智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用現(xiàn)狀及發(fā)展建議

摘 要： 我國高度重視農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和減少損失浪費問題，并強調(diào)采取綜合措施降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的損失浪費，智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用前景廣闊。闡述了智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用現(xiàn)狀，分析其應用發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，指出發(fā)展趨勢，提出發(fā)展建議，為智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用研究提供參考。

關(guān)鍵詞：智能技術(shù)；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；智能農(nóng)機；機收減損；顆粒歸倉

中圖分類號：S24 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1795（2024）11-0030-05

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.202411305

0 引言

我國高度重視農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和減少損失浪費問題，并強調(diào)采取綜合措施降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的損失浪費，智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用正是其中的重要一環(huán)[1]。智能技術(shù)包括區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和云計算等，通過智能化的機收設(shè)備和顆粒歸倉技術(shù)，可以更加精準地進行農(nóng)作物收獲和儲存，在減少糧食損失和浪費方面發(fā)揮重要作用[2]。智能化的收獲設(shè)備可以根據(jù)植株生長情況和成熟度進行智能化收獲，避免過早或過遲收獲導致的糧食質(zhì)量下降，從而降低糧食損失。同時，智能化的歸倉設(shè)備可以精確控制儲存環(huán)境，確保糧食質(zhì)量不受損、不受污染，有效減少糧食的浪費和損失[3-4]。

國內(nèi)外研究人員對智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用前景進行了充分的理論與實踐分析，取得了一定的研究成果，為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化提供了動力。趙春江[5] 基于系統(tǒng)工程學視角，闡釋了智慧農(nóng)業(yè)的概念與內(nèi)涵，介紹了國外智慧農(nóng)業(yè)相關(guān)戰(zhàn)略布局與行動計劃，分析了我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、特點及與國際上的差距，提出了我國智慧農(nóng)業(yè)未來發(fā)展目標、重點任務(wù)與政策建議，并指出發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)是“十四五”時期乃至2035 年我國農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要內(nèi)容。任江峰等[6] 圍繞農(nóng)業(yè)信息化背景下智能農(nóng)機的發(fā)展展開了研究，提出只有在科學的標準體系下規(guī)范地生產(chǎn)和管理，智能農(nóng)機裝備產(chǎn)業(yè)才能形成完整、健康的產(chǎn)業(yè)鏈，我國傳統(tǒng)農(nóng)機設(shè)備將由低中端水平向中高端水平轉(zhuǎn)換，向高端智能農(nóng)機發(fā)展。吳君[7] 基于智慧農(nóng)業(yè)視角，闡述了智能技術(shù)應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要意義，分析了環(huán)境感知技術(shù)、自動化控制技術(shù)、農(nóng)機定位技術(shù)等智能技術(shù)的具體應用，并預測了仿真技術(shù)、邏輯思維技術(shù)等發(fā)展趨勢，以期提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)效，提升農(nóng)機自動化、智能化、信息化水平，推動智慧農(nóng)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。SHAIKHT A 等[8] 通過闡述信息通信技術(shù)在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中的潛力，以及在將其應用于農(nóng)業(yè)實踐時可能遇到的問題，詳細描述了機器人、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和機器學習的挑戰(zhàn)，以及機器學習、人工智能和傳感器等在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用。?URAULIS V 等[9] 提出了一個農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)聚合和轉(zhuǎn)換模型，該模型允許在工作過程中收集和使用從不同農(nóng)機捕獲的數(shù)據(jù)。通過編程來創(chuàng)建模型，專門的軟件接口可以使用Python 庫及開源的超文本預處理器和JavaScript 編程語言庫來處理柵格數(shù)據(jù)。模型驗證表明，數(shù)據(jù)聚合和轉(zhuǎn)換功能保證了語義內(nèi)容的評估和聚合數(shù)據(jù)的統(tǒng)一格式轉(zhuǎn)換，適合在智能農(nóng)業(yè)管理應用中進一步使用。開發(fā)的模式將鼓勵精準農(nóng)業(yè)，旨在提高農(nóng)業(yè)工作效率和合理利用資源、經(jīng)濟和生態(tài)。

本研究通過對國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)和應用現(xiàn)狀的全面梳理，探討了智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化中的角色，揭示了智能技術(shù)在提升糧食生產(chǎn)效率和質(zhì)量方面的潛力和前景。高效利用智能技術(shù)可以幫助我國更好地實現(xiàn)糧食資源的珍惜和利用，以機收減損促顆粒歸倉，為推動糧食生產(chǎn)現(xiàn)代化、提高糧食利用效率貢獻力量。

