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導(dǎo) 讀
無人智慧農(nóng)場是智慧農(nóng)業(yè)的重要實(shí)踐模式。本研究以山東德州“噸半糧”無人智慧農(nóng)場為實(shí)驗(yàn)場所，攻克大田智慧農(nóng)場建設(shè)中的核心技術(shù)難題，探索其建設(shè)模式與服務(wù)機(jī)制。
“噸半糧”無人智慧農(nóng)場感知系統(tǒng)不僅提高了數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，同時(shí)可以完成麥穗、物候期等表型特征的本地分析；智能控制系統(tǒng)可幫助農(nóng)機(jī)提升自主作業(yè)精度和灌溉、施藥效率、質(zhì)量，通過農(nóng)業(yè)設(shè)備的改造升級(jí)實(shí)現(xiàn)了農(nóng)場耕作、種植、管理、收獲的全鏈條智能化管控；大數(shù)據(jù)智慧服務(wù)平臺(tái)為農(nóng)戶提供了氣象預(yù)測、災(zāi)害預(yù)警、最佳播期等農(nóng)事管理服務(wù)，極大地提高了農(nóng)場管理的數(shù)字化、智能化水平。
作者 | 劉力寧、張正輝，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械電子與工程學(xué)院、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究中心、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黃淮海智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；張洪奇、章子文、王甲玉、李宣宣、朱珂、柳平增，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究中心、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黃淮海智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
?核心導(dǎo)讀
糧食生產(chǎn)是國家長治久安的基石，糧食安全一直是國家高度關(guān)注和重視的重大問題。面對(duì)中國勞動(dòng)力日益老齡化的現(xiàn)狀，“誰來種地”和“如何種地”已成為威脅糧食安全的重要議題。
智慧農(nóng)業(yè)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和提質(zhì)增效的目標(biāo)導(dǎo)向，以優(yōu)良品種和配套農(nóng)藝為基礎(chǔ)，以信息和知識(shí)為核心要素，將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和智能裝備等與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)深度融合，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)全過程的信息感知、定量決策、智能控制、精準(zhǔn)投入、預(yù)測預(yù)警，以及個(gè)性化服務(wù)等的全新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理和服務(wù)模式，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的更高級(jí)階段。
智慧農(nóng)場是在一定土地生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)模基礎(chǔ)上，推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要途徑。無人智慧農(nóng)場以其顯著的“少人化”或“無人化”特色，依托全天候、全鏈條的自動(dòng)化先進(jìn)技術(shù)，不僅可大幅提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，更可為“誰來種地”和“如何種地”難題解決提供切實(shí)可行的解決方案。
? 1、無人智慧農(nóng)場建設(shè)架構(gòu)
“噸半糧”無人智慧農(nóng)場綜合利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了信息感知、傳輸、挖掘和應(yīng)用的全鏈條集成和服務(wù)。總體架構(gòu)如 圖1所示，包括感知層、傳輸層、處理層和應(yīng)用層四大部分。
? 2、無人智慧農(nóng)場感知系統(tǒng)
“噸半糧”無人智慧農(nóng)場感知系統(tǒng)是農(nóng)場實(shí)現(xiàn)智慧化、無人化的基礎(chǔ)和前提。
數(shù)字化感知是農(nóng)場智能管理的基礎(chǔ)，農(nóng)機(jī)設(shè)備和灌溉設(shè)備的自動(dòng)化管理和大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)的服務(wù)功能，都離不開環(huán)境、作物長勢和設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)的支持。
物候期和作物表型信息在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中扮演著越來越重要的角色，它不僅為農(nóng)機(jī)管理、水肥藥精準(zhǔn)施用提供數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)為農(nóng)事決策提供支持，是智慧農(nóng)場的重要建設(shè)內(nèi)容。本研究的表型分析包括冬小麥生育期自主識(shí)別、麥穗長度識(shí)別等。
? 3、無人智慧農(nóng)場智能控制系統(tǒng)
無人智慧農(nóng)場的智慧控制系統(tǒng)由智能農(nóng)機(jī)、大田灌溉和航空施藥等子系統(tǒng)組成。通過服務(wù)器和大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)無人智慧農(nóng)場生產(chǎn)管理的少人化、無人化管理。
