智慧农业管理系统组成与发展

智慧农业管理系统组成与发展
牟雪雷
(黑龙江省农业机械工程科学研究院,哈尔滨150081)
摘㊀要:智慧农业通过农业生产领域智能化㊁生产领域差异性和农业服务领域全方位信息化服务,推动农业生产智能化升级,实现农业生产精细化㊁智能化和高效化,对于提升农业竞争力和农业绿色可持续发展具有重要意义㊂目前,我国智慧农业发展已经取得了较大进步与发展,但是仍然存在较多问题㊂通过系统分析智慧农业管理系统的核心技术与模式,提出我国智慧农业未来发展趋势与研究重点㊂研究结果以期为提升我国智慧农业发展提供技术参考与借鉴㊂
关键词:智慧农业;模式;核心技术;发展趋势中图分类号:S126㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A
doi :10.14031/ki.njwx.2024.01.022
Composition and Development of Smart Agriculture Management System MU Xuelei
(Heilongjiang Academy of Agricultural Machinery Sciences,Harbin 150081,China)
Abstract :Smart agriculture is of great significance for enhancing agricultural competitiveness and green and sustainable development of agriculture through the intelligent agricultural production sector,the differentiation of the production field and the all -round information service of the agricultural service sector,promoting the intelligent upgrading of agricultur-al production and realizing the refinement,intelligence and efficiency of agricultural production.At present,the devel-
opment of smart agriculture in China has made great progress and development,but there are still many problems.By systematically analyzing the core technology and mode of smart agriculture management system,the current problems in
China's smart agriculture production are proposed,and the future development trend and research focus of China's smart agriculture are proposed.The results of this study are intended to provide technical reference for improving the develop-ment of smart agriculture in China.
Keywords :smart agriculture;mode;core technology;trends
基金项目:黑龙江省专利发展资金项目(202109);黑龙江省
农业科学院院级科研项目(2020FJZX043)
作者简介:牟雪雷(1984 ),女,辽宁大连人,本科,高级工程
师,研究方向为农业机械及相关知识产权研究㊂
0㊀引言
智慧农业是指利用物联网等信息技术对传统农业进行改革,主要以智能化技术控制农业物联网技术和农业生产,通过传感器技术㊁信息技术实现农业生产过程中信息的全面感知和传输[1]㊂如通过自动采集农作物生产特征和生产环境,基于智能控制技术根据作物生产情况对农作物生长环境进行动态调节,保证农业生态环境更加适合作物生长[2]㊂
智慧农业的核心技术主要包括云计算技术㊁大
数据技术㊁传感器技术等,并将其应用到农业生产的各个环节[3],实现农业生产过程中的智能化决策㊁社会化服务㊁精细化管理,对于改善农业生产环境㊁提升农业生产效率和改变农业生产方式具有重要意义㊂
针对以上问题,本研究系统论述了国内外智慧农业典型发展模式与技术,提出我国智慧农业发展中存在的问题与未来发展前景㊂研究结果旨在为全面提升我国农业发展和现代化农业转型提供技术参考与依据㊂
1㊀智慧农业
1.1㊀定义
智慧农业是指充分利用现代信息技术,集成计算机网络技术㊁物联网技术㊁人工智能技术和无线通信技术等,在农业生产中实现远程诊断㊁专家决策和灾难预警等功能,为农业生产提供一种可视化管理和智能化决策的发展模式[4]㊂智慧农业在实现农业生产管理智能化的同时,还包括农业电子商务㊁食品溯源㊁农业休闲旅游和农业信息服务等,将各项技术从农业生产延伸到农业管理㊁营销等各个环节㊂
1.2㊀发展特征1.
