5G技术在农业发展中的应用研究

葛丽玮（黑龙江省农垦管理干部学院）

5G是国际电讯联盟确定的第五代通信标准。5G具有超高速率、超大连接、超低时延三大特性。5G每秒是以Gb为单位进行传输的（1～10Gb），是4G的10～100倍；每平方公里可接入100万个设备，是4G的5～10倍；空口时延1ms，是4G的五分之一。4G是围绕人对信息的需求，5G不只是人与人之间的连接，还实现了人与物、物与物之间的万物互联。5G将在各方面超越4G，实现真正意义的融合性网络。5G技术开启了从消费向生产全面渗透的进程。5G将成为社会信息流动的主动脉、产业转型升级的加速器、数字社会建设的新基石。络实时将测量模型送到云端与原始理论模型快速对比，使得检测时间从2天降低到3～5min，显著提升检测效率。

一、5G的应用场景

（一）5G增强型移动宽带（eMBB）

主要面向移动互联网流量爆炸式增长，为移动互联网用户提供更加极致的应用体验，支持超高流量密度、超高移动性、超高连接数密度场景，如办公室、体育场、高铁等。

现在高清视频4K需要66Mbps的带宽，8K需要120Mbps带宽，只有5G能胜任。2019年8月18日，全球首台“5G+8K”超高清视频全业务转播车在北京落成，8月20日进行了篮球世界杯8K超高清直播。工业方面，杭州汽轮机集团打造5G三维扫描检测系统，通过激光扫描技术精准快速扫描物体表面，并生成三维模型，流量带宽超过200Mbps，通过5G网

（二）5G高可靠低时延通信（uRLLC）

主要面向远程医疗、AR/VR、无人机、自动驾驶等对时延和可靠性具有极高要求的垂直行业应用需求。2019年3月16日上午，全国首例基于5G的远程人体手术，帕金森“脑起搏器”植入手术在海南解放军总医院成功完成。位于海南的医生，通过5G网络实时传送的高清视频画面，远程操控手术器械，历时3个小时为身处北京的患者完成了手术。对降低患者医疗成本、下沉优质医疗资源具有重要意义。

5G构建了智慧教育创新模式，实现了信息技术与教学应用的深度融合，如远程教学、全息应用、AR/VR教学。通过AR/VR可以进行医疗培训、军事对抗、跳伞、射击等项目训练，体育竞技培训如虚拟高尔夫、冲浪等都可以在AR/VR场景中实现，还可以对各种机械、地形进行虚拟仿真实验。

（三）5G海量机器通信（mMTC）

5G大连接形成更广阔和开放的物联网，主要面向智慧城市、智能家居、智慧农业、环境监测等以传感和数据采集为目标的应用需求。青岛港在每个自动岸桥吊车上布置30多个高清摄像头，图像通过5G上传到边缘平台再到控制台，5G终端上行速率100Mbps，网络时延最低13ms，满足位置精度和低时延的远程控制要求，在全球港口中首次实现从码头到运输车辆的全自动收箱作业，工作效率提高了30%。

二、5G在农业中的应用

5G网络的发展将为农民和农业企业提供智慧农业所需要的基础设施，5G将被运用到物联网技术中，对农业活动进行跟踪、监测和分析。5G的传输速度是4G的几十倍甚至上百倍，让智慧农业各环节实现全方位的提速与升级。5G在农业中的应用主要体现在八个方面。

（一）智慧农场

利用5G网络的高速率、大连接这两个特点，帮助农业实施大规模的机器服务。集中控制环境传感器、播种机、无人机等监测设备并实时发送数据，最终达到精耕细作、准确施肥、合理灌溉的目的。山东淄博禾丰智慧农场是由山东理工大学打造的全国首个示范性生态无人农场，主要应用于小麦和玉米的耕种收等环节，特点是开发了基于5G网络的自走式喷罐车，集成了5G、物联网、大数据等技术，宽达300米，可以横跨整个地块进行作业，实现了对小麦的无人精准高效灌溉，同时基于5G网络的无人机在农机管理系统的控制下，可以对农场500亩农田自动开展喷药作业。

（二）智慧农机

智慧农机在4G时已经能够进行物联网的连接与通讯，但5G最大的特点就是高速率、低时延，如农机的状态信息采集、故障定位、作业监控等都能够实时在线显示。监控中心能实时知道农机故障发生的原因，及时进行修理，同时能指导多台农机协同作业。低时延的好处就是能及时作出路线决策，提高播种或收获的速度，让作业更加精准。农业机械的另一个方面就是农业机器人，主要分为两类：一是行走机器人；二是机器手机器人。机器人主要是根据视觉识别技术，对植物进行识别、定位，然后种植、采摘。5G技术使机器人接受指令速度更快，能传输高清图片和视频，推动机器人视觉识别技术的发展。5G使可接入机器人的数量增加，可远程操控多个机器人进行工作，提高了作业效率。

