5G技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究

白維維　張昌楨　李俊杰

關(guān)鍵詞：5G；物聯(lián)網(wǎng)；智慧農(nóng)業(yè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2023）02-0106-03

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化全面發(fā)展，新型智慧化農(nóng)業(yè)作為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重要方向之一，也發(fā)展迅速。隨著我國(guó)5G移動(dòng)通信技術(shù)的商用及普及，必將給智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來(lái)一些新的機(jī)遇。智慧農(nóng)業(yè)在現(xiàn)代化信息技術(shù)的支撐下實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的智能化管理，如精準(zhǔn)化種植，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等，能夠有效提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，幫助農(nóng)業(yè)從業(yè)者減輕經(jīng)驗(yàn)化種植及自然災(zāi)害帶來(lái)的不確定性，那么5G作為最新的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中扮演著怎樣的角色，又將如何推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)全方面發(fā)展[1-2]。

2 農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)

我國(guó)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)歷史十分悠久，在秦漢時(shí)期就已逐步形成一套傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)技術(shù)。中國(guó)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)特點(diǎn)是因地制宜，主要通過(guò)精耕細(xì)作來(lái)提高土地利用率。我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的形成與封建地主經(jīng)濟(jì)制度有關(guān)，在農(nóng)藝和產(chǎn)量上，我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)也曾代表古代世界的最高水平。但與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)相比，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精耕細(xì)作，使得農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)相對(duì)單一，生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)技術(shù)等相對(duì)落后。受自然氣候影響較大，幾乎沒(méi)有抵御自然災(zāi)害的能力。在農(nóng)產(chǎn)品銷(xiāo)售環(huán)節(jié)，未能形成農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，農(nóng)產(chǎn)品銷(xiāo)售通道不暢，影響農(nóng)業(yè)從業(yè)者經(jīng)濟(jì)收入。因此，隨著人口激增、土地短缺，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代人們對(duì)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量及品質(zhì)的需求。為滿足人們的需求，需要補(bǔ)足傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的不足，通過(guò)技術(shù)手段將傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)。

2.2 智慧農(nóng)業(yè)

智慧農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代信息化發(fā)展的產(chǎn)物，是農(nóng)業(yè)與信息技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。實(shí)際上，所謂智慧農(nóng)業(yè)就是充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)，通過(guò)安裝性能各異的海量傳感器及圖像采集設(shè)備等，同時(shí)利用現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的感知、分析、決策等[3] 。

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)作為農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)也在飛速發(fā)展，伴隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)迎來(lái)了春天。作為未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展重要方向之一智慧農(nóng)業(yè)，是我國(guó)不斷提升農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要途徑之一。近些年在國(guó)家相關(guān)政策的扶持，我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展也取得了一些成效。但是因?yàn)閰^(qū)域發(fā)展不平衡等問(wèn)題，在全國(guó)的普及度還不夠。

未來(lái)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展必將是大勢(shì)所趨，同時(shí)也是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)升級(jí)的最主要方向。在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施快速發(fā)展的基礎(chǔ)上，必須加快我國(guó)農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展。充分利用信息化快車(chē)帶動(dòng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，使智慧農(nóng)業(yè)更加精準(zhǔn)、智能、高效。

3 5G技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

3.1 5G技術(shù)

5G技術(shù)即第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5th GenerationWireless Systems），是最新一代的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，是前序移動(dòng)通信技術(shù)的延伸，相比較3G、4G等移動(dòng)通信技術(shù)而言，5G技術(shù)在傳輸速率、設(shè)備連接數(shù)、傳輸時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)安全、靈活部署等方面都有著更進(jìn)一步的提升[4]。

