智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)體系在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中的多源技術(shù)融合框架構(gòu)建與應(yīng)用

隨著智慧農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過程中，推進智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)的合理應(yīng)用，可以為市場提供更為優(yōu)質(zhì)的蔬菜產(chǎn)品，以此推動蔬菜種植與生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。因此，本文闡述智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)與設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的相關(guān)概念和發(fā)展模式，探究智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中的具體應(yīng)用路徑，涉及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能監(jiān)測系統(tǒng)、傳感器技術(shù)、物理農(nóng)業(yè)技術(shù)、設(shè)施蔬菜生產(chǎn)機器人等多方面。通過智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)，打造設(shè)施蔬菜生產(chǎn)自動化與智能化發(fā)展的新路徑，以此來推動設(shè)施蔬菜生產(chǎn)質(zhì)量的不斷提升。

一、智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)與設(shè)施蔬菜生產(chǎn)模式概述

1、智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)

智慧農(nóng)業(yè)是新型的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。強化智能技術(shù)的應(yīng)用，對整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)流程進行優(yōu)化，實施精準感知與智能化管控，通過這種智能化模式，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更符合市場需求。而智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)是智慧農(nóng)業(yè)模式下的常用技術(shù)，涉及物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)，這些先進的技術(shù)被應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程中，可以及時的獲取信息，對信息進行處理傳輸，以此在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中增加技術(shù)支持性。此外，這些數(shù)字技術(shù)可以借助智能化的手段，對農(nóng)業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的環(huán)境進行合理的控制，提供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的具體生長需求條件，在操作和管理方面可以更好地提高效率，擴大生產(chǎn)規(guī)模，推動農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過程中，利用智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)具有較多的優(yōu)勢，有利于提高蔬菜產(chǎn)品的安全性。

① 通過智能化的技術(shù)操作手段，對于各類要素進行按需補充與投入，能夠降低資源浪費，減少農(nóng)業(yè)污染。根據(jù)精準測量的數(shù)據(jù)，進行全過程生產(chǎn)流程的優(yōu)化，可以使得蔬菜生產(chǎn)更加清潔安全，保證蔬菜產(chǎn)品的品質(zhì)和質(zhì)量。

② 對資源進行高效利用，可以改變原有的蔬菜生產(chǎn)作業(yè)方式，對施肥、噴藥等相關(guān)活動進行精準控制，利用智能化的技術(shù)對資源的潛力進行釋放，可以降低成本，不斷提高資源的優(yōu)化效率。

③ 對生態(tài)農(nóng)業(yè)模式進行發(fā)展，通過各農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系與智能技術(shù)之間的協(xié)同形成優(yōu)化的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，可對蔬菜產(chǎn)品進行深加工，使其真正打造成生態(tài)的良性循環(huán)，以此形成設(shè)施蔬菜生產(chǎn)經(jīng)營發(fā)展的新模式，推動蔬菜生產(chǎn)的可持續(xù)性發(fā)展。

2、設(shè)施蔬菜生產(chǎn)模式

所謂設(shè)施農(nóng)業(yè)是利用專用的設(shè)施來進行生產(chǎn)的經(jīng)營方式，這種設(shè)施農(nóng)業(yè)模式可以對環(huán)境要素進行合理的控制，使農(nóng)作物生產(chǎn)具有優(yōu)良的環(huán)境，以此來對產(chǎn)量和品質(zhì)進行不斷的提升，推動農(nóng)業(yè)經(jīng)營模式的持續(xù)發(fā)展。設(shè)施蔬菜生產(chǎn)模式主要是利用溫室大型的塑料薄膜、覆蓋罩等相關(guān)專用設(shè)施，進行集約化的蔬菜生產(chǎn)活動。在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過程中，常見的模式有4種：

① 溫室的種植模式。主要對蔬菜進行溫室栽培，對蔬菜生長的環(huán)境要素，如氣溫、含水量、日照等，通過對強度進行精準的調(diào)控，可以使得蔬菜農(nóng)作物能夠在優(yōu)良的生長環(huán)境內(nèi)獲得品質(zhì)和產(chǎn)量的全面提升。

