韓建征

我國是世界農業(yè)大國，農業(yè)生產的重要性對我們來說不言而喻。隨著科學技術的發(fā)展，中國農業(yè)的發(fā)展正在朝著“智慧農業(yè)”的方向發(fā)展，所謂“智慧農業(yè)”就是利用現(xiàn)代科學技術成果，集成農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、5 G、人工智能、遙感、大數(shù)據(jù)等，實現(xiàn)農業(yè)可視化遠程控制、遠程診斷、災害預警等智能化管理。

隨著“智慧農業(yè)”的推進（見圖1），我國辣椒產業(yè)也在快速發(fā)展，栽培技術不斷提高，種植面積也越來越大。雖然辣椒種植面積位于蔬菜作物的第二位，但是其產值和效益仍高居蔬菜作物的第一位。目前，關于辣椒種植的研究主要集中在傳統(tǒng)的辣椒種植技術等方面，而關于智慧農業(yè)相關管理技術在辣椒種植中的研究鮮有報道。為了更全面地了解“智慧農業(yè)”相關技術在辣椒種植過程中的應用，本文以河南省臨潁縣辣椒現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)園（簡稱“產業(yè)園”）為例，產業(yè)園以辣椒為主導產業(yè)，辣椒種植總面積0.72萬hm2，其中5 G智慧辣椒種植基地近0.13萬hm2。本文詳細介紹了“智慧農業(yè)”相關管理技術中物聯(lián)網(wǎng)、5 G、人工智能、遙感、大數(shù)據(jù)等在產業(yè)園區(qū)辣椒種植過程中數(shù)據(jù)采集、計算、監(jiān)測、傳輸以及定位等問題中的應用情況。

一、物聯(lián)網(wǎng)在辣椒種植生產中的應用

（一）物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)是指通過傳感設備，實現(xiàn)物物之間相互聯(lián)合的互聯(lián)互通的網(wǎng)絡，是互聯(lián)網(wǎng)技術的延伸，被稱為第三次信息技術革命。物聯(lián)網(wǎng)技術可以將農業(yè)生態(tài)中的各種個體融為一體，具有對需要檢測的農作物各個時期各種問題進行智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控等功能。關于物聯(lián)網(wǎng)在農業(yè)中的應用，宋艷等人詳細介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術在農作物種植環(huán)境智能化管理、環(huán)境監(jiān)控等方面的應用情況;李道亮等詳細概述了農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術在物聯(lián)網(wǎng)架構與標準化、農業(yè)信息感知技術、傳輸技術、處理技術等方面的研究進展以及農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術集成與應用。

（二）物聯(lián)網(wǎng)在辣椒種植中的應用

由圖2可知，辣椒在種植過程中環(huán)節(jié)比較復雜，由于傳統(tǒng)的辣椒種植模式受種植條件的限制，需要消耗大量的人力、財力和物力。最主要的是，在人工種植過程中避免不了種植誤差的存在。而物聯(lián)網(wǎng)在辣椒種植過程中應用之后，在各個環(huán)節(jié)作業(yè)時能夠實現(xiàn)精細化、智能化、高效化管理，能夠將誤差縮小到最低，大大提高辣椒的產量和品質，同時也提升了辣椒種植的經(jīng)濟效益。在此基礎上也形成了以下幾個控制系統(tǒng)：

1.自動化控制系統(tǒng)。在聯(lián)動溫室辣椒育種期間，通過物聯(lián)網(wǎng)智能設備探頭收集聯(lián)動溫室內環(huán)境溫度、濕度、光照等環(huán)境因子參數(shù)，參考事先設定好的數(shù)值，一旦出現(xiàn)偏差系統(tǒng)就會自動啟動水簾、風機、燈帶等設備，從而改善聯(lián)動溫室內環(huán)境，將其控制在預先設定范圍內。

