現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的必由之路——智慧農(nóng)業(yè)
農(nóng)業(yè)正在迅速向智能化發(fā)展。隨著傳感技術(shù)、智能機器和設備、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析和創(chuàng)新商業(yè)模式的應用，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)將有條件從品種選擇、生產(chǎn)規(guī)劃、環(huán)境技術(shù)、物流金融、農(nóng)產(chǎn)品銷售、售后服務、食品安全、農(nóng)業(yè)旅游等方面協(xié)調(diào)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，形成完整的智能農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。
智慧農(nóng)業(yè)是指利用信息技術(shù)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理、服務全產(chǎn)業(yè)鏈進行智能控制，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)、高效、安全、可控。中國高度重視智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，智慧農(nóng)業(yè)是實現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的必由之路。
在一二三產(chǎn)業(yè)融合的過程中，智慧農(nóng)業(yè)可以打破信息瓶頸，促進信息流移動和共享。
智慧農(nóng)業(yè)的技術(shù)框架一般包括信息感知、智能決策和決策執(zhí)行三個方面。
信息感知包括通過農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)獲取與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營相關(guān)的各種信息，如農(nóng)作物、土壤等環(huán)境，以及從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人乃至社會的信息；
智能像大腦一樣，分析處理各種信息，提供管理或控制方案，如專家系統(tǒng)；
根據(jù)分析結(jié)果進行決策，包括管理策略、種植方案、環(huán)境調(diào)控或農(nóng)業(yè)機械(如無人機、種植機)的控制。
信息感知和決策往往依賴于硬件設備，而智能決策主要是對數(shù)據(jù)和知識的處理和計算。當今大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)的時代背景，對智能決策提出了更高的要求。
大數(shù)據(jù)是智慧農(nóng)業(yè)的基礎，信息感知是農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的來源。
狹義的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)是指農(nóng)作物本身的生物物理信息和除人以外的環(huán)境信息。但是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動離不開人類活動，生產(chǎn)者的經(jīng)驗和消費者形成的市場都會對生產(chǎn)產(chǎn)生影響。因此，從廣義上講，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)還包括從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人員、社會環(huán)境、市場動態(tài)等社會信息。
物理信息感知包括空間信息感知和地面信息感知。
前者主要包括遙感技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)和地理信息技術(shù)(“3S”技術(shù)):基于遙感技術(shù)，可以獲取種植面積、作物長勢、洪澇、病蟲害、土壤、作物營養(yǎng)等空間信息；基于衛(wèi)星定位技術(shù)，可以獲得設備的精確位置，可用于農(nóng)業(yè)機械的移動定位。地理信息技術(shù)提供了一種直觀的數(shù)據(jù)管理方式。
后者主要是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)涉及的傳感技術(shù)，獲取土壤和空氣的溫濕度、光照強度、二氧化碳濃度、風速、土壤鹽分等數(shù)據(jù)。此外，還有通過可見/近紅外光譜和近紅外光譜快速測量植物養(yǎng)分、土壤肥力和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的傳感器技術(shù)。
地面感知還包括在田間設置攝像頭或紅外監(jiān)視器，用戶可以遠程觀察，用于提高種植透明度，增強消費者的信心。低功耗、低成本、性能穩(wěn)定的傳感器是長期獲得可靠數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，也是目前推廣農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用的瓶頸。
社會信息感知包括農(nóng)產(chǎn)品市場需求、農(nóng)產(chǎn)品價格、農(nóng)業(yè)政策、種植者體驗等。目前，在農(nóng)業(yè)市場國際一體化的發(fā)展趨勢下，農(nóng)業(yè)企業(yè)、協(xié)會、合作社等經(jīng)濟合作組織對生產(chǎn)前什么樣的效益高、生產(chǎn)中什么樣的農(nóng)資質(zhì)優(yōu)價廉、生產(chǎn)后賣給誰等市場和技術(shù)信息的需求更加迫切。這些信息對我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，尤其是規(guī)?；r(nóng)業(yè)、訂單農(nóng)業(yè)和地方特色農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
