智慧農(nóng)業(yè)新模式的設(shè)計研究

曹相東 曹景怡 張亞靜 孔蕾

摘? 要：文章立足于農(nóng)村振興發(fā)展戰(zhàn)略，打造智慧農(nóng)業(yè)新模式。設(shè)計農(nóng)作物病蟲害自動感應(yīng)報警裝置，開發(fā)一種大棚種植用農(nóng)作物自動輸藥裝置，研發(fā)農(nóng)產(chǎn)品問診、專家醫(yī)治、農(nóng)資銷售一體化問醫(yī)平臺，利用這三個技術(shù)來創(chuàng)新傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，給農(nóng)業(yè)經(jīng)濟注入新鮮血液。智慧農(nóng)業(yè)新模式從農(nóng)作物生長開始，監(jiān)控整個農(nóng)作物生長的全過程，從感應(yīng)報警病蟲害到自動輸藥再到農(nóng)作物的疑難問題都能夠利用裝置或平臺得到解決。

關(guān)鍵詞：智慧農(nóng)業(yè);自動感應(yīng);自動輸藥;問醫(yī)平臺

中圖分類號：TP311? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2022）04-0108-04

Design and Research of New Mode of Intelligent Agriculture

CAO Xiangdong， CAO Jingyi， ZHANG Yajing， KONG Lei

（School of Economics and Management， Shandong Huayu University of Technology， Dezhou? 253034， China）

Abstract： This paper is based on the strategy of rural revitalization and development to build a new model of intelligent agriculture. It designs an automatic induction alarm device for crop diseases and insect pests， develops a kind of crop automatic drug delivery device for greenhouse cultivation， and develops an integrated medical platform for agricultural products consultation， expert medical treatment and agricultural marketing. It uses the three technologies to innovate traditional agriculture and inject fresh blood into the agricultural economy. The new mode of intelligent agriculture starts from the crop growth， monitors the whole process of the crop growth， from the induction alarm of insect pests and diseases to the automatic drug delivery and to the difficult problems of the crop can all be solved by using devices or platforms.

Keywords： smart agriculture; automatic induction; automatic drug delivery; medical platform

0? 引? 言

隨著科技的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)已經(jīng)不能滿足當(dāng)今社會飛速發(fā)展的要求，因此智慧農(nóng)業(yè)的提出就非常有必要。智慧農(nóng)業(yè)包括的范圍很大，本文利用三種方法來設(shè)計智慧農(nóng)業(yè)新模式。首先，針對現(xiàn)有的農(nóng)作物病蟲害預(yù)警裝置在使用時穩(wěn)定性較差的情況，設(shè)計一種新型自動感應(yīng)報警裝置來解決該問題，這樣有利于以點帶面推動農(nóng)村農(nóng)產(chǎn)品全面發(fā)展，引導(dǎo)農(nóng)民致富，促進農(nóng)民持續(xù)增收。其次，針對現(xiàn)有的輸藥裝置輸藥效率較低，浪費人力的問題，設(shè)計了一種大棚種植用農(nóng)作物自動輸藥裝置，可有效地解決輸藥浪費資源的問題。最后，為解決農(nóng)戶生產(chǎn)種植中面臨的切實問題并實現(xiàn)農(nóng)作物產(chǎn)量增收，進而推動農(nóng)戶生活質(zhì)量全面提升，著力依靠互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)支持，設(shè)計與建立智慧農(nóng)產(chǎn)品問醫(yī)平臺，為解決農(nóng)業(yè)方面的各類問題提供一個農(nóng)業(yè)網(wǎng)上交流平臺。

1? 目前國內(nèi)外農(nóng)業(yè)發(fā)展狀況

中國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)發(fā)展的好壞在一定程度上影響這個國家的發(fā)展。因此，國家出臺政策大力支持農(nóng)業(yè)發(fā)展，不僅有脫貧攻堅戰(zhàn)略，還有全面推進鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化發(fā)展戰(zhàn)略等來助力農(nóng)村農(nóng)業(yè)更好地發(fā)展。

