拓展智慧農(nóng)業(yè)新應(yīng)用

智慧農(nóng)業(yè)如何從夢(mèng)想照見現(xiàn)實(shí)？除了政策的驅(qū)動(dòng)和資本的加持，也離不開包括智能裝備、智能控制系統(tǒng)、智能技術(shù)在內(nèi)的全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，只有在不同的產(chǎn)業(yè)鏈節(jié)點(diǎn)不斷去拓展智慧農(nóng)業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用，才能推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)的深化落地，以及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。

「2023 年生物光學(xué)與智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)國(guó)際論壇」上，北京市農(nóng)林科學(xué)院智能裝備技術(shù)研究中心鄭文剛研究員、山西農(nóng)業(yè)大學(xué)李靈芝教授、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)李保明教授和楊培嶺教授、山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究院高級(jí)工程師李青龍結(jié)合各自的科研課題，為智慧農(nóng)業(yè)的延展應(yīng)用帶來(lái)了四個(gè)不同的實(shí)踐方向。

鄭文剛在本次論壇上，系統(tǒng)介紹了北京市農(nóng)林科學(xué)院智能裝備技術(shù)研究中心聚焦國(guó)家食用菌智能化和信息化開展的一系列技術(shù)創(chuàng)新和所取得的豐碩成果。

針對(duì)目前我國(guó)在食用菌生產(chǎn)過(guò)程中的一系列智慧化難題，鄭文剛認(rèn)為必須從數(shù)據(jù)著手。圍繞食用菌的育、種、管、收，鄭文剛其所在團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了一體化的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，搭載了溫度、濕度、二氧化碳、光輻射傳感器，還有攝像頭，只需要通過(guò)手機(jī)就可以采集數(shù)據(jù)，利用現(xiàn)有攝像頭，實(shí)時(shí)獲取作物表型信息，進(jìn)行決策復(fù)習(xí)和精準(zhǔn)調(diào)控。

與此同時(shí)，鄭文剛還介紹了其團(tuán)隊(duì)研發(fā)的日光溫室的自動(dòng)通風(fēng)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化的溫室控制器，植物工廠節(jié)能系統(tǒng)，以及用來(lái)采摘、巡檢、授粉、搬運(yùn)、噴發(fā)消毒的小機(jī)器人等。前者旨在實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、光照等環(huán)境指標(biāo)的自動(dòng)化管控，后者則是為了提高種植效率。

鄭文剛透露，該團(tuán)隊(duì)還打造了一個(gè)公共的開發(fā)平臺(tái)，所有的廠家設(shè)備都可以接入該平臺(tái)。目前該平臺(tái)，已經(jīng)累積了數(shù)億數(shù)據(jù)，傳感器、控制器、和軟件平臺(tái)融合在一起，可以形成數(shù)據(jù)、方法、執(zhí)行，面向不同應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行快速搭配建設(shè)，就可以面向塑料大棚、日光溫室、工廠化，快速進(jìn)行各種應(yīng)用系統(tǒng)的搭建。

山西農(nóng)業(yè)大學(xué)番茄產(chǎn)業(yè)研究院院長(zhǎng)李靈芝教授以《智能溫室大數(shù)據(jù)系統(tǒng)賦能番茄高效種植工藝》為主題，介紹了番茄種植過(guò)程中，如何將種植工藝和智能系統(tǒng)結(jié)合，通過(guò)精準(zhǔn)控制溫、光、水、氣、肥，提高種植效益和提升產(chǎn)品品質(zhì)。

李靈芝教授首先介紹了山西農(nóng)業(yè)大學(xué)番茄產(chǎn)業(yè)研究院的基本情況，這個(gè)配備了專門 5G 基站，包含日光溫室、塑料大棚、冷庫(kù)，集教學(xué)、科研、生產(chǎn)試驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用于一體的研究基地，李靈芝教授團(tuán)隊(duì)聚焦番茄產(chǎn)業(yè)的智慧化種植和全流程數(shù)字化管理，開展了一系列深入研究。除了建立了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)遠(yuǎn)程氣象站，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，溫室大數(shù)據(jù)采集精度升級(jí)系統(tǒng)，表型級(jí)光譜實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，研究院還與廣東 8 家植物燈企業(yè)合作，建立了相應(yīng)的試驗(yàn)基地。

