裝備與信息協(xié)同促進(jìn)現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展研究

張金果，郭 健

（新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆石河子 832000）

0 引言

在科技前沿研究、開放數(shù)據(jù)共享、培育行業(yè)人才等領(lǐng)域，大力推進(jìn)新一代信息化技術(shù)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的深入發(fā)展；“大數(shù)據(jù)”與“農(nóng)業(yè)科技戰(zhàn)略”“農(nóng)業(yè)4.0”“四個(gè)基本架構(gòu)”等相關(guān)的政策文件加速了“智慧農(nóng)業(yè)”“數(shù)字農(nóng)業(yè)”的發(fā)展。通過對智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展需求的分析，展望未來發(fā)展趨勢，為智慧農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，優(yōu)化效率體系和開發(fā)資源。

1 裝備技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用分析

1.1 動力機(jī)械

電力機(jī)器是指代替人力或畜力為各類農(nóng)業(yè)設(shè)備提供的電力設(shè)備，能提高農(nóng)用產(chǎn)量、提高抗災(zāi)能力、降低人力勞動強(qiáng)度，這樣可以顯著地增加勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)出。拖拉機(jī)是以“高效、智能、環(huán)保為主導(dǎo)”的農(nóng)用電力機(jī)器，“信息化一體化”發(fā)展的重點(diǎn)是動力，傳動、行走、改進(jìn)液壓、懸掛、駕駛舒適性。隨著農(nóng)機(jī)化程度的提高，石油消耗過多，環(huán)境污染加劇，相關(guān)的法規(guī)將會更加嚴(yán)厲。利用不同的機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)和機(jī)外尾氣的技術(shù)，使整個(gè)設(shè)備的排放最小化，同時(shí)開發(fā)出更多的能量蓄電池和生物甲烷燃料等可再生的新的能源技術(shù)，以達(dá)到零排放、無污染、低噪聲的目的，高效利用，有效地處理了農(nóng)用自動化生產(chǎn)中的能源和減少污染。

1.2 大田精準(zhǔn)作業(yè)機(jī)械

精細(xì)機(jī)械分為：耕作機(jī)械、播種機(jī)械、精細(xì)灌水機(jī)械、收割機(jī)等。以國內(nèi)農(nóng)用機(jī)械的深加工為例，通常采用機(jī)械來調(diào)節(jié)動力、調(diào)節(jié)位置。但在生產(chǎn)實(shí)踐中遇到了一些問題。如，阻力不足，不能實(shí)時(shí)監(jiān)測。未來，為了準(zhǔn)確地調(diào)控農(nóng)田，將采用電-液相結(jié)合的方法進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。同時(shí)，還對農(nóng)用機(jī)械的生產(chǎn)過程進(jìn)行了優(yōu)化，對農(nóng)用機(jī)械的自動化監(jiān)控和故障分析、深度調(diào)節(jié)、機(jī)位調(diào)節(jié)、工作速度的協(xié)調(diào)等方面進(jìn)行了研究。發(fā)展減少入地?cái)?shù)量、節(jié)能、智能化、高速度聯(lián)合作業(yè)是未來中國農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的一個(gè)重要方向。

1.3 工廠化農(nóng)業(yè)裝備

工廠化農(nóng)業(yè)是在一定的控制條件下，利用工業(yè)生產(chǎn)的方法，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造有利的環(huán)境，以提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量、質(zhì)量和效益，達(dá)到集約、高效、可持續(xù)發(fā)展的目的，生產(chǎn)平衡、高產(chǎn)出、高效率、具有高的資源利用率、高的產(chǎn)品價(jià)值。工廠化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備包括：感知智能，控制設(shè)備，精密操作設(shè)備等，目前在國內(nèi)普遍應(yīng)用的是日光溫室、塑料溫室、連棟溫室、人工照明工廠等，基于信息的監(jiān)測裝置包括傳感監(jiān)測、光譜監(jiān)測、視頻監(jiān)測等。已初步建立起多源信息的綜合感知模型；從離線實(shí)驗(yàn)室檢測到手持式多指標(biāo)檢測，到實(shí)時(shí)在線檢測，可迅速獲取各類人工植保機(jī)構(gòu)精確操作所需要的信息，為規(guī)范化生產(chǎn)管理系統(tǒng)的核心技術(shù)提供支持。智能操作裝備在今后的發(fā)展中，將重點(diǎn)解決作物生產(chǎn)、采后、物流等環(huán)節(jié)的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)智能、大數(shù)據(jù)、智能裝備與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的有機(jī)融合。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、物流、植保等方面，要建立起涵蓋整個(gè)生產(chǎn)鏈條的智能化生產(chǎn)工藝設(shè)備、回收設(shè)備、處理農(nóng)業(yè)廢棄物的機(jī)器人，將機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合，研制一種可以實(shí)時(shí)監(jiān)控作物的生理生態(tài)學(xué)特征的傳感器，以獲得最大的產(chǎn)量和最小的人工效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的科學(xué)化和信息化。

