文|本刊編輯部

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能感知技術(shù)與產(chǎn)品：為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)保駕護(hù)航

文|本刊編輯部

我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，對農(nóng)業(yè)信息智能感知技術(shù)和設(shè)備的要求越來越高。而目前我國農(nóng)業(yè)信息智能感知技術(shù)和設(shè)備存在成本高、在線監(jiān)測水平低、適應(yīng)性差、智能化程度低、共享性和協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)性薄弱等不足。

加速突破不同尺度空間的農(nóng)業(yè)信息智能感知技術(shù)，開發(fā)農(nóng)業(yè)信息智能感知裝備和協(xié)同作業(yè)支撐平臺，對加速我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，推進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，提高農(nóng)民收入、農(nóng)業(yè)整體效益和資源利用率，提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

863計劃主題項目“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能感知技術(shù)與產(chǎn)品”于2013年立項，牽頭單位為浙江大學(xué)，由該校何勇教授擔(dān)任項目首席專家。在863計劃等多個項目的支持下，通過產(chǎn)學(xué)研協(xié)同攻關(guān)，圍繞植物-環(huán)境信息快速感知與物聯(lián)網(wǎng)實時監(jiān)控技術(shù)及裝備的研發(fā)，重點突破了農(nóng)田信息快速感知、穩(wěn)定傳輸和精準(zhǔn)管控三大關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)了系列化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能感知新產(chǎn)品和新設(shè)備，大大提升了我國農(nóng)業(yè)信息化和現(xiàn)代化水平。

“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能感知技術(shù)與產(chǎn)品”成果豐碩

植物養(yǎng)分、生理和病害信息快速感知技術(shù)與設(shè)備

傳統(tǒng)的植物養(yǎng)分、生理和病害大多依靠人工經(jīng)驗、實驗室或簡單輔助儀器進(jìn)行測試與診斷，難以滿足作物生長精準(zhǔn)化管理所需的快速、實時檢測要求，也難以為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)感知節(jié)點提供實時信息及實施精準(zhǔn)管控。

針對植物生命信息實時快速獲取的瓶頸問題，課題組提出了從作物葉片、個體、群體三個尺度開展生命信息快速獲取方法研究的新思路；揭示了特征電磁波譜與植物養(yǎng)分、生理變化的響應(yīng)機理和耦合關(guān)系，自主研制了便攜式植物養(yǎng)分無損快速測定儀和植物生理生態(tài)信息監(jiān)測系統(tǒng)；率先提出了植物真菌病害早期四階段診斷方法，實現(xiàn)了典型病害侵入和感病初期的早期快速診斷；建立了作物生長過程感知信息重構(gòu)和可視化表達(dá)技術(shù)，實現(xiàn)了植株的生長過程重構(gòu)和三維形態(tài)可視化表達(dá)。課題建立了作物信息不同尺度空間（近地、微小型無人機遙感、衛(wèi)星遙感信息）的智能感知技術(shù)和數(shù)據(jù)融合技術(shù)，構(gòu)建了農(nóng)田多元異構(gòu)感知信息的多級融合計算模型和多尺度信息融合模型；研發(fā)了基于多光譜相機的水稻作物營養(yǎng)狀況及病蟲害的實時檢測技術(shù)、微小型無人機遙感信息智能感知技術(shù)和養(yǎng)分管理技術(shù)、目標(biāo)識別定位技術(shù)及變量施肥施藥控制技術(shù)裝備，提高了作物信息智能感知技術(shù)的在線監(jiān)測水平和環(huán)境適應(yīng)能力。

土壤水、鹽與養(yǎng)分特性多維快速測試技術(shù)與設(shè)備

土壤水、鹽和養(yǎng)分特性快速多維測試是實施精準(zhǔn)肥水灌溉的前提，目前單點測試方法不能完整反映土體水、鹽和養(yǎng)分分布狀況，特別是在設(shè)施環(huán)境下土壤頻繁灌溉后造成水、鹽和養(yǎng)分運移復(fù)雜，土壤水平方向和作物根層垂直方向空間變異大。針對上述難題，研發(fā)了土壤多維水分快速測量儀和不同監(jiān)測尺度的墑情監(jiān)測網(wǎng)；發(fā)明了非侵入式快速獲取土壤三維剖面鹽分連續(xù)分布的方法與裝置；建立了全國土壤光譜庫的土壤有機質(zhì)和氮素光譜預(yù)測模型，研發(fā)了土壤剖面光譜測試便攜式裝置與有機質(zhì)定量建模方法，研發(fā)了土壤養(yǎng)分野外光譜快速測試技術(shù)與儀器；研制了二氧化碳濃度梯度分布原位同步測量裝置，建立了基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)田信息檢測站點及土壤環(huán)境信息遠(yuǎn)程采集監(jiān)測系統(tǒng)。