在海量大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，李靈芝教授團(tuán)隊(duì)一方面聚焦溫室環(huán)境調(diào)控，通過(guò)研究區(qū)域環(huán)境參數(shù)、土壤參數(shù)燈來(lái)指導(dǎo)日光溫室的生產(chǎn)，同時(shí)也在利用大數(shù)據(jù)，研究不同光譜對(duì)番茄生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)番茄種植效益的提升。

作為國(guó)家數(shù)字畜牧業(yè)創(chuàng)新分中心主任，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)教授李保明在本次論壇上，以《智能化技術(shù)賦能設(shè)施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展》為主題，分享了智能化計(jì)劃賦能設(shè)施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的不同方向。

李保明認(rèn)為，目前超大規(guī)模養(yǎng)殖、生態(tài)養(yǎng)殖和無(wú)抗養(yǎng)殖是養(yǎng)殖業(yè)的主流趨勢(shì)，如何利用設(shè)施和環(huán)境的智能調(diào)控，在提高養(yǎng)殖效率的同時(shí)，進(jìn)一步保障畜禽的健康，讓它們擁有更好的抵抗力，是智能化技術(shù)賦能設(shè)施養(yǎng)殖業(yè)的核心命題。

從國(guó)內(nèi)外智能化技術(shù)賦能設(shè)施養(yǎng)殖業(yè)的實(shí)踐來(lái)看，智能化技術(shù)首先可以設(shè)置設(shè)施養(yǎng)殖的遠(yuǎn)程智慧管控。在遠(yuǎn)程智慧管控的基礎(chǔ)上，疊加機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能的技術(shù)應(yīng)用，可以進(jìn)一步推動(dòng)實(shí)現(xiàn)設(shè)施養(yǎng)殖業(yè)的工業(yè)化和智慧化。同時(shí)，當(dāng)環(huán)境參數(shù)與畜禽的健康結(jié)合起來(lái)，通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控，不僅可以保障畜禽健康，而且可以降低養(yǎng)殖成本。

在李保明看來(lái)，智能化技術(shù)賦能養(yǎng)殖業(yè)同時(shí)面臨諸多調(diào)整，要解決偏遠(yuǎn)養(yǎng)殖工廠的網(wǎng)絡(luò)覆蓋的問(wèn)題，還要解決數(shù)據(jù)融合的問(wèn)題。從環(huán)境參數(shù)到精準(zhǔn)喂養(yǎng)，從畜禽舍建筑設(shè)施本身的數(shù)據(jù)化到動(dòng)物生長(zhǎng)參數(shù)的數(shù)字化，只有建立了大數(shù)據(jù)和調(diào)控模型，才能實(shí)現(xiàn)預(yù)警和精準(zhǔn)調(diào)控。同時(shí)，育種、飼養(yǎng)方式、生產(chǎn)方式、生產(chǎn)工藝，都要按照工業(yè)化的方式來(lái)進(jìn)行，設(shè)施、環(huán)境和裝備的數(shù)字化，大數(shù)據(jù)運(yùn)用和精準(zhǔn)調(diào)控，很難在短期內(nèi)同步實(shí)現(xiàn)。

身為聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織 TCDC 水利專家，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)楊培嶺教授在出席本次論壇的同時(shí)，以主題嘉賓的身份分享了《智慧灌溉技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與未來(lái)展望》。

在楊培嶺教授看來(lái)，我國(guó)緊缺的水資源、生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，以及應(yīng)對(duì)潛在糧食安全問(wèn)題帶來(lái)的絕大農(nóng)業(yè)用水缺口，使得“利用智慧灌溉提高用水效率”變得更加迫切。