現(xiàn)階段中國的農(nóng)業(yè)主要還是以家庭為生產(chǎn)單位的封閉的自我管理的農(nóng)業(yè)種植狀態(tài)，貧困偏遠山區(qū)更是因地勢、溫度等各種自然條件影響使得農(nóng)業(yè)的發(fā)展停滯不前。但是隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的不斷發(fā)展推進，我國農(nóng)業(yè)發(fā)展逐漸向好，糧食產(chǎn)量穩(wěn)固增加，即使是在2020年1—7月新冠肺炎疫情蔓延期間我國的農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易仍然保持增長勢態(tài)，增幅比2019年同期增長6個百分點。貿(mào)易逆差擴大三成，比2019年同期增長17個百分點[1]。同時我國還把智慧農(nóng)業(yè)納入教科書，厚植大學(xué)生愛國主義、“大國三農(nóng)”情懷，努力讓“綠水青山就是金山銀山”、強農(nóng)興農(nóng)理念入腦入心，增強學(xué)生服務(wù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化、服務(wù)鄉(xiāng)村全面振興的使命感和責(zé)任感，為實現(xiàn)國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略培養(yǎng)高質(zhì)量應(yīng)用型人才[2]。注重塑造學(xué)生的“大國三農(nóng)”情懷，引導(dǎo)學(xué)生以強農(nóng)興農(nóng)為己任，提升其對開創(chuàng)全面推進鄉(xiāng)村振興、加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化新局面的使命感和責(zé)任感，培養(yǎng)學(xué)農(nóng)、知農(nóng)、愛農(nóng)的積極踐行者，在學(xué)生群體中樹立榜樣示范[3]。我國逐漸把農(nóng)業(yè)發(fā)展作為國家發(fā)展的重要部分，積極解決目前農(nóng)業(yè)存在的問題，把解決“三農(nóng)”問題作為農(nóng)村工作重點，出臺了一系列助農(nóng)惠農(nóng)政策，包括取消農(nóng)業(yè)稅、給予糧食補貼等促進農(nóng)業(yè)發(fā)展，提高農(nóng)民的積極性;還提出了鄉(xiāng)村振興發(fā)展戰(zhàn)略，運用科技興國思想促進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展。

而國外的農(nóng)業(yè)發(fā)展情況要比國內(nèi)快得多，像美國、以色列、荷蘭等國家很早就重視農(nóng)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)代化，并且將科技和農(nóng)業(yè)聯(lián)系起來，使用科學(xué)化、標準化、機械化的方法來管理農(nóng)業(yè)，以此來獲取更高額的收益。例如美國是規(guī)?；筠r(nóng)場種植，并且在發(fā)展的過程中經(jīng)不斷改進優(yōu)化已經(jīng)形成了一種特定的模式和管理風(fēng)格[4]。他們分工明確，各司其職，大大提高了工作效率。還有的國家使用農(nóng)業(yè)機器人來進行農(nóng)業(yè)的各種活動，將監(jiān)測技術(shù)、傳感技術(shù)、圖像識別技術(shù)和人工智能技術(shù)等多項技術(shù)于一身的高科技機器人，以及兼有人的部分感知力和四肢行動功能的半自動化設(shè)備投入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，較好地解決了勞動力不足和勞動力疲勞等問題。國際上以美國為代表的大田智慧農(nóng)業(yè)、以德國為代表的智慧養(yǎng)殖業(yè)、以荷蘭為代表的智能溫室生產(chǎn)以及日本為代表的小型智能裝備業(yè)，均取得巨大進步，形成了相對成熟的技術(shù)與產(chǎn)品，而且還形成了商業(yè)化的發(fā)展模式，為我國發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)提供了可借鑒的經(jīng)驗[5]。我們應(yīng)學(xué)習(xí)其他國家對農(nóng)業(yè)發(fā)展的規(guī)劃和技術(shù)，促進我國農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展。

2? 現(xiàn)階段存在的問題

目前有些農(nóng)業(yè)地區(qū)已經(jīng)正式批準成立了專門的農(nóng)病蟲害早期防治工作領(lǐng)導(dǎo)協(xié)調(diào)小組，但是病蟲害早期防治的相關(guān)專業(yè)技術(shù)裝備建設(shè)力量不夠雄厚，任務(wù)極其繁重，成效也并不顯著。此外現(xiàn)在市場上的一些預(yù)警裝置在使用時穩(wěn)定性較差，特別是在戶外風(fēng)大時使用很容易被吹倒，給使用造成困難，有效解決這種病蟲害給當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物生長帶來的不良影響是當(dāng)前最緊迫的任務(wù)，加快研究防治措施，增加農(nóng)作物產(chǎn)量，增加農(nóng)業(yè)收益，才是我們根本的目標。

