摘 要：聚焦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域融合發(fā)展態(tài)勢，首先闡述了智慧農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵與外延，并指明了智慧農(nóng)業(yè)實(shí)施的3個(gè)典型路徑。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能與云計(jì)算等信息技術(shù)構(gòu)建了一種符合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并在我國最大的智慧農(nóng)業(yè)項(xiàng)目中進(jìn)行了部署應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了水肥一體化灌溉管控、農(nóng)作物生長環(huán)境全參數(shù)實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)控目標(biāo)，解決了大水漫灌、施肥過量、農(nóng)作物狀態(tài)監(jiān)測缺失等一系列問題。應(yīng)用結(jié)果表明，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了強(qiáng)力支撐，有利于推動我國智慧農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智慧農(nóng)業(yè)；物聯(lián)網(wǎng)；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；水肥一體化；大數(shù)據(jù)；人工智能；智能分析

中圖分類號：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）11-0-03

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)平臺等系統(tǒng)工程，有效推動了我國智慧農(nóng)業(yè)的高質(zhì)量快速發(fā)展[1]。智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，將有利于推動我國農(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)一步推動農(nóng)業(yè)安全水平和產(chǎn)品質(zhì)量提升[2]。

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)種植情況相對較多，機(jī)械化種植實(shí)現(xiàn)難度大；其次，農(nóng)作物生長環(huán)境監(jiān)測的信息化程度較低，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)[3]。狹義與廣義的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

對比分析可知，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[4-7]。

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、遠(yuǎn)程自動灌溉、自動施肥、自動卷膜與補(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)合射頻識別、圖像識別、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、產(chǎn)量分析、能耗分析、未來種植產(chǎn)品預(yù)測和規(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；結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘算法、市場走勢曲線分析算法、統(tǒng)計(jì)預(yù)測算法等，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品銷售區(qū)域策劃、銷量預(yù)測、物流智能化規(guī)劃、產(chǎn)品溯源跟蹤、產(chǎn)品價(jià)格走勢分析等功能。

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[8-10]，在中國航天科工集團(tuán)有限公司“一云五網(wǎng)N平臺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。

4 典型案例分析

結(jié)合圖2的技術(shù)架構(gòu)，針對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)平臺技術(shù)，在農(nóng)業(yè)現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)了水肥一體化灌溉管控、農(nóng)作物生長環(huán)境全參數(shù)實(shí)時(shí)動態(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、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)建了智能倉儲物流服務(wù)管理模塊、云端電商平臺、移動端銷售運(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)用平臺界面如圖3所示。

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。

未來，在政府引導(dǎo)、市場牽引、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。

參考文獻(xiàn)

[1]易運(yùn)池.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2022（12）：74-76.

[2]孫樹莉.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建與發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2022（15）：142-151.

[3]田小東，崔興佳，韋運(yùn)玲，等.數(shù)字化和人工智能助推智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展路徑研究[J].通信與信息技術(shù)，2022（z1）：9-11.

[4]張向豐.基于物聯(lián)網(wǎng)視角農(nóng)業(yè)環(huán)境大數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2023，13（3）：147-149.

[5]賈珺，李靜宇，董芳娟.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討[J].智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)刊，2023，3（13）：9-12.

[6]曲希源.面向智慧農(nóng)業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與傳輸終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2023，13（8）：49-50.

[7]李悅銘，張鑫遠(yuǎn)，尚欣，等.智慧農(nóng)業(yè)視域下面向甘蔗生長環(huán)境的監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)刊，2023，3（18）：1-4.

[8]孫戰(zhàn)勝，王行，李玄浩，等.農(nóng)業(yè)裝備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺應(yīng)用場景探索[J].農(nóng)機(jī)市場，2023（7）：32-34.

[9]龐戈，張靜，陳挺，等.基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的智能工廠輔助制造企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型[J].軟件，2024，45（6）：70-78.

[10]李君，邱君降，竇克勤，等.基于成熟度視角的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺評價(jià)研究[J].科技管理研究，2019，39（2）：43-47.

作者簡介：楊會甲（1984—），男，博士，高級工程師，研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)、智慧業(yè)務(wù)以及智能制造等。

王亞平（1980—），女，工程師，研究方向?yàn)橹悄茉O(shè)計(jì)、人機(jī)交互設(shè)計(jì)等。

張亞軍（1983—），男，碩士，高級工程師，研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)、智慧水務(wù)以及智慧農(nóng)業(yè)等。

收稿日期：2023-11-29 修回日期：2023-12-26

基金項(xiàng)目：陜西省科技廳重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)鏈提升計(jì)劃（2020zdzx03-04-02）