數字農業的實踐應用與價值思考
——對依安縣加快推進農業信息化和數字鄉村建設的調研

■ 遲德祥 徐麗華

為深入貫徹落實《數字鄉村發展戰略綱要》和省第十三次黨代會精神，科學保護利用黑土資源，夯實黑龍江黑土糧倉，依安縣充分利用被列入國家數字鄉村試點地區的有利契機，加快推進農業信息化和數字鄉村建設。依安縣政府與中國科學院合作開展了黑土地保護與利用專項合作，通過在齊齊哈爾示范區依安縣部署的基于全域定制的“黑土地智能化管控與決策支持系統”中“星、空、地、網全域監測系統”部分的推廣應用，找到了黑土地保護研究的“門鑰匙”，有效保障了黑土地保護中人為原因、人員成本、不同學科的參與度、信息化合成等諸多要素高質量運行，在應用實踐中提升了系統設備的可靠性、真實性、實時性、穩定性，實現了土地大數據的有效管控應用，為黑龍江有機作物示范基地建設打造樣板。

依托參與中國科學院數字農業與黑土地保護項目實踐，依安縣形成了全區域資源管理圖、全過程服務物聯網、全周期產業區塊鏈“一圖、一網、一鏈”數字農業模式，模式新穎，依安縣各政府部門、數字技術企業、農業經營主體合力創建的熱情也頗為高漲。

項目合作建立全域智控平臺，在依安縣打造10萬畝核心示范區，積極構建品質創優、增碳修復和精準施策三大技術體系，集成保護性耕作、種養循環、土壤健康、智慧管控等多項核心技術，為黑土地保護植入數字能量，實現了黑土地保護一張圖、規模種植一張圖、農作物長勢監測一張圖等數字化的關鍵應用場景，發揮好農業信息化支撐作用。

一、主要內容

（一）“星、空、地、網全域監測系統”推廣應用

星、空、地基多層次的農情監測體系，借助于空間信息和物聯網技術，實時獲取衛星遙感、低空遙測、地面監測等數據，全面提升了試驗區星、空、地協同觀測水平與多源數據感知能力。在依安縣，對萬畝攻關試驗區、技術組裝集成進行驗證優化。

星基監測：以中、高分辨率資源衛星和氣象衛星為主，可處理常規的光學及雷達影像數據10余種，反演陸地表面植被、水體、大氣等特征參數20余種。利用遙感影像的光譜特征及紋理特征，結合機器學習等自動分類算法，可實現耕地范圍、播種面積等信息的快速提取和統計分析。

空基監測：空基支持無人機多機型任務的指揮與測控，可滿足作物長勢、病蟲害監測需求。目前已在依安縣有機農業科技園、依安縣太東鄉完成了五期無人機航拍作業，拍攝總面積近60萬畝。

地基監測：搭建了一套以多類別數據實時傳輸、數字圖像自動處理、存儲和分析為特色的智能化觀測系統，主要具備植被監測、氣象監測、空氣質量監測、土壤監測等物聯感知功能。同時，利用先進的物聯網技術，可實現風速、風向、氣溫、濕度、氣壓、光照、雨量、土壤溫度、土壤水分、空氣質量、植被可見光、植被近紅外圖像數據的實時采集和無線傳輸。

在依安縣建立地面觀測站22臺（套），組建成不同數字采集網，網也是地基監測內容。這套系統是中國科學院、北京航空航天大學、依安縣共同組織實施的，承擔的任務不同，依據應用的領域分別叫“黑土地智能化管控與決策支持系統”“星空地全域監測系統”“星空地網信息采集系統”。