根據(jù)調(diào)查，目前農(nóng)業(yè)大部分都在使用人工輸藥的方式，市面上的輸藥機器比較少，并且價格昂貴，這樣的輸藥方式不僅浪費人力，而且還效率非常低，有些農(nóng)作物在沒有噴灑上藥物時就已經(jīng)變質(zhì)，這樣的噴藥效率非常不利于農(nóng)作物的生長。農(nóng)戶方面，農(nóng)村人口老齡化日趨嚴重，青壯年勞動力大量外出，勞動力嚴重不足;家庭式的生產(chǎn)經(jīng)營模式，生產(chǎn)種植機械化與智能化程度偏低，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下;偏遠地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展信息滯后，缺乏科學(xué)合理的農(nóng)業(yè)技術(shù)指導(dǎo)，不利于農(nóng)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)新;對于惡劣天氣、自然災(zāi)害的威脅，缺乏科學(xué)有效的應(yīng)對策略，面對災(zāi)害的防御能力不足。農(nóng)業(yè)專業(yè)人才方面，越來越多的農(nóng)業(yè)專業(yè)的高校畢業(yè)生選擇考取公務(wù)員，或者進入農(nóng)業(yè)科研單位，或者選擇了其他的就業(yè)方向，最終導(dǎo)致農(nóng)業(yè)人才分配嚴重失調(diào)。農(nóng)資企業(yè)方面，企業(yè)通過產(chǎn)品說明會、下鄉(xiāng)薄利營銷、電視廣告宣傳等傳統(tǒng)營銷手法已無法吸引廣大消費人群，傳統(tǒng)的營銷手法很難在市場上起到積極作用。導(dǎo)致傳統(tǒng)農(nóng)資企業(yè)發(fā)展?jié)摿Υ蟠蛘劭郏髽I(yè)發(fā)展面臨嚴峻形勢。

3? 實現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)涉及技術(shù)

3.1? 農(nóng)作物病蟲害自動感應(yīng)報警裝置設(shè)計

農(nóng)業(yè)病蟲害測報工作，防控防治工作不僅僅是推進我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)安全防治生產(chǎn)的關(guān)鍵一步，還是我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)未來的發(fā)展方向。在綠色農(nóng)作物的開發(fā)生產(chǎn)以及種植過程中，農(nóng)作物病蟲害及時防治工作是農(nóng)業(yè)提高產(chǎn)量和改善農(nóng)作物生產(chǎn)質(zhì)量的重要技術(shù)保障，我國要真正培育出高產(chǎn)、高效和高質(zhì)量的綠色農(nóng)作物，必然少不了對各種農(nóng)作物病蟲害進行及時測報，為了有效解決病蟲害給當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物生長帶來的不良影響，必須要加快防治措施，于是設(shè)計了農(nóng)作物病蟲害自動感應(yīng)報警裝置，以有效地減少此類問題的發(fā)生。

該農(nóng)作物病蟲害自動報警裝置包括報警裝置本體，所述報警裝置本體包括中空底座，中空底座的頂部內(nèi)壁上固定安裝有兩個電動伸縮桿，兩個電動伸縮桿的底部分別固定連接有溫度傳感器和濕度傳感器，中空底座的底部開設(shè)有兩個穿孔，所述中空底座的左右兩側(cè)均開設(shè)有第一轉(zhuǎn)動槽，兩個第一轉(zhuǎn)動槽內(nèi)均轉(zhuǎn)動安裝有第一安裝桿，兩個第一安裝桿的外側(cè)均固定安裝有兩個第一穩(wěn)定板，中空底座的前后兩側(cè)均開設(shè)有第二轉(zhuǎn)動槽。增加使用的穩(wěn)定性，避免傾倒，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。本裝置通過設(shè)置底座、固定管、萬向輪、電機、球機、滅蟲燈、報警模塊、閃光燈、蜂鳴器、殼體、從動錐齒輪、主動錐齒輪、限位板、活動管、螺紋桿、MCU、通信模塊、溫度傳感器、開口、蓄電池、濕度傳感器、電動伸縮桿和開關(guān)的配合使用，解決了現(xiàn)有農(nóng)作物病蟲害人工檢測方式浪費人力的問題。圖1為此報警器裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是正視剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