1.4 農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地初加工裝備

農(nóng)產(chǎn)品現(xiàn)場加工設(shè)備主要有糧食烘干設(shè)備、生鮮農(nóng)產(chǎn)品預(yù)冷保鮮設(shè)備、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量無損檢測及分級設(shè)備，逐步實(shí)現(xiàn)自動化、智能化關(guān)鍵在于高效節(jié)能，實(shí)現(xiàn)智能等技術(shù)的突破，加強(qiáng)對新鮮食品低溫保存設(shè)備的認(rèn)識，逐步提高其可靠性和準(zhǔn)確性。農(nóng)產(chǎn)品的原料藥生產(chǎn)設(shè)備將起到保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，提高農(nóng)產(chǎn)品市場競爭能力，促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)更高效。

2 信息技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用分析

2.1 作物信息獲取技術(shù)

作物信息獲取技術(shù)包括傳感設(shè)備、無線通信技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)等自動化技術(shù)，對作物多尺度性狀（組織-器官-植物-群體）的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)而高效的獲取，其中包含了作物表型等方面的數(shù)據(jù)。表型的信息采集技術(shù)，按照不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，分為室內(nèi)和室外兩種：通過精密調(diào)節(jié)各種環(huán)境因子，在苛刻的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，對培養(yǎng)箱和溫室里的作物的生長情況進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控，準(zhǔn)確地進(jìn)行植物生長發(fā)育的分類和有目的性的分析，具有不可替代的優(yōu)越性。在農(nóng)業(yè)數(shù)字化、智能化農(nóng)業(yè)發(fā)展中，表型的信息抽取與智能分析是農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。表型技術(shù)的發(fā)展方向是：從地面到地下，從宏觀到微觀，從物理到生理學(xué)，從靜止到動態(tài)。由于目前農(nóng)作物表型數(shù)據(jù)采集手段單一，表型數(shù)據(jù)分析的時(shí)效性差，本文著重于多個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)空同步采集、多模態(tài)數(shù)據(jù)的融合、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析。建立以自主技術(shù)為主、性能穩(wěn)定可靠、具有自主操作和自主加工功能的系列農(nóng)作物表型平臺，支持了國內(nèi)植物表型技術(shù)進(jìn)入國際領(lǐng)先水平。

2.2 農(nóng)業(yè)智能知識服務(wù)技術(shù)

以農(nóng)業(yè)知識為主要內(nèi)容的農(nóng)業(yè)智能知識和信息服務(wù)技術(shù)，將分散的農(nóng)業(yè)信息以智能的形式進(jìn)行整合，并運(yùn)用信息分享和集成的輔助決策模式，為廣大的用戶實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、準(zhǔn)確的信息處理，能效地克服當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍出現(xiàn)的“水肥過量”“專家短缺”和“信息傳遞”等諸多問題。完整、規(guī)范、準(zhǔn)確地描述了農(nóng)業(yè)知識，并以知識本體論、知識圖庫等方式存儲知識的資料及相關(guān)知識，從而達(dá)到實(shí)時(shí)、高效地重用和分享。由于我國的農(nóng)業(yè)行業(yè)種類繁多，地域氣候變化大，其產(chǎn)品的季節(jié)變化也比較大。因此，我國農(nóng)村居民的需求差異較大。經(jīng)過2000多年的發(fā)展，我國已建立了包括棉花、小麥、煙草和水稻在內(nèi)的一套農(nóng)業(yè)專家決策體系。但是，知識規(guī)則的構(gòu)建、更新和維護(hù)等方面都有一定的限制。從過去的小型數(shù)據(jù)挖掘和統(tǒng)計(jì)分析，到目前為止，我國的農(nóng)業(yè)智能技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了大規(guī)模的數(shù)據(jù)分析、預(yù)警、動植物的數(shù)字化模擬和生產(chǎn)過程模擬。隨著互聯(lián)網(wǎng)不斷擴(kuò)展到物聯(lián)網(wǎng)，智能的農(nóng)業(yè)技術(shù)將會結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)，建模、模擬、云計(jì)算等技術(shù)。利用圖像識別技術(shù)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)，可以有效地模擬和求解各種農(nóng)業(yè)問題。