1 應用現(xiàn)狀

1.1 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應用[10]。借助北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，可以實現(xiàn)農(nóng)機的自動駕駛、精準作業(yè)和軌跡記錄；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者可以實時監(jiān)控農(nóng)機的位置和作業(yè)情況，對機械進行智能調(diào)度和管理，提高生產(chǎn)效率[11]。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)還可以結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）和遙感技術(shù)，實現(xiàn)對農(nóng)田資源的動態(tài)監(jiān)測和管理[12]。王維民[13] 借助北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，通過導航定位、地理信息等技術(shù)手段采集農(nóng)機的實時作業(yè)信息和相關(guān)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)影像監(jiān)測、地塊測量、遠程調(diào)度等，以期提高農(nóng)機的作業(yè)效率。

1.2 大數(shù)據(jù)及機器學習技術(shù)

大數(shù)據(jù)及機器學習技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用已經(jīng)取得了顯著的成效[14]。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者收集和分析各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括土壤養(yǎng)分、氣象條件、作物生長狀況等，從而指導農(nóng)機的精準作業(yè)[15]。機器學習技術(shù)可實現(xiàn)對作物病蟲害的智能監(jiān)測和預警，提高防控效率，還可被應用于農(nóng)機的健康監(jiān)測和預測維護。李思洋[16] 總結(jié)了精準農(nóng)業(yè)機械植保的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了大數(shù)據(jù)技術(shù)應用于農(nóng)業(yè)植保的必要性，針對大數(shù)據(jù)分析應用在精準農(nóng)業(yè)機械植保中面臨的困境，提出了健全基于大數(shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)植保協(xié)同發(fā)展機制、推動信息技術(shù)智能裝備的集成應用、培養(yǎng)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)領(lǐng)域?qū)I(yè)人才等策略，以推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化和精準化發(fā)展，助推農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程。

1.3 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用非常廣泛[17]。遙感技術(shù)可以幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者獲取大范圍的地區(qū)信息，如土地利用情況、植被生長狀態(tài)、土壤水分情況等，為農(nóng)機的作業(yè)提供必要的環(huán)境數(shù)據(jù)。遙感技術(shù)還可用于監(jiān)測作物生長情況和病蟲害情況。通過遙感影像獲取作物反射光譜和熱紅外信息，可以實現(xiàn)對作物生長狀態(tài)的診斷和監(jiān)測[18]。遙感技術(shù)也可以用于精準農(nóng)業(yè)中的精準施藥和精準灌溉。王晗等[19] 概述分析了3S 技術(shù)（遙感技術(shù)RS、地理信息系統(tǒng)GIS 和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS）在精準農(nóng)業(yè)領(lǐng)域如作物長勢監(jiān)測與作物估產(chǎn)、農(nóng)業(yè)災害、精準化施肥與灌溉、農(nóng)業(yè)資源管理、智能農(nóng)機、農(nóng)田信息等方面的具體應用，明確了3S 技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的重要地位。

1.4 其他技術(shù)

傳感器等技術(shù)也廣泛應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中[20]。如運用無人機搭載多光譜傳感器，航拍作物長勢進行數(shù)據(jù)處理，獲取作物長勢圖。集成北斗衛(wèi)星導航和無線傳感技術(shù)，可打造高效精準施肥作業(yè)機[21]。大力推廣農(nóng)機裝備+衛(wèi)星技術(shù)+大數(shù)據(jù)+遙感技術(shù)等信息化技術(shù)，通過耕地、種植、植保、灌溉和收獲等環(huán)節(jié)，可推進農(nóng)機化向智能化和無人化方向發(fā)展。

2 發(fā)展挑戰(zhàn)

2.1 技術(shù)成熟度

智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用還處于發(fā)展階段，需要不斷改進和完善。目前，雖然有一些農(nóng)機產(chǎn)品利用智能技術(shù)實現(xiàn)了自動化作業(yè)、數(shù)據(jù)分析等功能，但仍然存在一些挑戰(zhàn)和改進空間：智能算法在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域需要更高的精準度，以確保作業(yè)的準確性和效率。不同作物、不同環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集和分析都需要更精細的處理[22]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特點是時效性強，需要及時響應不同的環(huán)境變化。因此，智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用需要更強的實時性和自適應性。智能算法需要大量的數(shù)據(jù)池才能發(fā)揮作用，因此建立完善的數(shù)據(jù)采集、存儲和處理系統(tǒng)是關(guān)鍵。

