河南農業(yè)大學信息與管理科學學院 郭龍飛

河南省農業(yè)農村廳 劉志華

隨著物聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術的發(fā)展，英國、美國、以色列、荷蘭、德國、日本等發(fā)達國家陸續(xù)開始構建無人大田農場、無人豬場、無人漁場。2019 年，我國山東省、福建省、北京市等地也開始了無人大田農場、無人豬場的探索，無人農場作為未來農業(yè)的一種新模式已經開啟。中國工程院院士羅錫文指出，無人農場是新一代信息技術、智能裝備技術與先進種養(yǎng)殖工藝深度融合的產物，是對農業(yè)勞動力的徹底解放，代表著農業(yè)生產力的最先進水平。全天候、全過程、全空間的無人化作業(yè)是無人農場的基本特征。

大國小農是我國的基本國情和農情，小農戶將長期存在是基本事實，努力探索將小農戶與現代農業(yè)進行有機銜接的實現路徑是當下的重要課題。本文所研究的無人農場主要是基于小農戶發(fā)展特點所設計實現的遠程控制或無人值守兩個階段的無人農場，基于農業(yè)全產業(yè)鏈無人工或者少人工參與運行，開展無人農場運行體系設計，在產前耕種作業(yè)、產中田間管理、產后銷售配送等環(huán)節(jié)設計整體信息化解決方案，為小農戶提高生產經營效率提供借鑒。

一、農業(yè)全產業(yè)鏈的信息化需求

（一）產前信息化需求

根據農業(yè)生產特征，農業(yè)產前信息化需求可以概括為生產者對市場預測、生產技能和生產資料的信息化需求。信息化需求包括在線獲取國內外農產品市場行情、在線訂購農業(yè)生產資料減少中間差價、在線獲取農業(yè)生產技術等。

（二）產中信息化需求

農業(yè)產中主要包括農業(yè)技術操作、農作物田間管理、病蟲害防治、生產環(huán)境監(jiān)控等環(huán)節(jié)。信息化需求包括農業(yè)專家遠程診斷、物聯網監(jiān)測管理、無線通信傳輸、人工智能等。

（三）產后信息化需求

農業(yè)產后主要包括農產品的加工、儲存、流通、銷售和質量追溯等環(huán)節(jié)。信息化需求包括高效率加工、高質量儲存、流通全程監(jiān)管、產銷精準對接、供需信息精準匹配、質量信息可溯源等。

二、無人農場產前運行系統設計

圍繞農戶的政策查詢、生產指導、便民服務、在線培訓、農業(yè)生產資料推薦等服務需求提供一體化的信息服務集成平臺。

（一）農業(yè)數據資源庫

建立農業(yè)專家數據庫，采集并提供農業(yè)領域各類學科的科研帶頭人與科研專家的主要研究領域、研究成果、聯系方式、專家照片等專家基本信息。建立農業(yè)實用技術庫，包括種植技術、養(yǎng)殖技術、加工技術、存儲技術、銷售技術等農業(yè)產業(yè)鏈過程中涵蓋的主要實用技術，主要以期刊文章、書籍、課題研究報告、講座等形式呈現。建立農業(yè)投入品或生產資料數據庫，對現有的相關數據進行整合，通過建立相應的數學模型，更加快速準確地對數據進行分類、調取、顯示，為全面掌握全市的農業(yè)生產資料生產、加工、運輸、銷售、使用等信息提供數據支撐。建立農業(yè)病蟲害數據庫，發(fā)布病蟲草害預防措施，可根據病蟲害類別、癥狀、發(fā)病部位、防治措施、防治種類進行在線查詢。

（二）農業(yè)經營主體應用服務系統

以電子信息技術為手段，以網絡為平臺，以知識管理為核心，有效整合各類社會資源，構架基于VIP客戶端及手機客戶端方式的，服務于農業(yè)經營主體的網絡工作平臺，提供政策法規(guī)信息、信息化建設、管理咨詢、培訓教育、品牌推廣、金融服務、購買服務、銷售服務、項目合作服務等信息資源和業(yè)務服務。

三、無人農場產中運行系統設計

（一）農業(yè)物聯網系統

利用物聯網技術，采用高精度土壤溫濕度傳感器和智能氣象站，遠程在線采集土壤墑情、氣象信息，實現墑情、旱情、自動預報、灌溉用水量智能決策、遠程自動控制灌溉設備，實現對無人農場的智能化生產。一是農田環(huán)境信息采集。通過各種傳感器采集農田環(huán)境信息包括土壤溫度、土壤含水量、空氣溫濕度、風速風向、降雨量、太陽輻射強度等。二是農田環(huán)境信息分析處理。對采集到的信息進行綜合分析處理，結合作物種類、生長階段等信息，給出種植建議。三是農情信息發(fā)布。通過手機向農戶發(fā)布農田土壤墑情信息、氣象信息，以指導農戶科學生產、節(jié)水灌溉、增產增效。四是遠程灌溉控制。通過無線通信方式，遠程控制機井開閉，以實現對不同區(qū)域進行遠程灌溉控制。同時，可以進行定時灌溉，通過與數據分析系統關聯，實現自動灌溉。

