5G通信技術助力智慧農業的深度發展

（武漢輕工大學 經濟與管理學院，湖北 武漢 430023）

農業一直以來都受到國家和地方的高度重視。我國農業種植和收割雖然實現了很大的技術進步，但農業生產管理的精準化和智能化上還有很長的路要走。如今，無線通信網絡技術正在經歷從4G到5G的跨越性轉變，第五代無線通信網絡技術無論在傳播速度、傳播質量還是在傳播容量，以及傳播范圍等方面都有跨越式進步。5G通信技術如何助力智慧農業在生產管理上的深度發展？本文認為，5G通信技術可通過云平臺為精準管理提供大數據支撐、保障農業物聯網穩定運行、農業生產和管理無人化來為農業提供支撐和保障。

1 5G通信技術簡述

第五代移動通信技術（5th-Generation），簡稱5G，是最新一代蜂窩通信技術。相較于3G、4G，5G的主要優勢在于數據傳輸速率遠遠高于以往的蜂窩網絡，最高可達10Gbit/s，這比4GLTE蜂窩網絡快100倍，是名副其實的“大寬帶”(eMBB)。其次，5G擁有超高可靠超低時延通信(uRLLC)，網絡延遲在1毫秒以內，從而有助于保障數據傳輸的實時性和穩定性。同時，5G可以容納海量的通信設備連接，構建大規模物聯網（mMTC）,可實現每平方公里100萬臺設備同時平穩運行。

2019年6月6日，工業和信息化部正式向中國電信、中國移動、中國聯通、中國廣電發放5G商用牌照，標志著中國正式進入5G時代。在農業領域，5G的應用尚處于摸索階段，但一致公認的是，未來的“5G+智慧農業”模式的發展將實現各種先進設備和農業的結合，讓農業生產、管理實現精準化、智能化、便捷化。5G通信網絡的普及，也必將為農村、農民、農業企業提供更多智慧農業所需要的基礎設施，帶動相關產業的蓬勃發展。

2 智慧農業簡述

智慧農業是相對于現代農業而言的，現代農業則是相對于傳統農業而言的，傳統農業是以手工耕作為特征的小規模的個體化的農業，現代農業相比較于傳統農業的進步在于農業生產的規模化和機械化，從而使生產效率比傳統農業大大提高，智慧農業在現代農業的基礎上又實現了一次革命性的進步。這個進步體現在將技術融入農業的耕種、生產、管理、銷售甚至耕種前的種子培育的智慧化，種植過程中的實時監控以及收割后的篩選、分析。3G和4G在農業領域有一定應用，主要體現在農業信息的采集以及物聯網的構建，有專家提出利用4G無線監控大棚農業的生產過程中的實時環境數據，如空氣濕度、溫度土壤等，但截至目前應用范圍很有限。[1]

智慧農業是將物聯網技術運用到農業領域，運用傳感器和軟件通過移動終端或電腦平臺對農業生產和管理進行有效的助推。具體來看，可利用各種智能設備，通過收集農業生產過程中的土壤水分、大氣溫濕度、二氧化碳、病蟲害、作物影像等多方面的信息與數據，實時可控地指導農業生產。可以看到，智慧農業依托部署在農業生產現場的各種傳感節點和無線通信網絡，將移動互聯網、云計算和物聯網技術融為一體，是農業生產的高級階段，是物聯網技術在現代農業領域的應用。智慧農業首先催生的是農業物聯網，農業物聯網技術是實現智慧農業的基礎和保障，而智慧農業又是農業物聯網不斷進步的應用，二者相互聯系，相互依存。目前，農業物聯網具有實時監測、遠程控制、數據查詢、信息警告的功能，有利于實現科學栽培、精準操控、進步功率、綠色農業等，可為智慧農業提供有力的技術支持。[2]

3 5G通信技術在智慧農業的應用

3.1 利用云平臺，為精準管理提供大數據支撐

5G通信技術的發展，使得信息傳輸更加便捷與通暢，在農業領域，構建于5G通信技術之上的農業物聯網與云計算相互融合的云平臺也將可以更快速地實現農業信息傳輸的便捷通暢，這必然能更加精準地為農業管理提供大數據的支持和決策指導。通過利用引入云平臺的智能化設備，可構建智慧農場，打造全新的農業生產與管理模式。[3]