3.2? 一種大棚種植用農(nóng)作物自動輸藥裝置

現(xiàn)在普通的農(nóng)業(yè)一般利用大棚進行種植，大棚種植技術(shù)是一種比較常見的技術(shù)，它具有較好的保溫性能，深受人們喜愛，因為在任何時間都可以提供反季節(jié)的農(nóng)作物。大棚種植需要使用輸藥裝置向農(nóng)作物噴灑藥物，而現(xiàn)有的輸藥裝置輸藥效率較低，浪費人力，因此我們提出了一種大棚種植用農(nóng)作物自動輸藥裝置，用來解決上述問題。此裝置設(shè)有移動座，移動座的頂部固定安裝有水箱，并設(shè)有兩個連接管，兩個連接管的頂端均固定連通有中空桿，兩個中空桿上均固定連通有多個噴頭，所述水箱上設(shè)有抽液裝置;移動座的底部固定安裝有兩個固定板，兩個固定板上轉(zhuǎn)動安裝有兩個車輪軸，兩個車輪軸的兩端均固定安裝有車輪，移動座上設(shè)有動力裝置，水箱的頂部設(shè)有加藥口，本輸藥裝置可以根據(jù)農(nóng)作物的高度對噴頭的高度進行調(diào)整。

農(nóng)作物自動輸藥裝置具有很多優(yōu)點，例如：可以轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)桿使與調(diào)節(jié)桿螺紋連接的升降桿豎直移動，進而根據(jù)農(nóng)作物的高度對噴頭的高度進行調(diào)整;通過兩個推拉桿帶動兩個活塞往復(fù)運動，通過四個單向閥的設(shè)置，使藥液進行單向流通，當(dāng)活塞往復(fù)運動時，通過兩個抽液管對藥液進行抽取，由兩個出液管排出，藥液經(jīng)兩個連接管進入兩個中空桿內(nèi)，最后由多個噴頭噴出;車輪軸帶動車輪轉(zhuǎn)動，進而使移動座進行移動，節(jié)省人力;可以根據(jù)農(nóng)作物的高度對噴頭的高度進行調(diào)整，同時方便進行移動，節(jié)省人力，兩邊同時噴灑可以增加噴灑效率。圖3為大棚種植農(nóng)作物自動輸藥裝置的示意圖，圖4為裝置的正視剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

3.3? 農(nóng)產(chǎn)品智慧問醫(yī)平臺

智慧問醫(yī)服務(wù)平臺最關(guān)鍵的效用就是在農(nóng)戶—農(nóng)醫(yī)—農(nóng)資三者之間建立起了有效鏈。農(nóng)戶在現(xiàn)實生產(chǎn)種植中面臨的農(nóng)業(yè)難題，依靠農(nóng)產(chǎn)品問醫(yī)平臺可以實現(xiàn)“農(nóng)戶—農(nóng)醫(yī)”直接對話，有效地實現(xiàn)“問題提出、在線診斷、提供解決方案和信息反饋”等系統(tǒng)性管理。運用互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)豐富完善平臺數(shù)據(jù)，針對全國各地農(nóng)戶提出的生產(chǎn)種植問題，及時、準確地對接農(nóng)業(yè)醫(yī)生或?qū)I(yè)學(xué)者進行診斷解答（付費、免費兩種方式），提出可行性解決方案。從而實現(xiàn)農(nóng)戶“不懂就問，有問必答，答必有效”的網(wǎng)上問診模式。農(nóng)戶通過自己問題的解決情況，為農(nóng)醫(yī)進行相對應(yīng)的評價。此外，農(nóng)戶還可以瀏覽到全國各地最新的農(nóng)業(yè)資訊，最先進的種植技術(shù)或農(nóng)業(yè)小妙招，開闊農(nóng)戶的思維，提升農(nóng)戶的眼界，在耳濡目染中貫徹現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。農(nóng)學(xué)專業(yè)人才可以入駐平臺成為農(nóng)業(yè)醫(yī)生，對于農(nóng)民用戶發(fā)來的各種農(nóng)業(yè)相關(guān)問題，結(jié)合自身專業(yè)知識與經(jīng)驗，以互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)為依托，科學(xué)高效給予用戶解決方案，同時該平臺可以解決部分農(nóng)業(yè)人才就業(yè)問題。農(nóng)醫(yī)通過農(nóng)戶評價機制，提升自身的專業(yè)等級，增加自身權(quán)威性，從而提升咨詢費用，提升個人價值。線上咨詢與線下“一對一”幫扶可同時展開，對于剛剛畢業(yè)的農(nóng)學(xué)專業(yè)大學(xué)生、研究生，線下幫扶可以快速增加實踐經(jīng)驗，增長自身專業(yè)素質(zhì)，提高自身專業(yè)水平與可信度，為成為一名合格農(nóng)醫(yī)打下堅實基礎(chǔ)。農(nóng)資企業(yè)可以申請成為平臺合作商，為平臺提供相應(yīng)的研發(fā)經(jīng)費與運行經(jīng)費。這樣農(nóng)資企業(yè)可以得到平臺的宣傳與推薦。平臺給予入駐農(nóng)資企業(yè)線上渠道，使得農(nóng)資企業(yè)的產(chǎn)品可以直接通過平臺進行售賣，在拓寬農(nóng)資企業(yè)銷售渠道的同時，也增加了企業(yè)的宣傳力度，提高了品牌效益。