在5G發(fā)展愿景中提出了5G的三大應(yīng)用場(chǎng)景分別是海量機(jī)器類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景（mMTC）、增強(qiáng)移動(dòng)帶寬應(yīng)用場(chǎng)景（eMBB）以及超高可靠低時(shí)延應(yīng)用場(chǎng)景（uRLLC）。海量機(jī)器類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景（mMTC）主要面向的是海量設(shè)備連接的需求。增強(qiáng)移動(dòng)帶寬應(yīng)用場(chǎng)景（eMBB）則主要面向的是大范圍的網(wǎng)絡(luò)覆蓋以及大數(shù)據(jù)流量傳輸需求。超高可靠低時(shí)延應(yīng)用場(chǎng)景（uRLLC）則主要面向?qū)W(wǎng)絡(luò)延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)傳輸安全要求較高的應(yīng)用需求。

俗話說(shuō)“4G改變生活，5G改變社會(huì)”。在5G時(shí)代，將徹底打破人與事物之間的界限，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間隨時(shí)、隨地的通信。真正做到萬(wàn)物互聯(lián)。所有的事物都存在于一個(gè)共同的數(shù)字傳輸體系中，相互之間通過(guò)5G以最優(yōu)化的形式傳遞信息。

5G在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用將有利于海量生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)的采集及傳輸，將前端采集數(shù)據(jù)通過(guò)云計(jì)算、云存儲(chǔ)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、存儲(chǔ)，并通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)分析為農(nóng)戶、企業(yè)等提供決策意見(jiàn)。通過(guò)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的控制，能有效降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，提高對(duì)農(nóng)業(yè)資源的利用率，減輕生態(tài)環(huán)境破壞，形成信息化、智能化的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，使得農(nóng)業(yè)發(fā)展更加精準(zhǔn)化、高效化、智慧化[5-6]。

3.2 5G智慧農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

5G智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)應(yīng)包括前端數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程智能控制、智能數(shù)據(jù)分析云平臺(tái)、智能用戶終端等五部分。如圖1所示。

如圖1所示，前端數(shù)據(jù)采集模塊主要通過(guò)部署海量傳感器，獲取農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)測(cè)。而遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)則通過(guò)多個(gè)攝像頭的實(shí)時(shí)圖像傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)狀況、果實(shí)成熟度、病蟲(chóng)害情況等遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。由終端數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控采集到的數(shù)據(jù)，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)與智能數(shù)據(jù)分析云平臺(tái)相連，5G網(wǎng)絡(luò)高速率、低延時(shí)、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)保障了數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。智能數(shù)據(jù)分析云平臺(tái)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析得出分析結(jié)果及解決方案。又通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)傳輸給智能用戶終端，用戶在終端上可以根據(jù)云平臺(tái)給出的種植方案，通過(guò)遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行操控，實(shí)現(xiàn)智能化決策的執(zhí)行[7]。

3.3 5G 技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

3.3.1 前端數(shù)據(jù)采集

前端數(shù)據(jù)采集主要是通過(guò)海量傳感器采集各種生長(zhǎng)數(shù)據(jù)，包括二氧化碳、土壤酸堿度、土壤濕度、環(huán)境溫度、氣象情況等。海量傳感器的接入對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接有一定的要求，而5G三大應(yīng)用場(chǎng)景中的海量機(jī)器類(lèi)通信（mMTC）則主要面向的是海量設(shè)備連接的需求。因此，5G技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)智慧農(nóng)業(yè)中生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，為后續(xù)智能數(shù)據(jù)分析云平臺(tái)的分析提供了數(shù)據(jù)保障。

3.3.2 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控

在智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控對(duì)圖像分辨率要求較高，如果視頻清晰度不夠，將無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的正確分析。因此，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)分辨率顯然已無(wú)法達(dá)到這種需求，對(duì)此需要一種新的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)具有更高的清晰度和精確度以及更好的實(shí)時(shí)控制性能。以滿足對(duì)數(shù)據(jù)的精確提取。5G 三大應(yīng)用場(chǎng)景中增強(qiáng)移動(dòng)帶寬應(yīng)用場(chǎng)景（eMBB）則主要面向的是大范圍的網(wǎng)絡(luò)覆蓋以及大數(shù)據(jù)流量傳輸需求。正好滿足這一需求。因此，以5G技術(shù)為基礎(chǔ)部署的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控屏系統(tǒng)，能更有效地提升遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的精確性、實(shí)時(shí)性以及智能性。