監測作物類型9種，收集溫度、降水、風速、PM2.5等數值參數13種，圖像采集總計74080幅，數據量總計195.33G，觀測日期為2021年5月19日至今。

（二）作物全生命周期長勢監測圖像數據展示

全自動生態定位觀測站，通過集成化設計和高效太陽能技術，適應低溫、多云光弱地區。觀測站設備適應-40℃～50℃、高鹽高濕等惡劣戶外環境，可實現長時可靠運行；兼容多種傳感器，實現氣象、土壤、植被參數等數據的高精度采集，并利用LoRa、4G、WiFi等無線通信技術實時回傳數據至云平臺。全自動生態定位觀測站還具有無人值守、太陽能供電、輕量化設計、便捷安裝等特點。

農業專家介紹ZC50農用全自動定位觀測站功能

監測數據通過黑龍江村農食品有限責任公司、依安赤嶼家庭農場、依安縣農百溢玉米種植農民專業合作社、依安縣萬馳生態農業科技發展有限公司的應用，推出了具有可追溯的有機標志的惠農促農產品。

（三）利用遙感測繪，整合數據資源

利用多光譜多旋翼無人機和自主研發的ZY200輕型復合翼無人機，依安縣完成了太東鄉10萬畝黑土地有機轉化示范區1：500正射影航拍，運用以近地全光譜成像相機為核心的黑土地數據遙測系統、“高光譜+多光譜+紅外”一體模塊化組合、多平臺多型無人機任務規劃與區域組網管控等關鍵技術，實現了黑土地有機質、水分、鹽堿化、沙漠化、作物氮磷鉀等肥力、作物病害/蟲害等成分的精確測定，為黑土地示范區提供了厘米級的遙感本底數據。通過遙感測繪整合數據資源，為依安縣創制“分區施策、依村定策、一地一策”黑土地糧倉全域定制系統提供了解決方案。

（四）整合依安縣數字農機監管服務平臺

在項目建設過程中，中國科學院計算技術研究所充分發揮作用，安裝自動導航裝置40套，安裝北斗監管系統和傳感器374臺（套），安裝試驗“鴻鵠T30”農業機械裝備2臺（套）。農機監測管理系統是農機全程作業質量監測和指導管理的重點，包括手機端軟件和電腦端軟件。一是對農機作業實時監控。通過手機、電腦等使管理者能夠實時監控農機作業過程，統計作業面積，核實作業質量，查看農機作業過程中是否存在重復作業、作業范圍遺漏、作業質量不達標等情況，真正實現作業質量的有效管理與全程可追溯。二是對作業環節的全程監控。系統實現對農機的“耕、種、管、收”全部作業環節的全程監管，通過作業監測設備采集農機作業過程中的速度、軌跡、面積、質量、油耗等各項數據，實現農機作業時的實時監控和跟蹤，可實時顯示作業類型、位置、速度、作業狀態、機具參數和作業參數，并能隨機抓拍農機作業圖像，能夠對車輛歷史軌跡作業數據進行查詢，實現對農機作業狀態、過程、質量的準確監測。三是對動態數據庫全程管控。系統通過智能農機采集土壤的各項數據，記錄農機作業、作物生長，以及種子、農藥、化肥等相關投入信息，建立每一塊黑土地的動態數據庫，在傳統農機調度經驗和數據積累的基礎上，建立“黑土地保護性耕作模型”，為管理者提供基于黑土地的機械化保護性耕作體系作業指揮方案。

（五）開展數據采集和模型應用，真正做到質量管理可溯源

開展數據精準采集。利用遙感信息，開展遙感監測，對有機作物種植區實施效果跟蹤監測，提高項目建設的質量。實現遠程智能控制。對推進水肥一體化地塊，開展遠程智能控制，同時開展機器人除草示范，并實行遠程指揮和調度。開展模型精準應用。建立氣象災害預測預警及災害評估模型，為農民提供及時精準的氣象災害預警服務，降低農民的種植風險，為產量預估、價格預測提供數據支持。實現質量管理溯源。從種植、加工、流通和消費等環節入手，開展農產品質量溯源管理，完善從“農田”到“餐桌”全程監管鏈條，使生產者、流通者、消費者和監管者都可以查詢到質量追溯記錄，實現來源可溯、流向可追、質量可控、責任可查。

