智慧農業下西甜瓜產業技術發展與展望

王瑛皎 （上海市寶山區農業技術推廣中心 201999）

農業作為我國國民經濟的重要組成部分，在從田間到餐桌、從種植到加工、從存儲到運輸等方面都遠落后于第二、第三產業，尤其在近10年的經濟發展中，農業生產總值在國民經濟總量中的占比逐年降低，且顯露出諸多問題：（1）農業生態環境持續惡化，可耕地資源逐漸減少，且存在耕地質量退化大、耕地污染面積大、耕地有機質含量低、耕地品質等級低、基礎地力低等諸多問題。（2）生產方式落后，與農業發達國家的農業現代化水平相比相差距甚遠，尤其是機械化水平低于世界平均水準，僅為日本的1/90、美國的1/5，且農產品品質不高，缺乏國際競爭力。（3）在農產品加工過程中，由于工藝落后，導致農產品損失嚴重。（4）在農產品倉儲階段，存儲方式仍以常溫存儲或自然存儲為主，不僅不利于鮮活農產品的保存，而且增加了農產品安全風險。

近年來，云計算、大數據等新型互聯網技術的發展和國家對發展“互聯網+ ”產業的大力支持，為陷于發展瓶頸的農業指明了發展方向，即發展“互聯網+農業”模式的智慧農業[1]。一方面，“互聯網+農業”可促進農業的專業化分工，提升資源的高效配置，打破小農經濟對農業發展的制約；另一方面，互聯網技術的物聯化、智能化等手段，可為傳統農業提供更加準確的管理與全方位的信息服務。西甜瓜是上海市的區域特色農產品，皮薄堅韌、品質優良，深受消費者喜愛。為推進西甜瓜產業轉型升級，筆者通過對西甜瓜結合智慧農業發展的重要意義及相關運營模式進行闡述，并在此基礎上，對西甜瓜智慧型生產發展中存在的問題及發展趨勢進行分析和展望，以期促進西甜瓜產業的進一步發展，推動傳統農業向智慧農業轉型升級。

1 西甜瓜結合智慧農業發展的重要意義

1.1 有效管理西甜瓜全生命周期，實現全生產流程的數據共享

農業物聯網技術是智慧農業的重要組成部分，物聯網在西甜瓜生產中的主要應用是實時監測并查清西甜瓜生長過程中田塊的土壤性狀和生產環境狀況(如光照強度、空氣溫濕度、CO2濃度等)，同時使用紅外成像系統配合衛星鳥瞰和觀察西甜瓜的長勢情況，配合生物量地圖系統及時判斷西甜瓜是否缺少相關營養元素，并將數據傳給化肥供應商，直接獲得當前最適合西甜瓜生長的肥料配方，從而通過變量施肥技術動態調節西甜瓜生長過程中的水、肥等生產要素投入量[2]。另外，應用物聯網還可實現西甜瓜產品全生命周期的數據共享，使其從播種、灌溉、施肥、病蟲害防治到收獲的全生產流程一直處于智能決策狀態。

1.2 有效監測西甜瓜生產、運輸和倉儲全過程，保證西甜瓜質量安全

農產品安全問題一直是大眾關注熱點，2016年中央農村工作會議也明確指出，在當今互聯網技術時代，只有發展智慧農業，提升農產品物流倉儲水平，才能有效降低農產品價格，提升農產品質量，保證農業的可持續發展。目前，上海市民在很多超市購買到的西甜瓜均可實現全程可追溯，即以條形碼和二維碼為主要載體，對西甜瓜的生產、收購、運輸實行全程追溯，見圖1。經分析，西甜瓜全程可追溯平臺的搭建是以“三品一標”為切入點，對西甜瓜生產、運輸和倉儲過程的信息進行及時采集和實時上傳，形成獨一無二的檔案，并自動生成可查詢的二維碼，再利用4G網絡技術，將已形成的檔案信息準確地反饋給消費者，從而實現西甜瓜產品從田間、采收、加工、包裝、流通的全程可追溯數字化管理。

圖1 西甜瓜生產、加工、存儲、運輸全程追溯流程

1.3 提升管理效能，增加產品附加價值

智慧農業是充分利用移動互聯網技術、大數據、云計算、物聯網等新一代信息技術的跨界融合，是基于互聯網平臺、云平臺的現代農業新業態和新模式。因此，智慧農業利用遠程無線操控技術和遠程監管技術，可實現西甜瓜產業的智能化和信息化管理，提升管理效能，增加西甜瓜產品附加價值。