3.3.3 智能數(shù)據(jù)分析云平臺(tái)

在5G技術(shù)的支撐下，各種農(nóng)業(yè)信息的傳輸更加高效、便捷，各類(lèi)農(nóng)業(yè)信息的高度整合有利于解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中信息傳輸時(shí)效慢、信息共享不足等缺點(diǎn)，極大的提升農(nóng)業(yè)信息綜合利用率。在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，種植主要靠經(jīng)驗(yàn)，粗放的經(jīng)營(yíng)方式主要建立在傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)之上，這就導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理過(guò)程中，會(huì)存在非常多的不確定因素。然而，在5G技術(shù)的支撐下，傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)將逐步被海量的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)所取代。通過(guò)對(duì)各系統(tǒng)傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，再利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行綜合計(jì)算分析，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者及管理者提供更加精確的數(shù)據(jù)服務(wù)，使農(nóng)業(yè)管理更加智能、高效。

3.3.4 遠(yuǎn)程智能控制

遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)主要是利用智能數(shù)據(jù)分析云平臺(tái)對(duì)各類(lèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)的分析，做出決策，并通過(guò)對(duì)自動(dòng)化控制設(shè)備的控制實(shí)現(xiàn)決策執(zhí)行。而5G 中超高可靠低時(shí)延應(yīng)用場(chǎng)景（uRLLC）則主要面向?qū)W(wǎng)絡(luò)延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)傳輸安全要求較高的應(yīng)用需求。這與遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)的需求不謀而合。在5G技術(shù)的支撐下，使得農(nóng)業(yè)自動(dòng)化更加精確、可靠。

3.3.5 智能用戶終端

智能用戶終端面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理者及消費(fèi)者，一方面可以通過(guò)智能用戶終端查看農(nóng)作物生長(zhǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境參數(shù)變化等。還能獲取種植建議，查看數(shù)據(jù)服務(wù)，根據(jù)建議決策操控遠(yuǎn)程智能控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能種植。對(duì)于消費(fèi)者而言利用智能用戶終端可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品溯源，提高了農(nóng)業(yè)食品安全保障。在5G網(wǎng)絡(luò)的保障下，才能實(shí)現(xiàn)隨時(shí)、隨地、高可靠、低時(shí)延的通信服務(wù)保障。

4 5G 技術(shù)對(duì)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的影響

4.1 推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，農(nóng)業(yè)管理非常重要，而智慧農(nóng)業(yè)信息化的建設(shè)對(duì)農(nóng)業(yè)管理智能化有著非常重要的意義。在現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過(guò)安裝海量無(wú)線傳感器設(shè)備及高清攝像設(shè)備等，能夠采集到大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)5G技術(shù)的引入，能夠有效推動(dòng)云計(jì)算、云存儲(chǔ)等云服務(wù)的完善。5G高速率、低時(shí)延、高可靠性等特性促進(jìn)了農(nóng)業(yè)信息化朝著信息更開(kāi)放、功能更完備的方向發(fā)展。同時(shí)在智能數(shù)據(jù)分析云平臺(tái)的支持下，可以深耕農(nóng)產(chǎn)品價(jià)值，促進(jìn)市場(chǎng)資源的回流，為農(nóng)村現(xiàn)代化建設(shè)提供信息資源。除此之外，5G技術(shù)與農(nóng)業(yè)信息化的融合，能夠有效推動(dòng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化與改革，一方面，在智慧化、精準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，可以減少勞動(dòng)力成本，提高生產(chǎn)效率，另一方面又可以推動(dòng)生產(chǎn)、加工、銷(xiāo)售、服務(wù)為一體的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的革新，同時(shí)可以推動(dòng)休閑觀光農(nóng)業(yè)、農(nóng)村生態(tài)旅游等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4.2 提高農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)使用效率，促進(jìn)大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展