2.2 數(shù)據(jù)安全

隨著智能技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的采集、存儲和處理變得越來越重要，同時也涉及隱私和安全問題。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的隱私和安全需要得到充分保護，以避免數(shù)據(jù)被不當使用或泄露。此外，在智能技術(shù)的應用中，數(shù)據(jù)是智能決策的關(guān)鍵因素，只有通過大量的數(shù)據(jù)進行學習和分析，才能夠做出智能決策和預測。然而不同類型的農(nóng)機設(shè)備所獲取并處理的數(shù)據(jù)相差較大，這就需要不同的數(shù)據(jù)庫對此進行處理和分析，但是數(shù)據(jù)收集、存儲、傳輸和處理完整過程中需要大量的計算和儲存資源，這無形地增加了技術(shù)和成本上的挑戰(zhàn)。

2.3 技術(shù)普及

智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的普及面臨一定的困難。雖然智能技術(shù)可以提高生產(chǎn)效率、降低成本、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，但并非所有農(nóng)民都具備使用和維護智能設(shè)備所需的技術(shù)知識。智能技術(shù)通常涉及高新技術(shù)，需要一定的專業(yè)知識和技能才能正確操作和維護相關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)。采用智能技術(shù)需要一定的資金投入，包括購買設(shè)備、培訓人員等，對一些小農(nóng)戶而言無法承擔相應的成本[23]。農(nóng)民缺乏相關(guān)的培訓機會和教育資源，無法及時掌握智能技術(shù)的知識和技能。智能技術(shù)的運行和維護需要技術(shù)支持團隊，但在一些地區(qū)可能缺乏相關(guān)的技術(shù)支持體系。

3 發(fā)展趨勢

3.1 數(shù)據(jù)驅(qū)動和自動化

隨著傳感器技術(shù)、人工智能和大數(shù)據(jù)分析的不斷發(fā)展，農(nóng)機將越來越依賴數(shù)據(jù)驅(qū)動和自動化技術(shù)[24]。傳感器技術(shù)在數(shù)據(jù)收集方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，可以監(jiān)測土壤的水分含量、溫度、pH 值等，同時還可以監(jiān)測氣候條件如降雨量、光照強度等。自動化技術(shù)在農(nóng)機領(lǐng)域也日益成熟，自動駕駛拖拉機、無人機植保等技術(shù)已經(jīng)開始廣泛應用。自動駕駛技術(shù)通過精確的GPS定位和地圖數(shù)據(jù)，使得農(nóng)機可以實現(xiàn)自主行駛和自動作業(yè)，大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。而無人機植保系統(tǒng)則能夠根據(jù)傳感器收集的數(shù)據(jù)，自動判斷農(nóng)田的病蟲害情況，實現(xiàn)精準施藥，不僅提高了防治效果，也減少了農(nóng)藥的施用量，對生態(tài)環(huán)境有積極的影響。

3.2 發(fā)展綠色化

盡管農(nóng)機智能化帶來了諸多好處，提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，但目前農(nóng)機的能源消耗仍然較大。特別是依賴汽油、柴油的機械設(shè)備容易產(chǎn)生污染等問題，可能對生態(tài)環(huán)境造成不同程度的危害[25]。因此，政府正在積極推動綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展，以節(jié)約能源和減少污染為農(nóng)機發(fā)展的主要方向。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動控制技術(shù)和傳感器技術(shù)的系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對農(nóng)作物的智能化管理和精準化灌溉。系統(tǒng)通過收集溫度、濕度、光照和土壤水分等數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行智能分析和處理，從而自動控制灌溉的時間、水量和灌溉方式[26]。相對于傳統(tǒng)收獲機，無人駕駛收獲機具有智能化程度高、工作模式靈活多樣、行駛路徑直、軌跡偏差小等優(yōu)點。一臺無人駕駛收獲機1 h 可以收獲1 hm2 左右的小麥，不僅提高了作業(yè)精度、作業(yè)效率，降低了生產(chǎn)成本，還最大程度降低損失率，提高顆粒歸倉率。