5G的應用通過快速收集農業是農業生產、管理的內外部信息，如：溫室大棚溫濕度變化、土壤水分及鹽堿度變化、國家農業政策信息、區域氣候變化信息、相關農產品價格變化等，為農業生產與管理提供大數據分析的基礎，從而為農業決策提供依據和指導。在農產品種植初始階段，專業人員運用5G和物聯網技術，實時分析土壤狀況，實時調整使農作物種植的土壤環境適宜于農產品的生長。[4]在農產品培育過程中，利用傳感器實時監測和調控農作物生長必備的溫度、光照、水分等，制定合理的培育方案。全程采用高智能設備，自動完成種植、培育、采摘等流程，借助視頻檢測系統實時監控農場內的情況和農作物的生長狀況。

大量的農作物傳感器的數據可以實時穩定地上傳到云端，不用再擔心網絡容量小和傳輸速率低的問題，通過云計算分析得出相應結果。[5]生產與管理人員也可以通過移動終端或電腦平臺在云端查詢信息，或者當數據出現異常波動且超出預設范圍，云端將實時發出信息警告，反饋給生產與管理人員。這一切將取代以往的經驗種植，在農作物的灌溉、施肥、防治病蟲害等方面都將發揮重要作用，實現精準管理。

3.2 5G通信技術，保障農業物聯網的穩定運行

現階段農業物聯網技術雖已有了一定應用，但在實際操作過程中仍然存在不少技術障礙，如物聯網傳感器數據的質量問題、射頻識別的問題、數據傳輸速率和容量不足的問題等，這些都阻礙著物聯網技術在智慧農業生產管理中的應用。而5G通信技術將可化解以上難題，保證農業物聯網的平穩運行。[6]

5G通信技術的速率優勢、便捷優勢、安全優勢等都將帶動農業物聯網的發展。在5G通信技術建設中，大規模天線陣列（Massive MIMO）將可以大大增強空間分辨率，大幅度降低干擾，從而使得頻效提升，并且其擁有的毫米波技術將顯著提高無線傳輸的容量和頻譜利用率，進而大大提高數據傳輸的可靠性，使得農業傳感器獲得的數據可以有效地便捷地進行傳輸。超密集組網技術（Ultra Dense Network）通過更加“密集化”的無線網絡基礎設施部署和建設更加密集的站點，可獲得更高的頻率復用效率，從而在局部熱點區域實現百倍量級的系統容量提升，所以農業物聯網數據傳輸容量可以更大。最后，5G通信技術在研究4G網絡的安全架構后，增加了無線空口安全等機制，使得其擁有的安全防護機制越來越完善，而且5G通信技術在建筑防盜和高速監控等方面的安全機制也非常完善，將進一步確保農業物聯網運行的安全，保障其穩定運行。[7]

3.3 人工智能，實現農業生產和管理無人化

在5G通信技術發展的背景下，人工智能(AI)技術在農業領域的應用也會越來越廣泛。從農村現狀來看，農村人口外流、農村勞動力減少、社會老齡化、部分農村地區農田荒廢等現象不斷出現，這也進一步促進了農業生產管理模式的變革，推動了人工智能在農業中的發展。過去4G時代，數據傳輸不穩定、高時延等問題導致無人駕駛、無人飛機在局域網內不能穩定運行。在5G通信技術的加持下，智能導航駕駛、機器智能化運行可以真正得到應用，無人噴灑飛機、無人播種車、無人收割車、采摘機器人等人工智能將會不斷涌現在農業領域。人工智能的應用，不僅解放了以前大量的勞動力，降低了人工成本，同時也提升了農民的科學技術水平，使得農業生產和管理實現智能化運作。[8]

4 結語

農業生產、管理效率的提升，關乎著城市化背景下以及農村環境保護背景下，我國糧食保障的安全問題。在國外，一個大型農場僅需幾個農業工人，農業機械化與智慧化程度比較高，而我國很多地方的農業生產、管理、運輸、加工等仍以人力為主，效率相比國外低很多，其中原因是多方面的，而通信技術的應用尤其是5G通信技術的應用可以實現跨越式進步。上文分析了在5G通信技術加持下，信息數據傳輸速率可得到提高，傳輸容量可得到擴展，連接設備的數量更加龐大，進而使得農業物聯網的運行更加穩定，云計算和人工智能的操作更加便捷。5G通信技術將助力智慧農業深度發展，實現農業生產、管理、營銷等各方面的精準化和智能化，大大提高農業產出效率。一方面可使現有種植土地得到更有效的利用，另一方面可對不適合于耕種的土地予以綠化，提高植被保護程度，還可以解放生產力，提高低效率產出地區農民以及農業工人的生活水平和素質。[9]