孫百惠
(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院牡丹江分院,黑龍江 牡丹江 157000)
目前,在農(nóng)機(jī)生產(chǎn)與使用方面,我國(guó)在世界上可稱(chēng)之為第一大國(guó)家,農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)相關(guān)的企業(yè)已達(dá)8 000多家,農(nóng)機(jī)裝備相關(guān)的產(chǎn)品產(chǎn)量達(dá)到約4 000種[1]。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模從2016年的2 568億元增長(zhǎng)到2021年的5 310億元(圖1)。不斷增長(zhǎng)的農(nóng)機(jī)資源給農(nóng)戶(hù)務(wù)農(nóng)帶來(lái)了很多便利,但相應(yīng)出現(xiàn)因農(nóng)機(jī)信息流通不暢致使農(nóng)機(jī)閑置、農(nóng)戶(hù)使用農(nóng)機(jī)不及時(shí)等問(wèn)題。為解決該問(wèn)題,提出有效利用共享農(nóng)機(jī),加強(qiáng)智慧農(nóng)業(yè)農(nóng)機(jī)智能技術(shù)體系,使農(nóng)機(jī)使用效率最大化,對(duì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)有效把握,也對(duì)農(nóng)機(jī)生產(chǎn)高品質(zhì)發(fā)展有至關(guān)重要的作用。
圖1 2016—2021年中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模情況
1.1.1 智能化農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的定義
智能化農(nóng)業(yè)信息技術(shù)是計(jì)算機(jī)、3S技術(shù)、農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、人機(jī)互動(dòng)技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)的集成。該技術(shù)能把分散性、局部性的農(nóng)業(yè)技術(shù)相互整合;也能在智能應(yīng)用的情況下透徹地剖析出存在的農(nóng)業(yè)問(wèn)題,并提供解決方法及建議;培養(yǎng)更多高素質(zhì)農(nóng)民及技術(shù)性人才,推進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展[2]。
1.1.2 智能化農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的應(yīng)用
3S技術(shù)包括遙感技術(shù)(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位技術(shù)(GPS)。3S技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用已有很多成果,例如,RS能有效對(duì)作物的生長(zhǎng)周期進(jìn)行監(jiān)測(cè),并對(duì)產(chǎn)量進(jìn)行估算;對(duì)作物的長(zhǎng)勢(shì)及作物上的病蟲(chóng)害進(jìn)行監(jiān)測(cè);對(duì)土壤中水量值及分布情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)[3]。GIS能對(duì)獲取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)信息分析并得出結(jié)論,為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理者提出科學(xué)的指導(dǎo)建議,如基于3S和語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的土地整合實(shí)地調(diào)查系統(tǒng)[4]。GPS在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械化耕種,例如,在農(nóng)業(yè)機(jī)械上使用定位系統(tǒng)可以對(duì)農(nóng)田從耕到收等機(jī)械操作進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)控[5]。我國(guó)目前3S技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用仍在發(fā)展階段,與國(guó)外相關(guān)農(nóng)用產(chǎn)品的類(lèi)別及功能上相差較大,尚未完全滿(mǎn)足農(nóng)民的使用需求。應(yīng)加大科研力度,有效推進(jìn)3S技術(shù)的可行性發(fā)展。