2.1㊀基本特征
与传统农业相比,智慧农业是现代农业的发展和继承,其基本特征是高效化㊁集约化㊁信息化㊂
1.2.2㊀产业特征
智慧农业是将现代技术与专家经验相互融合而成的农业发展新形态,最大限度地将人类智慧转变为先进生产力,利用信息化技术和知识驱动农业经济增长㊂
1.3㊀主要内容
智慧农业按照应用领域不同分为智慧科技㊁智慧生产㊁智慧组织㊁智慧管理4个内容[5]㊂
1.3.1㊀智慧科技
农业科技是解决三农问题的重要技术,农业只有依靠科技才能进步,进而改善农民劳动环境㊂智慧科技是在农业科技的基础上实现农业现代化发展,实现农业生产新模式㊂
1.3.2㊀智慧生产
农业生产是整个农业系统的核心,主要包括生物㊁技术㊁环境和经济4个生产要素,智慧农业可以在农业生产过程中探寻生产规律,在此基础上建立农业生产系统,减少农业资源浪费与环境污染㊂1.3.3㊀智慧组织
智慧组织是指在农业生产过程中实现布局区域化㊁管理企业化㊁生产专业化㊁服务社会化和经营一体化农业生产模式,将散户农业生产组织转变为适应现代市场发展需求的现代农业生产模式㊂1.3.4㊀智慧管理
智慧管理主要是通过了解相关资源配置,感知农业环境变化,加强对农业生产的监管㊁开发,利用现代科学技术,如田间各类传感器的应用,及时帮助农户获取农业生产信息,通过控制系统对信息进行整理与分析,为农户做出合理的决策㊂
2㊀国外智慧农业发展模式与特征
2.1㊀美国
美国智慧农业最突出的特征是农业信息化服务体系,主要以政府为主体,构建一定规模的农业信息数据中心,全面采集区域内农业数据资源,为各个部门㊁农户提供生产管理决策基础信息[6],其基本构成如图1所示㊂
2.2㊀英国
英国以精准农业发展为主要生产模式,其核心技术包括全球定位系统㊁地理信息系统㊁空间技术㊁遥感系统㊁专家决策系统等各类信息技术的集成与应用,涉及精准播种㊁精准施肥㊁精准灌溉㊁精准收获等农业生产全过程㊂
1)精准播种㊂将精准种子工程与精准播种技术有机结合,使精准播种机播种均匀㊁精量播种㊁
播
图1㊀美国农业信息服务体系基本构成
深一致㊂精准播种技术既可以节约大量优质种子,又可使作物在田间获得最佳分布,从而为作物生长和发育创造最佳环境,有效提高作物对营养和太阳能的吸收率㊂
2)精准施肥㊂根据不同地区㊁不同土壤类型㊁土壤中各种养分的盈亏情况㊁作物类别和产量水平,将氮㊁磷㊁钾和多种可促进作物生长的微量元素与有机肥加以科学配比,从而做到有针对性地科学施肥,既可以减少因过量施肥造成的环境污染和农产品质量下降情况,又可以降低成本㊂
3)精准灌溉㊂根据不同作物㊁不同生育期间土壤墒情和作物需水量,实施精量灌溉,极大节约了水资源,提高了水资源利用率㊂
4)精准收获㊂利用精准收获系统做到颗粒归仓,同时还可根据一定标准准确分级㊂
2.3㊀日本
日本耕地面积较小,农业资源有限,而且日本老龄化问题不断加剧,农业生产人口不断减少,日本农业生产人员平均年龄达到64岁,在这种情况下,利用互联网技术发展智慧农业是实现农业可持续发展的必经之路㊂
1)重视农村信息化的市场规则及发展政策的制定㊂日本政府根据农业生产生活的市场运营规则,建立了若干个专门咨询委员会,制定了一系列的制度性㊁运行性规则,约束市场各方的行为规范,并根据实际需要制定发展政策,促进市场有序运行㊂2)重视农业基础设施建设㊂日本历届政府都十分重视农村的通信㊁广播㊁电视的发展㊂目前,日本农林水产省正在制订一项名为 21世纪农林水产领域信息化战略 的计划,其基本思路是大力建设农村的信息通信基础设施,如铺设光缆等,以建立发达的通信网络㊂