2.水肥一體化管理系統(tǒng)。水肥一體化管理系統(tǒng)是將水和用肥有效結合起來的系統(tǒng)，它實現(xiàn)了辣椒種植過程中的肥水管理智能化控制，在辣椒種植過程中的幼苗期、始花期、盛花期、果實膨大期、成熟期等各個環(huán)節(jié)需要不同程度地補充氮肥、磷肥、鉀肥、鈣肥。在此期間，通過土壤監(jiān)測儀、氣象墑情監(jiān)測儀、植物營養(yǎng)監(jiān)測儀等物聯(lián)網(wǎng)智能設備對每個環(huán)節(jié)中的的土壤、環(huán)境、水質、植物營養(yǎng)等數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控和記錄，通過比對事先設定好的各項元素含量參數(shù)，一旦監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)變化，水肥一體化管理系統(tǒng)便會進行智能化控制啟動補充。該系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)大水漫灌模式，實現(xiàn)了水肥管理的定時、定量、省時、省人工，大大提高了作業(yè)效率。使用水肥一體化管理系統(tǒng)可以節(jié)水80%以上，節(jié)肥50%以上，節(jié)省人工成本90%以上，每667 m2在水肥藥成本上節(jié)省500元以上，大大減少了辣椒的種植成本。

3.田間“四情”監(jiān)測系統(tǒng)。在辣椒以往的種植過程中，針對田間“四情”，一般都是采用經(jīng)驗進行管理，在病蟲害防治、灌溉、用肥用藥等方面都是以經(jīng)驗為主，缺乏科學的管理，從而造成用藥和灌溉等環(huán)節(jié)投入成本較大。而引入多功能氣象站、微型氣象儀、智能蟲情測報燈、土壤墑情檢測儀等物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測設備后，通過對土壤含水量的測定、病蟲害的區(qū)分預警、氣候環(huán)境的監(jiān)測、苗情的長勢監(jiān)控，做到了可以精確測算何時防范病蟲害、何時用藥、何時灌溉等。通過“四情”監(jiān)測系統(tǒng)，使辣椒種植更有成效、更有產量、更有

品質。

4.高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在5G智慧辣椒種植基地內，通過對基地采用定點24 h實時監(jiān)控和無人機定期全基地無死角監(jiān)控。通過高清攝像頭對基地內實時圖片進行抓拍以及現(xiàn)場視頻直播，利用視頻圖像和防盜周界電子圍欄對非法闖入進行預警。同時，無人機也可以對基地內出現(xiàn)的病蟲害及雜草進行識別，做好上述情況實時監(jiān)測，一旦出現(xiàn)問題，將配合其他系統(tǒng)，實現(xiàn)農藥定點定量噴灑。同時，該監(jiān)控系統(tǒng)也可以與病蟲害、墑情、作物長勢情況等系統(tǒng)進行聯(lián)動結合，采集到的相關數(shù)據(jù)上傳大數(shù)據(jù)平臺進行備份和智能化分析，實時對基地內的辣椒種植情況進行監(jiān)控和預警。

5.質量溯源管理系統(tǒng)。隨著居民消費水平的日益提高，人們越來越關注食品的質量問題，食品質量安全已成為政府和消費者關注的熱點問題。物聯(lián)網(wǎng)技術的應用能夠實現(xiàn)辣椒“從農田到消費者”的全程可追溯信息化管理系統(tǒng)。這個系統(tǒng)以辣椒產品為主線，二維碼技術為手段，可以對辣椒種植過程中的施肥、打藥、采收、加工、流通、成品實行自動識別、記錄和監(jiān)控，實施全透明的管理，在生產中預防、發(fā)現(xiàn)和及時改正錯誤，事后也可以對產品進行追溯，清晰查詢到產品的真?zhèn)?、去向、存儲、工序記錄、生產者、質檢者和生產日期等信息，進而分析出不良產品產生的原因。該系統(tǒng)建立“一批一碼”，保證讓消費者真正購買到放心的辣椒產品，確保食品質量安全。

