裝備與信息協同促進現代智慧農業發展研究

張金果，郭 健

（新疆石河子職業技術學院，新疆石河子 832000）

0 引言

在科技前沿研究、開放數據共享、培育行業人才等領域，大力推進新一代信息化技術和現代農業產業化的深入發展；“大數據”與“農業科技戰略”“農業4.0”“四個基本架構”等相關的政策文件加速了“智慧農業”“數字農業”的發展。通過對智慧農業發展需求的分析，展望未來發展趨勢，為智慧農業的可持續發展，優化效率體系和開發資源。

1 裝備技術在現代農業中的應用分析

1.1 動力機械

電力機器是指代替人力或畜力為各類農業設備提供的電力設備，能提高農用產量、提高抗災能力、降低人力勞動強度，這樣可以顯著地增加勞動生產率和產出。拖拉機是以“高效、智能、環保為主導”的農用電力機器，“信息化一體化”發展的重點是動力，傳動、行走、改進液壓、懸掛、駕駛舒適性。隨著農機化程度的提高，石油消耗過多，環境污染加劇，相關的法規將會更加嚴厲。利用不同的機內凈化技術和機外尾氣的技術，使整個設備的排放最小化，同時開發出更多的能量蓄電池和生物甲烷燃料等可再生的新的能源技術，以達到零排放、無污染、低噪聲的目的，高效利用，有效地處理了農用自動化生產中的能源和減少污染。

1.2 大田精準作業機械

精細機械分為：耕作機械、播種機械、精細灌水機械、收割機等。以國內農用機械的深加工為例，通常采用機械來調節動力、調節位置。但在生產實踐中遇到了一些問題。如，阻力不足，不能實時監測。未來，為了準確地調控農田，將采用電-液相結合的方法進行農業生產。同時，還對農用機械的生產過程進行了優化，對農用機械的自動化監控和故障分析、深度調節、機位調節、工作速度的協調等方面進行了研究。發展減少入地數量、節能、智能化、高速度聯合作業是未來中國農業機械發展的一個重要方向。

1.3 工廠化農業裝備

工廠化農業是在一定的控制條件下，利用工業生產的方法，為農業生產創造有利的環境，以提高農業產量、質量和效益，達到集約、高效、可持續發展的目的，生產平衡、高產出、高效率、具有高的資源利用率、高的產品價值。工廠化農業生產的關鍵設備包括：感知智能，控制設備，精密操作設備等，目前在國內普遍應用的是日光溫室、塑料溫室、連棟溫室、人工照明工廠等，基于信息的監測裝置包括傳感監測、光譜監測、視頻監測等。已初步建立起多源信息的綜合感知模型；從離線實驗室檢測到手持式多指標檢測，到實時在線檢測，可迅速獲取各類人工植保機構精確操作所需要的信息，為規范化生產管理系統的核心技術提供支持。智能操作裝備在今后的發展中，將重點解決作物生產、采后、物流等環節的技術瓶頸，實現智能、大數據、智能裝備與農業生產的有機融合。在農業生產、物流、植保等方面，要建立起涵蓋整個生產鏈條的智能化生產工藝設備、回收設備、處理農業廢棄物的機器人，將機械技術、電子技術和控制技術相結合，研制一種可以實時監控作物的生理生態學特征的傳感器，以獲得最大的產量和最小的人工效應，實現農業的科學化和信息化。

1.4 農產品產地初加工裝備

農產品現場加工設備主要有糧食烘干設備、生鮮農產品預冷保鮮設備、農產品質量無損檢測及分級設備，逐步實現自動化、智能化關鍵在于高效節能，實現智能等技術的突破，加強對新鮮食品低溫保存設備的認識，逐步提高其可靠性和準確性。農產品的原料藥生產設備將起到保證農產品質量安全，提高農產品市場競爭能力，促進農產品生產更高效。

2 信息技術在現代農業中的應用分析

2.1 作物信息獲取技術

作物信息獲取技術包括傳感設備、無線通信技術和數據庫技術，應用大數據等自動化技術，對作物多尺度性狀（組織-器官-植物-群體）的表型數據進行了系統而高效的獲取，其中包含了作物表型等方面的數據。表型的信息采集技術，按照不同的實驗環境，分為室內和室外兩種：通過精密調節各種環境因子，在苛刻的實驗環境下，對培養箱和溫室里的作物的生長情況進行嚴密的監控，準確地進行植物生長發育的分類和有目的性的分析，具有不可替代的優越性。在農業數字化、智能化農業發展中，表型的信息抽取與智能分析是農業發展的關鍵。表型技術的發展方向是：從地面到地下，從宏觀到微觀，從物理到生理學，從靜止到動態。由于目前農作物表型數據采集手段單一，表型數據分析的時效性差，本文著重于多個節點的時空同步采集、多模態數據的融合、數據的實時分析。建立以自主技術為主、性能穩定可靠、具有自主操作和自主加工功能的系列農作物表型平臺，支持了國內植物表型技術進入國際領先水平。

2.2 農業智能知識服務技術

以農業知識為主要內容的農業智能知識和信息服務技術，將分散的農業信息以智能的形式進行整合，并運用信息分享和集成的輔助決策模式，為廣大的用戶實現個性化、準確的信息處理，能效地克服當前農業生產中普遍出現的“水肥過量”“專家短缺”和“信息傳遞”等諸多問題。完整、規范、準確地描述了農業知識，并以知識本體論、知識圖庫等方式存儲知識的資料及相關知識，從而達到實時、高效地重用和分享。由于我國的農業行業種類繁多，地域氣候變化大，其產品的季節變化也比較大。因此，我國農村居民的需求差異較大。經過2000多年的發展，我國已建立了包括棉花、小麥、煙草和水稻在內的一套農業專家決策體系。但是，知識規則的構建、更新和維護等方面都有一定的限制。從過去的小型數據挖掘和統計分析，到目前為止，我國的農業智能技術已經發展到了大規模的數據分析、預警、動植物的數字化模擬和生產過程模擬。隨著互聯網不斷擴展到物聯網，智能的農業技術將會結合機器學習，建模、模擬、云計算等技術。利用圖像識別技術、復雜網絡技術、地理信息系統等技術，可以有效地模擬和求解各種農業問題。

