5G技術在智慧農業中的應用研究

白維維　張昌楨　李俊杰

關鍵詞：5G；物聯網；智慧農業

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）02-0106-03

1 引言

近年來，我國農業現代化全面發展，新型智慧化農業作為農業現代化發展的重要方向之一，也發展迅速。隨著我國5G移動通信技術的商用及普及，必將給智慧農業發展帶來一些新的機遇。智慧農業在現代化信息技術的支撐下實現對農業生產過程的智能化管理，如精準化種植，實時監測等，能夠有效提高農業生產效率，幫助農業從業者減輕經驗化種植及自然災害帶來的不確定性，那么5G作為最新的移動互聯網技術在智慧農業中扮演著怎樣的角色，又將如何推動智慧農業全方面發展[1-2]。

2 農業發展現狀

2.1 傳統農業

我國的傳統農業歷史十分悠久，在秦漢時期就已逐步形成一套傳統的農業技術。中國的傳統農業特點是因地制宜，主要通過精耕細作來提高土地利用率。我國傳統農業的形成與封建地主經濟制度有關，在農藝和產量上，我國傳統農業也曾代表古代世界的最高水平。但與現代農業相比，傳統農業的精耕細作，使得農業結構相對單一，生產規模、生產技術等相對落后。受自然氣候影響較大，幾乎沒有抵御自然災害的能力。在農產品銷售環節，未能形成農業產業鏈，農產品銷售通道不暢，影響農業從業者經濟收入。因此，隨著人口激增、土地短缺，傳統農業已經無法滿足現代人們對農產品產量及品質的需求。為滿足人們的需求，需要補足傳統農業的不足，通過技術手段將傳統農業逐漸轉變為現代農業、智慧農業。

2.2 智慧農業

智慧農業是現代信息化發展的產物，是農業與信息技術的有機結合。實際上，所謂智慧農業就是充分利用現代化信息技術，通過安裝性能各異的海量傳感器及圖像采集設備等，同時利用現代通信網絡實現對農業生產環境的感知、分析、決策等[3] 。

隨著經濟的快速發展，我國作為農業大國，農業也在飛速發展，伴隨著現代信息技術的發展，我國現代化農業迎來了春天。作為未來農業發展重要方向之一智慧農業，是我國不斷提升農業現代化的重要途徑之一。近些年在國家相關政策的扶持，我國智慧農業發展也取得了一些成效。但是因為區域發展不平衡等問題，在全國的普及度還不夠。

未來智慧農業發展必將是大勢所趨，同時也是傳統農業升級的最主要方向。在網絡基礎設施快速發展的基礎上，必須加快我國農業智能化發展。充分利用信息化快車帶動農業經濟發展，使智慧農業更加精準、智能、高效。

3 5G技術在智慧農業中的應用

3.1 5G技術

5G技術即第五代移動通信技術（5th GenerationWireless Systems），是最新一代的移動互聯網技術，是前序移動通信技術的延伸，相比較3G、4G等移動通信技術而言，5G技術在傳輸速率、設備連接數、傳輸時延、網絡安全、靈活部署等方面都有著更進一步的提升[4]。

在5G發展愿景中提出了5G的三大應用場景分別是海量機器類應用場景（mMTC）、增強移動帶寬應用場景（eMBB）以及超高可靠低時延應用場景（uRLLC）。海量機器類應用場景（mMTC）主要面向的是海量設備連接的需求。增強移動帶寬應用場景（eMBB）則主要面向的是大范圍的網絡覆蓋以及大數據流量傳輸需求。超高可靠低時延應用場景（uRLLC）則主要面向對網絡延時、網絡傳輸安全要求較高的應用需求。

俗話說“4G改變生活，5G改變社會”。在5G時代，將徹底打破人與事物之間的界限，實現人與人、人與物、物與物之間隨時、隨地的通信。真正做到萬物互聯。所有的事物都存在于一個共同的數字傳輸體系中，相互之間通過5G以最優化的形式傳遞信息。

