加快產學研用深度融合 推動智慧農業建設進程

1 基本情況

沈陽農業大學是遼寧省唯一一所農業本科院校，國家與地方共建的全國重點大學。1982年遼寧省實行了“一二三工程 ”，多年來陸續在遼寧省14個市30個縣（市、區）100余個鄉（鎮）設立了科教基點，建立科教興農試驗示范基地；先后選派了236個科技特派團、600余名科技特派員服務農業生產第一線，選拔了52名黨員教師擔任貧困鄉村“第一書記 ”；培訓了農村經紀人、新型職業農民等各類農業人才30余萬人次。

沈陽農業大學信息與電氣工程學院是沈陽農業大學農業信息化研究和建設工作主要依托單位，成立于2003年9月。學院設有遼寧省智慧農業技術重點實驗室、國家精準農業航空施藥技術國際聯合研究中心沈陽農業大學分中心、高分辨率對地觀測系統遼寧林草資源環境遙感（校企協同）研究應用中心等多個省級科研平臺，擁有1個省級農業科技創新團隊（遼寧省農業無人機應用科技創新團隊）。學院長期開展信息技術在農業領域的應用研究與研究生培養，在遼寧大田作物、設施農業、黑土地保護、農村信息服務等方面聚集人才、搭建平臺、開展研究與應用，形成了綜合實力省內領先、部分領域東北一流，且在國內有一定影響力的智慧農業科研基礎。

2 農業農村信息化基礎條件

2.1 信息化硬件基礎

多年來，沈陽農業大學不斷加強信息化基礎建設，依托獲批的多個國家級、省級研究中心，建有科研用房、農業設施和田間基礎設施完備的專用試驗田513畝；配有農業大數據中心硬件平臺、服務器、工作站、存儲系統及植保無人機、自動播種機等各種先進智能化、信息化農機具和儀器設備近200臺/套，總價值逾500萬元；建立沈陽農業大學海城教學科研基地，該基地于2017年4月投入運行，現有實驗用地700畝，其中包括現代化溫室7棟和全人工光型植物工廠。

2.2 軟件平臺系統

沈陽農業大學高度重視農業信息類軟件平臺系統開發與運營；依托獲批的遼寧省高分應用分中心、農業大數據及人工智能技術，以數據為智能基礎，以信息網絡為服務平臺，以手機等移動設備為交互終端，面向農民提供全方位的技術服務、信息服務，解決農業信息化“最后一公里”問題。相繼完成了農業大數據服務平臺、農村科技信息服務智能交互平臺、天空地一體化農情監測平臺、智慧果園信息服務平臺、農機/無人機精準作業監管服務平臺等多個農業信息化綜合服務平臺和APP的開發和部署。目前上述各類系統均已上線運行投入使用，反饋良好。

2.3 技術支撐團隊

以沈陽農業大學信息與電氣工程學院農業信息化相關科研團隊為主體，聯合本校農學、園藝、植保、黑土等多學科背景相關教師，組建跨學科農業信息化科研團隊。依托陳溫福院士、李天來院士在大田、設施領域的研究基礎，圍繞物聯網、人工智能、遙感、農用無人機等技術在大田作物、設施果菜等的應用開展前期研究工作，并取得一定成效。同時，以天空地農情可視化監測、設施環境精準調控、無人機精準作業服務、“大數據+App”等為依托，面向大田作物智慧化生產、設施生產精準管控、黑土地遙感監測、農村信息服務等領域，提供信息化農業生產技術服務，截至目前已有近十年的服務基礎。

3 信息技術應用情況

3.1 大田作物“天-空-地”立體化農情監測

在衛星尺度上，運用多時相高分遙感影像，面向遼寧省內水稻、玉米、花生等大田作物開展種植面積提取、長勢分析等相關研究和應用。

在無人機田塊尺度上，開展基于遙感處方圖的水稻無人機精準施肥、施藥研究與應用。依托精準農業航空團隊，開展水稻養分無人機遙感監測。利用遙感無人機平臺獲取水稻冠層遙感數據；通過尋找水稻冠層遙感數據與水稻農學參量內在關系，構建包括水稻葉片氮素含量、葉綠素含量等多種農學參量反演模型；在遙感數據反演水稻氮素濃度的基礎上，根據水稻臨界氮濃度稀釋曲線來判斷水稻是否缺氮，依據判定結果生成田間精準追肥處方圖。在水稻病害遙感監測方面，采用無人機高光譜遙感技術，獲取田間水稻冠層光譜影像數據，構建基于空間-光譜病害信息特征的多維度深度學習水稻病害監測模型，檢測精度高達96.22%，并根據建立的多維度深度病害檢測模型生成水稻田間病害分布圖。

3.2 農用無人機精準作業

結合水稻養分、病害無人機遙感監測生成

的處方圖，調控無人機撒播系統，根據追肥處方圖實現水稻無人機精準施肥。2016～2021 年，精準農業航空團隊累計開展5000畝次水稻精準施肥應用示范；在產量相同情況下，每畝氮肥用量減少8.3公斤，畝均氮肥用量減少12.6%；經測定，水稻平均畝產660公斤。該項示范輻射帶動面積21000畝以上，實現了水稻生產提質增效。結合病害無人機遙感處方圖，開展1000畝次無人機精準施藥應用示范，為水稻病害精準識別和及時防治提供更有效技術手段。