3㊀我国智慧农业发展现状
我国高度重视现代农业发展,先后出台多个政策支持各个地区智慧农业的发展㊂目前,我国已经建立了200个国家级现代农业示范区域,对物联网技术㊁传感器技术等现代信息技术进行试运行,全面推进农业资源管理㊁农情灾害预警和无人机监测等信息化试验示范工作,逐渐完善智慧农业运营机制与模式㊂
4㊀智慧农业核心技术
4.1㊀物联网技术
物联网技术是以联网为代表的信息技术集成,主要包括无线传感器技术㊁远程控制技术㊁无线通信技术等[7]㊂
4.1.1㊀无线传感器技术
智慧农业生产中主要是以无线传感器技术对农业生产中的各项环境参数,如温度㊁湿度㊁气体浓度等环境参数,通过自动化㊁远程监控技术等检测作物生长环境,并将采集的信息进行汇总与分析㊂4.1.2㊀远程控制技术
远程控制技术主要是通过远程监控参数,与标准值动态调整农业生产条件,及时对环境参数进行智能化调控㊂
4.1.3㊀无线通信技术
智慧农业生产中利用无线通信技术建立农业无线传感器信息系统,充分对农业生产过程中的各项指标和信息参数进行分析,促进农业生产管理向精细化和科学化方向发展㊂
4.1.4㊀射频识别技术
智慧农业生产中采用射频识别技术可以建立农产品溯源系统,可追溯农产品生产的每个环节,提高农业生产安全与农产品技术含量㊂
4.2㊀大数据技术
大数据技术主要是采用数理统计方法,通过对采集数据进行精细分析㊁聚类和特征提取,找出有价值的数据资源,从复杂数据中分析其内在规律与本质关系,得出有价值的决策信息与结论㊂1)大数据技术可以通过提取某个区域农业生产的历史灾害数据㊁土壤环境信息和农产品市场需求变化信息等,采用统计学方法,为智慧农业生产与决策提供参考和依据㊂
2)对农业生产数据,如水资源数据㊁土壤环境数据㊁气候环境数据等,基于深度学习和回归预测等方法,科学规划农业生产条件与可行性分析㊂3)通过农业远程监控技术㊁自动化技术等实时采集数据,分析农业生产过程中存在的问题,为农业生产和农产品深加工提供决策依据㊂
4.3㊀ 5S 技术
在智慧农业发展中,利用 5S 技术可以快速分析农业生产中土壤环境㊁作物长势和气候条件,进而做出正确的决策㊂ 5S 技术类型和应用特点如表1所示㊂
表1㊀ 5S 技术类型和应用特点
技术类型应用特点
遥感技术(Remote Sesing,RS)遥感技术基于高分辨率传感器,全面检测农业生产过程中的各项信息,为农作物生产管理提供田间时空变化信息
地理信息系统(Geographic Information Sys-
tem,GIS)用于农田土壤管理㊁自然条件㊁生产条件㊁作物墒情和病虫害发展趋势的
分析
全球定位系统(Global Positioning System, GPS)GPS是一种高精度㊁全天候㊁全球性的无线电导航定位㊁定时系统,在农业生产中主要用于精确定位㊁田间导航和地形勘测
数字摄影测量系统(Digital Photogrammetry
System,DPS)基于计算机技术㊁数字影像处理技术等,对田间提取图像等进行分析
专家系统(Expert System,ES)ES系统是指与人类专家系统具有同等分析问题能力的智能程序系统,以此解决需要人类专家决策的复杂问题,提出合理的决策方案
4.4㊀云计算技术
云计算技术可以执行数据收集㊁分析等指令,按照一定的运算法则与方式进行数据储存㊁共享和调用,基层管理部门等可以实时进行农业生产数据
监督,为农业管理提供参考㊂