（三）智慧林业

5G智慧林业，利用5G网络视频、无人机等监测设备，进行森林巡检，实现了森林资源、森林病虫害、野生动植物、森林防火等监测，以及为工作人员和游客提供向导与救援服务。

（四）智慧畜牧

5G智慧畜牧可以提高畜牧养殖生产效率，降低养殖成本，防止牲畜疫情和牲畜丢失，保护畜牧生态。在四川省阿坝州中外技术人员利用5G无人机技术，给牛脖子戴上5G终端，运用物联网技术来管理牦牛，给高原牧民的传统放牧工作带来了巨大变化。

（五）智慧渔场

5G智慧渔场利用网络高清摄像头和水下摄像系统等监测设备，对渔场进行实景监测、水产品生长情况监测和精准投饵等应用，提高水下作业安全性，节约人力成本。威海爱伦湾国家级海洋牧场在2019年5月完成了5G信号区域全覆盖，开展了5G全景监控应用，通过架设的全景高清摄像装备、5G水下摄像系统，实现了对牧场24小时的全景监控，管理人员通过手机在办公室或家中就可以观察水产品生长情况，水下观测距离可达10米。同时游客也可以佩戴VR眼镜，观看现场直播，体验海洋之美。借助5G技术还可实现海带育苗等生产环节的智能化控制，使海洋牧场“无人值守”成为可能，促进了海洋牧场生产方式的智慧升级。

（六）5G联网无人机

无人机对网络信号的时延性要求很高，5G网络赋予无人机超高清视频传输、远程联网和自主飞行等重要能力，5G技术使无人机机群协同作业和24小时不间断工作成为可能，在农业、安防、电力等行业有巨大发展空间。植保无人机体积小、重量轻，飞行操控灵活，对不同地块、作物都有良好的适用性。在平台端可以远程操控联网无人机，进行下达任务、自主设计航线、实时回传喷洒数据、作业完毕自动返航等功能设置。植保无人机减少农药使用量在20%以上，节省用水量在90%以上，提高农药利用率在30%以上。无人机旋翼产生的稳定风场可以穿透到作物底部，雾化效果好，可达到叶片的背面。

无人机水稻直播在南方比较普及，每天可播300～600亩，是地面机械的3～5倍，同时省去育秧、运秧、插秧多道工序。无人机可以根据种子的大小调节喷头的大小，根据需要，成行成列地喷撒种子。无人机还可以喷撒颗粒化肥和农药，针对颗粒密度与质量的不同，可以自动调整药箱参数，提供高效智能的施肥、施药方案。

无人机搭载一系列的遥感设备，可以拍摄作物的生长情况。遥感图片结合大数据进行分析，可以实现作物监测、施肥建议、病虫害预测等功能。不同农作物反射红外线的光谱不同，可以测算出农作物的面积。通过红外光谱和高清照片可以分析病虫害的情况。

森林管理方面，在林场的周围布设5G无人机地面站，覆盖范围大约是100公里。在无人机上搭载一些设备，如光学相机、高清摄像机等，来监测植被生长情况、森林覆盖情况，通过大数据分析树的品种、成活率，给出补种建议，也可以对森林发生的病虫害进行预测，提出防治建议。森林消防方面，日常根据需要可以规划巡检路线，有异常无人机会自动报警。如果森林起火，可以派无人机查看火情火势，火后可以利用无人机对起火点进行识别。

（七）远程农业直播

目前乡村旅游发展迅猛，节假日通常人流如织，5G与4K、8K等视频直播技术的结合，助力乡村旅游。乡村可以在手机端远程展示项目实景，带游客提前感受美丽乡村，让游客提前了解景区的特色，提前规划好行程。手机端还可以实时观测区域客流量，如果客流量较大要实施限流措施。

5G直播可实现万人同步在线学习，在农技传播、农民培训、农业知识普及等方面应用广泛，同时借助VR、AR等设备，农业专家可实行远程技术指导。利用5G大宽带优势，还可以进行电商直播、认养农业。

（八）数字乡村

通过高速率、低时延的移动5G网络整个乡村的视频信息可以实现实时回传，并借助远距离高清监控设备做到对重点区域的精准管控，预防各类灾害。2019年7月，浙江省萧山俞村实现5G信号全覆盖，在村内建起300个微基站，率先打造5G数字乡村，借助“5G+智慧路灯+数字管理”打造乡村数字化发展示范样本。利用智慧灯杆上装的高清摄像头，可以清晰监测到村内的情况，实时把村内的画面传输到村委会的数字平台或工作人员的手机上。村里通过“智慧医疗”制定了免费检测、专线呼叫、送诊上门等专项服务，消除乡村“健康盲点”。同时还建立了买手直播商学院、锦锂产业园，为探索乡村数字产业提供了全新理念和模式。

三、结语

5G在农业发展中所起到的作用是高速与高效。在5G的加持下，农业丰富的数据类型与应用场景不断进行深度融合，给农业发展带来了无限可能性。5G提升了农机、无人机的控制精度，使农机协同作业和24小时不间断工作成为可能；进一步提高了数据传输分析的速度、精确度；解决了传统物联网的容量问题，让智慧农业各环节实现全方位的提速与升级。未来我国农业将实现智能化提升，打造数字农业体系，稳步向智慧农业迈进，铸就“中国粮食，中国饭碗”的高品质体系。