② 垂直農(nóng)業(yè)模式。主要是利用立體式的種植結(jié)構(gòu)，對土地的利用效率進行不斷提高，這種多層次的種植結(jié)構(gòu)，可以使蔬菜品種更加豐富，對土地資源進行高效利用，結(jié)出更為新鮮優(yōu)質(zhì)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品。

③ 水培種植模式。主要在水源環(huán)境下對蔬菜生長發(fā)育的環(huán)境進行打造，蔬菜根系在液體介質(zhì)內(nèi)通過補充必需的營養(yǎng)元素，可以實現(xiàn)品質(zhì)和質(zhì)量的提升。

④ 光合作用模式。主要借助人造光源為蔬菜輸送光能，使蔬菜能夠高效利用能源，同時實現(xiàn)蔬菜作物的合理生長，提升種植效率。

3、設(shè)施蔬菜生產(chǎn)現(xiàn)狀

目前我國在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)方面仍然存在一系列的問題，主要呈現(xiàn)粗放式管理的狀態(tài)，整體生產(chǎn)的效率不高，問題集中在以下幾個方面：

① 智能化生產(chǎn)水平有待提升。當前農(nóng)戶在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)運用機械化方面，整體的機械化率較低，在蔬菜產(chǎn)品栽培過程中，主要依賴人工進行栽培、灌溉、施肥等多方面作業(yè)，缺乏對專用機械設(shè)備的合理運用。

② 人工成本持續(xù)升高。在設(shè)施農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的過程中，由于單產(chǎn)的增幅小于生產(chǎn)成本的增幅，導致整體成本較高，難以進行數(shù)字化和智能化的轉(zhuǎn)型。

③ 以半自動化操控為主。在當前的智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式下，需運用智能技術(shù)對生產(chǎn)環(huán)境實施智能化調(diào)控。但是，目前對設(shè)施蔬菜生產(chǎn)仍以手動或半自動化操控為主，對生產(chǎn)環(huán)境中所涉及的光、溫度、濕度、土壤的酸堿值等各項數(shù)據(jù)沒有進行精準的測量與利用，導致綠色生產(chǎn)水平有待提升。

二、智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用策略

1、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用

① 識別預(yù)防病蟲害。在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過程中，應(yīng)加強物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，要合理利用物聯(lián)網(wǎng)的感知層對設(shè)施蔬菜進行感知與識別，這種技術(shù)通常由設(shè)備終端、傳感器網(wǎng)絡(luò)以及通信設(shè)備等各部分組成，通過對設(shè)施蔬菜大棚內(nèi)的溫度、濕度等環(huán)境要素進行收集，根據(jù)數(shù)據(jù)信息判斷大棚內(nèi)環(huán)境，是否有利于產(chǎn)生蟲害繁殖，再根據(jù)即將暴發(fā)的蟲害進行提前的預(yù)防，這樣可以降低對蔬菜的不利影響。比如，利用光學的傳感器，對土壤的酸堿值等要素進行合理的測量，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境因素進行調(diào)節(jié)；利用位置的傳感器來捕捉地面情況進行田間的測繪，精準地進行農(nóng)藥和化肥的噴灑；利用聲學的傳感器對設(shè)施蔬菜大棚內(nèi)的噪聲進行監(jiān)測，可以判斷其所存在的昆蟲種類和具體的數(shù)量。