在農用無人機精準作業方法和作業效果評價方面，基地依托的科研團隊與遼寧省綠色農業技術中心合作，開展農用無人機精準調控及噴施效果聯合驗證試驗；重點研究農用無人機作業過程中霧滴沉積分布、霧滴粒徑、霧滴飄移、防治效果及噴施作業農藥利用率等無人機植保作業關鍵參數，積累大量相關數據。團隊以農用無人機精準調控解決方案為技術支撐，自2020年起連續服務遼中區兩家農民專業合作社水稻種植，年均作業面積2500畝次。

3.3 設施農業數字化生產

沈陽農業大學發揮東北地區設施農業資源優勢與區域優勢，結合日光溫室生產實際情況，因地制宜，通過技術引進與自主研發兩種方式，對傳統日光溫室進行低成本改造。利用網絡通信、自動控制、物聯網及軟件技術，設計低成本、實用型的日光溫室物聯網系統；采集溫度、濕度、光照等基本參數，利用手動和自動兩種方式啟動關閉不同執行結構，控制通風、補光、灌溉施肥等環境控制設備，自動調控溫室內環境，改善設施內微氣候；減少病蟲害，增加作物產量，實現日光溫室集約化。同時，通過建設基于統一數據中心的資源管理系統，減少過量使用水、肥、藥的情況，降低管理成本，提高生產效益，推進數字技術在東北設施農業發展中的整合應用。

3.4 農業大數據平臺與移動端精準科技信息服務

目前，已初步建設大田作物田間微環境、冠層影像、光譜、孢子采集等作物生長信息采集地面物聯網系統，提供了良好的數據獲取基礎。地面物聯網系統采用NB-IOT、LORA、4G/5G 等無線傳輸方式，將采集的水稻長勢信息數據上傳至云平臺，與水稻生長模型、無人機遙感數據等進行數據特征級融合；采用數據同化方法分析生成水稻養分、產量預估等水稻長勢信息，為水稻智慧化生產的管理決策提供數據支撐。

水稻智慧生產精準管控平臺集成農機遠程監測、農機調度管理、生產數據管理、物聯網實時數據存儲與展示、無人機遙感數據管理、水稻病蟲害模型預警、水稻營養診斷等多種功能。平臺基于3層B/S架構，采用面向服務的WebGIS開發技術，同步實現數據可視化展示和管理，便于用戶更加直觀瀏覽查看平臺數據，及時了解并管理智慧生產過程。

基于手機移動端開發移動交互與智能推送系統，為遼寧半干旱半濕潤區雨養玉米、灌溉粳稻規模機械化豐產增效技術集成與示范提供服務。該系統具備智能問答、在線咨詢、新聞資訊、供需查詢等多種農業科技信息服務功能。通過構建農業專家與農業生產經營交互渠道，快速精準解決基層農業生產技術難題，助力鄉村產業振興。

4 成效分析

以水稻無人機精準施肥施藥為研究對象，從節本增效角度分析：按水稻種植面積150萬畝、整個生育期防控2次、共計300萬畝次計算，本項目可減少用藥量30%，每畝可減少農藥成本投入約30元，每年節本增效達9000萬元。以水稻植保無人機精準作業為基礎，可擴展至面向其他特色雜糧的飛防作業，實現更廣范圍的節本增效。同時，還能有效減少農藥對土壤、水體等造成的環境污染，具有良好的生態效益。

近年來，沈陽農業大學相繼開展了水稻農用無人機施肥施藥作業示范。每年以各種形式開展3次農用無人機技術培訓會，理論講座和實地實操技術培訓累計培訓人數超過100人次；以農用無人機精準作業解決方案為技術支撐，為兩家農民專業合作社提供服務，水稻畝產達660公斤以上。

2022年，團隊積極開展無人機水稻病蟲害防控及葉面肥噴灑技術服務與示范，重點推廣了田塊航空影像采集與農用無人機變量噴施技術，有效推動了農用無人機作業的規范化、標準化進程，切實保障了糧食安全，減少了農藥使用量，防控了面源污染，服務效果日益顯現。

5 示范基地亮點

促進信息技術與農機農藝相融合是基地的特色和亮點。近年來，在充分了解國內外大田、設施、黑土等信息化、智慧化生產發展理論和技術基礎上，基地結合我省當前農業生產管理過程中精準決策與管理的實際情況，與海城市、法庫縣、盤錦市、沈陽市渾南區、黑山縣、康平縣等地區建立良好的校地合作關系；利用信息技術促進縣域農業高質量發展，助力鄉村振興，是重要的合作內容之一；此外，還建立起具有一定影響力的農業信息化管理服務體系，同時積極配合省內農業信息管理部門在全省范圍內開展農業信息化建設項目評估、聯合試驗等工作；整合現有省內農業信息化領域智力資源、軟硬件資源等，突破一系列農業信息化關鍵技術，開展農業信息化技術成果轉化，服務我省鄉村振興。