二、5G在辣椒種植生產中的應用

（一）5G概述

5G是第五代移動通信技術，其主要優(yōu)勢就是提高了移動設備中數(shù)據(jù)的傳輸速率，減少了網(wǎng)絡應用過程的延遲，總體網(wǎng)絡環(huán)境速率相當于4 G的100倍。另外，它支持多接口連接設備，有效解決了農村偏遠地方信號差、網(wǎng)絡慢的情況。隨著5 G時代的到來，我們農業(yè)的信息化建設迎來了進一步的發(fā)展機遇，進而衍生出了“智慧農業(yè)”，通過移動平臺或電腦平臺對農業(yè)生產過程各個環(huán)節(jié)進行全方位的控制。

（二）5G在辣椒種植中的應用

在辣椒傳統(tǒng)的種植過程中，種植管理各個時期都要消耗大量的人力，并且種植效率有限?；刈詮囊肓?G技術后，大大提高了種植的實效性。在5G技術的幫助下，通過引入各種傳感器，辣椒種植實現(xiàn)了遠程監(jiān)測土壤溫濕度、遠程在線采集土壤墑情、酸堿度、水分、氣象信息等，實現(xiàn)了農田“四情”的實時自動預報、報警、水肥一體化控制系統(tǒng)自動決策、遠程自動控制基地各種設備等功能，并且最終將數(shù)據(jù)反饋給技術人員，實現(xiàn)了辣椒種植的精細化管理，大大提高了辣椒種植的效率。在種植基地，每667 m2平均效益比傳統(tǒng)種植提高了25%，做到了1人管理33.33 hm2辣椒地，有效節(jié)約了人工成本。

三、人工智能在辣椒種植生產中的應用

人工智能（AI）是一個以計算機學科為基礎，多種學科交叉融合的一種用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)的新的技術科學。AI技術已廣泛應用于醫(yī)療、保險、教育等行業(yè)。目前，AI技術在農業(yè)中的應用也越來越廣泛，關于人工智能在農業(yè)中應用，張治玲詳細介紹了AI技術在作物灌溉、病蟲害識別等方面的應用情況;劉雙印等詳細介紹了AI技術在農作物選種、土壤成分分析、農田灌溉用水分析、農作物采收等方面的應用。

（一）人工智能在機械化升級方面的應用

在機械化升級方面，通過引入人工智能辣椒噴灑植保機，采用無人駕駛技術，精準導航軌跡設定，在辣椒不同的生長周期可以進行除草、殺蟲，噴灑自動控制。與傳統(tǒng)的打藥相比，每小時可以噴灑農藥0.86 hm2，比傳統(tǒng)打藥的效率提高10倍，大大降低了人工成本，提高了作業(yè)效率。通過引進人工智能無人駕駛辣椒直播機，推廣直播技術，有效免除了育苗環(huán)節(jié)，每667 m2在移栽環(huán)節(jié)可以節(jié)省200元以上，大大減少了人力投入，提高了種植效率。機械化直播每天可達4 hm2，同時地膜和滴灌帶的鋪設一次性完成，與原來的人工鋪設相比，效率提高了80倍以上。

（二）人工智能在病蟲害防治方面的應用

在病蟲害防治方面，安裝物聯(lián)網(wǎng)太陽能殺蟲燈、智能蟲情警報燈、高清攝像頭、植保拍照無人機等設備后，物聯(lián)網(wǎng)設備自動完成蟲情信息的數(shù)據(jù)、圖像、植物體營養(yǎng)等信息的采集，并自動上傳至云服務器，后臺通過人工智能算法來分析和識別病蟲害，為辣椒提供實時的病蟲害識別和預警。人工智能配合其他技術應用到辣椒病蟲害防治上之后，辣椒每季可減少施藥50%以上，病蟲害造成的損失減少70%以上。

四、遙感在辣椒種植生產中的應用

（一）遙感概述

隨著中國航空航天技術的快速發(fā)展，北斗導航系統(tǒng)的建設完成，遙感技術在農業(yè)生產中得到越來越廣泛的應用，并且技術已經(jīng)比較成熟。尤其搭載了物聯(lián)網(wǎng)技術、5G技術、大數(shù)據(jù)技術后，應用空間得到了極大的提升，在農業(yè)領域掀起了一場跨時代的變革。關于遙感技術在農業(yè)中的應用情況，張民詳細介紹了遙感技術在農作物長勢以及現(xiàn)代農業(yè)保險中的應用情況;劉紅松詳細介紹了遙感技術在農業(yè)調查、農業(yè)災害、病蟲害防治以及農作物估產方面的應用情況。

