加強(qiáng)農(nóng)機(jī)智能化水平 加快智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用發(fā)展

張艷杰

(榆樹市農(nóng)業(yè)機(jī)械化學(xué)校，吉林 榆樹 130400)

0 引言

智慧農(nóng)業(yè)是以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)等為支撐手段的一種新型農(nóng)業(yè)發(fā)展形態(tài)[1]，是繼傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、機(jī)械化農(nóng)業(yè)、信息農(nóng)業(yè)、智能農(nóng)業(yè)后發(fā)展起來的一個(gè)更高端的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)意識形態(tài)[2]。

目前，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中面臨著土地資源退化、水資源短缺、社會勞動(dòng)力老齡化嚴(yán)重等問題[3]，加劇了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)壓力，迫使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不得不加快生物技術(shù)、信息技術(shù)及智能裝備的研究與發(fā)展，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式、管理方法與經(jīng)營模式，應(yīng)積極充分利用農(nóng)業(yè)“互聯(lián)網(wǎng)+”契機(jī)，全面穩(wěn)步推進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展[4]。

針對以上問題，本研究基于智慧農(nóng)業(yè)的基本含義、發(fā)展優(yōu)勢等詳細(xì)闡述了智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的核心內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)，并系統(tǒng)分析了國內(nèi)外智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要特點(diǎn)及限制條件，提出未來我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要趨勢與目標(biāo)，研究結(jié)果以期為提升我國農(nóng)業(yè)高效發(fā)展，為推動(dòng)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程提供技術(shù)參考。

1 智慧農(nóng)業(yè)的含義及應(yīng)用先進(jìn)性

1.1 智慧農(nóng)業(yè)的含義

智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)發(fā)展4.0階段提出的概念，主要包括智慧生產(chǎn)、智慧經(jīng)營、智慧管理及智慧服務(wù)等，主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)機(jī)制造及農(nóng)產(chǎn)品加工等領(lǐng)域[5]，核心技術(shù)主要依托物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)等。

1.2 智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢及先進(jìn)性

1.2.1 實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高效生產(chǎn)，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率

基于智能農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行農(nóng)業(yè)操作，不僅可以解決目前農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力短缺等問題，還可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向大型化、集約化及規(guī)?；较虬l(fā)展。云計(jì)算及農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)等技術(shù)便于生產(chǎn)管理者靈活、便捷地掌握天氣變化，合理制定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，避免由于自然災(zāi)害等造成糧食產(chǎn)量驟減，提升農(nóng)業(yè)應(yīng)對自然風(fēng)險(xiǎn)的能力。

1.2.2 促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展

智慧農(nóng)業(yè)可以利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對農(nóng)產(chǎn)品建立全程可溯源及食品安全體系，消費(fèi)者可以清楚了解農(nóng)產(chǎn)品從田間到餐桌的整個(gè)生產(chǎn)流程，可以推動(dòng)農(nóng)產(chǎn)品綠色、安全、優(yōu)質(zhì)發(fā)展。

1.2.3 推動(dòng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展

利用智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)可以改善生產(chǎn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源高效、循環(huán)利用，通過農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)管理，實(shí)現(xiàn)化肥、農(nóng)藥等精準(zhǔn)利用，推動(dòng)農(nóng)業(yè)廢棄資源高效利用，減少環(huán)境污染，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。利用衛(wèi)星搭載高精度遙感設(shè)備，構(gòu)建農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測體系，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)土壤、作物生長、水文等農(nóng)業(yè)資源實(shí)現(xiàn)高效監(jiān)測，配合專家調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效管理[6]。

2 智慧農(nóng)業(yè)的核心內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 核心內(nèi)容

2.1.1 智慧科技

科技是解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的支撐技術(shù)之一，農(nóng)業(yè)只有依靠科技才能實(shí)現(xiàn)進(jìn)步與可持續(xù)發(fā)展，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。隨著互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，方便了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐及行業(yè)交流，有助于農(nóng)業(yè)科技的進(jìn)步發(fā)展。

2.1.2 智慧生產(chǎn)

智慧生產(chǎn)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的核心，根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的物質(zhì)變化規(guī)律，減少資源浪費(fèi)，減輕對生態(tài)環(huán)境造成的污染，在保證農(nóng)業(yè)高效生產(chǎn)的同時(shí)，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)，提升農(nóng)產(chǎn)品市場競爭力。