3.3 設(shè)計人性化

盡管智能農(nóng)機在提高效率和減少成本方面發(fā)揮著重要作用，但人類的干涉仍然至關(guān)重要。農(nóng)民在監(jiān)督、維護和調(diào)整智能農(nóng)機的工作中起著關(guān)鍵作用，其經(jīng)驗和專業(yè)知識可以幫助優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，確保作物的健康生長[27]。目前智能農(nóng)機裝有多個攝像頭、多種傳感器及激光雷達等設(shè)備，既體現(xiàn)了農(nóng)機的智能化也體現(xiàn)出人性化，便于操作人員在短時間內(nèi)獲取農(nóng)田的各項基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。針對一些小問題，機器能夠根據(jù)不同作業(yè)需求自動調(diào)整參數(shù)，減輕農(nóng)民的操作負擔，提高工作效率。此外，將農(nóng)機設(shè)計成符合人體工程學原理的機械結(jié)構(gòu)，減輕農(nóng)民的勞動強度，提高操作舒適性。這些人性化設(shè)計可以讓智能農(nóng)機更易于操作和維護，提高工作效率，同時也保障了農(nóng)民的安全和舒適。

4 發(fā)展建議

4.1 提升智能技術(shù)成熟度

加大投資農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的智能技術(shù)研發(fā)，包括機器學習、數(shù)據(jù)分析、感知技術(shù)等方面的持續(xù)改進，以提高其適用性和性能[28]。將智能技術(shù)應用到實際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，通過實地測試和反饋，不斷改進和優(yōu)化技術(shù)，確保其在實踐中的可靠性和效果。制定統(tǒng)一的智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用的標準與規(guī)范，確保技術(shù)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性，促進技術(shù)成熟度的提升。建立完善的數(shù)據(jù)采集、存儲和處理系統(tǒng)，確保對智能農(nóng)機反饋的數(shù)據(jù)進行及時有效的處理分析。

4.2 完善數(shù)據(jù)安全相關(guān)法律法規(guī)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中智能設(shè)備收集了大量數(shù)據(jù)，包含一些敏感信息如個人身份、財務(wù)記錄等，因此需要得到有效的保護。一旦數(shù)據(jù)泄露或被濫用，可能會造成無法估量的損失，包括財產(chǎn)損失和聲譽受損。因此，制定嚴格的數(shù)據(jù)隱私和安全法規(guī)至關(guān)重要，以確保農(nóng)機中的數(shù)據(jù)得到充分的安全保護。一要完善相關(guān)法律法規(guī)。嚴格設(shè)定違反數(shù)據(jù)保護法的懲治措施，使參與人員高度重視數(shù)據(jù)安全的重要性，一旦觸及到法律底線，將對其進行嚴格懲治。二要對數(shù)據(jù)進行加密。對農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)進行加密是保護隱私和安全的重要手段，確保數(shù)據(jù)在傳輸和存儲過程中不被未經(jīng)授權(quán)的人訪問。三要對訪問進行控制。建立嚴格的訪問控制機制，只有經(jīng)過授權(quán)的人員才能訪問和處理農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，以防止數(shù)據(jù)泄露和濫用。四要對數(shù)據(jù)進行備份。及時備份農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)是防范數(shù)據(jù)丟失和損壞的有效方法，確保數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。

4.3 加大技術(shù)支撐和保障

政府在相關(guān)政策對智能農(nóng)機有所傾斜，為農(nóng)民提供購買智能農(nóng)機的補貼，降低其經(jīng)濟負擔。組織相關(guān)的培訓課程和工作坊，幫助農(nóng)民掌握智能技術(shù)的基本知識和操作技能。通過建立農(nóng)民合作社或農(nóng)業(yè)合作組織，集中采購和共享智能農(nóng)機，降低使用成本。加強科技普及工作，提高農(nóng)民對智能技術(shù)的認知和接受度，推動智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用。隨著技術(shù)的不斷進步和應用場景的擴大，加強頂層布局設(shè)計，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，相信智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用會不斷改進和完善，讓智能農(nóng)機為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來更多的便利和效益。

5 結(jié)束語

本研究深入分析了智能技術(shù)在推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、提升糧食生產(chǎn)效率及實現(xiàn)糧食資源利用方面的重要作用和潛力。智能技術(shù)的應用不僅為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)注入了新的活力，也為解決糧食安全和減少損失浪費的國家戰(zhàn)略目標提供了有力支持。在未來的發(fā)展中，需要進一步加強技術(shù)創(chuàng)新，推動智能農(nóng)機的普及和應用，特別是在農(nóng)村地區(qū)和小農(nóng)戶中的推廣。同時，政府應制定更多的政策支持和投入，以促進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的深入發(fā)展。未來的挑戰(zhàn)和機遇并存，期待通過集體智慧和持續(xù)創(chuàng)新，共同推動農(nóng)業(yè)向著更加高效、可持續(xù)的方向邁進。

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