（二）遙感在辣椒種植中的應用

臨潁縣在辣椒種植過程中，通過在基地周邊配置

由多功能氣象站、微型氣象儀、攝像頭、無人機等設備組成的監(jiān)控網(wǎng)后，首先，能夠對辣椒各個時期的長勢情況進行實時、高效、精準監(jiān)控;其次，可以對辣

椒不同生長時期的生長環(huán)境進行實時監(jiān)控，提前預防有可能出現(xiàn)的病蟲害;再次，對氣象災害也可以做到提前預警，提前防范;最后，通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)把各個

地塊在地圖上進行標注，通過GIS地圖建立數(shù)字基地、數(shù)字農田，實時監(jiān)測辣椒的種植面積，使相關技術人員更能直觀地了解各區(qū)域情況，在此期間工作人員遠程可以實時查看各地塊情況，并不需要進入大田內，有效節(jié)約了巡邏時間。工作人員只需要點擊GIS地圖上的地塊標識便可以實時了解該地塊辣椒的長勢情況。遙感技術應用到辣椒種植之后，與傳統(tǒng)的種植相比，大大節(jié)省了時間、人力和資金投入成本，顯著提高了辣椒種植技術水平和經(jīng)濟水平。

五、大數(shù)據(jù)在辣椒種植生產中的應用

（一）大數(shù)據(jù)的概述

隨著科學技術的快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)成為一種新興事物，它不僅是新一代的信息技術，而且是一種新的服務業(yè)態(tài)。它主要通過信息感知技術、信息傳輸技術、信息應用技術三者有效結合，以集中匯總的方式進行分析和處理海量數(shù)據(jù)，讓人們能更直觀地對事物變化的趨勢進行了解。近年，大數(shù)據(jù)在農業(yè)中的應用越來越廣泛，高艷麗詳細介紹了大數(shù)據(jù)技術在農作物選種、精細化種植、農產品質量溯源等方面的應用情況;藍機滿等人詳細介紹了大數(shù)據(jù)與農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集入庫、構建數(shù)據(jù)庫、智能控制等方面相互協(xié)助的情況。

（二）大數(shù)據(jù)在辣椒種植中的應用

大數(shù)據(jù)在基地與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、5G技術、人工智能和遙感技術有機結合的背景下，通過對辣椒種植過程中往年記錄的溫度、濕度、光照等環(huán)境參數(shù)以及種植圖片等農田信息進行挖掘，構建相關數(shù)學模型，分析影響辣椒種植過程的影響因素。在后期的種植生產中不僅能夠將辣椒每個種植環(huán)節(jié)進行精細化管理，而且能夠對辣椒各種病蟲害、自然災害進行有效預警和防治。

大數(shù)據(jù)最重要的作用是它具有決策能力和專家遠程指導系統(tǒng)，在辣椒不同的生長階段，用戶可以選擇專家有針對性地進行在線提問、上傳圖片等，提問或上傳圖片后，專家會在第一時間在線上回復用戶的問題并進行用戶指導，并且可以通過網(wǎng)絡與用戶進行面對面交流，有效解決了由于缺乏專業(yè)種植技術而造成的經(jīng)濟損失。

六、小結

綜上所述，通過物聯(lián)網(wǎng)、5 G、人工智能、遙感、大數(shù)據(jù)等技術在辣椒種植過程中有效結合，產業(yè)園實現(xiàn)了對辣椒種植生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)實時監(jiān)測、智能感知、智能調控和大數(shù)據(jù)分析，形成辣椒種植知識圖譜，使辣椒種植達到了數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡化、智能化管理，不僅促使產業(yè)園增產創(chuàng)收，而且提升了辣椒產業(yè)園的自動化、智能化和信息化水平，同時為辣椒加工、銷售等管理環(huán)節(jié)的的信息化提供參考和推廣作用。