5G在智慧農業中的應用將有利于海量生長環境參數的采集及傳輸，將前端采集數據通過云計算、云存儲對數據進行運算、存儲，并通過大數據技術分析為農戶、企業等提供決策意見。通過對農業生產環節的控制，能有效降低農業生產成本，提高對農業資源的利用率，減輕生態環境破壞，形成信息化、智能化的農業生態系統，使得農業發展更加精準化、高效化、智慧化[5-6]。

3.2 5G智慧農業網絡體系結構

5G智慧農業系統應包括前端數據采集、遠程視頻監控、遠程智能控制、智能數據分析云平臺、智能用戶終端等五部分。如圖1所示。

如圖1所示，前端數據采集模塊主要通過部署海量傳感器，獲取農作物生長環境數據，以實現對農業生產過程的監測。而遠程視頻監控系統則通過多個攝像頭的實時圖像傳輸，實現對農作物生長狀況、果實成熟度、病蟲害情況等遠程監測。由終端數據采集、遠程視頻監控采集到的數據，通過5G網絡與智能數據分析云平臺相連，5G網絡高速率、低延時、高可靠性等優點保障了數據傳輸質量。智能數據分析云平臺通過對數據的分析得出分析結果及解決方案。又通過5G網絡傳輸給智能用戶終端，用戶在終端上可以根據云平臺給出的種植方案，通過遠程智能控制系統對生產過程進行操控，實現智能化決策的執行[7]。

3.3 5G 技術在智慧農業網絡體系結構中的應用

3.3.1 前端數據采集

前端數據采集主要是通過海量傳感器采集各種生長數據，包括二氧化碳、土壤酸堿度、土壤濕度、環境溫度、氣象情況等。海量傳感器的接入對網絡連接有一定的要求，而5G三大應用場景中的海量機器類通信（mMTC）則主要面向的是海量設備連接的需求。因此，5G技術的應用，對智慧農業中生產環境數據的采集提供了強有力的技術支撐，為后續智能數據分析云平臺的分析提供了數據保障。

3.3.2 遠程視頻監控

在智慧農業應用中，遠程視頻監控對圖像分辨率要求較高，如果視頻清晰度不夠，將無法實現對數據的正確分析。因此，傳統的視頻監控系統分辨率顯然已無法達到這種需求，對此需要一種新的遠程視頻監控系統，該系統應具有更高的清晰度和精確度以及更好的實時控制性能。以滿足對數據的精確提取。5G 三大應用場景中增強移動帶寬應用場景（eMBB）則主要面向的是大范圍的網絡覆蓋以及大數據流量傳輸需求。正好滿足這一需求。因此，以5G技術為基礎部署的遠程視頻監控屏系統，能更有效地提升遠程視頻監控系統的精確性、實時性以及智能性。

3.3.3 智能數據分析云平臺

在5G技術的支撐下，各種農業信息的傳輸更加高效、便捷，各類農業信息的高度整合有利于解決傳統農業中信息傳輸時效慢、信息共享不足等缺點，極大的提升農業信息綜合利用率。在傳統農業中，種植主要靠經驗，粗放的經營方式主要建立在傳統經驗之上，這就導致農業生產管理過程中，會存在非常多的不確定因素。然而，在5G技術的支撐下，傳統經驗將逐步被海量的農業生產數據所取代。通過對各系統傳輸來的數據進行整合，再利用大數據技術進行綜合計算分析，為農業生產者及管理者提供更加精確的數據服務，使農業管理更加智能、高效。

3.3.4 遠程智能控制

遠程智能控制系統主要是利用智能數據分析云平臺對各類農業生產信息數據的分析，做出決策，并通過對自動化控制設備的控制實現決策執行。而5G 中超高可靠低時延應用場景（uRLLC）則主要面向對網絡延時、網絡傳輸安全要求較高的應用需求。這與遠程智能控制系統的需求不謀而合。在5G技術的支撐下，使得農業自動化更加精確、可靠。

3.3.5 智能用戶終端

智能用戶終端面向農業生產管理者及消費者，一方面可以通過智能用戶終端查看農作物生長實時數據、農作物生產環境參數變化等。還能獲取種植建議，查看數據服務，根據建議決策操控遠程智能控制設備，實現遠程智能種植。對于消費者而言利用智能用戶終端可以實現農產品溯源，提高了農業食品安全保障。在5G網絡的保障下，才能實現隨時、隨地、高可靠、低時延的通信服務保障。