2.3 智慧化農(nóng)業(yè)經(jīng)營技術(shù)

智能化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是一個(gè)多部門、多領(lǐng)域、多學(xué)科的有機(jī)集成，它的體系和復(fù)雜性非常突出，按產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域分為：智能化農(nóng)作物生產(chǎn)、智能化畜禽養(yǎng)殖、智能化水產(chǎn)養(yǎng)殖。智能作物生產(chǎn)技術(shù)是在充分掌握土地資源和作物群體變異的基礎(chǔ)上，針對不同作業(yè)單位的實(shí)際狀況，對各種管理方法和投入進(jìn)行精確地調(diào)控，以達(dá)到最大經(jīng)濟(jì)利益，并減少對環(huán)境的危害。內(nèi)容有：精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)灌溉、會商農(nóng)業(yè)形勢；決策與調(diào)度。其中，以智能化設(shè)備的協(xié)作操作為基礎(chǔ)，通過對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化存儲、分析和運(yùn)算，利用AI技術(shù)從大量數(shù)據(jù)中提取和判斷農(nóng)業(yè)問題，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供決策依據(jù)。通過互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了畜牧業(yè)智能化的生產(chǎn)，應(yīng)用新一代的技術(shù)如區(qū)塊鏈技術(shù)、利用傳感技術(shù)、圖像處理技術(shù)及語音識別技術(shù)，對畜禽環(huán)境進(jìn)行智能化管理、畜禽精準(zhǔn)飼喂管理、畜禽疫病智能化監(jiān)測與預(yù)警預(yù)報(bào)；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化、管理精準(zhǔn)化、管理規(guī)范化。

2.4 農(nóng)產(chǎn)品智慧流通技術(shù)

農(nóng)產(chǎn)品智慧流通技術(shù)包括信息獲取技術(shù)、感知技術(shù)、運(yùn)輸和物流路線等。流通環(huán)境的信息采集，目的在于對食品的低溫、濕度和光照進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控。在單一溫區(qū)、單一產(chǎn)品的冷庫中，利用傳感器，實(shí)時(shí)采集、傳輸和存儲汽車內(nèi)的數(shù)據(jù)。農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)感知對于保障食品的安全性和產(chǎn)品的質(zhì)量至關(guān)重要。在此基礎(chǔ)上開發(fā)了以機(jī)械、電子學(xué)、光學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等多種技術(shù)為基礎(chǔ)的快速無損檢測技術(shù)；主要包括嗅覺技術(shù)、味覺技術(shù)和視覺傳感器技術(shù)；光譜技術(shù)，傳感器技術(shù)等。農(nóng)業(yè)運(yùn)輸與配送路徑的最佳化，是通過大量數(shù)據(jù)挖掘、處理與分析，改善其信息獲取、應(yīng)用及流程的最優(yōu)，為建立一個(gè)建立農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流體系的信息平臺。對于選擇多個(gè)最優(yōu)化的運(yùn)輸路線，大部分的理論都是采用權(quán)重和法把多個(gè)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換成單一的優(yōu)化問題，然后進(jìn)行建模和分析。在具體的物流配送中，該方法可以有效地求解多個(gè)優(yōu)化問題。

3 對策建議

3.1 加大農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新投入并優(yōu)化結(jié)構(gòu)