目前,在小麥、玉米等旱地作物的生產(chǎn)管理中,農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)已得到實(shí)質(zhì)的運(yùn)用,它能對(duì)作物耕收不同階段進(jìn)行重點(diǎn)自動(dòng)化管理,其中對(duì)作物的施肥灌溉管控更為科學(xué),對(duì)病蟲(chóng)害防控更加精準(zhǔn),在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理上起到促進(jìn)作用[6]。
農(nóng)業(yè)自動(dòng)化技術(shù)已在部分地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用,如無(wú)土栽培、滴水灌溉、農(nóng)業(yè)收割等,能提高生產(chǎn)效率,降低勞動(dòng)成本,產(chǎn)生更多的經(jīng)濟(jì)收益。我國(guó)仍有很多地區(qū)因農(nóng)民對(duì)新技術(shù)沒(méi)有全面認(rèn)識(shí),新技術(shù)硬件支撐力度匱乏,依舊使用傳統(tǒng)耕作模式。我國(guó)應(yīng)在重點(diǎn)地區(qū)建立示范點(diǎn),以普及該項(xiàng)技術(shù),達(dá)到推廣應(yīng)用的目的。
目前,我國(guó)存儲(chǔ)的農(nóng)業(yè)科技文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)擁有不同類(lèi)別共計(jì)100余個(gè),其中農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)也占一定比重,如中國(guó)農(nóng)業(yè)科技文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)[7]。
共享通常是指把物品或信息與其他人共同享用[8]。共享經(jīng)濟(jì)成為現(xiàn)代社會(huì)熱門(mén)領(lǐng)域之一,廣泛應(yīng)用于共享單車(chē)、租車(chē)、住宿等多個(gè)領(lǐng)域。目前,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域也在拓寬發(fā)展空間。例如,農(nóng)機(jī)租賃已成為目前較為常用的一種經(jīng)營(yíng)模式,人們將共享經(jīng)濟(jì)理念引入到農(nóng)機(jī)租賃市場(chǎng),派生出共享農(nóng)機(jī)的概念,并開(kāi)始局部試行,總體取得了較理想的效果[9]。
現(xiàn)階段,我國(guó)已經(jīng)創(chuàng)建了信息共享網(wǎng)絡(luò),有效減少資源浪費(fèi),并促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實(shí)施[10-12]。有效利用共享農(nóng)機(jī),使農(nóng)機(jī)使用效率最大化,對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提升具有重要意義。
農(nóng)業(yè)信息化在世界各國(guó)發(fā)展迅速,特別是在農(nóng)業(yè)技術(shù)先進(jìn)國(guó)家。例如,在日本,計(jì)算機(jī)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、作物育種、作物病蟲(chóng)害防治、農(nóng)業(yè)天氣報(bào)告、農(nóng)業(yè)操作、農(nóng)產(chǎn)品加工等。在美國(guó),農(nóng)民參與大眾信息流,擁有訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的權(quán)限,數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)通政府信息中心、大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和圖書(shū)館,可以得到最新的價(jià)格波動(dòng)數(shù)據(jù)、種子改良、新型農(nóng)業(yè)機(jī)械和防治植物病蟲(chóng)害等信息。計(jì)算機(jī)可以幫助農(nóng)場(chǎng)分析何時(shí)應(yīng)種植何種作物,以及哪種耕作模式是最好的,然后農(nóng)場(chǎng)就可以獲得最大的產(chǎn)出和收益。在芬蘭,有幾家主要的FMIS商業(yè)供應(yīng)商,即Wisu和農(nóng)業(yè)公司,兩者都有插件或相關(guān)軟件,可用于農(nóng)場(chǎng)管理的各種專(zhuān)業(yè)[13]。
