5G在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的需求場(chǎng)景及創(chuàng)新應(yīng)用*

文/吳惠粦 楊潤(rùn)娜 鐘林憶 劉海峰

0 引言

第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）帶來了現(xiàn)代信息技術(shù)的顛覆式變革，隨著5G技術(shù)的快速發(fā)展和商業(yè)普及應(yīng)用，智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展也迎來利好。5G具有大寬帶、廣接入、低延時(shí)等優(yōu)勢(shì)，能夠讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)通過智能物聯(lián)突破諸多瓶頸，培育出新的應(yīng)用場(chǎng)景和業(yè)態(tài)，促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。“十四五”時(shí)期被研判為數(shù)字農(nóng)業(yè)的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期，國(guó)家《數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃（2019－2025年）》《“十四五”全國(guó)農(nóng)業(yè)農(nóng)村科技發(fā)展規(guī)劃》等文件印發(fā)，充分肯定了5G技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的推動(dòng)作用，指出了要積極開展5G技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究，建立健全5G引領(lǐng)的智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)體系等。因此，挖掘5G技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的需求場(chǎng)景，探索“5G+智慧農(nóng)業(yè)”應(yīng)用場(chǎng)景中的核心關(guān)鍵技術(shù)，創(chuàng)新農(nóng)業(yè)5G應(yīng)用，具有重要的意義。

1 5G在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的作用

1.1 提升智慧農(nóng)業(yè)的數(shù)據(jù)獲取感知能力

智慧農(nóng)業(yè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)條件有著極高的依賴，特別是數(shù)據(jù)獲取的感知體系。當(dāng)前受限于大寬帶的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本高，網(wǎng)絡(luò)常常表現(xiàn)出不穩(wěn)定、速率慢、斷連頻發(fā)等現(xiàn)象，難以實(shí)時(shí)傳輸高清視頻、高清圖像等大容量數(shù)據(jù)，難以保證傳感設(shè)備的實(shí)時(shí)連接和數(shù)據(jù)傳輸，難以及時(shí)發(fā)出監(jiān)測(cè)的預(yù)警信息，為構(gòu)建成本可控的智慧農(nóng)業(yè)空天地一體化精準(zhǔn)感知體系帶來了極大的困難。5G技術(shù)的發(fā)展，將使這些問題迎刃而解。通過5G技術(shù)，可創(chuàng)建對(duì)溫度、濕度、光照、墑情、病蟲情、土壤養(yǎng)分、有害氣體、動(dòng)物行為、飼喂情況等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的地面物聯(lián)傳感網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合空中無人機(jī)實(shí)時(shí)采集的多光譜和多媒體數(shù)據(jù)，以及衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，共同構(gòu)建為數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、交互的空天地一體化網(wǎng)絡(luò)，使智慧農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境信息和農(nóng)情信息獲取更加精準(zhǔn)，提升了高清視頻、高清圖片、光譜信息等數(shù)據(jù)采集能力，也使大容量的數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)傳輸成為了可能，為生產(chǎn)環(huán)境條件的精準(zhǔn)控制創(chuàng)造了條件。

1.2 提升智慧農(nóng)業(yè)的自動(dòng)作業(yè)調(diào)控能力

智慧農(nóng)業(yè)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的信息感知獲取和農(nóng)情信息的采集獲取，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境變得更加可控，并對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化作業(yè)調(diào)控更加精準(zhǔn)。通過5G技術(shù)，可將溫度、濕度、光照、墑情、病蟲情、土壤養(yǎng)分等農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)皆贫?，云端將信息進(jìn)行處理，并發(fā)送指令信息到智能水肥一體化裝備、智能農(nóng)機(jī)作業(yè)裝備、智能溫室調(diào)控設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境的精準(zhǔn)調(diào)控；通過5G技術(shù)，可將溫度、濕度、光照、有害氣體、動(dòng)物行為、飼喂情況等畜禽養(yǎng)殖環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)皆贫?，云端將信息進(jìn)行處理，并發(fā)送指令信息到風(fēng)機(jī)、水簾、照明器、飼喂器等，實(shí)現(xiàn)對(duì)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境的精準(zhǔn)調(diào)控；通過5G技術(shù)，可將水溫、溶解氧、pH值、氨氮含量等等一系列的水產(chǎn)養(yǎng)殖重要的影響因素變得可控可調(diào)，實(shí)現(xiàn)增氧機(jī)、投餌機(jī)等的精準(zhǔn)作業(yè)。此外，5G技術(shù)提升了對(duì)多農(nóng)機(jī)協(xié)同作業(yè)調(diào)控能力，通過對(duì)多農(nóng)機(jī)實(shí)時(shí)作業(yè)信息的實(shí)時(shí)互聯(lián)互通，使農(nóng)機(jī)間的協(xié)同作業(yè)變得可能，如多臺(tái)智能播種機(jī)在一塊農(nóng)田上的協(xié)同作業(yè)調(diào)控、智能收割機(jī)與運(yùn)輸機(jī)間的協(xié)同作業(yè)調(diào)控等。

