装备与信息协同促进现代智慧农业发展研究

2023-11-19张金果

农业开发与装备 2023年8期

张金果，郭健

（新疆石河子职业技术学院，新疆石河子 832000）

0 引言

在科技前沿研究、开放数据共享、培育行业人才等领域，大力推进新一代信息化技术和现代农业产业化的深入发展；“大数据”与“农业科技战略”“农业4.0”“四个基本架构”等相关的政策文件加速了“智慧农业”“数字农业”的发展。通过对智慧农业发展需求的分析，展望未来发展趋势，为智慧农业的可持续发展，优化效率体系和开发资源。

1 装备技术在现代农业中的应用分析

1.1 动力机械

电力机器是指代替人力或畜力为各类农业设备提供的电力设备，能提高农用产量、提高抗灾能力、降低人力劳动强度，这样可以显著地增加劳动生产率和产出。拖拉机是以“高效、智能、环保为主导”的农用电力机器，“信息化一体化”发展的重点是动力，传动、行走、改进液压、悬挂、驾驶舒适性。随着农机化程度的提高，石油消耗过多，环境污染加剧，相关的法规将会更加严厉。利用不同的机内净化技术和机外尾气的技术，使整个设备的排放最小化，同时开发出更多的能量蓄电池和生物甲烷燃料等可再生的新的能源技术，以达到零排放、无污染、低噪声的目的，高效利用，有效地处理了农用自动化生产中的能源和减少污染。

1.2 大田精准作业机械

精细机械分为：耕作机械、播种机械、精细灌水机械、收割机等。以国内农用机械的深加工为例，通常采用机械来调节动力、调节位置。但在生产实践中遇到了一些问题。如，阻力不足，不能实时监测。未来，为了准确地调控农田，将采用电-液相结合的方法进行农业生产。同时，还对农用机械的生产过程进行了优化，对农用机械的自动化监控和故障分析、深度调节、机位调节、工作速度的协调等方面进行了研究。发展减少入地数量、节能、智能化、高速度联合作业是未来中国农业机械发展的一个重要方向。

1.3 工厂化农业装备

工厂化农业是在一定的控制条件下，利用工业生产的方法，为农业生产创造有利的环境，以提高农业产量、质量和效益，达到集约、高效、可持续发展的目的，生产平衡、高产出、高效率、具有高的资源利用率、高的产品价值。工厂化农业生产的关键设备包括：感知智能，控制设备，精密操作设备等，目前在国内普遍应用的是日光温室、塑料温室、连栋温室、人工照明工厂等，基于信息的监测装置包括传感监测、光谱监测、视频监测等。已初步建立起多源信息的综合感知模型；从离线实验室检测到手持式多指标检测，到实时在线检测，可迅速获取各类人工植保机构精确操作所需要的信息，为规范化生产管理系统的核心技术提供支持。智能操作装备在今后的发展中，将重点解决作物生产、采后、物流等环节的技术瓶颈，实现智能、大数据、智能装备与农业生产的有机融合。在农业生产、物流、植保等方面，要建立起涵盖整个生产链条的智能化生产工艺设备、回收设备、处理农业废弃物的机器人，将机械技术、电子技术和控制技术相结合，研制一种可以实时监控作物的生理生态学特征的传感器，以获得最大的产量和最小的人工效应，实现农业的科学化和信息化。

1.4 农产品产地初加工装备

农产品现场加工设备主要有粮食烘干设备、生鲜农产品预冷保鲜设备、农产品质量无损检测及分级设备，逐步实现自动化、智能化关键在于高效节能，实现智能等技术的突破，加强对新鲜食品低温保存设备的认识，逐步提高其可靠性和准确性。农产品的原料药生产设备将起到保证农产品质量安全，提高农产品市场竞争能力，促进农产品生产更高效。

2 信息技术在现代农业中的应用分析

2.1 作物信息获取技术

作物信息获取技术包括传感设备、无线通信技术和数据库技术，应用大数据等自动化技术，对作物多尺度性状（组织-器官-植物-群体）的表型数据进行了系统而高效的获取，其中包含了作物表型等方面的数据。表型的信息采集技术，按照不同的实验环境，分为室内和室外两种：通过精密调节各种环境因子，在苛刻的实验环境下，对培养箱和温室里的作物的生长情况进行严密的监控，准确地进行植物生长发育的分类和有目的性的分析，具有不可替代的优越性。在农业数字化、智能化农业发展中，表型的信息抽取与智能分析是农业发展的关键。表型技术的发展方向是：从地面到地下，从宏观到微观，从物理到生理学，从静止到动态。由于目前农作物表型数据采集手段单一，表型数据分析的时效性差，本文着重于多个节点的时空同步采集、多模态数据的融合、数据的实时分析。建立以自主技术为主、性能稳定可靠、具有自主操作和自主加工功能的系列农作物表型平台，支持了国内植物表型技术进入国际领先水平。