5㊀我国智慧农业发展趋势与策略
根据目前我国智慧农业发展现状,提出未来我国智慧农业发展趋势与要点㊂
5.1㊀培育创新主题
研究制订农业创新型企业评价标准,培育一批研发投入大㊁技术水平高㊁综合效益好的农业创新型企业㊁以 星创天地 为载体,推进大众创业㊁万众创新,鼓励新型职业农民,如大学生㊁返乡农民工㊁留学归国人员㊁科技特派员等组成农业创业创新的生力军㊂支持家庭农场㊁农民合作社等新型农业经营主体的创业创新㊂
5.2㊀做强主导产业
按照一区一主导产业的定位,加大高新技术研发和推广应用力度,着力提升主导产业技术创新水平,打造具有竞争优势的农业高新技术产业集群㊂加强特色优势产业关键共性技术攻坚,着力培育现代农业发展和经济增长的新业态㊁新模式,增强示范区创新能力和发展后劲㊂强化 农业科技创新+产业集群 的发展路径,提高农业产业竞争力,推动其向产业链中高端延伸㊂
5.3㊀集聚科教资源
推进 政产学研用创 的紧密结合,完善各类研发机构㊁测试检测中心㊁新农村发展研究院㊁现代农业产业科技创新中心等创新服务平台,引导高等学校㊁科研院所的科技资源和人才,向示范区集聚㊂健全新型农业科技服务体系,创新农技推广服务方式,探索研发与应用无缝对接的有效办法,支持科技成果在示范区内的转化㊁应用和示范㊂
5.4㊀培育职业农民
加大培训投入㊁整合培训资源㊁增强培训能力㊁创新培训机制,建设具有区域特点的农民培训基地,提升农民职业技能,优化农业从业者结构㊂鼓励院校㊁企业和社会力量开展专业化教育,培养更多爱农业㊁懂技术㊁善经营的新型职业农民㊂5.5㊀促进融合共享
推进农村一㊁二㊁三产业融合发展,加快转变农业发展方式积极探素农民分享二㊁三产业增值收益的机制,激励农民增收致富,增强农民的获得感㊂推动城乡融合发展,推进区域协同创新,逐步缩小城乡差距,打造新型 科技+产业+生活 社区,建设美丽乡村推动绿色发展㊂坚持绿色发展理念,发展循环生态农业,推进农业资源高效利用,打造水体洁净㊁空气清新㊁土壤安全的绿色环境㊂加大生态环境保护力度,提高垃圾和污水处理率,正确处理农业绿色发展和生态环境保护㊁粮食安全㊁农民增收的关系,实现生产㊁生活㊁生态的有机统一㊂5.6㊀强化信息服务
促进信息技术与农业农村全面深度融合,发展智慧农业,建立健全智能化㊁网络化的农业生产经营体系,提高农业生产全过程的信息管理服务能力㊂加快建立健全适应农产品电商发展的标准体系,支持农产品电商平台建设,推进农业农村信息化建设㊂
5.7㊀加强国际合作
结合 一带一路建设和农业 走出去 ,统筹运用国外㊁国内两个市场㊁两种资源,提升示范区国际化水平㊂加强国际学术交流和技术培训,国家引进的农业先进技术㊁先进模式优先在示范区转移示范㊂依托示范区合作交流平台,推动装备㊁技术标准,服务 走出去 ,提高我国农业产业的国际竟争力㊂
6㊀结论
改革开放以来,我国农业生产取得了巨大进步与发展,我国粮食产量不断提高,农业生产效率逐渐提升㊂近年来,随着云计算技术㊁大数据技术㊁人工智能技术等发展,我国农业生产大力发展智能设备㊁物联网等先进技术构建我国智慧农业发展模式,实现农业精细化作业,对于保障我国粮食安全,提升我国农业竞争力和农业可持续发展具有重要意义㊂本研究系统论述了国内外智慧农业发展现状,提出未来我国智慧农业的发展方向于实施策略㊂研究结果对于全面提高我国农业经济发展,实现农业赶超战略提供技术参考㊂
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