2.1.3 智慧管理

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員實(shí)時(shí)了解農(nóng)田配置情況，靈活掌握自然環(huán)境變化，加強(qiáng)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的監(jiān)管與開發(fā)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精準(zhǔn)預(yù)測，保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各相關(guān)管理措施更加精準(zhǔn)與智能，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算技術(shù)是根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的采集、整理及保密規(guī)定等，按照一定的方法進(jìn)行儲存，云計(jì)算技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對儲存數(shù)據(jù)調(diào)用及共享，實(shí)時(shí)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供決策管理，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供充分的數(shù)據(jù)參考[7]。

2.2.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)技術(shù)是指利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，通過對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)分析、分類與總結(jié)，提煉出有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息，分析復(fù)雜數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，主要用于農(nóng)業(yè)災(zāi)害分析、農(nóng)業(yè)資源管理，研究目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中面臨的資源、環(huán)境多樣性等問題，為智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展提供參考。

2.2.3 農(nóng)情自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)

農(nóng)情自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)主要基于先進(jìn)無線傳感器、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云平臺及大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，對農(nóng)作物生長情況、病蟲害等進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者足不出戶就可以觀測到農(nóng)業(yè)種植區(qū)域的作物長勢，及時(shí)根據(jù)天氣變化情況及市場對農(nóng)產(chǎn)品的供需情況進(jìn)行分析，及時(shí)調(diào)整農(nóng)業(yè)管理措施，提供智能化決策與管理技術(shù)[8]。

2.2.4 農(nóng)機(jī)自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)

農(nóng)機(jī)自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)是指通過土地管理技術(shù)，優(yōu)化農(nóng)機(jī)農(nóng)田結(jié)構(gòu)布局，為農(nóng)業(yè)機(jī)械田間作業(yè)提供便利條件，為農(nóng)田標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)提供決策依據(jù)，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)效率，另一方面，農(nóng)機(jī)自動(dòng)作業(yè)技術(shù)是目前無人農(nóng)場研究的主要技術(shù)之一，是采用無人駕駛拖拉機(jī)，在沒有人為干預(yù)的前提下在田間進(jìn)行自主作業(yè)。無人駕駛拖拉機(jī)能利用環(huán)境感知技術(shù)、無線傳感器技術(shù)、定位導(dǎo)航技術(shù)、激光雷達(dá)技術(shù)等監(jiān)測自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過核心控制系統(tǒng)，判斷自身的轉(zhuǎn)向及行駛速度等，實(shí)時(shí)調(diào)整農(nóng)業(yè)機(jī)械自身作業(yè)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)無人管理。

3 國外智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 美國：信息化支撐農(nóng)業(yè)快速發(fā)展

美國是目前世界上農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平最高、生產(chǎn)效率最高及農(nóng)產(chǎn)品出口量最大的國家之一，農(nóng)業(yè)已經(jīng)逐漸成為美國在世界市場中最具有競爭力與影響力的產(chǎn)業(yè)之一。美國農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)起步于20世紀(jì)中期，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，美國逐漸成為世界上農(nóng)業(yè)信息程度最高的國家，極大地促進(jìn)了美國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)整體水平的提升與發(fā)展。

3.2 法國：完善農(nóng)業(yè)信息化體系

法國是世界上農(nóng)業(yè)出口量僅次于美國的第二大國家，農(nóng)業(yè)產(chǎn)量及出口量均位居歐洲第一位。法國農(nóng)業(yè)氣候條件優(yōu)越，為多種作物生長提供有利條件與環(huán)境，但是由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面積有限，目前，法國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要以中小農(nóng)場為主，采用“精耕細(xì)作”的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，其農(nóng)業(yè)主要生產(chǎn)特點(diǎn)可以概括為“三位一體”(圖1)，主要是由政府、農(nóng)業(yè)合作組織及私人企業(yè)共同承擔(dān)農(nóng)業(yè)建設(shè)，各個(gè)部門有各自的側(cè)重點(diǎn)，農(nóng)戶可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，自行進(jìn)行選擇。

圖1 法國“三位一體”農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)

3.3 日本：利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)振興農(nóng)業(yè)

日本耕地面積較小，農(nóng)業(yè)從業(yè)人員老齡化問題較為嚴(yán)重，從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人口正在逐漸減少，日本政府十分重視利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)振興農(nóng)業(yè)發(fā)展。

