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智慧农业模式对农业信息服务的挑战与机缘

时期:2021-12-03 01:17 点击数:
本文摘要:我国是一个农业大国,也是一个农业弱国,在我国农业的生长历程中,始终面临着人均耕地面积偏 低、农业信息需求萎缩,农业信息服务价钱偏高、靠 天用饭现象严重、农村劳动力数量连续下降、农民素质普遍不高等问题,“面朝黄土背朝天”还是我们对农民的第一印象。我国于上世纪 90 年月开始由传统农业向现代农业转变,经由了信息农业、数字农业、精准农业等阶段,农业信息服务在现代农业生长中的职位与日俱增,成为农业快速生长的保证和基础。

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我国是一个农业大国,也是一个农业弱国,在我国农业的生长历程中,始终面临着人均耕地面积偏 低、农业信息需求萎缩,农业信息服务价钱偏高、靠 天用饭现象严重、农村劳动力数量连续下降、农民素质普遍不高等问题,“面朝黄土背朝天”还是我们对农民的第一印象。我国于上世纪 90 年月开始由传统农业向现代农业转变,经由了信息农业、数字农业、精准农业等阶段,农业信息服务在现代农业生长中的职位与日俱增,成为农业快速生长的保证和基础。

作为现代农业生长的最高阶段,智慧农业模式主要应用了大数据、云盘算、物联网、人工智能等新 技术,而且应用于农业生产、供应、销售、流通等环节,通过大数据服务平台,信息收集的种类、数量将大大增加,通过云盘算可以提高数据分析的效率和针对性,通过物联网的物物相连,能够对农作物生长 情况和畜牧生长情况举行实时视察,并获得第一时间的数据,通过人工智能技术,可以取代人力,举行 越发高效精准的农业事情。因此,我们认为通过新兴技术的使用,智慧农业模式将会给农业信息服务 带来庞大的生长空间,提高信息收集的时效性、富厚信息内容的数量和类型,加速信息分析的速度和效率,实现灾害预防的提前预测。

这一系列变化都大大提升了农业信息服务的智能化水平,驱动现代农业革新,迎来农业生长的新蓝海。1 我国农业信息服务存在的主要问题1. 1 人均农业耕地面积远远低于世界平均水平,农业信息服务需求不足停止 2018 年,我国耕地面积为1432960 平方 公里,位居世界第三,仅次于美国和印度。

可是由于 我国人口众多,人均耕地面积仅为 1.4 亩,世界人均 耕地面积是 2.89 亩,我国尚不足世界平均水平的一 半,其中加拿大人均耕地是我国的18倍,印度是我 国的 1.2 倍,我国用全球 7%的耕地养活了全世界近 20%的人口。在已往的8年里,我国的耕地总量 和人均耕地出现逐年下降的趋势,造成这种现象的 主要原因包罗农业生长结构调整、自然灾害、建设占 用、退耕还林等。在耕地面积逐年下降的同时,我国耕地质量也 出现下降的趋势。凭据 2016年首次颁布的《耕地质 量尺度》( GB /T33469—2016) ,我国耕地质量一共分 为 15 个尺度,其中 1 ~ 4 级为优等地、5 ~ 8 级为高等 地,9 ~ 12 级为中等地,13 ~ 15 级为低等地,如图 1 所示,我国优等地比例只有不到 3%,而中等地的所占份额靠近 53%。

造成耕地质量下降的原因主要有化肥农药的随意和过量使用、空气污染、旱涝灾害、 以及不良耕作习惯等。而耕地质量的下降会直接导致农作物产量和质量的下降,也是诱发食品宁静事 故的潜在因素。

农业耕地的总面积和人均耕地面积的连续下降,将导致农村人口和农业从业人员数量的淘汰,涉 农工业的规模也势必随之萎缩。因此,来自农民、农业工业规模、涉农从业人员三个方面的信息需求和信息提供都将呈下降趋势。1.2 农业信息服务价钱高、农业从业人员素质偏低凭据中国统计年鉴( 2017) 的统计数据,将2007年农业生产服务价钱指数 100 作为基准,如果之后 的指数高于 100,则表现服务价钱上升,反之则表现 价钱下跌。从图 2 可以看出,自 2007 年开始的一连 十年,农业生产服务价钱始终高于 100,并保持逐年 上升的趋势,停止 2016 年,上涨幅度已经凌驾三分 之二。

