新興技術推動智慧農業快速發展

張弛 劉春林 陸鵬宇 徐嘯峰

推動智慧農業的發展，是實施促進鄉村振興的戰略重要手段，也是推進“智慧城市”體系建設的重要內容

我國近年來越來越重視農民的權益和生活水平的提高，對發展先進農業的行業專項廠商給予大量經濟和技術上的扶持，大力推動智慧農業行業應用的落地。特別是經歷過四次工業革命的發展，目前的智能化已成為當今現代社會發展進步的主題。與此同時，5G、人工智能（AI）、大數據、無人機、邊緣計算等新興技術也積極涌現出來，為智能化社會的發展添磚加瓦。“智慧農業”是“智慧城市”建設體系中不可或缺的組成部分，將新興技術應用于智慧農業，推動智慧農業的發展，一方面可以促進鄉村振興的戰略實施，另一方面可以推進“智慧城市”體系的建設。

智慧農業業務發展方向

以水稻、小麥等農作物為主的種植業和以雞、豬等畜禽為主的畜牧業，是構成我國的現代農業主體架構的兩大部分。因此，智慧種植與智慧養殖就成為智慧農業的兩大組成板塊。

智慧種植。糧食作物如水稻、小麥在我國有數千年的種植歷史。從原始的農耕社會開始，種植業從原始的“刀耕火種”發展到現如今成熟的規模化農機種植，我國的農業種植具有悠久的發展歷史。隨著溫室大棚、規模化農場、農業園區的逐步發展，智慧種植也逐漸成為種植業的發展趨勢。如智慧農場所包含的無人駕駛農機、無人機植保、農作物溯源等，智能溫室的智能環境調控系統、智能噴滴灌系統、智慧決策等。在種植作物實現生命周期內的規模化、自動化作業，并在種植環境實現智能化、數字化的控制。

智慧養殖。養殖業同樣在我國具有悠久的歷史，從小規模的農戶養殖到如今的規模化、集團化養殖場，我國的養殖業在近些年得到了長足的發展。隨著大型養殖集團迅速發展、集團運營模式成熟，智慧養殖成為養殖業的必然趨勢。智慧養殖主要包含三個方面的內容：一是對畜禽的生理疾病信息的智能監測預警，如體重、體溫、采食量、咳嗽等信息的自動測量;二是對畜禽的行為的智能監測，如分娩、發情等行為的智能識別;三是精準飼喂設施、智能環境控制系統等。智慧養殖就是通過自動化、智能化、數字化等手段實現對畜禽生命周期的各項生理、行為、周圍環境等信息的監測、預警與調控。

智慧農業的大數據應用場景

將大數據加入智慧農業可以為農業生產提供更為精準的指導，在大數據分析的引導下可以幫助農業生產提高種植業與養殖業的產量與效率，從而促進農業經濟發展，提高農村經濟收入。

智慧種植大數據。一個完整農作物的生命周期會形成作物高度、顏色、果實大小、土壤溫濕度等大量數據。監測、收集、分析、挖掘這些數據，分析在生命周期不同階段的作物表型，為不同生長階段的作物提供更為精準的作業意見，如溫室內的環境調控、對作物的噴滴灌、水肥自動施澆等，可以為農作物提供更好的生長環境。

智慧養殖大數據。畜禽在整個生命周期會產生體溫、體重、采食量、飲水量、體尺、聲音以及周圍環境等大量數據。監測并深度挖掘這些數據彼此之間的聯系，可為養殖提供預警、干預等指導信息。如通過大量數據探究大型牲畜體尺與體重的關系，就可以通過視頻無接觸測量體尺從而得到體重數據;通過挖掘畜禽整個生命周期的采食量數據，可以為后期養殖的喂食提供數據參考;通過挖掘畜禽的體溫與環境數據之間的聯系，可以實現異常體溫報警;通過挖掘分析養殖場內畜禽體重與年齡數據，給畜禽生長狀況進行評定。

將大數據應用于智慧農業，可以將作業人員的生產經驗、作物和畜禽生產特點等信息以數據形式呈現，使得農業生產具有直觀可靠的依據，從一定程度上避免了生產損失，提高了生產效益。

智慧農業的AI應用場景

顧名思義，人工智能就是在一定程度上可以代替人工。如果將人工智能技術應用于農業生產中，將會極大限度地解放勞動力，提高生產效率。在節省人工成本的同時還可以避免生產中因人為原因造成的疏忽、誤差、錯漏等。以下就以具體實例分析AI在農業生產中的應用。

