你不知道的秘密！物聯(lián)網(wǎng)如何顛覆農(nóng)業(yè)！

基金項(xiàng)目：陜西省科技廳重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)鏈提升計(jì)劃（2020zdzx03-04-

楊會(huì)甲等

0 引 言

近年來，隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、無人機(jī)、近地遙感、人工智能等前沿技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用與不斷發(fā)展，我國提出了構(gòu)建智慧城市、智慧社會(huì)等重大發(fā)展戰(zhàn)略。由于農(nóng)業(yè)發(fā)展關(guān)系民生大計(jì)，智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展也成為國之重任之一，因此我國頒布了一系列利好政策，構(gòu)建了一系列設(shè)施農(nóng)業(yè)、大田農(nóng)業(yè)智慧化種植管理、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管服務(wù)平臺(tái)等系統(tǒng)工程，有效推動(dòng)了我國智慧農(nóng)業(yè)的高質(zhì)量快速發(fā)展 。智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，將有利于推動(dòng)我國農(nóng)業(yè)智慧化發(fā)展進(jìn)程，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程信息化與智慧化管控水平，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量提升、質(zhì)量改善、品質(zhì)保障，進(jìn)一步推動(dòng)農(nóng)業(yè)安全水平和產(chǎn)品質(zhì)量提升。

雖然我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展取得了一定成效，但仍面臨如下幾方面問題 ：首先，農(nóng)業(yè)種植區(qū)域分散性比較大，小片區(qū)種植情況相對(duì)較多，機(jī)械化種植實(shí)現(xiàn)難度大 ；其次，農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)的信息化程度較低，尤其部分傳感感知設(shè)備核心部件不具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，傳感器國產(chǎn)化程度較低 ；最后，缺乏智能化精準(zhǔn)作業(yè)裝備，作業(yè)質(zhì)量較差，智慧化協(xié)同化管控能力較差，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)體系尚未建成。在應(yīng)用推廣上，雖然我國近年來完成了多項(xiàng)智慧農(nóng)業(yè)示范項(xiàng)目，但是展示效果大于實(shí)際效果，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值體現(xiàn)程度較低。

1 智慧農(nóng)業(yè)內(nèi)涵

智慧農(nóng)業(yè)集物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)為一體，依托部署在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各類傳感設(shè)備和無線通信網(wǎng)絡(luò)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知、智能預(yù)警、智能決策、智能分析、專家在線指導(dǎo)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精準(zhǔn)化種植、可視化管理、智能化決策。廣義上還包括 ：農(nóng)產(chǎn)品倉儲(chǔ)物流及安全溯源、農(nóng)業(yè)電子商務(wù)、農(nóng)業(yè)休閑旅游、農(nóng)業(yè)信息服務(wù)等。其本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物種植、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品銷售等農(nóng)作物產(chǎn)供銷全生命周期過程的信息化、智能化、智慧化管控，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物生長(zhǎng)高質(zhì)量管控、產(chǎn)品全生命周期質(zhì)量溯源智能化管理等目標(biāo)。狹義與廣義的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)如圖 1 所示。

圖 1 智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)示意圖

對(duì)比分析可知，狹義的智慧農(nóng)業(yè)定義重點(diǎn)在于農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境的監(jiān)管與智能化管控 ；而廣義的智慧農(nóng)業(yè)則全面覆蓋了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全生命周期流程，可理解為農(nóng)業(yè)全生態(tài)智能化管控。從根本上講，無論廣義或狹義的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)，都融合了物聯(lián)網(wǎng)感知識(shí)別與傳輸技術(shù)及智能分析決策技術(shù)等。

2 智慧農(nóng)業(yè)的實(shí)施路徑

智慧農(nóng)業(yè)實(shí)施路徑可按照農(nóng)作物種植、農(nóng)產(chǎn)品加工與質(zhì)量管控、農(nóng)產(chǎn)品銷售服務(wù)智能化等 3 個(gè)階段執(zhí)行 。

2.1 農(nóng)作物種植階段

通過構(gòu)建農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境管控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程自動(dòng)灌溉、自動(dòng)施肥、自動(dòng)卷膜與補(bǔ)光。系統(tǒng)具備智能報(bào)警、氣象預(yù)警、病蟲害預(yù)警和防治及專家分析指導(dǎo)等功能。通過采用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)、農(nóng)作物生長(zhǎng)模型構(gòu)建技術(shù)以及病蟲害診斷專家模型建設(shè)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物種植的智慧化管控目標(biāo)。