作为农业服务的组成部门,农业信息服务价 格势必随着农业服务价钱的上升而上升。与此同 时,农业从业人员的受教育水平和整体素质并未得 到相应的改善。凭据 2017 年 12 月统计的全国农业 普查数据( 如表 1 所示) ,我国农业生产谋划从业人员为 3.1422 亿人,受教育水平在高中或大专及以上 占比仅为 8. 3%,远远低于 23. 9%的全国平均水平。由此可见,农业生产谋划从业人员受教育水平 偏低,文化素质普遍不高。

由于农业服务价钱偏高, 以及农业从业人员文化素质普遍偏低,对农业信息 服务事情发生了诸多影响: 一是,偏高的服务价钱会 让农民对农业信息服务发生抵触的情绪,影响农业 信息服务的普及水平; 二是,偏低的文化素质会让农民难以建设相应的信息素养和信息意识,信息服务 从业人员难以形成新的服务意识,掌握新的服务技术,开展新的服务内容。1. 3 科学耕作信息普及水平不够近些年来,部门地域为了片面追求产量,过分使 用农药和化肥,不依靠科学方法提高产量。凭据农 业农村部出台的《到 2020 年化肥使用量零增长方 案》和《到 2020 农药使用量零增长行动方案》,2013 年我国农作物化肥使用量就到达了 21. 9 公斤/亩, 远远高于世界平均水平 8 公斤/亩,这对我国的耕地质量发生了极大的破坏,并容易引发一系列的食品 宁静问题。

同时,我国化肥的使用率也比力低,仅仅 为 32%,远低于 55%的世界平均水平,导致了严重的情况污染问题。造成上述现象的原因是农民掌握的科学耕作知识较少,文化素质偏低,更重要的依然是农业科技信息服务普及水平不够,科技信息服务的深度和广度还需要进一步的加深和扩大。此外,我国农业防御自然灾害的能力不够,更多的是靠天用饭,我国农作物以遭受水灾和旱灾最为严重,每年农 作物受灾面积靠近 2 万公顷,粮食减产总量在 300 ~ 400 亿斤,因此科学耕作,科学防灾变得尤为重要。

2 智慧农业是我国农业信息化生长的一定选择2.1 我国智慧农业的由来与内在农业始终是我国国民经济生长的命脉,历年的中央一号文件都市把农业放在重要位置,鼎力大举支持 现代农业生长。2012 年的中央一号文件提出突出农业科技创新重点,在精准农业技术等方面取得重 大突破; 2014 年的中央一号文件强调建设以农业互联网和精准装备为重点的农业全程信息化和机械化 体系,组织重大农业体系科技攻关; 2015 年中央一号文件招呼加速农业科技创新,在智能农业、农机装备等领域取得重大突破; 2017 年中央一号文件推进 农业物联网试验示范和农业装备智能化,生长智慧 气象,提高预警水平; 2018 年中央一号文件组织实施乡村振兴战略,鼎力大举生长数字农业,实施智慧农 业,推进物联网实施示范和遥感技术应用。智慧农业指的是将大数据、云盘算、物联网、人 工智能等新兴技术应用到农业生产的全历程,实现 生产数据的全收集、生产场景的全视察,生产治理的智能化、实时诊断的在线化,并提高病虫害和自然灾 害的预警能力。智慧农业包罗精准农业、农业互联 网和数字农业等多个方面。

精准农业关键在于就农 业生产的所在和时间,施药使用的计量举行准确的 计划,确保土地的合理使用、良种的准确播种和病虫 害的精准预防。农业物联网实现了农业生产的物物 相连,通过 3S 技术及毗连的设备举行数据收集和分析,然后举行数据的集成化治理,从而为智能决议提 供支撑和依据。数字农业则是使用传感器、摄像头、 智能穿着等数据收罗设备,对农作物、生产情况举行 监控,实现数据实时收集、实时分析、提前预测。

智能农业多指农业机械自动化和智能化,通过物联网 和人工智能技术,实现农业生产的自动化和智能化。通过数字化的技术,可以实现数字农业或农业治理 的数字化,并对相关的数据实现在线治理。在此基础上,通过互联网技术,对相关的数据和农业生产对 象、生产工具举行毗连,形成农业互联网,在数据共享、数据分析以及物物相连的基础上,开展比力精准的农业信息服务,从而实现农业生产治理的智能化、 农业生产工具的智慧化。