（二）測土配方施肥地理信息系統

1.建立測土配方施肥數據庫。建立測土配方施肥專家系統屬性數據庫，建立規(guī)范化和標準化的測土配方施肥屬性數據庫，建立測土配方施肥空間數據庫，利用土壤圖、土壤利用現狀圖、行政區(qū)劃圖、土壤養(yǎng)分圖、采樣點位圖、農田水利分區(qū)圖、地貌類型分區(qū)圖和土壤測試值，制作項目區(qū)耕地土壤養(yǎng)分圖和作物測土配方施肥分區(qū)圖。

2.數據查詢模塊設計。實現計算機前臺對后臺數據庫的查詢、統計、管理工作。農戶通過電腦或者智能手機即可查詢測土配方施肥建議。

3.施肥管理模塊設計。提供各區(qū)域不同輪作下最佳的養(yǎng)分及肥料品種、施用量、施肥期、施肥方法以及土壤肥料專家的決策建議，并根據專家系統給出施肥決策，實現為農戶打印地塊施肥卡的目標功能。

（三）農業(yè)生產監(jiān)測及病蟲害測報系統

系統可以提供蟲情測報，設置多個重要節(jié)點，在每個節(jié)點布置若干個物聯網自動監(jiān)測設備，通過設備自動收集到有害生物信息，利用無線網絡傳輸到數據中心，得出某塊區(qū)域的有害生物種類、數量，再和氣象信息匯總，從而得到更加完善的園區(qū)有害生物種類數量。利用系統可以解決一系列問題，如某個氣象條件下適合哪種有害生物生長繁殖，以及某種有害生物單位面積內的數量是否超過額定數量，是否有暴發(fā)疫情的可能,如果暴發(fā)，傳播方向會是哪里等。

四、無人農場產后運行系統設計

為無人農場提供全方位農業(yè)經營服務的信息化平臺，提供農產品質量安全追溯、交易撮合，生產基地和產品實景展示，電商銷售渠道推送等信息服務。

（一）無人農場電商分類分析系統

建立無人農場電商分類分析推送系統，對全網農產品銷售渠道實現智能抓取、分類和分析，形成多址鏈接、信息索引、關鍵分析的功能架構，以及“先分類、后分析”的農產品電商銷售輔助決策、服務的信息化平臺。一是農業(yè)電商信息自動采集和查詢，采用Nutch等網絡抓取技術，通過批量定義抓取目標（京東、天貓、拼多多、抖音等），自動抓取銷售農產品的電商經營的主體信息，提供多條件分類檢索功能、電商分類排序功能，對相關數據進行分類聚類統計分析、圖表化展示，為銷售提供輔助決策。二是農業(yè)電商信息分析，統計分析各農業(yè)電商分類產品的網上銷售量、營銷額等，能夠對不同品類農產品的網上經營管理情況進行分析，利用圖表化工具展示分析結果，為無人農場的智能經營提供支撐。

（二）農產品質量安全監(jiān)管和二維碼溯源查詢系統

農產品質量安全監(jiān)管與追溯系統以無人農場生產檔案數據為基礎，對種植農產品的生產環(huán)境、生產活動、包裝、加工處理、儲存、運輸以及銷售各個環(huán)節(jié)，采用條碼技術，對生產基地、品種進行統一編碼，實施電子化管理，消費者買到帶有標簽的產品，通過電話、上網、手機短信、條碼掃描槍等方式，只需輸入產品追溯碼即可了解產品的產銷履歷信息。

五、全產業(yè)鏈無人農場云平臺

應用云計算、大數據技術，建設全產業(yè)鏈無人農場綜合服務云平臺，形成無人農場統一的數據交換和工作支撐信息平臺，為無人農場提供“神經中樞”。

（一）部署無人農場作業(yè)統一支撐引擎

在無人農場生產、經營、管理、服務等全領域搭建數據交換和協同工作信息平臺，開展數據監(jiān)控、數據采集、數據存儲、數據應用，實現無人農場智能化運行。

（二）研發(fā)無人農場統一數據接口

建立工作協作服務、監(jiān)管協作服務、信息協作服務模塊，確保生產經營各環(huán)節(jié)作業(yè)能夠遠程智能開展，實現各環(huán)節(jié)作業(yè)協同，包括產前信息化應用數據及功能共享接口，產中信息化應用數據及功能共享接口，產后信息化應用數據及功能共享接口。

在我國現階段經濟和農業(yè)發(fā)展條件下，開展無人農場應用實踐已經成為現實，但是我國人多地少的現實國情決定了無人農場的應用水平將在一段時期內保持在信息化和高效化的層次，完全無人工的高度智能化無人農場在現階段還不能大面積普及和應用。因此，現階段開展無人農場建設探索和應用，主要面向廣大小農戶，將現代信息技術融合到農業(yè)生產的全產鏈中進行整體設計，以提高生產經營的整體效率彌補高度無人化作業(yè)降低的成本，實現與發(fā)達國家無人農場建設基本等同的成效。