② 進行遠程控制。在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過程中，合理應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)時，其網(wǎng)絡(luò)層主要負責數(shù)據(jù)的有效傳輸以及決策的精準傳達。因此，可以利用該項技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)層，來進行遠程的控制和監(jiān)控設(shè)施，蔬菜生產(chǎn)人員通過利用傳感器所獲取的數(shù)據(jù)來進行遠程的控制，這樣能夠?qū)崟r掌握蔬菜大棚內(nèi)的空氣溫度、濕度以及土壤的具體狀況，并通過數(shù)字大棚進行顯示。通過這種遠程操控，具備溫控功能的智能化設(shè)備能夠進行實時調(diào)節(jié)，也可以采取云端的控制，不斷提高生產(chǎn)的效率。開展種植管理工作，通過遠程控制的方式尋求專業(yè)人員的協(xié)助，進行綜合性的數(shù)據(jù)分析與預(yù)警，從而更有效地提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率與質(zhì)量。

③ 加強監(jiān)控與預(yù)警。運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以對應(yīng)用層加以利用，對采集到的海量數(shù)據(jù)進行分析。在設(shè)施蔬菜農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，為其環(huán)境、生產(chǎn)流程以及病害防治決策提供支持，并實施合理的智能化管控。應(yīng)用層主要是借助服務(wù)器來對數(shù)據(jù)進行處理，并借助系統(tǒng)來對植物生長的環(huán)境進行動態(tài)的監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析結(jié)果來進行智能化的施加水肥、降溫補光等各項措施同時，也可以根據(jù)蔬菜產(chǎn)品市場的行情，對農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全進行保障，滿足種植人員對個性化蔬菜產(chǎn)品的定制需求。同時，其所蘊含的智能控制技術(shù)，如涉及的模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等，也可以與設(shè)施大棚內(nèi)的管理系統(tǒng)相結(jié)合。比如，針對病蟲害的控制，可以將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與設(shè)施大棚的智能控制系統(tǒng)進行結(jié)合，及時判斷雜草情況與病蟲害狀況，對蔬菜產(chǎn)量進行合理計算，對作物健康狀況進行動態(tài)監(jiān)測并及時預(yù)警，也有利于推動設(shè)施蔬菜生產(chǎn)質(zhì)量的提升。

2、智能監(jiān)測系統(tǒng)在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用

① 水肥營養(yǎng)的智能監(jiān)測。智能監(jiān)測系統(tǒng)在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過程中，要對其水肥的具體應(yīng)用狀況進行智能化的監(jiān)測。傳統(tǒng)的灌水或施肥均是在固定時間進行，往往無法依據(jù)大棚蔬菜作物的具體生長需求操作，從而導致效果不均勻的問題。而智能化的監(jiān)測系統(tǒng)則可以通過對蔬菜作物的需求和土壤的狀況，進行數(shù)據(jù)的分析，監(jiān)測其養(yǎng)分含量，獲取參數(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)來打造生長模型，根據(jù)智能化的分析來進行灌溉與施肥，如此一來，能夠減少養(yǎng)分的浪費，還能為蔬菜產(chǎn)品的生長提供智能化控制，進而提升其生產(chǎn)品質(zhì)。

② 對實時環(huán)境進行合理監(jiān)測。在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過程中，強化智能監(jiān)測系統(tǒng)的合理運用，主要將其應(yīng)用于環(huán)境參數(shù)的檢測與預(yù)警過程，涵蓋溫度、濕度、光照等方面，獲取數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進行智能算法分析，可以及時發(fā)現(xiàn)環(huán)境的異常，比如濕度過高、過低，溫度出現(xiàn)較大的波動等，這些異常會及時地通知設(shè)施蔬菜種植人員，以便其采取措施，降低環(huán)境變化所造成的影響，這樣可以提高蔬菜生產(chǎn)的穩(wěn)定性，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境更加優(yōu)化。

③ 產(chǎn)品產(chǎn)量與品質(zhì)監(jiān)測。在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過程中，開展智能化監(jiān)測系統(tǒng)，需對蔬菜的產(chǎn)量與品質(zhì)進行監(jiān)測，借助數(shù)據(jù)分析與智能算法技術(shù)搭建生產(chǎn)模型，能夠合理預(yù)測蔬菜產(chǎn)品及其產(chǎn)量，以及所能達到的品質(zhì)等級。如此一來，有助于蔬菜生產(chǎn)人員合理調(diào)整種植計劃，積極對接市場，確保供應(yīng)鏈的穩(wěn)定。此外，智能預(yù)測系統(tǒng)能夠依據(jù)本輪設(shè)施蔬菜品質(zhì)的評估結(jié)果，對接市場需求，引導農(nóng)戶調(diào)整種植方案，推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，使所生產(chǎn)的設(shè)施蔬菜產(chǎn)品更符合市場需求。