不同尺度植物養(yǎng)分快速檢測方法和系統(tǒng)設(shè)備。

植物生理監(jiān)測系統(tǒng)及病害早期診斷法。

農(nóng)田復(fù)雜環(huán)境下信息無線穩(wěn)定傳輸關(guān)鍵技術(shù)

針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，如溫室的高濕熱、大田的高溫差環(huán)境，無線信號易受作物生長及設(shè)施干擾等影響，而且農(nóng)田信息傳輸要求低能耗、低成本，現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不能很好滿足信息的傳輸要求，課題組發(fā)明了主動誘導(dǎo)式低功耗自組網(wǎng)與消息驅(qū)動機制的異步休眠網(wǎng)絡(luò)通信方法，解決了農(nóng)業(yè)信息的低功耗與遠(yuǎn)程傳輸問題；提出了網(wǎng)絡(luò)局部重組與越級路由維護(hù)算法，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)故障自診斷和自修復(fù)，解決了野外節(jié)點故障或植物生長與設(shè)施對無線信號干擾導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)局部癱瘓的難題，提高了無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

植物-土壤-環(huán)境信息快速感知與物聯(lián)網(wǎng)實時監(jiān)控系統(tǒng)。

基于物聯(lián)網(wǎng)的作物生長精準(zhǔn)管控技術(shù)與裝備

過去，以人工經(jīng)驗為主的大田和設(shè)施作物肥水灌溉與農(nóng)藥施用費時費力、效率低、效果差、浪費大，難以滿足作物不同生長階段對肥、水、藥的真實需求和保障作物的品質(zhì)與安全。

為了解決這些問題，課題組研發(fā)了植物生長智能化管理協(xié)同控制和實時監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了基于實測信息和滿足植物生長需求的物聯(lián)網(wǎng)肥、水、藥精準(zhǔn)管理和溫室協(xié)同智能調(diào)控；研發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)工廠化水稻育秧催芽智能調(diào)控裝備和設(shè)施果蔬質(zhì)量安全控制管理系統(tǒng)，提出并開發(fā)了農(nóng)產(chǎn)品原產(chǎn)地包裝防偽標(biāo)識生成方法及系統(tǒng)，提高了質(zhì)量安全溯源的可控性、防偽性和安全性。

社會效益顯著推動農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步

植物-環(huán)境信息快速感知與物聯(lián)網(wǎng)實時監(jiān)控技術(shù)及裝備成果獲授權(quán)發(fā)明專利30多項；研發(fā)的相關(guān)技術(shù)和系列設(shè)備/系統(tǒng)實現(xiàn)了植物、土壤信息的快速檢測，并通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和實時監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了大田和設(shè)施條件下的肥水精細(xì)化管理，提高了肥水利用率，并減少了農(nóng)藥、化肥等投入。在浙江、江蘇、北京、廣東、山東、黑龍江、新疆、安徽、河北等10余個省市的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)、果園與設(shè)施農(nóng)業(yè)、涉農(nóng)企業(yè)、無人機企業(yè)等進(jìn)行了推廣應(yīng)用，建設(shè)推廣和示范基地10余個，覆蓋了糧油、果蔬和花卉等多種農(nóng)作物。據(jù)統(tǒng)計，與傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式相比平均節(jié)水、節(jié)肥約20%、省工約30%，顯著提高了生產(chǎn)效率，有效保障了作物的高效、優(yōu)質(zhì)、安全生產(chǎn)，取得了顯著的社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益，推動了農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步。

該成果是在國家863計劃等多個項目的資助下，聯(lián)合高校、研究院所和相關(guān)企業(yè)聯(lián)合完成的，通過863計劃項目將全國優(yōu)勢單位聯(lián)合在一起，充分發(fā)揮了產(chǎn)學(xué)研各部門的特色和優(yōu)勢，針對我國農(nóng)業(yè)傳感儀器和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用急需解決的關(guān)鍵技術(shù)和裝備，開展聯(lián)合攻關(guān)，從低成本快速檢測的農(nóng)業(yè)傳感儀器開發(fā)到適應(yīng)農(nóng)業(yè)復(fù)雜環(huán)境需求的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，再到實現(xiàn)根據(jù)作物需求的設(shè)施溫室智能控制和自動肥水灌溉。攻克了多項關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)了一批實用性產(chǎn)品，同時培養(yǎng)了一批青年科技人員，并將研究成果在多個省推廣應(yīng)用，建立了多個示范應(yīng)用基地，培育了一批信息化程度高、適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)模式的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范企業(yè)，取得了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

專家簡介

何勇，博士、浙江大學(xué)求是特聘教授、博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任浙江大學(xué)數(shù)字農(nóng)業(yè)與農(nóng)村信息化研究中心常務(wù)副主任，國家重點學(xué)科——農(nóng)業(yè)機械化工程學(xué)科學(xué)術(shù)帶頭人之一、國家863計劃現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域主題專家、863計劃“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能感知技術(shù)與產(chǎn)品”主題項目首席專家。