基于智慧農業的共享農場數字化管理APP 設計

陳榆城，李永為，趙 津，楊雪雁

（浙江農林大學，浙江 杭州 311300）

隨著科學的發展，現代農業也已經進入智能化階段，在大智移云等新一代技術的基礎上，智慧農業已是現代化農業進程中的重中之重。在《數字鄉村發展戰略綱要》和《數字農業農村發展規劃（2019～2025年）》中，智慧農業主要包含三部分，一是加快農業數據的收集和應用網絡設施，包含基礎設施和實時測控系統。二是圍繞農產品養殖、種植、運輸、加工過程中的智能化設備，如農業無人機、無人拖拉機、智能收獲機、智能農機具、農業機器人等[1]。三是智能農（牧）場管理云平臺系統。

在城市居民對美麗鄉村的向往和對健康飲食的需求不斷增長的過程中，越來越多的城市居民希望通過“認養”模式吃到更健康的綠色食品，并從中獲得樂趣，得到真實的農耕體驗。共享農場模式源于美國南加利福尼亞州的艾米農場，日本的Ma Farm農場也采用共享模式，在國內海南三亞的南田農場也是較為知名的共享農場[2]，“共享農場”正在成為農業共享經濟的代表。“共享農場”實施的前提是采用農業數字化管理，即這種管理方式將信息化技術與農業生產技術結合，將以前原始而粗放的農業生產技術進行了數字化處理，大大提高了農場生產和管理的效率[3]。

共享農場通過消費者與農場經營者的建立合作關系達到共贏，通過讓消費者投資到農場中去，與農場經營者建立共同享受豐收的收益及農場的風險。農場經營者對消費者所投資的農場資源進行管理，消費者可以收獲當季的水果、蔬菜、糧食等。這樣，消費者可以持續收獲綠色、無公害的放心食品，農場經營者可以提前獲得一定的資金支持維持農場經營，從而可以收獲較高的土地溢價報酬。共享農場是共享經濟領域的一種新興業態，本質是弱化“擁有權”、強化“使用權”[4]，發展空間十分廣闊。

共享農場要銜接和匹配需求者與農場主，利用手機端APP作為主要管理平臺。目前市場上已經陸續開發了一些智慧農業管理APP，但在系統架構和功能上難以完全滿足共享農場的需求[5]。本文以基于智慧農業的共享農場為研究對象，設計共享農場精細化管理APP平臺，并在杭州某智慧農場開展初步應用，為現代農業經營者提供參考。

1 APP管理平臺總體設計思路

1.1 共享農場APP管理平臺系統架構

共享農場精細化管理APP開發環境在Linux操作系統下，由Android studio和Android SDK搭建，采用Java編程語言。其開發架構包括數據層、業務層和手機展示界面。

數據層包括員工數據、植物種植數據、成交訂單數據、客戶信息數據等基礎程序庫，支持數據存儲、音頻、圖像等數據功能的實現；業務層是系統架構中的核心部分，在基礎層和手機展示界面之間承擔數據交換的作用，提供與系統業務需求實現相關的邏輯處理；手機展示界面提供接受用戶操作的人機交互界面。

1.2 共享農場APP功能總體框架

APP采用“一個中心，三個體系”的功能框架，為農場主提供數字化生產管理服務。共享農場管理APP建立數據中心，提供土地信息、地塊利用率、生產資料、農作物品種、種植計劃、用工量、采收信息、銷售量、庫存等數據的記錄以及分析列表，實現農場生產、管理、銷售環節的數字化、標準化、智能化。具體包含3個內容，一是誠信體系，記錄農產品生長過程中所有生產要素的投入。二是管理體系，在農機硬件基礎上開發執行和操作系統，以農機的單機硬件為基礎，配以探測設備和智能化的控制軟件，以實現精準操作管理、變量控制（包括變量播種、變量施肥、變量噴藥等）。三是核算體系，實現精準科學的成本和利潤核算，為農場管理提供依據，見圖1。

圖1 共享農場APP功能框架

1.3 數據庫與數據來源

APP開發采取關系型數據庫和非關系型數據庫兩個重要部分。關系型數據庫的數據由員工信息、農場信息和用戶信息分析后生成的原始數據組成；非關系型數據庫的數據由植物生長過程中新產生的信息上傳后的數據組成。農場數據采集是共享農場管理的關鍵環節[6]。

農場為不同區域的植株設置號碼牌，通過二維碼和RFID射頻技術將植物信息與用戶信息進行匹配并反饋給用戶。APP數據來源于智慧農場的傳感器數據。經過傳感器數據剖析可斷定土壤適合栽培的作物種類，經過氣候環境傳感器能夠實時收集作物生長環境數據。通過農作物生產模型分析，可以自動或遠程控制設備，保證區域大棚內最適宜作物生長的條件。智慧農業中的各種監控傳感器和網絡監控、記錄和保存數據，便于農產品的追根溯源，完成農業出產的綠色無公害化。在未來還將整合區塊鏈技術以解決數據可信問題。

2 共享農場APP功能設計

共享農場精細化管理APP目標用戶分為農場經營者和城市消費者兩大類。因此，為了更好地服務不同類型的目標群體，APP需要為這兩類目標群體設計不同的功能體系和操作界面。

2.1 農場經營者端功能模塊

農場經營者端有三大功能，分別是生產流程、種植計劃、信息管理，見表1。

表1 生產流程模塊功能表

生產流程提供土地信息、地塊利用率、生產資料、農作物品種、種植計劃、用工量、采收信息、銷售量、庫存等數據記錄及分析列表，實現農場生產、管理、銷售環節的信息化、標準化、智能化。

