北京市農機大數據平臺建設與應用

陳 華

（北京市農業機械試驗鑒定推廣站，北京 100079）

0 引言

隨著“互聯網+農機”的發展，云計算、大數據、物聯網和傳感器等現代化技術與農機化工作實現了深度融合，為農業機械化管理和農機作業質量核查提供了新手段，近10 年來，農機大數據平臺及相關監測終端技術從概念提出走向試驗應用，逐漸成熟完善，并推動傳統農業向智慧農業快速發展[1-2]。農機大數據平臺的建立實現海量數據的采集和存儲，為數據挖掘和處理算法實現提供基礎，并通過可視化界面為農業管理者和生產者提供決策意見和指導建議，在農機作業質量監測技術應用方面，也從單一的深松監測，向秸稈還田監測、播種監測、油耗監測和圖像采集等綜合性監測發展，并與農機大數據平臺融合應用，功能拓展到面積統計、圖像處理、農機軌跡和作業質量分析等方面[3-4]。

近年來，在政策支持下，各省市開展了大量農機大數據平臺的建設和試驗應用，提出了眾多解決方案，并逐步完善。新疆維吾爾自治區建設了基于棉花生產的大數據平臺，從農業資源、生產管理、農機調度等方面，為用戶提供棉花生產農業大數據綜合管理、農機作業監控與運維、產品質量追溯及市場預警預測等服務[5]。河北省以互聯網+農機深松+第三方質檢為基礎，建立農機作業質量監測核查體系，實現了農機深松作業實時監測、實地跟蹤和隨機抽查，為農機深松作業質量和補貼資金安全發放提供了保障[6]。黑龍江省、山西省和安徽省等也根據自身農業發展現狀，建設了基于農機作業質量監測的大數據與云服務平臺，為提升農機部門管理水平、提升農機作業質量、農機作業補貼資金發放提供了科學手段[7-9]。北京市針對農機深松、播種監測、油耗監測等需求，組織研發相應終端，調研掌握了農機大數據平臺需求，深松作業監測誤差<2 cm，面積監測精確度達到97%，為農業生產作業主體、農機化管理主體提供了良好的管理手段[10-11]。

北京市農機大數據平臺，基于農機作業質量監測終端的推廣應用，實現了農機作業主體信息、農機具信息和農機作業信息的大數據積累，解決了以往農機作業質量和面積核驗中，抽查范圍小、工作量大、工作效率低及補貼資金發放存在風險的問題，為農機管理部門和農業生產主體提供了信息化、科學化手段，提升了北京市農機化水平。

1 平臺設計

根據北京市農機化管理需求和作業現狀，開發了北京市農機大數據平臺，包括農機化綜合展示、合作社管理、農機具管理、精準作業管理和補貼作業監管5 大模塊，如圖1 所示。

圖1 北京市農機大數據平臺架構Fig.1 Architecture of Beijing agricultural machinery big data platform

1.1 農機化綜合展示

農機化綜合展示模塊包括農機化發展情況和服務組織發展情況，如圖2 所示。農機化發展情況包括北京市與全國農業機械化水平對比、北京市各產業農業機械化水平、北京市各區農機裝備保有量、北京市各類農機變化趨勢。該模塊對主要農作物耕種收機械化水平、畝均動力情況、秸稈綜合利用率等指標進行了鮮明對比，主要糧食作物、設施農業、畜牧、水產、林果和農產品初加工等產業的機械化水平展示效果良好。

圖2 北京農機化綜合展示模塊頁面Fig.2 Beijing agricultural mechanization comprehensive display module page

1.2 合作社管理

合作社管理模塊包括合作社概況、合作社機具和農機分布圖。該模塊對北京市各區合作社數量進行了統計對比，并展示了國家級、市級及普通合作社數量及發展趨勢，通過合作社分布圖功能可以對全市合作社的位置進行查詢；按照拖拉機、收獲機、植保機和播種機等作業種類對各區合作社機具進行分類統計和展示；通過農機分布圖可以查看全市農機分布和運行狀態。

1.3 農機具管理

農機具管理模塊包括存量農機信息、農機分布和農機作業分析。存量農機信息包括拖拉機品牌型號、銷售情況，以及耕整地、拖拉機、收獲機、播種機和植保機等各類型農機具數量走勢；農機作業分析包括各年度播種作業面積熱力圖、單車平均作業面積等。

1.4 精準作業管理

精準作業管理模塊包括作業概況、作業明細、終端明細、定位作業、自動駕駛、整地作業、播種作業、植保作業、收獲作業和土地測量。作業概況展示了各類型作業面積統計和對比、當前月份農機作業走勢等信息；作業明細里可以查詢每一次作業的機具、面積、作業質量和地塊位置等詳細信息。該模塊涵蓋了大田作業各個環節，可以完整展現作業信息。

