基于農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的無人農(nóng)場(chǎng)運(yùn)行體系研究與設(shè)計(jì)

郭龍飛 劉志華

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技 術(shù)的發(fā)展，英國、美國、以色列、荷蘭、德國、日本等發(fā)達(dá)國家陸續(xù)開始構(gòu)建無人大田農(nóng)場(chǎng)、無人豬場(chǎng)、無人漁場(chǎng)。 2019 年，我國山東省、福建省、北京市等地也開始了無人大田農(nóng)場(chǎng)、無人豬場(chǎng)的探索，無人農(nóng)場(chǎng)作為未來農(nóng)業(yè)的一種新模式已經(jīng)開啟。中國工程院院士羅錫文指出，無人農(nóng)場(chǎng)是新一代信息技術(shù)、智能裝備技術(shù)與先進(jìn)種養(yǎng)殖工藝深度融合的產(chǎn)物，是對(duì)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的徹底解放，代表著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的最先進(jìn)水平。全天候、全過程、全空間的無人化作業(yè)是無人農(nóng)場(chǎng)的基本特征。

大國小農(nóng)是我國的基本國情和農(nóng)情，小農(nóng)戶將長期存在是基本事實(shí)，努力探索將小農(nóng)戶與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)進(jìn)行有機(jī)銜接的實(shí)現(xiàn)路徑是當(dāng)下的重要課題。本文所研究的無人農(nóng)場(chǎng)主要是基于小農(nóng)戶發(fā)展特點(diǎn)所設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程控制或無人值守兩個(gè)階段的無人農(nóng)場(chǎng)，基于農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈無人工或者少人工參與運(yùn)行，開展無人農(nóng)場(chǎng)運(yùn)行體系設(shè)計(jì)，在產(chǎn)前耕種作業(yè)、產(chǎn)中田間管理、產(chǎn)后銷售配送等環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)整體信息化解決方案，為小農(nóng)戶提高生產(chǎn)經(jīng)營效率提供借鑒。

一、農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的信息化需求

（一）產(chǎn)前信息化需求

根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特征，農(nóng)業(yè)產(chǎn)前信息化需求可以概括為生產(chǎn)者對(duì)市場(chǎng)預(yù)測(cè)、生產(chǎn)技能和生產(chǎn)資料的信息化需求。信息化需求包括在線獲取國內(nèi)外農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)行情、在線訂購農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料減少中間差價(jià)、在線獲取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)等。

（二）產(chǎn)中信息化需求

農(nóng)業(yè)產(chǎn)中主要包括農(nóng)業(yè)技術(shù)操作、農(nóng)作物田間管理、病蟲害防治、生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控等環(huán)節(jié)。信息化需求包括農(nóng)業(yè)專家遠(yuǎn)程診斷、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)管理、無線通信傳輸、人工智能等。

（三）產(chǎn)后信息化需求

農(nóng)業(yè)產(chǎn)后主要包括農(nóng)產(chǎn)品的加工、儲(chǔ)存、流通、銷售和質(zhì)量追溯等環(huán)節(jié)。信息化需求包括高效率加工、高質(zhì)量儲(chǔ)存、流通全程監(jiān)管、產(chǎn)銷精準(zhǔn)對(duì)接、供需信息精準(zhǔn)匹配、質(zhì)量信息可溯源等。

二、無人農(nóng)場(chǎng)產(chǎn)前運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圍繞農(nóng)戶的政策查詢、生產(chǎn)指導(dǎo)、便民服務(wù)、在線培訓(xùn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料推薦等服務(wù)需求提供一體化的信息服務(wù)集成平臺(tái)。

（一）農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)資源庫

建立農(nóng)業(yè)專家數(shù)據(jù)庫，采集并提供農(nóng)業(yè)領(lǐng)域各類學(xué)科的科研帶頭人與科研專家的主要研究領(lǐng)域、研究成果、聯(lián)系方式、專家照片等專家基本信息。建立農(nóng)業(yè)實(shí)用技術(shù)庫，包括種植技術(shù)、養(yǎng)殖技術(shù)、加工技術(shù)、存儲(chǔ)技術(shù)、銷售技術(shù)等農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈過程中涵蓋的主要實(shí)用技術(shù)，主要以期刊文章、書籍、課題研究報(bào)告、講座等形式呈現(xiàn)。建立農(nóng)業(yè)投入品或生產(chǎn)資料數(shù)據(jù)庫，對(duì)現(xiàn)有的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，通過建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，更加快速準(zhǔn)確地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、調(diào)取、顯示，為全面掌握全市的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、銷售、使用等信息提供數(shù)據(jù)支撐。建立農(nóng)業(yè)病蟲害數(shù)據(jù)庫，發(fā)布病蟲草害預(yù)防措施，可根據(jù)病蟲害類別、癥狀、發(fā)病部位、防治措施、防治種類進(jìn)行在線查詢。