智慧農(nóng)業(yè)是以裝備和信息化相結(jié)合的農(nóng)業(yè)發(fā)展的一種新的發(fā)展方向，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的提升和農(nóng)業(yè)機(jī)械的高質(zhì)量、高效率的發(fā)展有著重要的作用。應(yīng)繼續(xù)擴(kuò)大智慧農(nóng)業(yè)的投資，并優(yōu)化其投資結(jié)構(gòu)。由于其公益性和排他性，其所帶來的社會利益多于個(gè)人利益。要想擺脫“搭便車”現(xiàn)象，就需要在新的市場條件下發(fā)揮其領(lǐng)導(dǎo)作用，合理地增加科技創(chuàng)新、轉(zhuǎn)化和推廣的資金。提出建立智慧農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新重大專項(xiàng)資金，對農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，并充分利用其在技術(shù)上的引領(lǐng)和示范效應(yīng)。從國外的實(shí)踐來看，私營企業(yè)對R&D的投入和對政府的R&D的投入是相互補(bǔ)充的，提出了建立健全農(nóng)業(yè)科研投入體系和多種投資模式的政策，引導(dǎo)社會組織和農(nóng)業(yè)企業(yè)積極參與農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新。

3.2 建立農(nóng)業(yè)“產(chǎn)學(xué)研”創(chuàng)新聯(lián)盟，促進(jìn)科教融匯

“產(chǎn)學(xué)研”合作是當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的一個(gè)主要組織形態(tài)，通過這種方式，可以使我國的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，資源協(xié)同，創(chuàng)新價(jià)值鏈的延伸，進(jìn)而提高其創(chuàng)新能力。加強(qiáng)科研機(jī)構(gòu)、高校、管理等方面的協(xié)作，加強(qiáng)農(nóng)資企業(yè)的優(yōu)勢，建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技體系，以創(chuàng)新價(jià)值鏈為基礎(chǔ)，形成協(xié)同合作關(guān)系。通過財(cái)政和稅收等方面的扶持，健全各創(chuàng)新主體之間的利益配置，促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新體制的活力。加強(qiáng)科技興農(nóng)、科技創(chuàng)新、科技人員培訓(xùn)，培育新的農(nóng)民隊(duì)伍，建立多元化的人才獎勵(lì)體系，增加和提供足夠的支助。

3.3 完善農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新激勵(lì)政策

我國農(nóng)業(yè)技術(shù)革新面臨許多不確定因素和風(fēng)險(xiǎn)，其中一個(gè)重要因素就是缺乏對其進(jìn)行激勵(lì)。分析了我國現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展特征，并提出了相應(yīng)的鼓勵(lì)措施。堅(jiān)持政府采購政策，特別是對科技方面的重要技術(shù)創(chuàng)新。鼓勵(lì)各類投資機(jī)構(gòu)參與到現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)的創(chuàng)新中來，支持農(nóng)民利用創(chuàng)造性的技術(shù)，同時(shí)強(qiáng)化對農(nóng)業(yè)的知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。在深化農(nóng)村科技體制的變革中，引進(jìn)私人資金，提高農(nóng)民抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力。建立科技成果轉(zhuǎn)化的技術(shù)服務(wù)體系，擴(kuò)大信息交流渠道，降低農(nóng)產(chǎn)品的非對稱程度，推動農(nóng)產(chǎn)品工業(yè)化進(jìn)程。要建立和完善科技評價(jià)體系，全面評價(jià)其學(xué)術(shù)價(jià)值、應(yīng)用可行性和行業(yè)適應(yīng)性，推動科技與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈之間的密切關(guān)聯(lián)，并以共享科技成果為動力，激發(fā)科技人員的工作積極性。

4 結(jié)語

“十四五”期間，必須大力推進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)系統(tǒng)的構(gòu)建，掌握發(fā)展的趨勢，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。本文論述了農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)和信息技術(shù)，并對其應(yīng)用現(xiàn)狀、應(yīng)用效果和發(fā)展動向進(jìn)行了深刻的分析，通過對智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展需求的分析，展望未來發(fā)展趨勢，為智慧農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、效率系統(tǒng)優(yōu)化和資源利用等方面的發(fā)展提供依據(jù)。