5G技術(shù)在信息傳輸方面的優(yōu)勢(shì)使得數(shù)據(jù)能夠高速、快捷、高效地傳輸至智能數(shù)據(jù)分析云平臺(tái)，大大的提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_性、實(shí)時(shí)性以及可靠性。尤其在遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控方面，5G能夠提供8k分辨率的視頻圖像傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)作物成長(zhǎng)狀況及生長(zhǎng)環(huán)境的實(shí)時(shí)高精度傳輸，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析提供更加精確、更加高質(zhì)量的數(shù)據(jù)支撐服務(wù)。有了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的大量數(shù)據(jù)后，可在智能數(shù)據(jù)分析云平臺(tái)上進(jìn)行全方面生長(zhǎng)要素分析，為抗災(zāi)、抗病蟲(chóng)害等提供決策，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)抗風(fēng)險(xiǎn)能力。除此之外，還可以通過(guò)大數(shù)據(jù)分析市場(chǎng)需求，提前規(guī)劃生產(chǎn)，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更精準(zhǔn)、更高效。

4.3 促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品溯源，提升食品安全保障

5G技術(shù)的使用使得智慧農(nóng)業(yè)更加公開(kāi)，在5G技術(shù)的應(yīng)用下，可以將物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、RFID等技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植、采摘、存儲(chǔ)、流通、銷(xiāo)售等各環(huán)節(jié)，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更加公開(kāi)，推動(dòng)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量溯源體系的構(gòu)建。消費(fèi)者可以通過(guò)終端查詢農(nóng)產(chǎn)品的源頭，掌握農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)及銷(xiāo)售過(guò)程，無(wú)疑是對(duì)食品安全的一種有力保障。除此之外，監(jiān)管部門(mén)也可以利用溯源系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，落實(shí)安全生產(chǎn)責(zé)任，形成全方位的安全監(jiān)管機(jī)制，為消費(fèi)者提供更加安全放心的農(nóng)產(chǎn)品。

4.4 推動(dòng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)新模式，促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品銷(xiāo)售

5G技術(shù)的使用不僅能夠催生巨大數(shù)據(jù)搜集、信息平臺(tái)建設(shè)等技術(shù)服務(wù)需求，同時(shí)也打開(kāi)了更大的農(nóng)資產(chǎn)品銷(xiāo)售空間。隨著時(shí)間的推移，主流消費(fèi)群體正在發(fā)生變化。他們相比于以前的消費(fèi)者有著全新的消費(fèi)理念，喜歡追求創(chuàng)新、愛(ài)分享、愛(ài)社交。同時(shí)，他們也是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的“原住民”，對(duì)科技的接納速度快、意愿強(qiáng)。意味著未來(lái)“農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)零售額”還會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。隨著5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，加之直播等內(nèi)容生態(tài)的豐富，農(nóng)村電商處于“天時(shí)、地利、人和”的時(shí)期。不論從消費(fèi)者、技術(shù)還是宏觀環(huán)境的層面來(lái)看，都具備了爆發(fā)的可能。新的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)模式從規(guī)模上，從體量上，從發(fā)展速度上都會(huì)碾壓傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)模式，新的機(jī)會(huì)永遠(yuǎn)是更大的。農(nóng)產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)零售額也會(huì)有較大的提升空間。

5 結(jié)束語(yǔ)

未來(lái)，我國(guó)發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)是一個(gè)重要的趨勢(shì)和方向，“十四五”規(guī)劃提出要發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)，目標(biāo)是用電腦強(qiáng)化人腦、用機(jī)器替代人力、用自主替代進(jìn)口，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)智能化、作業(yè)精準(zhǔn)化、管理數(shù)字化和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化。只有農(nóng)業(yè)走向數(shù)字化，才能更高效地提升農(nóng)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

5G技術(shù)與智慧農(nóng)業(yè)的融合，在精確種植、農(nóng)產(chǎn)品溯源、智能化管理、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)等方面都有十分積極的作用，也必將促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理和服務(wù)的高質(zhì)量發(fā)展。