④ 病蟲害精準化監(jiān)測。在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過程中，可以利用智能監(jiān)測系統(tǒng)對病蟲害進行智能防治。要提前進行識別判斷蔬菜是否感染病害，借助人工智能技術(shù)來對識別系統(tǒng)進行優(yōu)化，通過進行病蟲害圖像對比，能夠及時發(fā)現(xiàn)不同類型的病蟲害，并及時采取相應(yīng)措施。同時，可以依據(jù)系統(tǒng)的智能建議來使用藥劑，如此一來，能持續(xù)提升病蟲害的整體防治效果。此外，還可以進行定期的自動化檢查。

3、物理農(nóng)業(yè)技術(shù)在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用物理農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用于設(shè)施蔬菜生產(chǎn)，可以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

① 運用種子磁化技術(shù)，激發(fā)種子活力，提升其發(fā)芽率，進而提高設(shè)施蔬菜的整體品質(zhì)與產(chǎn)量。

② 利用空間電場防病促生技術(shù)，建立空間電場可以對蔬菜生長環(huán)境中的有害氣體進行有效的去除，能夠降低細菌對于蔬菜所造成的影響。同時，對于蔬菜生長過程中所存在的氣傳病害進行有效的預(yù)防，也可以推動蔬菜的生長。

③ 聲波助長技術(shù)依托聲學特性，針對蔬菜植物的特定頻率聲波展開研究，通過實現(xiàn)共振效應(yīng)，加速細胞內(nèi)電子流的運動速度，從而提高蔬菜內(nèi)部營養(yǎng)運輸?shù)男?。在光合作用的配合下，促使蔬菜的生長發(fā)育達到理想狀態(tài)。

④ 運用二氧化碳氣肥與電子殺蟲燈技術(shù)，能夠有效殺滅蔬菜中的害蟲。其主要是利用特定的光譜光源來對其進行吸引，降低化學肥料的使用，以達到蔬菜的綠色生態(tài)化種植。

4、設(shè)施蔬菜生產(chǎn)機器人的具體應(yīng)用

在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過程中，應(yīng)用設(shè)施蔬菜生產(chǎn)農(nóng)業(yè)機器人，能夠更有效地改進設(shè)施蔬菜生產(chǎn)技術(shù)，強化生產(chǎn)管理，實現(xiàn)對生長作物的動態(tài)監(jiān)測。設(shè)施蔬菜機器人主要是在設(shè)施大棚的生產(chǎn)環(huán)境下，對復雜的場景進行智能化的操作，涉及育苗、移栽、嫁接、采收等多個方面，主要利用設(shè)施蔬菜生產(chǎn)農(nóng)業(yè)機器人作為支撐，通過無人化的作業(yè)新模式，對設(shè)施蔬菜生產(chǎn)全流程進行不斷的優(yōu)化。結(jié)合設(shè)施蔬菜生產(chǎn)機器人的發(fā)展特點，目前所采取的核心技術(shù)主要包括以下幾個方面：

① 對于近色莖稈目標的合理識別。主要是借助不同組織波段光譜特征的差異來進行操作。如此一來，在移栽、嫁接和采收過程中，能夠?qū)Σ煌卟斯麑嵑凸o的顏色、形狀等特性進行精準定位與識別，進而對目標果實進行準確定位和判別，設(shè)定合理的摘取路徑以及躲避障礙的作業(yè)模式。

