯示，并為相關(guān)人員提供決策參考，農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)管理人員可以通過(guò)顯示屏顯示的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行作業(yè)情況了解，同時(shí)便于作業(yè)方案的調(diào)整。數(shù)據(jù)服務(wù)中心主要包括數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)接收及存儲(chǔ)設(shè)備，并提供數(shù)據(jù)查詢功能，是依靠信息技術(shù)建立起來(lái)的專業(yè)傳輸系統(tǒng)。智能網(wǎng)關(guān)主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)獲取與傳輸工作，幫助完成數(shù)據(jù)種類的擴(kuò)展與有效收集，并將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遠(yuǎn)程管理終端。通過(guò)網(wǎng)關(guān)的合理化設(shè)計(jì)，能夠使數(shù)據(jù)獲取裝置的所有裝備形成系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，從而形成對(duì)農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)整體情況的全面監(jiān)控。智能網(wǎng)關(guān)具有良好的匹配性，能夠針對(duì)不同通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，完善的協(xié)議轉(zhuǎn)化能力使復(fù)雜多樣的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議形式得以集中并轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)。網(wǎng)關(guān)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)、屬性、標(biāo)識(shí)的管理，并可靠執(zhí)行農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)遠(yuǎn)程控制的相關(guān)指令。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制軟件種類與特點(diǎn)

農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)軟件通常包括兩種形式，一種是依托于地區(qū)農(nóng)機(jī)管理部門開(kāi)發(fā)的農(nóng)機(jī)智慧平臺(tái)實(shí)施，將遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的硬件系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)關(guān)與智慧平臺(tái)的相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)連接，匹配后農(nóng)民和農(nóng)機(jī)管理部門都可以通過(guò)農(nóng)機(jī)智慧平臺(tái)獲取農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)的實(shí)際情況，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)的管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、決策更改等。另一種是定制化的軟件管理系統(tǒng)，主要是以農(nóng)場(chǎng)或大面積經(jīng)營(yíng)的耕地為單位，在進(jìn)行農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)監(jiān)測(cè)硬件設(shè)計(jì)與布局的同時(shí)，以模塊化的形式建設(shè)軟件系統(tǒng)，將軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)的功能進(jìn)行合理匹配，利用軟件技術(shù)確保硬件功能的可靠實(shí)施。通常情況下，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的管理軟件需要程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)工具，其中需要結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)功能的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，并充分與硬件布局特點(diǎn)相結(jié)合進(jìn)行功能設(shè)計(jì)，以保證遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能的發(fā)揮。

3 農(nóng)機(jī)化遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用方式

3.1 生產(chǎn)情況的監(jiān)測(cè)與管理

利用GPS定位裝置、機(jī)具作業(yè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器、環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器、土壤狀態(tài)檢測(cè)裝置、氣象數(shù)據(jù)分析等裝置實(shí)現(xiàn)全方位農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)情況監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行上傳，便于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者了解生產(chǎn)進(jìn)程、預(yù)判作物產(chǎn)量、調(diào)整生產(chǎn)方案。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)還可與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化管理，例如自動(dòng)灌溉、智慧農(nóng)機(jī)生產(chǎn)等，進(jìn)一步減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人力負(fù)擔(dān)。

3.2 生產(chǎn)過(guò)程中的異常狀態(tài)預(yù)警

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能能夠?qū)r(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械出現(xiàn)作業(yè)質(zhì)量不合格時(shí)，可通過(guò)監(jiān)測(cè)軟件實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警，提醒生產(chǎn)管理人員檢查和調(diào)整方案。例如，農(nóng)機(jī)行駛脫離直線、深松深度不足、播種作業(yè)漏播等，都可通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取異常信息，避免農(nóng)機(jī)作業(yè)狀態(tài)不良造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量降低。同時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還能及時(shí)獲取農(nóng)作物生長(zhǎng)狀態(tài)，科學(xué)分析和預(yù)判可能出現(xiàn)的病蟲(chóng)害問(wèn)題，并提供警示功能，幫助預(yù)防病蟲(chóng)災(zāi)害，進(jìn)一步保證農(nóng)業(yè)收益。

3.3 生產(chǎn)情況的追溯與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)各方面數(shù)據(jù)的獲取，能有效整理并記錄重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)，方便生產(chǎn)管理者、農(nóng)機(jī)管理部門對(duì)過(guò)去的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行追溯，也能方便形成生產(chǎn)情況對(duì)比數(shù)據(jù)，方便生產(chǎn)管理人員對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)的提取和數(shù)據(jù)對(duì)比。

4 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)技術(shù)

農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)源眾多，其應(yīng)用也涉及到機(jī)械化生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)管理、方案調(diào)整、市場(chǎng)價(jià)格等眾多方面，因此對(duì)于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)獲取的數(shù)據(jù)，必須要具有科學(xué)的統(tǒng)計(jì)與整理方法[3]?？傮w來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)整理流程包括數(shù)據(jù)分類與處理、數(shù)據(jù)源分析、智能化分析、數(shù)據(jù)可視轉(zhuǎn)化等幾個(gè)部分。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)在數(shù)據(jù)分析上采用的計(jì)算機(jī)多重分析方法相對(duì)于傳統(tǒng)的方差分析、回歸分析等方式更具全面性，其能夠在眾多數(shù)據(jù)中找到相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行有針對(duì)性的分析，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析的流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析的流程

現(xiàn)階段可應(yīng)用于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理的軟件工具有很多種，例如，Mahout靜態(tài)數(shù)據(jù)批處理工具、Storm實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流處理工具、Google’s Dremel交互式分析工具等，能夠通過(guò)多重分析方法對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量、工作量、趨勢(shì)、農(nóng)情等眾多信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并形成直觀的可視化數(shù)據(jù)展示。

(05)