數(shù)字農(nóng)作智能檢測系統(tǒng)及終端設(shè)備表現(xiàn)設(shè)計

詹文靜，趙 宇，姜 寧，陳 晨

（南京林業(yè)大學(xué)家居與工業(yè)設(shè)計學(xué)院，江蘇南京 210037）

1 智能與數(shù)字農(nóng)作

智能化是指事物在網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)的支持下，所具有的能滿足人的各種需求的屬性[1]。在我國關(guān)于智能化的系統(tǒng)研究涉及范圍十分廣泛，例如住宅智能化系統(tǒng)，其包括家居安防、家居信息服務(wù)，家居智能化控制等[2-3]；醫(yī)院智能化系統(tǒng)，主要實現(xiàn)了醫(yī)療現(xiàn)代化、建筑智能化、病房家庭化、其核心是建筑智能化，它涉及到建筑學(xué)、護理學(xué)、衛(wèi)生學(xué)、生物學(xué)工程學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域。在基礎(chǔ)科技的支持下，各專業(yè)各學(xué)科的交叉互融研究也越驅(qū)成熟，工業(yè)設(shè)計類研究者基于用戶需求例如對校園食堂餐飲進行智能化研究，以及在家居環(huán)境中的電子產(chǎn)品進行智能化提升設(shè)計[4]，例如對智能音響的設(shè)計研究案例[5]。由此可見，在智能化的發(fā)展趨勢下，不少傳統(tǒng)行業(yè)在科技加持下進行著發(fā)展和革新。

數(shù)字農(nóng)業(yè)是利用智能數(shù)據(jù)化的信息技術(shù)來對農(nóng)業(yè)所涉及的領(lǐng)域或?qū)ο筮M行數(shù)字化的設(shè)計、表達、控制、管理等，結(jié)合遙感技術(shù)、地理位置信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、計算機技術(shù)、傳感技術(shù)等與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的地理學(xué)、氣候?qū)W、生態(tài)學(xué)、植物生理學(xué)、土壤科學(xué)等有機結(jié)合，實現(xiàn)在農(nóng)業(yè)相關(guān)的生成過程中對農(nóng)作物，土壤，氣候等微觀記錄、實時檢測、以實現(xiàn)對于作物的生長、發(fā)育、營養(yǎng)狀態(tài)等進行定期的監(jiān)管，生成科學(xué)穩(wěn)定的生態(tài)空間系統(tǒng)，來幫助科學(xué)智能管理農(nóng)作環(huán)境，以提高農(nóng)作產(chǎn)品的質(zhì)量[6-7]。

針對數(shù)字農(nóng)業(yè)化的發(fā)展和前景，美國、加拿大、荷蘭、英國、法國等發(fā)達國家十分重視建立基于農(nóng)作系統(tǒng)模型的數(shù)字化試驗管理，在我國為貫徹落實《中共中央國務(wù)院關(guān)于實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的意見》《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃（2018-2022年）》《數(shù)字鄉(xiāng)村發(fā)展戰(zhàn)略綱要》，加快推行落實農(nóng)村農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準化，管理智能化，以農(nóng)作產(chǎn)業(yè)向數(shù)據(jù)化發(fā)展為主線，全面提升農(nóng)作業(yè)生成智能，管理高效，數(shù)字化驅(qū)動引領(lǐng)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域現(xiàn)代化和振興提供有力支持。

2 智能農(nóng)作檢測系統(tǒng)及項目

圖1 智能農(nóng)作統(tǒng)籌系統(tǒng)

智能農(nóng)作統(tǒng)籌系統(tǒng)是基于三階層的整體綜合布局管理，一階層為外在信息，三階層為內(nèi)化信息，二階層是內(nèi)外信息獲取和轉(zhuǎn)換的過程。從三階層系統(tǒng)中，首先智能終端檢測設(shè)備作為最小單元的智能原件，其作用在于服務(wù)于每個有需求的用戶，針對農(nóng)作種植時需要密切關(guān)注的氣候變化，土壤，水資源等進行實時的檢測和數(shù)據(jù)收集，設(shè)備收集反饋的數(shù)據(jù)實時反映在手機終端設(shè)備上；其次，手機或者電腦作為智能農(nóng)作統(tǒng)籌系統(tǒng)中的二級層的原件，查看數(shù)據(jù)、整合數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)并給出適當(dāng)科學(xué)建議，有利于農(nóng)作實施者適度的調(diào)整灌溉施肥計劃，與此同時手機終端設(shè)備與氣象臺連接，接收最新氣象信息，做好耕種的預(yù)判計劃的支撐以及特殊氣候預(yù)警措施的服務(wù)；最后一階層的數(shù)據(jù)則來源于外在，其主要涵蓋歷史農(nóng)作相關(guān)信息，其他外部資源信息如專家最新科學(xué)技術(shù)，國內(nèi)外關(guān)于種植物的科學(xué)輔助內(nèi)容等。