2.2 农业智能知识服务技术

以农业知识为主要内容的农业智能知识和信息服务技术，将分散的农业信息以智能的形式进行整合，并运用信息分享和集成的辅助决策模式，为广大的用户实现个性化、准确的信息处理，能效地克服当前农业生产中普遍出现的“水肥过量”“专家短缺”和“信息传递”等诸多问题。完整、规范、准确地描述了农业知识，并以知识本体论、知识图库等方式存储知识的资料及相关知识，从而达到实时、高效地重用和分享。由于我国的农业行业种类繁多，地域气候变化大，其产品的季节变化也比较大。因此，我国农村居民的需求差异较大。经过2000多年的发展，我国已建立了包括棉花、小麦、烟草和水稻在内的一套农业专家决策体系。但是，知识规则的构建、更新和维护等方面都有一定的限制。从过去的小型数据挖掘和统计分析，到目前为止，我国的农业智能技术已经发展到了大规模的数据分析、预警、动植物的数字化模拟和生产过程模拟。随着互联网不断扩展到物联网，智能的农业技术将会结合机器学习，建模、模拟、云计算等技术。利用图像识别技术、复杂网络技术、地理信息系统等技术，可以有效地模拟和求解各种农业问题。

2.3 智慧化农业经营技术

智能化的农业生产是一个多部门、多领域、多学科的有机集成，它的体系和复杂性非常突出，按产业领域分为：智能化农作物生产、智能化畜禽养殖、智能化水产养殖。智能作物生产技术是在充分掌握土地资源和作物群体变异的基础上，针对不同作业单位的实际状况，对各种管理方法和投入进行精确地调控，以达到最大经济利益，并减少对环境的危害。内容有：精准施肥、精准灌溉、会商农业形势；决策与调度。其中，以智能化设备的协作操作为基础，通过对农业生产的数据进行数字化存储、分析和运算，利用AI技术从大量数据中提取和判断农业问题，为农业生产提供决策依据。通过互联网、大数据、云计算等技术，实现了畜牧业智能化的生产，应用新一代的技术如区块链技术、利用传感技术、图像处理技术及语音识别技术，对畜禽环境进行智能化管理、畜禽精准饲喂管理、畜禽疫病智能化监测与预警预报；实现生产智能化、网络化、管理精准化、管理规范化。

2.4 农产品智慧流通技术

农产品智慧流通技术包括信息获取技术、感知技术、运输和物流路线等。流通环境的信息采集，目的在于对食品的低温、湿度和光照进行严密的监控。在单一温区、单一产品的冷库中，利用传感器，实时采集、传输和存储汽车内的数据。农产品的品质感知对于保障食品的安全性和产品的质量至关重要。在此基础上开发了以机械、电子学、光学、化学、生物学等多种技术为基础的快速无损检测技术；主要包括嗅觉技术、味觉技术和视觉传感器技术；光谱技术，传感器技术等。农业运输与配送路径的最佳化，是通过大量数据挖掘、处理与分析，改善其信息获取、应用及流程的最优，为建立一个建立农产品冷链物流体系的信息平台。对于选择多个最优化的运输路线，大部分的理论都是采用权重和法把多个优化问题转换成单一的优化问题，然后进行建模和分析。在具体的物流配送中，该方法可以有效地求解多个优化问题。

3 对策建议

3.1 加大农业科技创新投入并优化结构

智慧农业是以装备和信息化相结合的农业发展的一种新的发展方向，对农业生产效率的提升和农业机械的高质量、高效率的发展有着重要的作用。应继续扩大智慧农业的投资，并优化其投资结构。由于其公益性和排他性，其所带来的社会利益多于个人利益。要想摆脱“搭便车”现象，就需要在新的市场条件下发挥其领导作用，合理地增加科技创新、转化和推广的资金。提出建立智慧农业科技创新重大专项资金，对农业的关键技术进行研发，并充分利用其在技术上的引领和示范效应。从国外的实践来看，私营企业对R&D的投入和对政府的R&D的投入是相互补充的，提出了建立健全农业科研投入体系和多种投资模式的政策，引导社会组织和农业企业积极参与农业科技创新。

3.2 建立农业“产学研”创新联盟，促进科教融汇

“产学研”合作是当前我国农业产业化发展的一个主要组织形态，通过这种方式，可以使我国的高新技术产业实现优势互补，资源协同，创新价值链的延伸，进而提高其创新能力。加强科研机构、高校、管理等方面的协作，加强农资企业的优势，建设现代农业科技体系，以创新价值链为基础，形成协同合作关系。通过财政和税收等方面的扶持，健全各创新主体之间的利益配置，促进农业产业结构调整和优化，增强农业科技创新体制的活力。加强科技兴农、科技创新、科技人员培训，培育新的农民队伍，建立多元化的人才奖励体系，增加和提供足够的支助。

3.3 完善农业科技创新激励政策

我国农业技术革新面临许多不确定因素和风险，其中一个重要因素就是缺乏对其进行激励。分析了我国现代智慧农业的发展特征，并提出了相应的鼓励措施。坚持政府采购政策，特别是对科技方面的重要技术创新。鼓励各类投资机构参与到现代智慧农业的创新中来，支持农民利用创造性的技术，同时强化对农业的知识产权的保护。在深化农村科技体制的变革中，引进私人资金，提高农民抵御风险的能力。建立科技成果转化的技术服务体系，扩大信息交流渠道，降低农产品的非对称程度，推动农产品工业化进程。要建立和完善科技评价体系，全面评价其学术价值、应用可行性和行业适应性，推动科技与农业产业链之间的密切关联，并以共享科技成果为动力，激发科技人员的工作积极性。