2.2 新技术助推我国智慧农业生长传统农业到现代农业转变的历程中,农业信息化的生长大致履历了电脑农业、数字农业、精准农业 和互联网+农业等阶段。每一个阶段的生长和突破, 都离不开新技术的使用和推广。现在,我国农业发 展中使用到的新技术主要包罗大数据和云盘算、人 工智能、物联网。

大数据的技术使得我们能够获取 更多类型和更多数量的数据,而且处置惩罚和分析数据 的速度和准确率也大大提高,从而更好地举行农业生产预测和决议支持。人工智能技术的使用可以更 好地替代人力资源,举行越发精准和合理的生产计划、实施。物联网通过传感器等设备,实现了农作物 的物物相连,从而能够实现对农作物生长情况的实时视察、畜牧生活情况的即时检测,从而能够更好地 举行病虫害、自然灾害的预防,并对产量举行精准的预测。

2.3 智慧农业优化农业信息服务前文谈到了在信息服务的各个流程中,智慧农业所起到的促进作用。下面将换一个角度进一步分 析智慧农业模式对农业信息服务的助推作用,从而 更好地说明智慧农业是促进农村信息服务的一定选择。农业信息服务涉及到服务提供者、服务需求者、服务平台三个主体环节。对于信息服务者来说,通 过物联网技术能够实时地获得农业生产历程中的即 时信息和数据,而且通过云盘算和大数据平台,对获 得的种种数据举行准确的分析和合理的预测,为提供优质的农业信息服务打下坚实的基础。

对于信息需求者来说,智慧农业的推广,一方面,可以使得农 业从业者学习和掌握新技术和知识,有利于农民文 化素质和信息素养的提高; 另一方面,农民综合素质的提高也会导致信息服务效果的提升,进一步推广 智慧农业的应用领域,促进农业生长。对于信息服务平台来说,随着大数据、云盘算、物联网和人工智 能技术的使用,一是,可以提高平台的服务内容质量,因为新技术的使用,可以大大提升平台数据的数量和类型; 二是,可以提升平台的服务效率,实现信息需求和信息服务的精准对接。3 我国智慧农业的主要应用场景前文对智慧农业助推农业信息服务的须要性举行了讨论,下文将从大数据服务平台、自动化植物保 护、农业机械智能操作、精准养殖等方面,讨论智慧农业模式与农业信息服务事情对接的可行性。笔者认为通过 3S 技术、无人机拍摄以及传感器等,收集 气候气象、农作物、土地土壤、地形地貌、以及畜牧动 物生产情况等信息,通过大数据分析,能够精准的防 护病虫危害、高效的检测农业机械的事情状态、从而 提供实时的、可视的治理服务、以及精致化的养殖治理。

上述信息的获取以及种种治理事情都是农业信息服务事情的重要组成部门。3.1 大数据平台服务数据是举行一切分析与预测的基础,也是实现农业信息服务精准化、智能化的前提。因此大数据 平台的建设是实现智慧农业的重要基石。

本文所描 述的数据平台服务主要是指通过以传感器为代表的 硬件设备,使用云盘算、物联网、人工智能等技术、接纳无线通信的方式,对农业生产全历程的数据举行 收集、传输、分析并存储,并将分析效果以可视化的方式出现出来,从而实现农作物和畜牧生产情况的实时观察、病虫害的精准监测与防范,农业和畜牧业产量和效益的提前预测和评估。这个服务平台上的数据包罗: 土地土壤数据,主要包罗土壤的酸碱度、温湿度、以及适合种植的作物 等信息; 天气数据,主要是同气象卫星,收集天气的 实时数据,并对天气变化举行预测,以提前做好自然 灾害的防范准备; 农作物生长数据,通过摄像头、传感器等视频和音频收罗设备,对农作物的生长情况 举行实时的视察和检测,实时处置惩罚在生长历程发生的异常情况,并联合往年的数据,对农作物的产量进 行预测; 病虫害数据,凭据农作物的类型,收集与之 相对的病虫害信息及数据,并通过摄像头和传感器, 实时监控病虫害的生长情况,做到提前发现,实时处 理。通过这些数据的收集、整理和分析,可以举行合理的农作物种植计划,让农作物生长在适合自己的 土壤,能够实时监控天气变化,对自然灾害提前预测,而且对农作物生产情况举行实时观察,监控病虫 害情况,确保农作物少受损失。