在終端檢測設(shè)備中主要模塊包含定位模塊，即地理位置信息板塊：是將關(guān)于精準定位，地理信息的數(shù)字化地圖可視性，以下信息層按其可變性的順序顯示。它們是：地形等高線和斜坡信息，陽光照射傾斜度信息，降水量以及流失等信息，歷史性蟲病災(zāi)害信息等。

終端感應(yīng)靈敏器，即針對所檢測的項目類別的數(shù)據(jù)收集分析：①水質(zhì)檢測，按照我國農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準GB5084-92中所制定的水質(zhì)標準，要求進行實時數(shù)據(jù)采樣記錄功能，其檢測審查項目可包含含氧量、懸浮物、活性劑、PH值、含磷量、氯、硫、汞等；②土壤檢測，按照我國土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用土管控標準GB15618-2018中，關(guān)注記錄數(shù)據(jù)樣本包含農(nóng)業(yè)土壤中鎘、汞、砷、鉛、銅、鋅等；③植被檢測可踐行作物生長無損檢測模型[8]；④空氣檢測，其可包含空氣濕度，溫度，懸浮顆粒物含量等信息；⑤其他，包含實時病蟲災(zāi)害，惡劣天氣等（圖1）。

3 技術(shù)支持設(shè)計可視化

圖2 智能農(nóng)作檢測終端設(shè)備儀器

圖3 農(nóng)作智能app界面

于種植業(yè)而言，今后的研究重點將是提高數(shù)字農(nóng)作關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)的水平，有關(guān)農(nóng)作系統(tǒng)模型的構(gòu)建表現(xiàn)為由局部到整體，由經(jīng)驗性到機理性，由智能化到數(shù)字化，由功能化到可視化的發(fā)展態(tài)勢。如圖2所示該檢測設(shè)備終端包含陽臺能充電板，定位感應(yīng)器自動鎖定地理位置信息，周邊感應(yīng)元件可針對水質(zhì)，土壤，空氣等進行實時數(shù)據(jù)的檢測記錄和分析，可聯(lián)動于掌上APP，如圖3所示，在手機上或者電腦終端進行數(shù)據(jù)的實時查看，及數(shù)據(jù)收集，農(nóng)作環(huán)境監(jiān)管，農(nóng)作方案優(yōu)化分析三位一體。

4 數(shù)字農(nóng)作發(fā)展方向

1）構(gòu)建農(nóng)業(yè)農(nóng)村基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源體系，統(tǒng)籌建設(shè)農(nóng)業(yè)自然資源；加快圍繞智能農(nóng)作為基礎(chǔ)的生產(chǎn)數(shù)字化改造，其包含推進種植業(yè)的信息化，即加快數(shù)字農(nóng)情，構(gòu)建農(nóng)業(yè)病蟲災(zāi)害監(jiān)報系統(tǒng)和一定的數(shù)字防御體系。

2）推薦管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型，從設(shè)備至聯(lián)動人員的管理，需從傳統(tǒng)紙質(zhì)無序行為逐漸轉(zhuǎn)向為可回溯可追蹤可預(yù)測的智能管理體系。

3）強化關(guān)鍵性技術(shù)裝備，即本文所研究設(shè)計的檢測設(shè)備，重點針對攻克農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，動植物生理特征智能感知和模型預(yù)判的關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建符合不同地域不同物種的植被無損生長預(yù)估模型，充分利用現(xiàn)階段定位系統(tǒng)技術(shù)，新能源技術(shù)，高敏檢測儀技術(shù)等，集成強化提升農(nóng)作環(huán)境的智能技術(shù)裝備創(chuàng)新。

4）在農(nóng)作智慧化發(fā)展進程中，需要加強組織領(lǐng)導(dǎo)意識，即統(tǒng)籌協(xié)調(diào)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部等各級將數(shù)字化概念和數(shù)據(jù)化辦公融入整體管理體系中；再者需要政府的大力扶植，特別是關(guān)于智能化設(shè)備的設(shè)計研發(fā)等；還需強化科技人才支撐，重點對于該農(nóng)作智慧項目的領(lǐng)軍人才，科技人員，工程師和設(shè)計師做高水平的培訓(xùn)和管理。

5 結(jié)語

綜上所述，數(shù)字農(nóng)作是關(guān)于精確定位、實時感知和數(shù)據(jù)收集分析的過程，以及在整個種植周期的連續(xù)統(tǒng)一體中產(chǎn)生決策質(zhì)量的農(nóng)作信息。它還與可伸縮性、端到流程和向農(nóng)業(yè)社區(qū)的通用操作交付有關(guān)。該智能農(nóng)作檢測輔助設(shè)備作為一款便利，高效，科學(xué)的助農(nóng)產(chǎn)品，通過收集和分析農(nóng)業(yè)種植所需的各項指標和數(shù)據(jù)幫助種植者做出更好的決策，從而提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的綜合管理水平和核心生產(chǎn)力，實現(xiàn)以農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的數(shù)字化和自動化帶動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的信息化和現(xiàn)代化。