2.2 農(nóng)產(chǎn)品加工與質(zhì)量管控階段

結(jié)合射頻識(shí)別、圖像識(shí)別、圖譜分析等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建安全可靠的質(zhì)量溯源管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、產(chǎn)量分析、能耗分析、未來種植產(chǎn)品預(yù)測(cè)和規(guī)劃等功能。本階段功能實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)融合了深度學(xué)習(xí)算法、知識(shí)庫數(shù)據(jù)模型、安全可靠數(shù)據(jù)加密算法等，在算法技術(shù)融合的支撐下達(dá)成了農(nóng)產(chǎn)品加工質(zhì)量的信息化、協(xié)同化、智慧化管控的目標(biāo)。

2.3 農(nóng)產(chǎn)品銷售服務(wù)智能化階段

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)環(huán)境的支撐下，融合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算與人工智能等新一代信息技術(shù)，構(gòu)建具備云端營銷能力與云端銷售服務(wù)能力的農(nóng)產(chǎn)品智能化銷售服務(wù)平臺(tái) ；結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘算法、市場(chǎng)走勢(shì)曲線分析算法、統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)算法等，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品銷售區(qū)域策劃、銷量預(yù)測(cè)、物流智能化規(guī)劃、產(chǎn)品溯源跟蹤、產(chǎn)品價(jià)格走勢(shì)分析等功能。

3 智慧農(nóng)業(yè)實(shí)施的技術(shù)架構(gòu)

結(jié)合智慧農(nóng)業(yè)多技術(shù)融合特性，構(gòu)建了其具體實(shí)施方案的技術(shù)架構(gòu)，如圖 2 所示。該技術(shù)架構(gòu)從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)思維出發(fā)，融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、邊緣智能等新一代信息技術(shù)，同時(shí)覆蓋了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管控、水肥一體化管理、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量管控等信息源，在中國航天科工集團(tuán)有限公司“一云五網(wǎng) N 平臺(tái) M 應(yīng)用”戰(zhàn)略部署下，最終實(shí)現(xiàn)作物病蟲害專家診斷、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量溯源管控智能化、產(chǎn)品銷售云端化、農(nóng)機(jī)智能化、生長(zhǎng)環(huán)境管控智慧化等目標(biāo)。在技術(shù)架構(gòu)中縱向設(shè)計(jì)了安全體系、標(biāo)準(zhǔn)體系、運(yùn)維體系 3大體系，進(jìn)一步確保了智慧農(nóng)業(yè)綜合體安全可靠、標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化運(yùn)行，通過該技術(shù)體系建設(shè)及相關(guān)方案部署實(shí)施，將有利于推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)生態(tài)圈與產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建部署，從而切實(shí)推進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，有效改善三農(nóng)網(wǎng)絡(luò)化落后、信息化滯后、智慧化缺失等現(xiàn)狀。

圖 2 智慧農(nóng)業(yè)實(shí)施方案總體技術(shù)架構(gòu)

4 典型案例分析

結(jié)合圖 2 的技術(shù)架構(gòu)，針對(duì)貴陽市大型蔬菜保供基地項(xiàng)目中智慧農(nóng)業(yè)運(yùn)營管控服務(wù)平臺(tái)開展了部署實(shí)施與應(yīng)用。構(gòu)建了貴陽市智慧農(nóng)業(yè)管控服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的建設(shè)融合了物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)技術(shù)，在農(nóng)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了水肥一體化灌溉管控、農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境全參數(shù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控的目標(biāo)，解決了大水漫灌、施肥過量、農(nóng)作物狀態(tài)監(jiān)測(cè)缺失等一系列問題 ；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了節(jié)約用水、較低藥物用量、減少污染等目標(biāo)。在農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)智能分析與決策方面，系統(tǒng)融合了病蟲害專家診斷算法、農(nóng)作物生長(zhǎng)模型技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，初步實(shí)現(xiàn)了農(nóng)作物健康預(yù)測(cè)、病蟲診斷與專家指導(dǎo)等目標(biāo) ；在農(nóng)產(chǎn)品銷售與物流環(huán)節(jié)，構(gòu)建了智能倉儲(chǔ)物流服務(wù)管理模塊、云端電商平臺(tái)、移動(dòng)端銷售運(yùn)營模塊等，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品全生命周期溯源管控、云端營銷服務(wù)等目標(biāo)。實(shí)施應(yīng)用平臺(tái)界面如圖3所示。

圖 3 貴陽市智慧農(nóng)業(yè)云服務(wù)平臺(tái)應(yīng)用效果

5 結(jié) 語

智慧農(nóng)業(yè)是智慧經(jīng)濟(jì)形態(tài)在農(nóng)業(yè)中的具體表現(xiàn)，與物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算與邊緣計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代生物技術(shù)、種植技術(shù)等相互融合，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的高級(jí)階段。因此，智慧農(nóng)業(yè)是我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢(shì)。

未來，在政府引導(dǎo)、市場(chǎng)牽引、農(nóng)戶投入等多方支撐下，智慧農(nóng)業(yè)將成為多技術(shù)融合創(chuàng)新的高地，也將進(jìn)一步推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)與人工智能等信息技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。