4 智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展難點(diǎn)與限制條件

4.1 智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系推廣困難

目前，大部分地區(qū)從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動(dòng)者文化素質(zhì)較低，對先進(jìn)技術(shù)接受容納程度不高，推廣智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系首先需要部署大面積的無線傳感器，如農(nóng)業(yè)傳感器，對土壤環(huán)境、水質(zhì)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，前期投入較為昂貴。因此，大多數(shù)農(nóng)戶生產(chǎn)積極性不高，因此，如何讓農(nóng)戶接受智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系帶來的商業(yè)價(jià)值，是目前我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要突破方向。

4.2 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)尚未形成標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)體系

智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系需要使用大量傳感器設(shè)備，對傳感器設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性及精度有較高要求，但是，目前我國自主研發(fā)的相關(guān)設(shè)備質(zhì)量亟待提升，且設(shè)備長期暴露在農(nóng)業(yè)環(huán)境中，風(fēng)吹日曬會導(dǎo)致傳感器故障頻發(fā)。另一方面，傳感器及相關(guān)數(shù)據(jù)處理平臺的應(yīng)用尚未形成完善的國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，無法在全國范圍內(nèi)進(jìn)行大面積推廣與應(yīng)用，成為限制智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系推廣的主要因素之一。

4.3 多個(gè)生產(chǎn)部門合作不協(xié)調(diào)

智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一個(gè)涉及多方面且復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要?dú)庀蟓h(huán)境、計(jì)算機(jī)、通信及檢驗(yàn)部門等多部門的多方協(xié)作，但是各個(gè)部門無法明確自己的責(zé)任，不能保證物聯(lián)網(wǎng)在不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)施。

5 智慧農(nóng)業(yè)未來發(fā)展趨勢與目標(biāo)

5.1 加大生產(chǎn)投入與政策集成

加強(qiáng)各個(gè)部門的有效溝通，推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)及相關(guān)政策的修訂工作，依法建立促進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的長效機(jī)制，不斷增加智慧農(nóng)業(yè)的科技推廣、體系建設(shè)及基礎(chǔ)設(shè)施等方面的投入，為智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供良好的環(huán)境，逐步建立完善的農(nóng)業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)化體系，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)信息系統(tǒng)融合，在進(jìn)行全面推廣工作并應(yīng)該先以實(shí)驗(yàn)地區(qū)開展相關(guān)的試點(diǎn)工作。

5.2 加強(qiáng)人才培養(yǎng)

在加強(qiáng)專業(yè)人才培養(yǎng)的同時(shí)，應(yīng)該同步加強(qiáng)對農(nóng)戶及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營者的培訓(xùn)力度，提高當(dāng)前農(nóng)戶的生產(chǎn)技能與管理水平，通過建立企業(yè)“流動(dòng)服務(wù)站”“專家服務(wù)站點(diǎn)”及定期培訓(xùn)組織等形式，對不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)地區(qū)農(nóng)戶進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，高?；蚱髽I(yè)可設(shè)立人才培養(yǎng)啟動(dòng)資金，確保農(nóng)業(yè)相關(guān)人才培養(yǎng)及科研工作的穩(wěn)步發(fā)展。

5.3 推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加快農(nóng)村地區(qū)信息基礎(chǔ)及寬帶普及，加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備硬件設(shè)施配置，實(shí)現(xiàn)設(shè)備升級，逐步推廣智能化數(shù)據(jù)采集渠道及監(jiān)測系統(tǒng)，強(qiáng)化利用現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)替代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與處理。

6 結(jié)論

智慧農(nóng)業(yè)是以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)等為支撐手段的一種新型農(nóng)業(yè)發(fā)展形態(tài)，是繼傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、機(jī)械化農(nóng)業(yè)、自動(dòng)化農(nóng)業(yè)、信息化農(nóng)業(yè)等發(fā)展后更加高端的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)階段，能實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、設(shè)施園藝、養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品物流技術(shù)等優(yōu)化配置與科學(xué)化管理，促進(jìn)農(nóng)業(yè)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、安全、智能化發(fā)展。本研究基于智慧農(nóng)業(yè)的基本含義、發(fā)展優(yōu)勢等詳細(xì)闡述了智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的核心內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)，并系統(tǒng)分析了美國、法國等國家智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要特點(diǎn)，提出我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要限制條件并給予相關(guān)的發(fā)展建議，研究結(jié)果以期為我國農(nóng)業(yè)高效發(fā)展提供技術(shù)參考與借鑒。