智慧問醫(yī)服務(wù)平臺還將對三方安全提供保障，嚴格審核登記注冊的農(nóng)戶、農(nóng)資與農(nóng)醫(yī)，讓農(nóng)戶咨詢放心，買得放心。在平臺研發(fā)之前我們還進行了實地調(diào)研，通過調(diào)查問卷和訪談的方法收集了農(nóng)戶、農(nóng)醫(yī)、農(nóng)資三方對智慧問醫(yī)服務(wù)平臺的建議，并且了解到他們對于智慧問醫(yī)服務(wù)平臺發(fā)展持支持態(tài)度，但也有一些疑惑與顧慮，這些我們都會納入后續(xù)研發(fā)中，對平臺不斷地進行完善。農(nóng)產(chǎn)品智慧問醫(yī)服務(wù)平臺，將農(nóng)戶—農(nóng)醫(yī)—農(nóng)資有效的鏈接在一起，解決了三者間所面對的不同矛盾，揚長而避短，開拓了一種互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)支持下的新型服務(wù)平臺，未來將會是時代趨勢下不可或缺的重要部分。圖5、圖6為智慧問醫(yī)平臺的部分展示圖。

4? 結(jié)? 論

智慧農(nóng)業(yè)新模式在當(dāng)今時代下是非常具有可行性的，農(nóng)作物病蟲害自動感應(yīng)報警裝置不僅可以節(jié)省人力，還可以自動感應(yīng)報警，可大大解決農(nóng)作物在生產(chǎn)過程中遇到的病蟲害問題。大棚種植用農(nóng)作物自動輸藥裝置可提高噴灑藥物的效率，還節(jié)約人力資源，可保障農(nóng)作物的生長。農(nóng)產(chǎn)品智慧問醫(yī)服務(wù)平臺以互聯(lián)網(wǎng)為核心、大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，線上解決農(nóng)業(yè)問題并提供相關(guān)資訊，突破了地域的限制，讓農(nóng)民能夠直接與農(nóng)醫(yī)人員進行溝通交流，農(nóng)戶能夠自主地選擇詢問的層次，更有效地解決農(nóng)業(yè)問題。目前只是對智慧農(nóng)業(yè)模式進行的構(gòu)想，還需要不斷改進裝置的實用性，并深入地探索智慧農(nóng)業(yè)，真正地將農(nóng)業(yè)與科技互聯(lián)。

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作者簡介：曹相東（1989—），男，漢族，山東德州人，講師，碩士研究生，研究方向：農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展;曹景怡（2000—），女，漢族，山東淄博人，本科在讀，研究方向：工業(yè)工程;張亞靜（2001—），女，漢族，山東青島人，本科在讀，研究方向：工業(yè)工程;孔蕾（1999—），男，漢族，山東濟寧人，本科在讀，研究方向：工業(yè)工程。