2013—2017年,印尼政府資助印尼農(nóng)民的農(nóng)業(yè)機(jī)械急劇增加,以促進(jìn)實(shí)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化,考慮到農(nóng)民的稻田分散在村莊地區(qū),其中一個(gè)村莊的農(nóng)業(yè)機(jī)械可能會(huì)過(guò)度利用,而另一個(gè)村莊仍未充分利用。Desrial等[14]設(shè)計(jì)一個(gè)農(nóng)業(yè)機(jī)械服務(wù)的在線(xiàn)應(yīng)用程序,以?xún)?yōu)化農(nóng)業(yè)機(jī)械的利用,該應(yīng)用程序是在手機(jī)常用的Android操作系統(tǒng)下開(kāi)發(fā)的。該研究的方法遵循系統(tǒng)開(kāi)發(fā)生命周期,包括調(diào)查、系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、安裝和測(cè)試步驟。在該應(yīng)用程序中有三個(gè)子系統(tǒng),即面向操作員、機(jī)械供應(yīng)商和機(jī)械用戶(hù)的系統(tǒng)。該應(yīng)用程序包含機(jī)械數(shù)據(jù)管理、訂單管理和機(jī)械服務(wù)調(diào)度等多個(gè)功能。在用戶(hù)應(yīng)用程序中,機(jī)械供應(yīng)商可輕松地輸入和讀取諸如現(xiàn)場(chǎng)位置、機(jī)械類(lèi)型、訂單時(shí)間和位置支持地圖等詳細(xì)數(shù)據(jù)。
A B Kresna等[15]研究的基于機(jī)器人設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的信息系統(tǒng),可用于定位拖拉機(jī)的分布,該應(yīng)用程序使用Android和谷歌地圖API設(shè)計(jì),由Firebase谷歌支持,并存儲(chǔ)在Firebase云。使用Java作為語(yǔ)言程序,使用PHP MySQL作為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)并發(fā)布了一個(gè)基于機(jī)器人的應(yīng)用程序,即“GIS拖拉機(jī)”,用于繪制拖拉機(jī)的分布地圖。所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)維護(hù)方便,管理員可以實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù),任何人都可以通過(guò)登錄程序訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)。GIS拖拉機(jī)應(yīng)用程序已在Android操作系統(tǒng)4.0~10.0上成功測(cè)試,使每個(gè)人都能找到有關(guān)拖拉機(jī)分布的信息。
作物從耕到收的過(guò)程中,大型農(nóng)用機(jī)械通常只在每個(gè)階段的集中時(shí)間段使用,運(yùn)用共享農(nóng)機(jī),能提高閑置設(shè)備利用率,并為無(wú)法購(gòu)買(mǎi)高昂價(jià)格機(jī)械的農(nóng)民群體提供服務(wù),既能提高農(nóng)機(jī)使用率,又能降低農(nóng)民經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[16]?;谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)、云平臺(tái)技術(shù)和智能農(nóng)業(yè)技術(shù)的農(nóng)機(jī)管理系統(tǒng),將大大提高大型農(nóng)機(jī)的利用率,降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本,解放大量農(nóng)村勞動(dòng)力,最終為中國(guó)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的進(jìn)步做出貢獻(xiàn)[17]。
目前,共享農(nóng)機(jī)模式已經(jīng)在部分地區(qū)得到了小規(guī)模的應(yīng)用。例如2017年,收啊收共享農(nóng)機(jī)網(wǎng)的出現(xiàn),可視為我國(guó)最先產(chǎn)生的共享農(nóng)機(jī)平臺(tái),它為內(nèi)蒙古局部地區(qū)的秋收工作提供設(shè)備保障,不僅實(shí)現(xiàn)了高效收割,還有效降低了作業(yè)成本[18]。2017年,德州市力維機(jī)械有限公司在新疆、甘肅、寧夏、青海等省區(qū)推出的植保裝備的共享服務(wù),取得了良好的效果,并準(zhǔn)備在全國(guó)范圍進(jìn)行推廣。2018年,在內(nèi)蒙古烏蘭浩特市葛根廟鎮(zhèn)友誼嘎查村推行了共享農(nóng)機(jī)的活動(dòng),主要包括兩類(lèi)機(jī)型,即大型播種機(jī)和撒肥機(jī),用于滿(mǎn)足當(dāng)?shù)卮焊霓r(nóng)機(jī)使用需求,有效節(jié)約了人工成本和設(shè)備成本,這項(xiàng)技術(shù)為農(nóng)戶(hù)提供了便利,受到了當(dāng)?shù)卮迕竦恼J(rèn)可。