1.5 補貼作業監管

補貼作業監管模塊目前是北京市應用最廣泛、技術最成熟、積累作業數據最多的功能模塊，較好地支撐了北京市保護性耕作作業補貼的發放工作。

補貼作業監管模塊包括作業概況、車輛明細、輪作圖、設備上報、深松整地、秸稈還田少免耕播種和人工復核。補貼作業監管中包括深松整地、秸稈還田和少免耕播種3 個作業環節，如圖3 所示。作業概括包括各區作業面積統計、各類型作業面積及占比、農機作業面積走勢、各類型作業面積與年度人物對比等信息。車輛信息包括上報單位、車輛屬地、農機主體、人員、聯系電話、設備號、車牌號、車輛型號、農具信息、作業狀態和監測狀態等信息，并可以按照參數查詢和導出。在深松整地、秸稈還田和少免耕播種3個作業環節，可以分別按照年度進行查詢，信息包括作業主體、監測終端編號、車輛型號、車牌號、作業面積、重復面積、合格面積、不合格面積、判定結果、日期、作業地點、年度、審核狀態和作業質量分析等信息。作業質量分析中可以查詢作業詳情、作業地圖、軌跡回放、作業主體及農機信息、作業地塊面積及合格率信息。此外，模塊可以按照全市、各區、各合作社等不同范圍，查詢導出等作業面積、合格面積、補貼面積和作業農機數量等詳細信息。

圖3 深松整地作業模塊頁面Fig.3 Deep loosening and land preparation module page

2 應用情況

2.1 各區農機作業主體安裝應用終端情況

根據北京市農機大數據平臺統計數據，2020—2022 年，北京市順義區、大興區、懷柔區等9 個區安裝農機作業質量監測終端共計749 套，其中101 家合作社安裝688 套終端，合作社包括農機合作社、專業合作社、產銷合作社和經濟合作社等，每家合作社平均安裝終端6.8 套。另外，有29 個農機戶個人安裝終端61 套，每戶平均安裝2.1 套，如表1 所示。

表1 各區安裝農機作業質量監測終端及安裝主體數量情況Tab.1 Number of monitoring terminals and installation bodies of agricultural machinery operation quality in each area

2.2 全市保護性耕作作業監測情況

2.2.1 作業補貼面積申報情況

2020—2022 年，根據北京市保護性耕作作業補貼政策，深松作業補貼750 元/hm2，秸稈還田作業補貼525 元/hm2，少免耕播種補貼525 元/hm2。每年年初，北京市農業農村局制定全市各區3 項作業補貼面積及補貼額計劃，補貼面積由各區農業部門統計上報。2020—2022 年，北京市9 個農業區共上報3 項作業面積計劃共計10.39 萬hm2，各區作業面積對比如圖4 和表2 所示，順義區、懷柔區和房山區作業面積在全市最多，昌平區和通州區面積較少。各區保護性耕作補貼面積與實際作業面積可能不一致，部分區存在一些小地塊未納入補貼的情況，但是差值不大，上報面積基本能代表各區作業規模大小。

表2 2020—2022 年各區保護性耕作3 項作業計劃面積情況Tab.2 Specific situation of planned area of three conservation tillage operations in each region from 2020 to 2022

圖4 2020—2022 年各區3 項作業補貼計劃面積對比Fig.4 Comparison of three operation subsidy plans area in each district from 2020 to 2022

2.2.2 作業質量監測面積情況

2020—2022 年，北京市保護性耕作3 項作業監測面積總計8.3 萬hm2，其中，深松作業監測面積總計2.8 萬hm2，秸稈還田監測面積總計3.4 萬hm2，少免耕播種面積總計2.1 萬hm2。具體情況如表3 所示。

表3 2020—2022 年北京市保護性耕作3 項作業實際監測面積Tab.3 Actual monitoring area of three conservation tillage operations in Beijing from 2020 to 2022單位：萬hm2

2020—2022 年，保護性耕作3 項作業實際監測總面積占上報計劃面積的79.92%。其中由于2020 年開始實施作業補貼政策，政策文件下發各區較晚，以及安裝終端設備等因素，存在2020 年作業面積劃轉到2021 年的情況，即跨年度補貼情況，各區情況有差異，因此2021 年度監測面積大于2021 年上報的計劃面積。若不考慮各區跨年度因素及各區實際作業面積小于年初上報計劃的情況，2022 年終端監測面積覆蓋率71.51%，監測覆蓋率處于較高水平。監測未覆蓋的其他補貼面積，由各區通過人工填報及人工復核方式錄入系統，實現統一補貼。2020—2022 年，北京市農機大數據平臺支撐北京市發放農機作業補貼總計6 042.31萬元。

2.2.3 作業地塊數量情況

在北京市保護性耕作3 項作業監測中，每個地塊作業后形成一條作業信息，包括作業面積、作業質量、作業軌跡地圖，以及機具、機手等完整信息，也是后期各區核查發放補貼的主要依據。2020—2022 年，3項作業地塊數量總計25 685 個，如表4 所示。按照作業監測總面積8.3 萬hm2計算，平均每個地塊3.2 hm2；另外通過人工填報審核地塊數量101 個。

表4 2020—2022 年北京市保護性耕作3 項作業地塊數量Tab.4 Number of plots for three operations of conservation tillage in Beijing from 2020 to 2022單位：個

3 結束語

在對北京市農機管理部門和農業生產主體需求充分調研的基礎上，開發了北京市農機大數據平臺，為農機數據積累和農機化工作提供了科學手段。有助于市、區兩級農機管理部門掌握各類型農機作業主體、各環節作業機具、作業能力等詳細信息，為農忙時節掌握農機作業進度、開展農機調度、農機政策制定提供重要信息。實現了農機大數據平臺和保護性耕作作業補貼發放的充分結合，通過深松整地、秸稈還田和少免耕播種科學監測統計，實現了農機作業質量的高效監管，降低了農機作業補貼發放風險，為農機合作社考核評價機手作業績效提供了信息化手段。