智能農(nóng)機(jī)系統(tǒng)。是無人智慧農(nóng)場實(shí)現(xiàn)少人化、無人化作業(yè)的核心，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)場智慧管理的重要手段。智能農(nóng)機(jī)覆蓋農(nóng)業(yè)耕、種、管、收等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程，直接決定著糧食生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。
大田灌溉系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉，并提高作物產(chǎn)量，研發(fā)了智能灌溉系統(tǒng)。
航空施藥系統(tǒng)。航空施藥系統(tǒng)是無人農(nóng)場建設(shè)的重要組成部分，是病蟲害防治的重要手段。科學(xué)、精準(zhǔn)的施藥方法不僅能提高植保效率，還能有效降低農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染。
? 4、無人智慧農(nóng)場智能控制系統(tǒng)
“噸半糧”無人智慧農(nóng)場大數(shù)據(jù)平臺(tái)架構(gòu)由基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)分析層和應(yīng)用層構(gòu)成，平臺(tái)架構(gòu)見 圖11。平臺(tái)分層處理數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、處理和應(yīng)用，為農(nóng)場智慧管理提供支持。
“噸半糧”無人智慧農(nóng)場大數(shù)據(jù)平臺(tái)是一個(gè)復(fù)雜的工程，其中涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)包括多源數(shù)數(shù)據(jù)集成、分布式計(jì)算、GIS技術(shù)等。
“噸半糧”無人智慧農(nóng)場大數(shù)據(jù)平臺(tái)的核心目標(biāo)是基于大數(shù)據(jù)分析結(jié)果，為用戶提供生產(chǎn)管理服務(wù)。根據(jù)服務(wù)類型的不同可分為智能科學(xué)決策、智能裝備作業(yè)和產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源等。各部分的具體功能如下：智能科學(xué)決策；智能裝備作業(yè)；產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源；綜合服務(wù)系統(tǒng)。
? 5、結(jié)論
無人智慧農(nóng)場是中國農(nóng)業(yè)未來發(fā)展的更高級(jí)形式，是保障國家糧食安全的有效途徑，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢。
1）數(shù)字化感知網(wǎng)絡(luò)。研究提出了基于自組網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化感知系統(tǒng)。該系統(tǒng)能高效采集、匯聚并傳輸農(nóng)場環(huán)境、作物生長及設(shè)備狀態(tài)等多維度信息，且具備強(qiáng)大的容錯(cuò)能力，即使某一級(jí)節(jié)點(diǎn)故障，數(shù)據(jù)采集質(zhì)量也能穩(wěn)定在85%以上。通過先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，系統(tǒng)能快速精確提取田間作物的關(guān)鍵表型信息，如生育期、穗長等表型特征，為農(nóng)場精細(xì)化管理提供數(shù)據(jù)支撐。
2）無人智慧農(nóng)場智能控制系統(tǒng)。構(gòu)建了無人智慧農(nóng)場智能控制系統(tǒng)。集云管控平臺(tái)、智能化設(shè)備和智能農(nóng)機(jī)于一體，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)場生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的自動(dòng)化管理。系統(tǒng)架構(gòu)分為基礎(chǔ)層、決策層和應(yīng)用服務(wù)層，各層高效協(xié)同，共同實(shí)現(xiàn)“噸半糧”無人智慧農(nóng)場生產(chǎn)管理的少人化、無人化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全鏈條的智能控制。應(yīng)用該系統(tǒng)顯著降低了農(nóng)場的人力成本，并顯著提高農(nóng)場管理的精準(zhǔn)度和效率。
3）無人智慧農(nóng)場大數(shù)據(jù)平臺(tái)。研發(fā)了“噸半糧”無人智慧農(nóng)場大數(shù)據(jù)平臺(tái)。集成多源數(shù)數(shù)據(jù)集成、分布式計(jì)算、GIS技術(shù)等大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，構(gòu)建大數(shù)據(jù)分析服務(wù)平臺(tái)，從智能科學(xué)決策支持、智能農(nóng)機(jī)作業(yè)、產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源等方面為用戶提供氣象災(zāi)害預(yù)計(jì)、最佳播期、環(huán)境預(yù)測、水肥管理等生產(chǎn)指導(dǎo)服務(wù)，幫助農(nóng)戶科學(xué)地管理農(nóng)場。此外，“噸半糧”無人智慧農(nóng)場大數(shù)據(jù)平臺(tái)還通過集成綜合服務(wù)模塊，提升平臺(tái)的綜合服務(wù)能力。
文章來源于：《智慧農(nóng)業(yè)期刊》
嘉延（北京）環(huán)境科技有限公司致力于“植物生長可控環(huán)境”的技術(shù)研發(fā)和服務(wù)，秉承“自主創(chuàng)新、追求卓越”的理念，提供可靠的人工環(huán)境模擬調(diào)節(jié)技術(shù)。多年來，在人工環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域不斷深入探索，特別是在植物生長、組織培養(yǎng)、種質(zhì)低溫儲(chǔ)藏、植物補(bǔ)光以及其他特殊人工環(huán)境等方面提供整體解決方案。