2.3 智慧化農業經營技術

智能化的農業生產是一個多部門、多領域、多學科的有機集成，它的體系和復雜性非常突出，按產業領域分為：智能化農作物生產、智能化畜禽養殖、智能化水產養殖。智能作物生產技術是在充分掌握土地資源和作物群體變異的基礎上，針對不同作業單位的實際狀況，對各種管理方法和投入進行精確地調控，以達到最大經濟利益，并減少對環境的危害。內容有：精準施肥、精準灌溉、會商農業形勢；決策與調度。其中，以智能化設備的協作操作為基礎，通過對農業生產的數據進行數字化存儲、分析和運算，利用AI技術從大量數據中提取和判斷農業問題，為農業生產提供決策依據。通過互聯網、大數據、云計算等技術，實現了畜牧業智能化的生產，應用新一代的技術如區塊鏈技術、利用傳感技術、圖像處理技術及語音識別技術，對畜禽環境進行智能化管理、畜禽精準飼喂管理、畜禽疫病智能化監測與預警預報；實現生產智能化、網絡化、管理精準化、管理規范化。

2.4 農產品智慧流通技術

農產品智慧流通技術包括信息獲取技術、感知技術、運輸和物流路線等。流通環境的信息采集，目的在于對食品的低溫、濕度和光照進行嚴密的監控。在單一溫區、單一產品的冷庫中，利用傳感器，實時采集、傳輸和存儲汽車內的數據。農產品的品質感知對于保障食品的安全性和產品的質量至關重要。在此基礎上開發了以機械、電子學、光學、化學、生物學等多種技術為基礎的快速無損檢測技術；主要包括嗅覺技術、味覺技術和視覺傳感器技術；光譜技術，傳感器技術等。農業運輸與配送路徑的最佳化，是通過大量數據挖掘、處理與分析，改善其信息獲取、應用及流程的最優，為建立一個建立農產品冷鏈物流體系的信息平臺。對于選擇多個最優化的運輸路線，大部分的理論都是采用權重和法把多個優化問題轉換成單一的優化問題，然后進行建模和分析。在具體的物流配送中，該方法可以有效地求解多個優化問題。

3 對策建議

3.1 加大農業科技創新投入并優化結構

智慧農業是以裝備和信息化相結合的農業發展的一種新的發展方向，對農業生產效率的提升和農業機械的高質量、高效率的發展有著重要的作用。應繼續擴大智慧農業的投資，并優化其投資結構。由于其公益性和排他性，其所帶來的社會利益多于個人利益。要想擺脫“搭便車”現象，就需要在新的市場條件下發揮其領導作用，合理地增加科技創新、轉化和推廣的資金。提出建立智慧農業科技創新重大專項資金，對農業的關鍵技術進行研發，并充分利用其在技術上的引領和示范效應。從國外的實踐來看，私營企業對R&D的投入和對政府的R&D的投入是相互補充的，提出了建立健全農業科研投入體系和多種投資模式的政策，引導社會組織和農業企業積極參與農業科技創新。

3.2 建立農業“產學研”創新聯盟，促進科教融匯

“產學研”合作是當前我國農業產業化發展的一個主要組織形態，通過這種方式，可以使我國的高新技術產業實現優勢互補，資源協同，創新價值鏈的延伸，進而提高其創新能力。加強科研機構、高校、管理等方面的協作，加強農資企業的優勢，建設現代農業科技體系，以創新價值鏈為基礎，形成協同合作關系。通過財政和稅收等方面的扶持，健全各創新主體之間的利益配置，促進農業產業結構調整和優化，增強農業科技創新體制的活力。加強科技興農、科技創新、科技人員培訓，培育新的農民隊伍，建立多元化的人才獎勵體系，增加和提供足夠的支助。

3.3 完善農業科技創新激勵政策

我國農業技術革新面臨許多不確定因素和風險，其中一個重要因素就是缺乏對其進行激勵。分析了我國現代智慧農業的發展特征，并提出了相應的鼓勵措施。堅持政府采購政策，特別是對科技方面的重要技術創新。鼓勵各類投資機構參與到現代智慧農業的創新中來，支持農民利用創造性的技術，同時強化對農業的知識產權的保護。在深化農村科技體制的變革中，引進私人資金，提高農民抵御風險的能力。建立科技成果轉化的技術服務體系，擴大信息交流渠道，降低農產品的非對稱程度，推動農產品工業化進程。要建立和完善科技評價體系，全面評價其學術價值、應用可行性和行業適應性，推動科技與農業產業鏈之間的密切關聯，并以共享科技成果為動力，激發科技人員的工作積極性。

4 結語

“十四五”期間，必須大力推進智慧農業技術系統的構建，掌握發展的趨勢，促進農業的高質量發展。本文論述了農業裝備技術和信息技術，并對其應用現狀、應用效果和發展動向進行了深刻的分析，通過對智慧農業發展需求的分析，展望未來發展趨勢，為智慧農業的可持續發展、效率系統優化和資源利用等方面的發展提供依據。