1.3 提升智慧農(nóng)業(yè)的遠(yuǎn)程專家診斷能力

專家診斷也是智慧農(nóng)業(yè)的重要內(nèi)容。受限于當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)條件，專家往往需要去到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行情況檢查和出診，或者根據(jù)用戶拍攝的圖片和視頻進(jìn)行判斷，以作出判斷，但這樣的成本比較高，診斷效率比較低，并且專家精力有限，難以為偏遠(yuǎn)和眾多的農(nóng)場(chǎng)提供服務(wù)，也難以實(shí)現(xiàn)專家之間進(jìn)行聯(lián)合會(huì)診。隨著5G技術(shù)的成熟及其在遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域的成功應(yīng)用，5G技術(shù)為智慧農(nóng)業(yè)的遠(yuǎn)程專家診斷提供了更便捷、更有效的手段。通過5G技術(shù)，搭建農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)與專家之間的高清視頻雙向通信網(wǎng)絡(luò)，專家可以遠(yuǎn)程進(jìn)行對(duì)如作物病害、畜禽病患、水產(chǎn)病患等現(xiàn)場(chǎng)情況的查看和判斷，極大提升診斷能力。

1.4 提升智慧農(nóng)業(yè)的倉儲(chǔ)物流追溯能力

農(nóng)產(chǎn)品在倉儲(chǔ)物流配送過程中，始終處于適宜的溫濕度控制環(huán)境下，將能最大程度地保證產(chǎn)品品質(zhì)和質(zhì)量安全。對(duì)于如何實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)輸過程中的溫濕度，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出產(chǎn)品霉變的信息，需要5G技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)連接和傳輸能力。通過“‘5G+’機(jī)器視覺+人工智能（AI）”，可實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程集中管理農(nóng)產(chǎn)品倉儲(chǔ)，構(gòu)建高低溫冷庫一體化、集成干燥和溫濕度控制的5G冷庫倉儲(chǔ)與物流體系。同時(shí)，通過5G網(wǎng)絡(luò)，可以連接生產(chǎn)基地、運(yùn)輸車輛、貯藏倉庫等，形成一條基地倉儲(chǔ)物流的溯源鏈，提升智慧農(nóng)業(yè)的倉儲(chǔ)物流追溯能力。

2 5G在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的需求場(chǎng)景與創(chuàng)新應(yīng)用建議

2.1 智慧種植場(chǎng)景

以農(nóng)業(yè)種植為應(yīng)用場(chǎng)景，以基地?cái)?shù)字建模為實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，以“‘5G+’物聯(lián)網(wǎng)+人工智能”為底層核心技術(shù)，整合現(xiàn)代農(nóng)藝和農(nóng)機(jī)裝備、綠色植保技術(shù)、無人機(jī)、機(jī)器人、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、遙感、導(dǎo)航、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)，依托各種傳感節(jié)點(diǎn)和5G通信網(wǎng)絡(luò)，建議創(chuàng)建一批“5G+”智慧種植場(chǎng)景，重點(diǎn)創(chuàng)新應(yīng)用“5G+”天空地一體化農(nóng)情獲取、“5G+”地空一體化智能農(nóng)業(yè)機(jī)器人和農(nóng)業(yè)裝備等協(xié)同作業(yè)、“5G+”專家在線指導(dǎo)等，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能感知、智能分析、智能決策、智能預(yù)警、專家在線指導(dǎo)，達(dá)到綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準(zhǔn)化種植、可視化管理和智能化操控，打造體驗(yàn)式、可復(fù)制、易推廣的綠色生態(tài)、高效環(huán)保的循環(huán)生態(tài)“5G+”智慧種植新模式。

2.2 智慧畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)景

基于5G、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，綜合應(yīng)用育種管理、環(huán)境控制、精準(zhǔn)飼喂、疫病防控、遠(yuǎn)程診斷、廢棄物集中收集無害化處理、質(zhì)量追溯等智創(chuàng)新技術(shù)與裝備，建議創(chuàng)建一批“5G+”智慧畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)景，重點(diǎn)創(chuàng)新應(yīng)用“5G+”智能環(huán)控、“5G+”畜禽行為識(shí)別、“5G+”畜禽疫病遠(yuǎn)程診斷、“5G+”廢棄物處理等，實(shí)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖從場(chǎng)域監(jiān)控、場(chǎng)域環(huán)控、安全防控、精準(zhǔn)飼喂、自動(dòng)盤估、行為監(jiān)測(cè)、廢棄物處理等方面的全域智能化，創(chuàng)新畜禽養(yǎng)殖模式。