2 智慧農業下西甜瓜產業的運營模式

智慧農業運營模式是由智慧農業生產、智慧農業管理、智慧農業信息服務三大系統以及數據搜集、數據傳輸、數據分析、遠程控制、執行指令五個子系統組成。智慧農業作為現代農業發展的最高形態，是通過傳感系統進行信息搜集，利用大數據技術、云計算技術進行數據處理，進而實現農業的精準化生產、管理、自動化調節的過程[3]。西甜瓜產業結合智慧農業發展，需要將互聯網技術與移動信息技術作為一個中心系統，通過“互聯網+西甜瓜企業”“互聯網+西甜瓜產業”，依靠西甜瓜大數據、農業云計算和農業物聯網共同組成一個完整的智慧西甜瓜產業鏈條，見圖2。在實際的西甜瓜生產中，經營者可通過智慧農業系統實現遠程監控，同時通過大數據、云計算以及物聯網等互聯網技術隨時獲取西甜瓜的生長狀態信息，從而極大地提升西甜瓜的生產效率和管理水平。

圖2 智慧西甜瓜產業鏈條

2.1 西甜瓜智能生產

西甜瓜生產是整個產業鏈的核心環節，西甜瓜生產與互聯網技術的結合使西甜瓜產業運行更高效、更具活力，即可通過RS遙感技術、GPS 全球衛星定位技術、GIS 地理信息系統實現西甜瓜自動化生產。具體而言，西甜瓜生產者可通過RS技術對西甜瓜實行遠程操作，通過各種感應系統得出西甜瓜的生長狀態，再根據GPS、GIS系統，確定西甜瓜的具體位置和地理環境，從而做出對西甜瓜生長最優的抉擇。

2.2 西甜瓜智慧管理

利用互聯網信息技術可實現對西甜瓜種植的智能化管理和運營，且管理能貫穿整個西甜瓜產業鏈，包括西甜瓜災害監測平臺和西甜瓜產品B2B交易平臺等。西甜瓜災害監測平臺可為西甜瓜種植人員提供精準的氣象服務和災害預報，是西甜瓜安全生產的根本保障，且該平臺的智能監測系統還能對西甜瓜種植環境進行24 h監測，周圍環境一旦發生改變，系統將通過移動通訊直接反饋給種植人員，以便其及時做出應對。西甜瓜產品B2B交易平臺是幫助買賣雙方完成西甜瓜產銷對接的重要平臺，該平臺旨在利用移動互聯網技術，通過移動客戶端APP完成線上與線下的服務交易對接，根據供需雙方的不同要求，提供定制化服務，且在該交易平臺上，供貨方可隨時發布西甜瓜產品產量、品質和價格信息，需求方也可隨時查詢信息、詢價，平臺通過云計算技術對接符合要求和條件的供需雙方，從而形成一個完整的交易。

2.3 西甜瓜智慧信息服務系統

西甜瓜智慧信息服務系統是利用物聯網、云計算等先進信息技術對西甜瓜數據進行采集、加工與傳輸的過程，該系統既是實現信息化種植的過程，也是將信息轉換成生產力的過程。西甜瓜信息服務系統的主要內容涵蓋西甜瓜市場、西甜瓜科技、西甜瓜金融等信息，能幫助農民及時把握西甜瓜產品市場價格，準確高效地定位市場。西甜瓜信息服務系統以先進的3S技術和空間數據庫為基礎，以數據為核心，具有準確、高效、全面等特點。

由圖3可知，西甜瓜信息采集主要是通過遙感信息采集、GPS信息采集、人工報送等方式，采集的數據包括大量實時影像數據、監控數據、地理信息數據等，系統根據數據來源不同按照邏輯關系又將數據劃分為空間數據、決策數據和管理數據；西甜瓜信息監測系統是對收集到的數據進行云計算處理和統計分析，使種植人員可清晰地了解當前西甜瓜的生長狀況，從而為以后的種植策略提供依據；西甜瓜管理分析決策系統是在監測結果的基礎上對數據進行進一步分析（包括災害預測、土質和水質預測、氣候評估等），并在災害發生之后為種植人員提供應急方案；精準西甜瓜示范系統是將前面系統的分析直接應用，對西甜瓜的差異性進行定量和定性分析，為西甜瓜生長過程中出現的各種問題提供解決方案。

圖3 西甜瓜智慧信息服務系統

3 西甜瓜智慧型生產發展中存在的問題

3.1 資金匱乏，西甜瓜產業現代化發展缺乏規劃

智慧農業必須充分依托大數據收集傳輸系統、終端遠程控制系統和控制指令系統等多種現代化技術裝備，才能實現對農業生產的實時監控、智能感知和精準化管理，而西甜瓜生產的相關技術設備（如智能檢測設備），進口價格較高，難以在上海地區西甜瓜小面積種植戶中推廣應用。同時，由于我國智慧農業發展起步較晚，且上海地區西甜瓜種植面積逐年減少，導致上海地區發展西甜瓜智慧農業的基礎條件較差。另外，西甜瓜作為智慧農業中的較小部分，其產業發展缺乏整體規劃，具體表現為：基地建設和資金籌集缺乏有效銜接，應用技術沒有形成規模化體系進行推廣，項目落實和產業融合存在脫節現象，西甜瓜智慧型生產只處于生產的信息化和智慧化層面上，對西甜瓜產品的數字物流配送和物聯網應用的運行機制還缺乏整體性戰略規劃；更重要的是，西甜瓜產業的信息化和物聯網的智慧化聯系并未完全建立，可持續性和智慧化程度不高。