在系統(tǒng)介紹以色列、日本、美國(guó)和荷蘭等農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家水肥一體技術(shù)和智慧灌溉技術(shù)的同時(shí)，楊培嶺教授重要介紹了中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)在智慧灌溉領(lǐng)域的一系列研發(fā)成果。除了小的滴頭、微噴頭、疊片過(guò)濾器等關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)升級(jí)，還包括一些接近國(guó)際先進(jìn)水平的精良灌溉裝備。

論壇現(xiàn)場(chǎng)，除了展示智慧灌溉系統(tǒng)在智慧農(nóng)業(yè)不同場(chǎng)景的創(chuàng)新應(yīng)用，楊教授還特別介紹了目前國(guó)家正在推進(jìn)的數(shù)字孿生灌區(qū)，通過(guò)對(duì)一個(gè)物理灌區(qū)的全方位的數(shù)據(jù)采集，形成了一個(gè)數(shù)字孿生灌區(qū)，灌區(qū)未來(lái)可能遇到的各種場(chǎng)景、各種環(huán)境問(wèn)題，都可以通過(guò)孿生灌區(qū)提出解決的方案，在找到最優(yōu)方案的同時(shí)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)決策。

除此之外，楊教授認(rèn)為智慧灌溉作為智能化控制的一個(gè)模塊，可以和先進(jìn)的傳感器技術(shù)、遙感信息技術(shù)等相結(jié)合，為智慧農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)從信息采集、到數(shù)據(jù)分析，再到智慧決策和智慧控制的全流程賦能。同時(shí)，溫室環(huán)境指標(biāo)、作物的生理指標(biāo)，可以集成起來(lái)研判，作物的水、肥虧缺程度，微量元素需求，都可以通過(guò)灌溉一體化實(shí)現(xiàn)。

按照楊教授的預(yù)判，未來(lái)智慧灌溉將實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的無(wú)線化、控制決策的智能化和技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。

當(dāng)前全世界各國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械行業(yè)都正朝著智能高效節(jié)能的方向發(fā)展，而農(nóng)機(jī)智能化技術(shù)的應(yīng)用正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵。本屆論壇，山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究院高級(jí)工程師李青龍，聚焦播種、植保和收獲，分享了最新的智能化技術(shù)。

播種技術(shù)層面，李青龍介紹了其與團(tuán)隊(duì)就精密排種、質(zhì)量檢測(cè)、播種控制展開的一系列研究，同時(shí)也展示了其團(tuán)隊(duì)研發(fā)的帶有變量施肥系統(tǒng)的播種機(jī)、灰塵補(bǔ)償功能的傳感器，電驅(qū)式的排種器和排種電機(jī)、基于云端數(shù)據(jù)研發(fā)的精量播種監(jiān)控系統(tǒng)、16 公里的高速精量播種機(jī)控制系統(tǒng)等。

植保技術(shù)層面，李青龍展示了新一代植保機(jī)矩陣，不僅可以精準(zhǔn)控制施藥量，可以精準(zhǔn)識(shí)別雜草，利用光譜技術(shù)和識(shí)別的技術(shù)，通過(guò)對(duì)雜草的顏色、外形還有光譜特征進(jìn)行識(shí)別和區(qū)分，打開噴頭進(jìn)行定點(diǎn)除草施藥。同時(shí)，結(jié)合衛(wèi)星定位、機(jī)上作業(yè)姿態(tài)信息和激光雷達(dá)探測(cè)，新型植保機(jī)還實(shí)現(xiàn)了噴桿位置的精確計(jì)算，可以有效避免重噴和漏噴。除此之外，還展示了大型自走式植保機(jī)和遙控控制以及無(wú)人駕駛來(lái)的植保機(jī)。

收獲技術(shù)層面，李青龍集中介紹了引導(dǎo)對(duì)行、降低收獲損失和產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等方面的多項(xiàng)研究成果。搭載了最新創(chuàng)新科技的收獲機(jī)，可以自適應(yīng)作業(yè)，而且能始終保持在最佳的作業(yè)速度和作業(yè)效率，以最佳、最低損失的狀態(tài)下進(jìn)行收獲。搭配 L3 級(jí)的無(wú)人駕駛技術(shù)，還可以實(shí)現(xiàn)這種無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的收獲。