2.3 智慧漁業(yè)場(chǎng)景

基于5G低延時(shí)通信和智能物聯(lián)的水體環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控、餌料精準(zhǔn)投喂、病害監(jiān)測(cè)預(yù)警、循環(huán)水裝備控制、網(wǎng)箱自動(dòng)升降控制、無人機(jī)巡航等數(shù)字技術(shù)裝備，建議創(chuàng)建一批“5G+”智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖、“5G+”智慧海洋牧場(chǎng)等“5G+”智慧漁業(yè)場(chǎng)景。重點(diǎn)創(chuàng)新應(yīng)用“5G+”水下攝像頭、“5G+”自動(dòng)巡航、“5G+”智能調(diào)控、“5G+”行為診斷等，實(shí)現(xiàn)風(fēng)光電儲(chǔ)能一體、人工智能養(yǎng)殖捕魚、智能水質(zhì)檢測(cè)環(huán)保凈化處理、在岸邊可以實(shí)時(shí)監(jiān)控遠(yuǎn)程控制的智慧海洋牧場(chǎng)。

2.4 農(nóng)業(yè)資源化利用場(chǎng)景

將5G技術(shù)與畜禽糞污處理資源化，生活污泥、廚余垃圾、園林廢棄物資源化，以及專業(yè)的堆肥工廠建設(shè)結(jié)合，創(chuàng)建一批“5G+”農(nóng)業(yè)資源化利用場(chǎng)景，重點(diǎn)創(chuàng)新應(yīng)用“5G+”農(nóng)業(yè)資源化利用環(huán)控系統(tǒng)、“5G+”農(nóng)業(yè)資源化利用預(yù)處理系統(tǒng)、“5G+”翻堆機(jī)系統(tǒng)、“5G+”堆肥生產(chǎn)線等，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源化利用的高效處理。

2.5 智慧供應(yīng)鏈場(chǎng)景

面向不同農(nóng)產(chǎn)品，通過“5G+”物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)進(jìn)行環(huán)境控制，確保農(nóng)產(chǎn)品保鮮，延長(zhǎng)上市時(shí)間；面向農(nóng)產(chǎn)品物流，通過AI、大數(shù)據(jù)，合理調(diào)配上下流量，有效提升效率；面向農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)存，通過“5G+’機(jī)器視覺+AI”，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中管理。創(chuàng)建一批“5G+”智慧農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流場(chǎng)景，重點(diǎn)創(chuàng)新應(yīng)用“5G+”多功能冷庫、“5G+”非接觸式微量元素實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)與裝備、“5G+機(jī)器視覺+AI”等，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈的智能化和智慧化水平提升。

2.6 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全智慧監(jiān)管場(chǎng)景

以農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全智慧監(jiān)管為應(yīng)用場(chǎng)景，利用“5G+AI”技術(shù)創(chuàng)建一批“陽光農(nóng)安”場(chǎng)景，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素、風(fēng)險(xiǎn)因子等開展監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)管控、農(nóng)產(chǎn)品安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及消除、生產(chǎn)過程透明化、質(zhì)量監(jiān)管智慧化，重點(diǎn)創(chuàng)新應(yīng)用“5G+”農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)管控、“5G+”農(nóng)安監(jiān)測(cè)、“5G+”網(wǎng)格化監(jiān)管等，推動(dòng)我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全智慧監(jiān)管水平的提升。

3 結(jié)語

本文根據(jù)5G+帶來的智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展機(jī)遇，分析了5G+技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)獲取感知、自動(dòng)作業(yè)調(diào)控、遠(yuǎn)程專家診斷、倉儲(chǔ)物流追溯等方面的促進(jìn)作用，提出了5G+在智慧種植、智慧畜禽養(yǎng)殖、智慧漁業(yè)、農(nóng)業(yè)資源化利用、智慧供應(yīng)鏈、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全智慧監(jiān)管等方面的場(chǎng)景需求及重點(diǎn)創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用，為5G+技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用提供參考，為健全5G+引領(lǐng)的智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)體系提供思路。根植于農(nóng)業(yè)5G+的需求場(chǎng)景，促進(jìn)“5G+”智慧農(nóng)業(yè)的科技創(chuàng)新、技術(shù)驗(yàn)證、成果轉(zhuǎn)化與應(yīng)用示范，建議各地方政府盡快實(shí)施一批生產(chǎn)方式綠色化、創(chuàng)新技術(shù)多元化、應(yīng)用場(chǎng)景典型化、成果應(yīng)用成熟化的“5G+”智慧農(nóng)業(yè)示范應(yīng)用。