上述数据的收集设备主要是通过卫星、无人机和传感器等。详细历程如图 3 所示。通过大数据服务平台,可以实现多类型、多结构的数据即时收集,并对数据举行实时、准确的分析, 为农业信息服务打下坚实的基础。3.2 农植物掩护自动化以往我国的农植物掩护主要接纳人工方式,这种方式的主要毛病在于挤占农业生产劳动力、增加 农植物掩护成本、无法提高植物掩护效率,农药的过量使用。

农植物掩护自动化主要是通过无人机和植物掩护平台,植物掩护平台的主要职责是将农户的 需求和植保队所能提供的服务举行对接,实现供需平衡,无人机则卖力农作物掩护作业。自动化农植物掩护的工业链包罗三个部门: 植保药物的研发、植保无人机的制造、植保队的植保服 务。主要的运营模式分为三种: 一是,只从事植保无 人机的研发事情,通过设备的升级换代来提高实际植保事情的效率; 二是,兼顾植保设备研发和植保作 业,将无人机开发,和无人机的详细操作作为生长的 主线; 三是,只从事详细的植保作业,不从事专门的 无人机开发事情,生长的重点在于第三方平台的建设和维护,实现农户需求和植保队供应的高效对接。

基于此,智慧农业对农业植保服务的推进作用主要有: 人工智能技术逐渐取代人力,举行更高效和 精准的掩护作业事情,节约了人力资本。通过大数据和云盘算构建的第三方服务平台,能够让植保信 息更好地收集、通报和分享,从而高效对接服务提供信息和服务需求信息,提高植保事情效率。3.3 农业机械智能操作农业机械智能操作在智慧农业中的典型应用是 自动驾驶。

在自动驾驶历程中,涉及到数据收集、分 析、显示,主要设备有卫星、传感器、摄像头、自动驾驶控制器和车载盘算机显示器。通过卫星导航,可 以对农业机械的位置举行实时定位,并确定其事情 状态,对路径举行盘算和计划,使用传感器可以实时 监测作业路径,并判断路径是否发生偏移,如果发生 偏移,迅速做出反映,从而控制农机的偏向。

摄像头 的主要功效是实时视察作业现场的情况,并对现场 情况举行检测,凭据实时情况做出合理的决议和规 划。上述三个设备收集到的数据通报给自动驾驶控 制器,对数据举行分析后,使用车载盘算机显示器实时显示作业情况以及作业进度。详细流程如图 4 所 示。自动驾驶的技术基础是车联网技术,车联网技术是物联网在汽车治理领域的详细应用,通过卫星、 传感器和无线通信等设备和传输方式,实现对车辆 的实时和自动治理,包罗车辆的行驶路径、车辆的驾驶状态等信息。

在此基础上,凭据用户需求,对车辆 实现精准的调配和治理。而车载导航系统是车联网 的焦点技术,通过车载导航系统 ,能够实现作业路 径的精准计划和实时的作业监视。

首先,使用地理 信息系统和数字舆图,在卫星定位技术的支持下,确 定农业机械的位置和偏向; 其次,实时监测农业机械车辆的位置、事情状态、运行参数和位置等信息,实现实时故障诊断和故障预警; 再次,凭据之前的位置 信息和事情状态信息,依托数字舆图,计划最优的行驶轨迹门路; 最终,使用感知系统,对获取的信息和 计划举行分析判断,并对下一步行为举行决议,这是 自动驾驶的焦点。农业信息服务的目的是为了更好地促进农业生产,提高农民素质。农业机械智能操作是智慧农业的一个详细应用场景,农业机械智能操作可以提升 农业生产的自动化和智能化水平,从而促进农业生 产效率的提高,同时,农民和农业从业人员在学习和 掌握农业机械智能操作的历程中,可以提高自己的 学习能力和技术使用能力,从而提升自身素质。所以从这个角度来看,智慧农业的目的和农业信息服 务的目的是一致的,因此我们认为在这个应用场景 中,智慧农业模式对农业信息服务也是有助推作用的。