二、實踐價值

一是加快向現代農業轉型，推動“數字龍江”建設。當前，黑龍江省農業進入了高質量發展的新階段，踏上推動鄉村全面振興的新征程。推進農業農村多角度、全方位數字化轉型，催生了新的商業形態和模式，將創新理念與農業生產相結合，有效轉變農業發展方式，推動農業發展走上創新的道路，為農業發展提供新路徑，逐漸消除城鄉之間的數字鴻溝，為“數字龍江”建設提供有力支撐。

二是增加農產品附加值，促進農業經濟的快速發展。黑龍江省農業的發展關系到鄉村振興和城鄉一體化發展，數字農業將文化、藝術、技術和科技因素融入農業發展，打破傳統農業經營模式粗放、單一的常態，有助于提高居民對數字農產品的消費需求，加快農業經濟增長。

三是搶占農業制高點，增強農業文化自信。世界上主要的農業發達國家都把數字農業視為國家戰略目標和優先發展方向，在整個農業生產過程中廣泛地使用諸如遙感、大數據、互聯網和人工智能等高新技術。黑龍江省大力推進農業振興，就必須著力加強數字農業建設，以數字技術引領農業農村發展，抓住機遇，贏得主動。

三、應用前景

專業人員正在調試ZY200輕型復合翼無人機航測黑土地保護核心區

項目合作成果以產業數字化、數字產業化為發展主線，以數字技術與農業農村經濟深度融合為主攻方向，突出數據價值，構建基礎數據資源體系，強化數字應用能力，實現公共數據互聯開放共享，全面提升農業農村生產智能化、經營網絡化、管理高效化、服務便捷化水平，用數字農業為品牌農業賦能，為實現鄉村全面振興提供有力支撐。

相關成果得到了中國科學院和全國政協專題組的充分肯定。此套系統的相應成果也推廣應用到全國草原監測評價體系中草原生態長期定位觀測、全國優質中藥材供應保障追溯系統中藥材田間物聯網監測以及中藥材種植面積統計、綠色宜居村鎮技術創新綠地景觀健康監測與預警等。

（一）項目推廣可助力黑龍江省鄉村振興戰略的實施

實施鄉村振興戰略，是黨中央作出的重大決策部署，發展數字農業，推動農業大數據資源匯聚及農業大數據技術應用，不僅可以促進農業現代化生產與農產品高效流通、保障農產品質量安全，還可以提高農民素質和農業經營效率，優化鄉村生產生活生態環境，提升鄉村綜合治理能力，從而有效助推鄉村振興戰略的實施。

（二）項目推廣可促進黑龍江省傳統農業產業轉型升級

一方面，發展數字農業能夠加速推進信息技術與農業的深度融合，將前沿技術應用到更多的現代農業生產和經營管理領域當中，包括農業生產設施、裝備，農產品管理、儲運、加工、銷售、環境綜合治理等，借力于信息鏈實現對農業產業鏈的改造和重構，形成一個高信息化水平的完整的農業產業鏈條，加快推進農業產業結構的信息化升級轉型，讓農業資源得到更為優化的配置。另一方面，充分利用“互聯網+”、大數據等新一代信息技術，拓展農業的休閑、教育、養生等多種功能，把生態農業、休閑農業與鄉村旅游產業等結合起來，大力推動現代農業與鄉村旅游、休閑民宿、電商、養老等產業的深度融合，促進一二三產業融合發展。

（三）項目推廣將提高黑龍江省農業科技水平，促進生產力提升

發展數字農業，能夠實現農業生產的自動化精確控制、智能化科學管理，提高農業的可控程度，降低生產成本，減少環境污染，使農業向精準化、環保型和可持續方向發展，從而提高黑龍江省農業科技水平，促進生產力水平提升，提質增效。

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