（二）農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)

以電子信息技術(shù)為手段，以網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)，以知識(shí)管理為核心，有效整合各類社會(huì)資源，構(gòu)架基于VIP客戶端及手機(jī)客戶端方式的，服務(wù)于農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體的網(wǎng)絡(luò)工作平臺(tái)，提供政策法規(guī)信息、信息化建設(shè)、管理咨詢、培訓(xùn)教育、品牌推廣、金融服務(wù)、購買服務(wù)、銷售服務(wù)、項(xiàng)目合作服務(wù)等信息資源和業(yè)務(wù)服務(wù)。

三、無人農(nóng)場(chǎng)產(chǎn)中運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用高精度土壤溫濕度傳感器和智能氣象站，遠(yuǎn)程在線采集土壤墑情、氣象信息，實(shí)現(xiàn)墑情、旱情、自動(dòng)預(yù)報(bào)、灌溉用水量智能決策、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制灌溉設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)無人農(nóng)場(chǎng)的智能化生產(chǎn)。一是農(nóng)田環(huán)境信息采集。通過各種傳感器采集農(nóng)田環(huán)境信息包括土壤溫度、土壤含水量、空氣溫濕度、風(fēng)速風(fēng)向、降雨量、太陽輻射強(qiáng)度等。二是農(nóng)田環(huán)境信息分析處理。對(duì)采集到的信息進(jìn)行綜合分析處理，結(jié)合作物種類、生長階段等信息，給出種植建議。三是農(nóng)情信息發(fā)布。通過手機(jī)向農(nóng)戶發(fā)布農(nóng)田土壤墑情信息、氣象信息，以指導(dǎo)農(nóng)戶科學(xué)生產(chǎn)、節(jié)水灌溉、增產(chǎn)增效。四是遠(yuǎn)程灌溉控制。通過無線通信方式，遠(yuǎn)程控制機(jī)井開閉，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同區(qū)域進(jìn)行遠(yuǎn)程灌溉控制。同時(shí)，可以進(jìn)行定時(shí)灌溉，通過與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉。

（二）測(cè)土配方施肥地理信息系統(tǒng)

1.建立測(cè)土配方施肥數(shù)據(jù)庫。建立測(cè)土配方施肥專家系統(tǒng)屬性數(shù)據(jù)庫，建立規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)土配方施肥屬性數(shù)據(jù)庫，建立測(cè)土配方施肥空間數(shù)據(jù)庫，利用土壤圖、土壤利用現(xiàn)狀圖、行政區(qū)劃圖、土壤養(yǎng)分圖、采樣點(diǎn)位圖、農(nóng)田水利分區(qū)圖、地貌類型分區(qū)圖和土壤測(cè)試值，制作項(xiàng)目區(qū)耕地土壤養(yǎng)分圖和作物測(cè)土配方施肥分區(qū)圖。

2.數(shù)據(jù)查詢模塊設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)前臺(tái)對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的查詢、統(tǒng)計(jì)、管理工作。農(nóng)戶通過電腦或者智能手機(jī)即可查詢測(cè)土配方施肥建議。

3.施肥管理模塊設(shè)計(jì)。提供各區(qū)域不同輪作下最佳的養(yǎng)分及肥料品種、施用量、施肥期、施肥方法以及土壤肥料專家的決策建議，并根據(jù)專家系統(tǒng)給出施肥決策，實(shí)現(xiàn)為農(nóng)戶打印地塊施肥卡的目標(biāo)功能。

（三）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)測(cè)及病蟲害測(cè)報(bào)系統(tǒng)

系統(tǒng)可以提供蟲情測(cè)報(bào)，設(shè)置多個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)布置若干個(gè)物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，通過設(shè)備自動(dòng)收集到有害生物信息，利用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，得出某塊區(qū)域的有害生物種類、數(shù)量，再和氣象信息匯總，從而得到更加完善的園區(qū)有害生物種類數(shù)量。利用系統(tǒng)可以解決一系列問題，如某個(gè)氣象條件下適合哪種有害生物生長繁殖，以及某種有害生物單位面積內(nèi)的數(shù)量是否超過額定數(shù)量，是否有暴發(fā)疫情的可能，如果暴發(fā)，傳播方向會(huì)是哪里等。

四、無人農(nóng)場(chǎng)產(chǎn)后運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為無人農(nóng)場(chǎng)提供全方位農(nóng)業(yè)經(jīng)營服務(wù)的信息化平臺(tái)，提供農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯、交易撮合，生產(chǎn)基地和產(chǎn)品實(shí)景展示，電商銷售渠道推送等信息服務(wù)。