3.4 精准养殖精准养殖的应用历程如下: 首先凭据自动化喂 养设备,按需喂养,以到达营养平衡的目的,其次通 过传感器监测畜禽的情况情况,控制光照,以实现好 情况替代药物的作用,再次通过摄像头对畜禽生长 举行实时监控,预测其生育率,降低死亡率,最后通 过耳标、摄像头,使用大数据分析方法对畜禽的行为 状况举行分析,实现精准治理。在应用之前需要进 行数据的收集和模型的构建,我们可以通过耳标、可 穿着设备以及耳标颈圈等设备举行数据收集,通过 盘算机视觉技术和图像识别技术,对收集的数据进 行预处置惩罚,并构建相应的模型,将预处置惩罚完毕的数据 输入到模型中,举行深度学习,从而发生可以为详细 应用形成支撑的决议依据。如图 5 所示。

通过对精准养殖历程的形貌,我们可以发现在 精准养殖的各个环节都市涉及数据和信息的收集、 处置惩罚、分析和应用,准确实时的信息服务是做好精准 养殖的重要前提和保障。智慧农业模式中的视觉技 术、语音识别技术、图像识别技术能够准确地获取养 殖历程发生的种种数据,为信息服务做好充实的数据准备,从而实现真正意义上的精准。4 未来智慧农业的生长趋势与挑战4.1 智能技术将与智慧农业深度联合随着人工智能技术的不停生长以及应用领域的 全面拓展,农业生产各个环节的智能化水平将会大大提高,诸如农用智能遥感技术、智能果蔬分拣设 备、智能植保机械、智能施药机、智能除草机械人、果 实采摘机械人等人工智能技术和人工智能设备将会 更多地取代人力资源,在播种、培育、病虫害防治、收 获、出售等各个环节提高农业生产的效率,提高农业 的智能化水平。随着农业智能化水平的提高,农业 资源的设置、计划和使用也将越发合理和高效。

通 过合理的土地计划,高效的良种培育以及精准的农 业治理与服务,单元土地面积的产出率和优产率将 会大大提高。4.2 数据在智慧农业中作用不停提升随着政府、涉农企业与农户之间互助越来越深入,三方之间发生的数据将大大增加,同时政府数据 开放力度也会逐步提升。因此,我们获取数据的数量、类型将会大大增加,同时随着种种大数据技术及云盘算平台的大面积推广使用,结构化数据的处置惩罚 速度将迅速提升,非结构化数据的转化能力也将随着改善,便于我们对数据举行挖掘和分析,并建设相 应的数据模型,合理地为农业生产举行预测,并提供 相应的决议支持,从而给农业发生带来现实的价值 和效益。

4.3 我国智慧农业生长的主要瓶颈如前面所述,我国农业从业人员的受教育水平 偏低,远远低于我国的平均水平,因此农业高科技人 才的缺乏依然是制约我国智慧农业生长的首要问题,同时农业从业人员的年事结构不尽合理,年事偏 大,接受过良好教育的年轻人对于投身智慧农业的 热情不够。我国农业生产的规模化,集约化水平不高,因此造成了智能机械和智能技术的使用成本过高,使许多农户望而生畏,涉农企业和农户会选择成 底细对较低的设备,造成的主要结果是数据收集不 全面和禁绝确,对数据的分析与实际情况相差较大, 因此提高农业生产规模化和集约化水平,降低技术 使用成本,是提高我国农业智慧化水平的关键之一。

同时,我国智慧农业所使用的焦点技术大多泉源于 外洋,我们缺乏自己的焦点技术和自主的知识产权, 许多技术依然处在实验阶段,尚不能投入实际生产 中。因此,焦点技术的自主研发和推广应用也是我 国智慧农业生长的一个重大挑战。5 竣事语如何让农业信息服务走进农村、农户,服务需求 和服务提供精准对接,是我国农业信息服务需要解决的重要问题。

本文将大数据、物联网、人工智能等 技术与农业生产历程相联合,从信息服务平台、植被 掩护、农业机械智能操作、精准养殖等角度,深入探 讨了智慧农业对农业信息服务的促进作用。农业信 息服务的生长门路依然任重而道远,我国在技术研 发、人造就、农民素质等方面还做的远远不够,需要 更多的研究、探索和实验。

作者:苏 震、赵文彦接待大家在评论区交流分享更多精彩资讯,请连续关注数字农业分会官方账号。


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