目前,共享農(nóng)機(jī)試點(diǎn)地區(qū)所投放的設(shè)備主要包括播種機(jī)、收獲機(jī)、噴藥機(jī)等,個(gè)別試點(diǎn)還提供了旋耕機(jī)、噴藥設(shè)備等,基本是以大田作業(yè)機(jī)械為主。但應(yīng)該看到,目前共享農(nóng)機(jī)的試點(diǎn)地區(qū)多是作業(yè)面積相對(duì)較大、耕地較為緊湊的區(qū)域,因此投放大型設(shè)備相對(duì)更有競(jìng)爭(zhēng)力,但對(duì)于土地作業(yè)面積小、耕地分布零散的地區(qū)而言,這樣單一的投放模式并不適用。
共享農(nóng)機(jī)設(shè)備供應(yīng)方的規(guī)模普遍較小,受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)及地域限制,其業(yè)務(wù)覆蓋區(qū)域基本只局限在村鎮(zhèn),很難有效擴(kuò)大,如果服務(wù)的地域跨度過(guò)大,勢(shì)必會(huì)增加其維護(hù)和運(yùn)營(yíng)成本,導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)單位的規(guī)模趨向零散化而難以擴(kuò)大規(guī)模,但也促使各單位在處理市場(chǎng)變化時(shí)更加靈活、迅速。
隨著農(nóng)業(yè)信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式正在由傳統(tǒng)向智能轉(zhuǎn)變。共享農(nóng)機(jī)應(yīng)用是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行共享管理,是現(xiàn)代農(nóng)機(jī)化生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)需求。
運(yùn)用農(nóng)業(yè)信息技術(shù),將農(nóng)機(jī)數(shù)據(jù)存入共享農(nóng)機(jī)平臺(tái),便于生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者進(jìn)行查閱,尤其對(duì)大型農(nóng)場(chǎng)和農(nóng)機(jī)合作社,以便于在農(nóng)忙前做好農(nóng)機(jī)的任務(wù)分配。
例如,近年來(lái)許多國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備調(diào)度平臺(tái)的技術(shù)可行性和方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了廣泛的研究,2021年Hou Tianlong等[19]提出的調(diào)度平臺(tái)將結(jié)合IOT技術(shù)實(shí)現(xiàn)露天田農(nóng)業(yè)機(jī)械智能調(diào)度的技術(shù)。這不同于以往學(xué)者的研究方向。露天作業(yè)調(diào)度平臺(tái)適用范圍更廣,此外,移動(dòng)平臺(tái)比傳統(tǒng)的PC端更容易學(xué)習(xí),操作方便,價(jià)格便宜,有利于農(nóng)民接受。
共享農(nóng)機(jī)平臺(tái)加入農(nóng)業(yè)信息技術(shù),能對(duì)農(nóng)機(jī)定位、作業(yè)實(shí)況、完成進(jìn)度等進(jìn)行智能評(píng)估,有利于對(duì)農(nóng)機(jī)的監(jiān)管及農(nóng)機(jī)作業(yè)補(bǔ)貼。
例如,2020年Wang Yang等[20]研發(fā)設(shè)計(jì)了一款名為ISOBlue HD的開(kāi)源平臺(tái),用于收集豐富的農(nóng)業(yè)機(jī)械數(shù)據(jù)。通過(guò)正確的標(biāo)記、融合和處理數(shù)據(jù),能夠識(shí)別機(jī)器狀態(tài)和農(nóng)業(yè)物流。在2019年小麥?zhǔn)斋@期間,ISOBlue HD被部署在一臺(tái)聯(lián)合收割機(jī)上,同時(shí)捕獲6 900萬(wàn)CAN幀、23萬(wàn)個(gè)GPS點(diǎn)和437 GB視頻數(shù)據(jù),重點(diǎn)關(guān)注84 h后的收割狀態(tài)和操作員的行動(dòng)。對(duì)收集的數(shù)據(jù)分析表明,可以推斷出收獲物流(路徑、速度、初始狀態(tài)、材料轉(zhuǎn)移)和傳感器數(shù)據(jù)語(yǔ)義。