農(nóng)產(chǎn)品需求信息是農(nóng)業(yè)市場的靈魂。方便準確地捕捉市場信息，把握市場動態(tài)，及時調(diào)整生產(chǎn)銷售方向，是感知社會信息的主要目標?；谂老x技術(shù)的自動采集是通過網(wǎng)絡感知市場價格的重要方式，可以用來預測每周的農(nóng)產(chǎn)品價格。而以投入占用產(chǎn)出技術(shù)為核心的糧食產(chǎn)量預測模型，考慮了反映社會信息的各種農(nóng)業(yè)投入。
數(shù)據(jù)傳輸是以通信網(wǎng)絡為基礎，將分散的具有獨立功能的設備或子系統(tǒng)連接起來，按照規(guī)定的網(wǎng)絡協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信，從而實現(xiàn)分布式系統(tǒng)的軟硬件資源共享和系統(tǒng)的綜合管理與控制。
在技術(shù)層面，國內(nèi)很多科研院所和公司都可以實現(xiàn)不同的傳輸方式，實際應用中采用哪種數(shù)據(jù)傳輸方式需要根據(jù)農(nóng)田環(huán)境、方案需求、成本約束等因素綜合確定。
農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)涵蓋了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)本身、產(chǎn)前、產(chǎn)后以及農(nóng)產(chǎn)品加工銷售全鏈條產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。目前獲取各類農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的成本還是比較高的，缺乏成熟的產(chǎn)品，不同的用戶有不同的需求。如何整合生物物理和社會信息，并為農(nóng)民、政府、企業(yè)和其他利益相關(guān)者提供相應的信息服務，仍是未來需要解決的挑戰(zhàn)。
智能決策是智慧農(nóng)業(yè)的核心，是數(shù)據(jù)產(chǎn)生價值的過程，涵蓋了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從產(chǎn)前規(guī)劃、產(chǎn)中種植管理、環(huán)境控制到產(chǎn)后儲存、加工、運輸、銷售的各個環(huán)節(jié)。
產(chǎn)前規(guī)劃包括需求分析和種植方案推薦；
中產(chǎn)量種植管理包括環(huán)境監(jiān)管(設施農(nóng)業(yè))、施肥、農(nóng)藥噴灑和灌溉方面的智能決策支持。
產(chǎn)后農(nóng)產(chǎn)品的庫存控制，運輸車輛的配置，配送加工和配送中心的選址等。都需要智能的計算方法來提供決策支持。
作物生產(chǎn)管理決策支持技術(shù)的研究主要集中在作物生長模擬和各種專家系統(tǒng)上。
作物管理專家系統(tǒng)是專家系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)領域的具體應用，一般包含一個由權(quán)威農(nóng)業(yè)專家的經(jīng)驗、數(shù)據(jù)、資料和成果組成的知識庫，并能利用其知識模擬農(nóng)業(yè)專家解決問題的思維方法進行判斷和推理，從而得出解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題的結(jié)論。
隨著農(nóng)業(yè)進入大數(shù)據(jù)時代，農(nóng)業(yè)智能決策轉(zhuǎn)向大數(shù)據(jù)驅(qū)動，并體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個方面。農(nóng)業(yè)智能決策支持系統(tǒng)的算法和表示需要迭代。隨著數(shù)據(jù)獲取的相對便捷和智能手機的廣泛使用，過去只能在電腦上離線使用、被人詬病為“電子詞典”的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)迎來了新的發(fā)展時代。
智能農(nóng)機和管理軟件是信息感知和智能決策的表現(xiàn)形式。
隨著我國農(nóng)業(yè)從業(yè)人員的老齡化和減少，農(nóng)業(yè)智能裝備的應用是必然趨勢。農(nóng)業(yè)智能設備包括服務于施肥、噴藥、灌溉、修剪、采摘、播種、環(huán)境控制等各種作業(yè)的設備。
國外智能農(nóng)機設備先進且應用廣泛，主要包括智能導航、自動駕駛、變量施肥、變量噴灑等功能。隨著國家對農(nóng)業(yè)智能裝備研發(fā)的重視和投入，國內(nèi)多家機構(gòu)開展了相關(guān)研究，包括自動導航、變量施肥、精準噴藥、播種、移栽、噴藥、除草、收割等。
此外，我國農(nóng)業(yè)航空作業(yè)量逐年增加，作業(yè)領域逐步擴大。除了對糧食作物、園藝作物和經(jīng)濟作物施用農(nóng)藥之外，植物也被授粉。
農(nóng)業(yè)裝備的精準控制技術(shù)是發(fā)達國家在大規(guī)模機械化條件下發(fā)展起來的，而我國農(nóng)作物生產(chǎn)的區(qū)域環(huán)境條件差異較大，技術(shù)和裝備的選擇不能統(tǒng)一適用。發(fā)展適應中國國情的精準農(nóng)業(yè)機械化，必須因地制宜，不斷逐步完善。
隨著智能技術(shù)的發(fā)展，類似工業(yè)中數(shù)字雙胞胎的虛擬農(nóng)業(yè)系統(tǒng)有望逐步發(fā)展起來。由于小農(nóng)經(jīng)濟的特點，產(chǎn)銷信息不對稱是農(nóng)業(yè)發(fā)展的一大瓶頸。
與傳統(tǒng)的基于記錄的農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)不同，基于智能調(diào)度和精確計算農(nóng)業(yè)投入的虛擬農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)可以與農(nóng)業(yè)托管和共享農(nóng)田等新的商業(yè)模式相結(jié)合，既滿足了城市居民對農(nóng)村生活的向往，也部分解決了農(nóng)村缺乏技術(shù)和銷售渠道的問題。同時可以在農(nóng)村創(chuàng)造新的就業(yè)崗位，帶動新一代年輕人從事農(nóng)業(yè)。
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