② 通過人機之間的技能傳遞對復雜的任務(wù)進行合理的設(shè)定，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，并對數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)進行分析。農(nóng)業(yè)機器人能夠進行人機技能的傳授與相關(guān)技能訓練，構(gòu)建動態(tài)的操作軌跡，也可以形成強化的模型，對采摘、移栽、嫁接等相關(guān)技能的參數(shù)進行學習，形成操作模式，以此更好地提高其應(yīng)用的效果。

③ 設(shè)施蔬菜農(nóng)業(yè)機器人通過對自動化裝備應(yīng)用程序的設(shè)定，進行自動化的操作，可以提高作業(yè)的整體質(zhì)量。比如，利用智能施肥機器人可以根據(jù)蔬菜作物生長的具體需求，對土壤的養(yǎng)分數(shù)據(jù)進行綜合性的分析，進行精準施肥，確定施肥的具體位置和用量，使得大棚蔬菜生長的需求能夠得到及時的滿足。再如，針對采摘機器人，利用機器人的程序設(shè)定來對成熟果實進行采摘與識別，這樣可以不斷提高工作效率，降低人工的成本。在嫁接方面，機器人手臂可以提高嫁接的準確性，這些農(nóng)業(yè)機器人通過智能化的操作，可以推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和蔬菜生產(chǎn)更加高效。

三、智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)在設(shè)施蔬菜種植中的應(yīng)用案例及前景

1、應(yīng)用案例

智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過程中，已有具體的應(yīng)用案例。如江州區(qū)利用光照系統(tǒng)和智能自動控制系統(tǒng)，對蔬菜進行種植，可以打破季節(jié)的限制，對于蔬菜生長所需要的光照、氣候等條件進行精準的控制，使蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)能夠得到一定的躍升。再如，利用“農(nóng)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”項目，可以借助傳感器和通信技術(shù)，對農(nóng)作物實施遠程控制與實時監(jiān)測。種植戶可以通過移動終端設(shè)備，可以對蔬菜種植的情況進行動態(tài)的了解，獲取數(shù)據(jù)后進行綜合的分析，以進行精準的灌溉施肥等具體的操作，使得蔬菜種植更符合作物生長需求。

2、發(fā)展前景

在蔬菜種植過程中應(yīng)用智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)，打造智慧大棚開展蔬菜種植，具有廣闊的發(fā)展前景。智慧大棚能夠?qū)Y源進行集約化利用，減少能源與資源的浪費，使蔬菜種植實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，在智慧大棚的打造下，蔬菜種植過程中能夠根據(jù)作物的需求進行精準的營養(yǎng)供給和病蟲害防治，減少對化學農(nóng)藥的依賴，提升產(chǎn)品的安全性和綠色化水平。尤其在當前的大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)不斷發(fā)展的狀況下，對設(shè)施蔬菜進行智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)的應(yīng)用，可以利用系統(tǒng)進行綜合的分析和預(yù)測，進行自主的決策，形成更加智能化的生產(chǎn)系統(tǒng)，對生產(chǎn)流程進行優(yōu)化，由此推動設(shè)施蔬菜種植技術(shù)的智能化發(fā)展。

綜上所述，在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過程中，強化智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)的合理運用，可以明確當前智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向與主要舉措，推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與技術(shù)實現(xiàn)深度融合，進而對蔬菜生產(chǎn)環(huán)境進行智能化感知與精準化管理。在進行生產(chǎn)過程中，蔬菜種植人員利用智能技術(shù)，能夠不斷提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。此外，智慧農(nóng)業(yè)具備推動技術(shù)革新的變革能力，在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過程中，可以推動其智能化路徑的合理構(gòu)建，加強對環(huán)境的監(jiān)測，實現(xiàn)對蔬菜產(chǎn)品營養(yǎng)的精準管控以及對病蟲害的合理防治。借助智能化的操作手段，更好地引導蔬菜生產(chǎn)朝著可持續(xù)的方向發(fā)展。

（作者單位：532200廣西崇左市水產(chǎn)畜牧技術(shù)服務(wù)中心）