母豬分娩監測。采用機器視覺的方式實現對母豬分娩的預警，主要通過網絡攝像頭俯拍產床上待產母豬，實時視頻截圖后經過基于YOLOv3的深層卷積神經網絡識別，判斷是否有仔豬出生。當識別會有仔豬出生后，可以通過現場發送報警信號給手機App或短信提醒飼養人員采取措施。這樣可以避免飼養人員長時間在舍內等候實現解放勞動力，實現人力成本部分解放的目的。

雞只咳嗽識別。采用音頻識別技術來監測雞只咳嗽聲音，對雞只的呼吸系統疾病進行預警。主要通過網絡拾音器，以及基于機器學習方法構建雞只咳嗽聲識別算法。通過實踐發現，肉雞咳嗽算法模型能較好地檢測肉雞咳嗽，為肉雞呼吸道疾病的早期自動預警提供技術支持。

智能環控系統。無論種植作物還是養殖畜禽都需要良好而又舒適的環境，因此高效可靠的環境控制系統尤為重要。在環境調控中，溫度、濕度、風速等環境因素是相互耦合的，對某一環節因素進行調控也會對其他環境因素造成影響。畜禽舍的環境控制還要根據畜禽的體溫，舍內如氨氣、硫化氫等有害氣體的含量，舍外的溫度進行環境調控，尤其雞舍需要在冬天保溫與通風是對立的環境。

智慧農業的5G應用場景

5G具有高網速、低延時、海量連接等特點，這些特點將在智慧園區、未來農場等場景得到充分的應用。

無人駕駛農機。自動駕駛系統集中使用了全球定位系統（GNSS）、自動控制系統、智能控制系統、遙感技術（RS）和地理信息系統（GIS）等先進技術。通過對農機具加裝自動駕駛系統，不僅可以使農機按照規定路線規劃自動駕駛，還能實現精準對行作業。

車路協同系統。基于5G通信，在農場道路部署5G-V2X車路協同系統，實現農機、道路、人員與云端的全方位連接。在農機進行智能感知信息的共享與交換的同時，共享部分決策信息，使農機具備復雜環境感知、智能決策、協同控制等功能，最終實現農機具全天候無人駕駛與高度協同的農機作業。V2X路基設備還可以實現園區監控，環境測量、超視距障礙物感知、行人與動物闖入檢測、極端天氣（能見度低、道路結冰）檢測與預警。

智能環控系統。在擁有大面積溫室大棚的智慧園區中，需要大量環境感知節點的場景，5G的海量連接可以提供強有力的幫助。同時5G的低延時可以精準控制如風機、濕簾等環境控制機構，避免延時過長造成的過量工作。

養殖機器人。智慧養殖所使用的舍內巡檢機器人、喂料機器人等養殖機器人，代替飼養人員進行作業也是未來發展的趨勢。其中，機器人數據上傳對實時性要求較高，而5G的低時延特性可以很好地解決這一難點。

在未來，海量的實時性要求較高的設備與器械廣泛應用于智慧農場、智慧園區、智慧養殖場等場景中，5G則將成為必不可少的一環。

智慧農業中應用的其他新技術

將邊緣計算應用于農業生產中可以減少服務器的壓力，提高生產效率。如在母豬分娩監測中應用邊緣計算，每頭或者每兩頭待產母豬配置一個邊緣計算節點，各個節點實時對數據進行分析處理。這樣只需將分娩成功的結果上傳至云端，可以避免大量視頻圖片數據全部上傳至云端。同樣的，在農業生產中，將邊緣計算應用于類似場景，一方面可以減少帶寬壓力，另一方面可以減少服務器壓力。

無人機現在已成為一項成熟的技術，無人機植保也正廣泛應用于農業生產中。無人機植保具有霧化效果好、穿透力強、節省用藥等特點。無人機還具備播撒系統，可均勻播撒種子、肥料等固態顆粒，最高流量高達每分鐘15公斤，可極大地節約人力成本，并避免人工的播撒不均。此外，在無人機上搭載高光譜系統可對作物病蟲害情況進行檢測，便于農藥噴灑進行精準作業。無人機還可以對草場草量分布情況、有毒害草種進行檢測，在便于草場管理的基礎上，進行合理放牧，避免草場沙化。

在數字化時代，智慧農業是我國農業發展的主旋律，在這個時代也涌現出眾多新穎的技術。將大數據、人工智能、5G等技術應用于我國農業發展中，讓各種技術各司其職，互相配合給我國農業帶來重大的變革，最終實現鄉村振興的戰略目標，促進我國農業經濟的發展。但在我國加速推進智慧農業的過程中，我們不能忽視智慧農業仍面臨著缺乏統一規劃、核心技術短板制約、體系標準建設不夠完善等問題。只有切實解決這些痛點、難點，才能保障我國智慧農業快速健康持續地發展。

（作者單位：中通服咨詢設計研究院有限公司）