基于农业全产业链的无人农场运行体系研究与设计

河南农业大学信息与管理科学学院 郭龙飞

河南省农业农村厅 刘志华

随着物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术的发展，英国、美国、以色列、荷兰、德国、日本等发达国家陆续开始构建无人大田农场、无人猪场、无人渔场。2019 年，我国山东省、福建省、北京市等地也开始了无人大田农场、无人猪场的探索，无人农场作为未来农业的一种新模式已经开启。中国工程院院士罗锡文指出，无人农场是新一代信息技术、智能装备技术与先进种养殖工艺深度融合的产物，是对农业劳动力的彻底解放，代表着农业生产力的最先进水平。全天候、全过程、全空间的无人化作业是无人农场的基本特征。

大国小农是我国的基本国情和农情，小农户将长期存在是基本事实，努力探索将小农户与现代农业进行有机衔接的实现路径是当下的重要课题。本文所研究的无人农场主要是基于小农户发展特点所设计实现的远程控制或无人值守两个阶段的无人农场，基于农业全产业链无人工或者少人工参与运行，开展无人农场运行体系设计，在产前耕种作业、产中田间管理、产后销售配送等环节设计整体信息化解决方案，为小农户提高生产经营效率提供借鉴。

一、农业全产业链的信息化需求

（一）产前信息化需求

根据农业生产特征，农业产前信息化需求可以概括为生产者对市场预测、生产技能和生产资料的信息化需求。信息化需求包括在线获取国内外农产品市场行情、在线订购农业生产资料减少中间差价、在线获取农业生产技术等。

（二）产中信息化需求

农业产中主要包括农业技术操作、农作物田间管理、病虫害防治、生产环境监控等环节。信息化需求包括农业专家远程诊断、物联网监测管理、无线通信传输、人工智能等。

（三）产后信息化需求

农业产后主要包括农产品的加工、储存、流通、销售和质量追溯等环节。信息化需求包括高效率加工、高质量储存、流通全程监管、产销精准对接、供需信息精准匹配、质量信息可溯源等。

二、无人农场产前运行系统设计

围绕农户的政策查询、生产指导、便民服务、在线培训、农业生产资料推荐等服务需求提供一体化的信息服务集成平台。

（一）农业数据资源库

建立农业专家数据库，采集并提供农业领域各类学科的科研带头人与科研专家的主要研究领域、研究成果、联系方式、专家照片等专家基本信息。建立农业实用技术库，包括种植技术、养殖技术、加工技术、存储技术、销售技术等农业产业链过程中涵盖的主要实用技术，主要以期刊文章、书籍、课题研究报告、讲座等形式呈现。建立农业投入品或生产资料数据库，对现有的相关数据进行整合，通过建立相应的数学模型，更加快速准确地对数据进行分类、调取、显示，为全面掌握全市的农业生产资料生产、加工、运输、销售、使用等信息提供数据支撑。建立农业病虫害数据库，发布病虫草害预防措施，可根据病虫害类别、症状、发病部位、防治措施、防治种类进行在线查询。

（二）农业经营主体应用服务系统

以电子信息技术为手段，以网络为平台，以知识管理为核心，有效整合各类社会资源，构架基于VIP客户端及手机客户端方式的，服务于农业经营主体的网络工作平台，提供政策法规信息、信息化建设、管理咨询、培训教育、品牌推广、金融服务、购买服务、销售服务、项目合作服务等信息资源和业务服务。

三、无人农场产中运行系统设计

（一）农业物联网系统

利用物联网技术，采用高精度土壤温湿度传感器和智能气象站，远程在线采集土壤墒情、气象信息，实现墒情、旱情、自动预报、灌溉用水量智能决策、远程自动控制灌溉设备，实现对无人农场的智能化生产。一是农田环境信息采集。通过各种传感器采集农田环境信息包括土壤温度、土壤含水量、空气温湿度、风速风向、降雨量、太阳辐射强度等。二是农田环境信息分析处理。对采集到的信息进行综合分析处理，结合作物种类、生长阶段等信息，给出种植建议。三是农情信息发布。通过手机向农户发布农田土壤墒情信息、气象信息，以指导农户科学生产、节水灌溉、增产增效。四是远程灌溉控制。通过无线通信方式，远程控制机井开闭，以实现对不同区域进行远程灌溉控制。同时，可以进行定时灌溉，通过与数据分析系统关联，实现自动灌溉。