將農(nóng)業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用到共享農(nóng)機(jī)上,有利于農(nóng)機(jī)服務(wù)和租賃作業(yè)的開(kāi)展,有利于對(duì)農(nóng)機(jī)資源合理調(diào)配,對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械使用率及實(shí)際收益均有促進(jìn)作用。可實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品共享的全程跟蹤,對(duì)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品追本溯源,對(duì)農(nóng)機(jī)市場(chǎng)中農(nóng)機(jī)的安全使用提供保障,促進(jìn)農(nóng)機(jī)市場(chǎng)優(yōu)質(zhì)發(fā)展。建立一套可追溯的高效信息系統(tǒng),可以使人們更加方便、快捷地了解到農(nóng)機(jī)使用過(guò)程的每一環(huán)節(jié)情況,從而增加了農(nóng)機(jī)信息的透明度。
農(nóng)業(yè)信息技術(shù)能在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)農(nóng)用相關(guān)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)有效的預(yù)測(cè)分析,精準(zhǔn)計(jì)算出科學(xué)用度并實(shí)現(xiàn)智能化作業(yè),為農(nóng)產(chǎn)品相關(guān)利益人提供精準(zhǔn)技術(shù)保障,并達(dá)到降低勞動(dòng)成本,保障經(jīng)濟(jì)效益的目的。
共享農(nóng)機(jī)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn),需以互聯(lián)網(wǎng)為媒介,以信息技術(shù)為支持,使農(nóng)機(jī)提供方與需求方聯(lián)系起來(lái),一同助推農(nóng)機(jī)的有效發(fā)展,讓農(nóng)機(jī)得到最大化運(yùn)用。農(nóng)機(jī)科研院所、農(nóng)業(yè)高校及政府等應(yīng)聯(lián)合建設(shè)農(nóng)機(jī)共享平臺(tái),并規(guī)范數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及合理數(shù)據(jù)共享,使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)同農(nóng)機(jī)大數(shù)據(jù)充分結(jié)合,并應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。
共享農(nóng)機(jī)可持續(xù)系統(tǒng)仍處于構(gòu)建狀態(tài),閑置資源和使用方之間的利益互動(dòng)具有復(fù)雜性,解決此類(lèi)情況的關(guān)鍵在于建立可持續(xù)系統(tǒng)及其指標(biāo)體系。因此,科研院所、農(nóng)業(yè)高校及農(nóng)業(yè)行業(yè)專(zhuān)家需積極研究探索并建立健全共享農(nóng)機(jī)可持續(xù)系統(tǒng),建立相應(yīng)指標(biāo)體系,為農(nóng)業(yè)部門(mén)提供有效的農(nóng)機(jī)發(fā)展數(shù)據(jù)支撐,為政府部門(mén)提供農(nóng)機(jī)閑置資源利用方案,以促進(jìn)地方農(nóng)業(yè)農(nóng)機(jī)經(jīng)濟(jì)效益發(fā)展。
共享農(nóng)機(jī)作為一種新型商業(yè)模式,一切還在探索中。因其具有多重屬性,既是交通工具,又是勞動(dòng)工具,既是經(jīng)營(yíng)者的私有商品,又是租賃者的租借商品。在推廣過(guò)程中暴露出來(lái)的交接問(wèn)題、事故傷害責(zé)任人認(rèn)定問(wèn)題、使用過(guò)程中的燃料及維護(hù)問(wèn)題都是目前權(quán)責(zé)歸屬不清晰所造成的。因此,共享農(nóng)機(jī)既需要盡快得到政府部門(mén)有效的政策支持和行業(yè)監(jiān)管,也需要更加準(zhǔn)確清晰的法律解釋和規(guī)范約束,還需要參與者自覺(jué)規(guī)范自己的行為,建立責(zé)任意識(shí)。
目前,我國(guó)在農(nóng)機(jī)裝備的自動(dòng)化、信息化、智能化等方面的技術(shù)研究與應(yīng)用,仍處在起步階段,而共享農(nóng)機(jī)作為一種具有經(jīng)濟(jì)性、效率性的創(chuàng)新市場(chǎng)形式,具有很大發(fā)展空間。共享農(nóng)機(jī)必然是智能農(nóng)機(jī)現(xiàn)代化發(fā)展的助力軍,它能彌補(bǔ)當(dāng)前農(nóng)機(jī)租賃市場(chǎng)存在的缺陷;實(shí)現(xiàn)小區(qū)域里的互惠互利;能大范圍的合理調(diào)配;借助農(nóng)業(yè)信息技術(shù)進(jìn)行資源整合;為促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方向發(fā)展的可行性提供助力保障。