3.2 西甜瓜產業科學技術與信息化建設不足

智慧農業所依托的信息采集處理系統和遠程監控系統是以科學技術為基礎，對提高農業生產效率、優化升級農業生產方式具有重要意義。但當前我國對西甜瓜產業信息采集處理系統的科研投入明顯不足，且農業科技成果轉化率總體偏低，不僅智能感知系統靈敏度不高，且終端遠程控制系統和執行控制指令系統的精確性也有待提高。同時，西甜瓜生產基地缺乏對西甜瓜生產技師的實地指導，導致西甜瓜生產中的科技貢獻率較西方發達國家偏低。另外，由于農民自身素質限制、政府對農村地區信息化建設投入不足以及網絡運營商出于成本收益考慮在農村進行信息化基礎設施建設的意愿不強等原因，我國農村地區信息化建設和發展存在明顯不足，信息入戶率、網絡覆蓋率、計算機普及程度遠遠低于城市地區。這些都制約了西甜瓜產業智慧型生產發展。

3.3 土地規模化經營進程緩慢，西甜瓜產業化水平較低

土地是西甜瓜生產的基本要素，土地資源的合理流轉和規模化經營是實現西甜瓜產業智慧型生產和發展的前提和基礎，而由于我國廣大農村地區養老、醫療等社會保障體系不健全，大多數農民依然將土地視作基本生活和養老的保障，加之農民在土地流轉談判中處于劣勢地位，土地流轉價格往往低于市場價格，嚴重損害了農民的切身利益。因此，農民進行土地流轉的意愿不高。同時，由于土地流轉信息平臺建設滯后，我國農村土地流轉的速度偏低和規模總體偏小，嚴重制約了智慧農業的長足發展。另外，由于我國多數農戶無力進行土地規模化經營和購買先進的農業生產機具，加之部分地區土地資源呈零星分散分布，小規模的農業生產占據主導地位，導致我國農業產業化經營水平較低。由于土地規模化經營進程緩慢，加上農產品科技含量較低，缺乏市場競爭力，嚴重影響了西甜瓜結合智慧農業的推廣應用[4]。

4 西甜瓜產業智慧化發展的趨勢

4.1 統一規劃，完善農村網絡基礎設施建設

未來5～10年，伴隨著移動互聯網技術的不斷成熟發展，電信的普惠便捷服務，質優價廉、簡單易用的農村移動終端的普及，移動互聯網將成為農村網絡基礎設施的主流。統一規劃，完善農村網絡基礎設施建設，不僅能為打造現代智慧鄉村提供重要支撐，還能帶動西甜瓜產業智慧化發展。

4.2 加快生物信息學、人工智能、無人機植保等新技術在西甜瓜生產中的運用

隨著高通量植物表型測量技術、人工智能和傳感器等技術的快速發展，信息技術與基因組學、生物信息學、大數據、控制技術等將進一步融合，例如，可利用農業遙感、數據建模、組學分析等新技術，對西甜瓜基因型—環境—表型關系進行深入解析，為揭示西甜瓜表型形成規律、基因和環境調控機制、構建高效精準分子設計育種體系提供支撐，從而保障西甜瓜產品的安全有效供給。同時，將農業智能機器人、小型便攜式智能農機、智能語音識別系統等一系列具有自主知識產權的裝備和產品廣泛應用到西甜瓜全產業鏈中，能大大提高勞動生產率和資源利用率。此外，通過無人機植保將控制、導航、通信等技術進行高效集成，形成自動化作業技術體系，能實現西甜瓜生產中無人機植保的全程智能化作業和智能化管理，不僅可極大地節省勞動力，還可更好地保護農田生態環境。

4.3 利用大數據為西甜瓜產業發展提供集約化、個性化、精準化的信息服務

西甜瓜產業中的大數據應用，將不斷地向深度和廣度延伸，例如，可利用大數據的技術挖掘體系和機器學習、自然語言處理等智能化信息處理工具，自動發現、挖掘、預測用戶的興趣或偏好，能實現個性化信息內容的關聯與推薦。同時，大數據應用能根據西甜瓜產業各環節主體（種植、養殖、農業企業、產品流通經銷商等）和各主體所處的基本情景（所處的地理位置、從事農業活動的季節等），向各主體推送符合其需求的精準服務信息。