（二）测土配方施肥地理信息系统

1.建立测土配方施肥数据库。建立测土配方施肥专家系统属性数据库，建立规范化和标准化的测土配方施肥属性数据库，建立测土配方施肥空间数据库，利用土壤图、土壤利用现状图、行政区划图、土壤养分图、采样点位图、农田水利分区图、地貌类型分区图和土壤测试值，制作项目区耕地土壤养分图和作物测土配方施肥分区图。

2.数据查询模块设计。实现计算机前台对后台数据库的查询、统计、管理工作。农户通过电脑或者智能手机即可查询测土配方施肥建议。

3.施肥管理模块设计。提供各区域不同轮作下最佳的养分及肥料品种、施用量、施肥期、施肥方法以及土壤肥料专家的决策建议，并根据专家系统给出施肥决策，实现为农户打印地块施肥卡的目标功能。

（三）农业生产监测及病虫害测报系统

系统可以提供虫情测报，设置多个重要节点，在每个节点布置若干个物联网自动监测设备，通过设备自动收集到有害生物信息，利用无线网络传输到数据中心，得出某块区域的有害生物种类、数量，再和气象信息汇总，从而得到更加完善的园区有害生物种类数量。利用系统可以解决一系列问题，如某个气象条件下适合哪种有害生物生长繁殖，以及某种有害生物单位面积内的数量是否超过额定数量，是否有暴发疫情的可能,如果暴发，传播方向会是哪里等。

四、无人农场产后运行系统设计

为无人农场提供全方位农业经营服务的信息化平台，提供农产品质量安全追溯、交易撮合，生产基地和产品实景展示，电商销售渠道推送等信息服务。

（一）无人农场电商分类分析系统

建立无人农场电商分类分析推送系统，对全网农产品销售渠道实现智能抓取、分类和分析，形成多址链接、信息索引、关键分析的功能架构，以及“先分类、后分析”的农产品电商销售辅助决策、服务的信息化平台。一是农业电商信息自动采集和查询，采用Nutch等网络抓取技术，通过批量定义抓取目标（京东、天猫、拼多多、抖音等），自动抓取销售农产品的电商经营的主体信息，提供多条件分类检索功能、电商分类排序功能，对相关数据进行分类聚类统计分析、图表化展示，为销售提供辅助决策。二是农业电商信息分析，统计分析各农业电商分类产品的网上销售量、营销额等，能够对不同品类农产品的网上经营管理情况进行分析，利用图表化工具展示分析结果，为无人农场的智能经营提供支撑。

（二）农产品质量安全监管和二维码溯源查询系统

农产品质量安全监管与追溯系统以无人农场生产档案数据为基础，对种植农产品的生产环境、生产活动、包装、加工处理、储存、运输以及销售各个环节，采用条码技术，对生产基地、品种进行统一编码，实施电子化管理，消费者买到带有标签的产品，通过电话、上网、手机短信、条码扫描枪等方式，只需输入产品追溯码即可了解产品的产销履历信息。

五、全产业链无人农场云平台

应用云计算、大数据技术，建设全产业链无人农场综合服务云平台，形成无人农场统一的数据交换和工作支撑信息平台，为无人农场提供“神经中枢”。

（一）部署无人农场作业统一支撑引擎

在无人农场生产、经营、管理、服务等全领域搭建数据交换和协同工作信息平台，开展数据监控、数据采集、数据存储、数据应用，实现无人农场智能化运行。

（二）研发无人农场统一数据接口

建立工作协作服务、监管协作服务、信息协作服务模块，确保生产经营各环节作业能够远程智能开展，实现各环节作业协同，包括产前信息化应用数据及功能共享接口，产中信息化应用数据及功能共享接口，产后信息化应用数据及功能共享接口。

在我国现阶段经济和农业发展条件下，开展无人农场应用实践已经成为现实，但是我国人多地少的现实国情决定了无人农场的应用水平将在一段时期内保持在信息化和高效化的层次，完全无人工的高度智能化无人农场在现阶段还不能大面积普及和应用。因此，现阶段开展无人农场建设探索和应用，主要面向广大小农户，将现代信息技术融合到农业生产的全产链中进行整体设计，以提高生产经营的整体效率弥补高度无人化作业降低的成本，实现与发达国家无人农场建设基本等同的成效。