（一）無人農(nóng)場(chǎng)電商分類分析系統(tǒng)

建立無人農(nóng)場(chǎng)電商分類分析推送系統(tǒng)，對(duì)全網(wǎng)農(nóng)產(chǎn)品銷售渠道實(shí)現(xiàn)智能抓取、分類和分析，形成多址鏈接、信息索引、關(guān)鍵分析的功能架構(gòu)，以及“先分類、后分析”的農(nóng)產(chǎn)品電商銷售輔助決策、服務(wù)的信息化平臺(tái)。一是農(nóng)業(yè)電商信息自動(dòng)采集和查詢，采用Nutch等網(wǎng)絡(luò)抓取技術(shù)，通過批量定義抓取目標(biāo)（京東、天貓、拼多多、抖音等），自動(dòng)抓取銷售農(nóng)產(chǎn)品的電商經(jīng)營的主體信息，提供多條件分類檢索功能、電商分類排序功能，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類聚類統(tǒng)計(jì)分析、圖表化展示，為銷售提供輔助決策。 二是農(nóng)業(yè)電商信息分析，統(tǒng)計(jì)分析各農(nóng)業(yè)電商分類產(chǎn)品的網(wǎng)上銷售量、營銷額等，能夠?qū)Σ煌奉愞r(nóng)產(chǎn)品的網(wǎng)上經(jīng)營管理情況進(jìn)行分析，利用圖表化工具展示分析結(jié)果，為無人農(nóng)場(chǎng)的智能經(jīng)營提供支撐。

（二）農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管和二維碼溯源查詢系統(tǒng)

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管與追溯系統(tǒng)以無人農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)檔案數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)種植農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)活動(dòng)、包裝、加工處理、儲(chǔ)存、運(yùn)輸以及銷售各個(gè)環(huán)節(jié)，采用條碼技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)基地、品種進(jìn)行統(tǒng)一編碼，實(shí)施電子化管理，消費(fèi)者買到帶有標(biāo)簽的產(chǎn)品，通過電話、上網(wǎng)、手機(jī)短信、條碼掃描槍等方式，只需輸入產(chǎn)品追溯碼即可了解產(chǎn)品的產(chǎn)銷履歷信息。

五、全產(chǎn)業(yè)鏈無人農(nóng)場(chǎng)云平臺(tái)

應(yīng)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)，建設(shè)全產(chǎn)業(yè)鏈無人農(nóng)場(chǎng)綜合服務(wù)云平臺(tái)，形成無人農(nóng)場(chǎng)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換和工作支撐信息平臺(tái)，為無人農(nóng)場(chǎng)提供“神經(jīng)中樞”。

（一）部署無人農(nóng)場(chǎng)作業(yè)統(tǒng)一支撐引擎

在無人農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理、服務(wù)等全領(lǐng)域搭建數(shù)據(jù)交換和協(xié)同工作信息平臺(tái)，開展數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)無人農(nóng)場(chǎng)智能化運(yùn)行。

（二）研發(fā)無人農(nóng)場(chǎng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口

建立工作協(xié)作服務(wù)、監(jiān)管協(xié)作服務(wù)、信息協(xié)作服務(wù)模塊，確保生產(chǎn)經(jīng)營各環(huán)節(jié)作業(yè)能夠遠(yuǎn)程智能開展，實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)作業(yè)協(xié)同，包括產(chǎn)前信息化應(yīng)用數(shù)據(jù)及功能共享接口，產(chǎn)中信息化應(yīng)用數(shù)據(jù)及功能共享接口，產(chǎn)后信息化應(yīng)用數(shù)據(jù)及功能共享接口。

在我國現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)發(fā)展條件下，開展無人農(nóng)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，但是我國人多地少的現(xiàn)實(shí)國情決定了無人農(nóng)場(chǎng)的應(yīng)用水平將在一段時(shí)期內(nèi)保持在信息化和高效化的層次，完全無人工的高度智能化無人農(nóng)場(chǎng)在現(xiàn)階段還不能大面積普及和應(yīng)用。因此，現(xiàn)階段開展無人農(nóng)場(chǎng)建設(shè)探索和應(yīng)用，主要面向廣大小農(nóng)戶，將現(xiàn)代信息技術(shù)融合到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全產(chǎn)鏈中進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，以提高生產(chǎn)經(jīng)營的整體效率彌補(bǔ)高度無人化作業(yè)降低的成本，實(shí)現(xiàn)與發(fā)達(dá)國家無人農(nóng)場(chǎng)建設(shè)基本等同的成效。

（責(zé)任編輯 ? ?任瑞芳）2B6607E2-ECAB-4CF2-ABD7-EC10033F7B91