4 5G 技術對智慧農業發展的影響

4.1 推動智慧農業信息化建設

在農業生產過程中，農業管理非常重要，而智慧農業信息化的建設對農業管理智能化有著非常重要的意義。在現有的農業信息系統基礎上，通過安裝海量無線傳感器設備及高清攝像設備等，能夠采集到大量的實時數據，通過5G技術的引入，能夠有效推動云計算、云存儲等云服務的完善。5G高速率、低時延、高可靠性等特性促進了農業信息化朝著信息更開放、功能更完備的方向發展。同時在智能數據分析云平臺的支持下，可以深耕農產品價值，促進市場資源的回流，為農村現代化建設提供信息資源。除此之外，5G技術與農業信息化的融合，能夠有效推動農業產業的優化與改革，一方面，在智慧化、精準化的基礎上，可以減少勞動力成本，提高生產效率，另一方面又可以推動生產、加工、銷售、服務為一體的現代農業產業鏈的革新，同時可以推動休閑觀光農業、農村生態旅游等新興產業的發展。

4.2 提高農業數據使用效率，促進大數據技術的發展

5G技術在信息傳輸方面的優勢使得數據能夠高速、快捷、高效地傳輸至智能數據分析云平臺，大大的提高了數據傳輸的精確性、實時性以及可靠性。尤其在遠程視頻監控方面，5G能夠提供8k分辨率的視頻圖像傳輸，能夠實現農作物成長狀況及生長環境的實時高精度傳輸，為后續數據分析提供更加精確、更加高質量的數據支撐服務。有了農業生產過程中的大量數據后，可在智能數據分析云平臺上進行全方面生長要素分析，為抗災、抗病蟲害等提供決策，降低農業生產成本，提高農業生產抗風險能力。除此之外，還可以通過大數據分析市場需求，提前規劃生產，使農業生產更精準、更高效。

4.3 促進農產品溯源，提升食品安全保障

5G技術的使用使得智慧農業更加公開，在5G技術的應用下，可以將物聯網、移動互聯網、RFID等技術應用于農業種植、采摘、存儲、流通、銷售等各環節，使農業生產更加公開，推動農產品質量溯源體系的構建。消費者可以通過終端查詢農產品的源頭，掌握農產品的生產及銷售過程，無疑是對食品安全的一種有力保障。除此之外，監管部門也可以利用溯源系統提供的數據進行安全監測，落實安全生產責任，形成全方位的安全監管機制，為消費者提供更加安全放心的農產品。

4.4 推動農業產業新模式，促進農產品銷售

5G技術的使用不僅能夠催生巨大數據搜集、信息平臺建設等技術服務需求，同時也打開了更大的農資產品銷售空間。隨著時間的推移，主流消費群體正在發生變化。他們相比于以前的消費者有著全新的消費理念，喜歡追求創新、愛分享、愛社交。同時，他們也是互聯網時代的“原住民”，對科技的接納速度快、意愿強。意味著未來“農村網絡零售額”還會持續增長。隨著5G移動通信網絡的建設，加之直播等內容生態的豐富，農村電商處于“天時、地利、人和”的時期。不論從消費者、技術還是宏觀環境的層面來看，都具備了爆發的可能。新的農業產業模式從規模上，從體量上，從發展速度上都會碾壓傳統農業產業模式，新的機會永遠是更大的。農產品網絡零售額也會有較大的提升空間。

5 結束語

未來，我國發展智慧農業是一個重要的趨勢和方向，“十四五”規劃提出要發展智慧農業，目標是用電腦強化人腦、用機器替代人力、用自主替代進口，實現生產智能化、作業精準化、管理數字化和服務網絡化。只有農業走向數字化，才能更高效地提升農業發展，促進農業轉型升級。

5G技術與智慧農業的融合，在精確種植、農產品溯源、智能化管理、農業產業升級等方面都有十分積極的作用，也必將促進農業生產、經營、管理和服務的高質量發展。