種植計劃中包含農作物的種植周期、系統自動生成種植品種、土地利用率、茬口安排等種植計劃；從土地準備到育苗、從移栽定植到移蟲除草、從施肥到采收直至種植批次結束的種植流程設置；結合種植流程的生產資料計劃，如結合種植計劃的面積、周期用肥、用藥量、預計產量、用工量等數據，建立肥料、農藥、工具、器皿、吊線等物資的農場生產資料庫；物流計劃設置包含預設包裝規則、運輸車溫濕度狀況、車輛位置情況并進行實時監測；種植環境設置則通過安裝在各監測點的農業傳感器實時監測環境數據，自動控制各執行機構（噴滴灌、風機、水簾、內外遮陽、卷膜器等），保證農作物最適宜生長環境，為其高產、優質、高效、生態、安全創造環境。

績效管理模塊則是建立完善、規范、精確的信息化管理平臺進行績效管理。包含數據記錄每次的生產資料消耗、用工人數、用工量、完成情況；員工能夠直觀地看到植物的生長情況，從光照、濕度、溫度等多個方面觀察農作物；APP會根據員工工作時間等情況生成績效表，幫助農場統計員工的工資等。

管理功能的實現流程是：APP管理端接收農場任務，記錄數據后，以訂單形式發布在員工端——員工在APP員工端接取訂單，等候后臺進行信息匹配與記錄，匹配記錄完成即接單成功，憑借接單成功前往登記領用工具，在規定工作崗位打卡，開始績效考核中工作狀況的全程記錄——完成任務后員工在APP內提交訂單，等待查驗與反饋，查驗合格與否的結果與反饋均記錄入后臺訂單數據庫與員工數據庫，同時反饋至員工，結合上步考核，完成單次任務的績效考核——后臺數據管理按管理層需要或規定時間，每一定時間段后做出總結，反應員工狀況以及農場經營水平。

2.2 城市消費者端功能模塊

城市消費者端的功能包含三大類：認養作物、農作物銷售和休閑活動等，見圖2。

圖2 APP平臺城市消費端功能

城市消費者通過APP和農場主進行聯系，在雙方達成一定共識的基礎上，以共享的方式參與農場的經營中去。以“認養作物”為例，城市消費者基于一定的交易規則，與農場主以某種商業形式達成合作，提前支付一定的費用，要求農場主按照事先聲明的要求提供后續相應的作物，并有權監控作物生長全過程以期其符合要求。

3 試驗效果與結論

3.1 試驗效果

共享農場APP平臺先在杭州某家庭農場應用。該農場于2019年成立，流轉土地100 hm2，是一家集農業開發、科技創新為一體的產業化、信息化、規?；默F代農業科技企業，現已成為杭州市現代糧蔬生產基地示范體。共享農場項目應用過程中，智慧農業設施改造累計投入320余萬，客戶包含余杭區政府、萬科地產、良渚職業高中等企事業單位，2年累計收入達1 600余萬。線上APP總注冊人數超15 000余人，日平均訪客754人次，線上成交量日均530單，日平均客消費47.16元/人次，日平均銷售額25 458元，7 d內活躍復購人數約1 700人。2020年累計為當地提供了12 4個勞動崗位，直接聘用35名員工，間接帶動700余人就業，為當地務工農民直接增收5 500元/年。共享農場的優勢明顯，表2是該農場的蔬菜產品的投入產出比較。

表2 共享農場模式與傳統農業模式比較

由試驗結果可知智禾模式下的共享農場所達到的降本增效能力較為顯著，智慧農業設施的投入實現了信息資源快速采集、處理和共享，而建立在智慧農業基礎上的共享農業模式具有較好的發展潛力，可以帶動農業更加規范化，拉動當地農場經濟效益，促進消費群體和消費量的增長，形成良性循環的生態產業鏈。

3.2 過程中的困境

但在智慧農業模式取得成功的同時，企業的發展也在試驗中遭遇了問題。首當其沖的便是勞動力問題，從表面上看，與傳統農業模式相比智慧農業模式所需要的勞動力數量有明顯下降，更多地采用數字化、智慧化機械設備來彌補勞動力的不足。但在實際過程中勞動力的質量也成為一個關鍵因素，傳統農業模式的勞動力大多為中老年人口，所從事的工作大多是簡單的機械性工作，而智慧農業模式下的勞動力則需要掌握更多科技技能，從年齡上呈現年輕化，從素質上趨向高學歷化。因此，智慧農業模式下的勞動力減少并不一定代表意義上的勞動力經濟成本的“減少”，相反，智慧農業模式下雇傭單位勞動力的經濟成本反而遠高于傳統農業模式。

此外，智慧農業模式下的農業生產需要充分利用了各樣的現代化裝備，因為農業生產需要進行長期的實際作業過程，因此這些裝備的壽命往往較短，每年的維護費用也偏高，這對企業的可持續經營能力帶來了比較大的挑戰。

3.3 未來展望

雖然智慧農業模式與共享農場模式的發展任重而道遠，但作為農業現代化過程中一個嶄新的新方向，不失為一種富有機遇和挑戰的選項，因此，建立健全基于智慧農業下的共享農場管理APP技術，不僅是對現行農業經濟領域的大力創新舉措，更是對未來農業發展新熱點的創造性投資。