數字農作智能檢測系統及終端設備表現設計

詹文靜，趙 宇，姜 寧，陳 晨

（南京林業大學家居與工業設計學院，江蘇南京 210037）

1 智能與數字農作

智能化是指事物在網絡、大數據、物聯網和人工智能等技術的支持下，所具有的能滿足人的各種需求的屬性[1]。在我國關于智能化的系統研究涉及范圍十分廣泛，例如住宅智能化系統，其包括家居安防、家居信息服務，家居智能化控制等[2-3]；醫院智能化系統，主要實現了醫療現代化、建筑智能化、病房家庭化、其核心是建筑智能化，它涉及到建筑學、護理學、衛生學、生物學工程學等科學領域。在基礎科技的支持下，各專業各學科的交叉互融研究也越驅成熟，工業設計類研究者基于用戶需求例如對校園食堂餐飲進行智能化研究，以及在家居環境中的電子產品進行智能化提升設計[4]，例如對智能音響的設計研究案例[5]。由此可見，在智能化的發展趨勢下，不少傳統行業在科技加持下進行著發展和革新。

數字農業是利用智能數據化的信息技術來對農業所涉及的領域或對象進行數字化的設計、表達、控制、管理等，結合遙感技術、地理位置信息系統、全球定位系統、計算機技術、傳感技術等與農業領域的地理學、氣候學、生態學、植物生理學、土壤科學等有機結合，實現在農業相關的生成過程中對農作物，土壤，氣候等微觀記錄、實時檢測、以實現對于作物的生長、發育、營養狀態等進行定期的監管，生成科學穩定的生態空間系統，來幫助科學智能管理農作環境，以提高農作產品的質量[6-7]。

針對數字農業化的發展和前景，美國、加拿大、荷蘭、英國、法國等發達國家十分重視建立基于農作系統模型的數字化試驗管理，在我國為貫徹落實《中共中央國務院關于實施鄉村振興戰略的意見》《鄉村振興戰略規劃（2018-2022年）》《數字鄉村發展戰略綱要》，加快推行落實農村農業生產的精準化，管理智能化，以農作產業向數據化發展為主線，全面提升農作業生成智能，管理高效，數字化驅動引領農業領域現代化和振興提供有力支持。

2 智能農作檢測系統及項目

圖1 智能農作統籌系統

智能農作統籌系統是基于三階層的整體綜合布局管理，一階層為外在信息，三階層為內化信息，二階層是內外信息獲取和轉換的過程。從三階層系統中，首先智能終端檢測設備作為最小單元的智能原件，其作用在于服務于每個有需求的用戶，針對農作種植時需要密切關注的氣候變化，土壤，水資源等進行實時的檢測和數據收集，設備收集反饋的數據實時反映在手機終端設備上；其次，手機或者電腦作為智能農作統籌系統中的二級層的原件，查看數據、整合數據、分析數據并給出適當科學建議，有利于農作實施者適度的調整灌溉施肥計劃，與此同時手機終端設備與氣象臺連接，接收最新氣象信息，做好耕種的預判計劃的支撐以及特殊氣候預警措施的服務；最后一階層的數據則來源于外在，其主要涵蓋歷史農作相關信息，其他外部資源信息如專家最新科學技術，國內外關于種植物的科學輔助內容等。

在終端檢測設備中主要模塊包含定位模塊，即地理位置信息板塊：是將關于精準定位，地理信息的數字化地圖可視性，以下信息層按其可變性的順序顯示。它們是：地形等高線和斜坡信息，陽光照射傾斜度信息，降水量以及流失等信息，歷史性蟲病災害信息等。

終端感應靈敏器，即針對所檢測的項目類別的數據收集分析：①水質檢測，按照我國農田灌溉水質標準GB5084-92中所制定的水質標準，要求進行實時數據采樣記錄功能，其檢測審查項目可包含含氧量、懸浮物、活性劑、PH值、含磷量、氯、硫、汞等；②土壤檢測，按照我國土壤環境質量農用土管控標準GB15618-2018中，關注記錄數據樣本包含農業土壤中鎘、汞、砷、鉛、銅、鋅等；③植被檢測可踐行作物生長無損檢測模型[8]；④空氣檢測，其可包含空氣濕度，溫度，懸浮顆粒物含量等信息；⑤其他，包含實時病蟲災害，惡劣天氣等（圖1）。

3 技術支持設計可視化

圖2 智能農作檢測終端設備儀器

圖3 農作智能app界面

于種植業而言，今后的研究重點將是提高數字農作關鍵技術與應用系統的水平，有關農作系統模型的構建表現為由局部到整體，由經驗性到機理性，由智能化到數字化，由功能化到可視化的發展態勢。如圖2所示該檢測設備終端包含陽臺能充電板，定位感應器自動鎖定地理位置信息，周邊感應元件可針對水質，土壤，空氣等進行實時數據的檢測記錄和分析，可聯動于掌上APP，如圖3所示，在手機上或者電腦終端進行數據的實時查看，及數據收集，農作環境監管，農作方案優化分析三位一體。

4 數字農作發展方向

1）構建農業農村基礎數據資源體系，統籌建設農業自然資源；加快圍繞智能農作為基礎的生產數字化改造，其包含推進種植業的信息化，即加快數字農情，構建農業病蟲災害監報系統和一定的數字防御體系。

2）推薦管理數字化轉型，從設備至聯動人員的管理，需從傳統紙質無序行為逐漸轉向為可回溯可追蹤可預測的智能管理體系。

3）強化關鍵性技術裝備，即本文所研究設計的檢測設備，重點針對攻克農業生產環境，動植物生理特征智能感知和模型預判的關鍵技術，構建符合不同地域不同物種的植被無損生長預估模型，充分利用現階段定位系統技術，新能源技術，高敏檢測儀技術等，集成強化提升農作環境的智能技術裝備創新。

4）在農作智慧化發展進程中，需要加強組織領導意識，即統籌協調農業農村部等各級將數字化概念和數據化辦公融入整體管理體系中；再者需要政府的大力扶植，特別是關于智能化設備的設計研發等；還需強化科技人才支撐，重點對于該農作智慧項目的領軍人才，科技人員，工程師和設計師做高水平的培訓和管理。

5 結語

綜上所述，數字農作是關于精確定位、實時感知和數據收集分析的過程，以及在整個種植周期的連續統一體中產生決策質量的農作信息。它還與可伸縮性、端到流程和向農業社區的通用操作交付有關。該智能農作檢測輔助設備作為一款便利，高效，科學的助農產品，通過收集和分析農業種植所需的各項指標和數據幫助種植者做出更好的決策，從而提升農業生產系統的綜合管理水平和核心生產力，實現以農業系統的數字化和自動化帶動農業產業的信息化和現代化。