劉超超 金健飛

|摘要|數(shù)字化賦能設施農(nóng)業(yè)種植托管服務基于一系列農(nóng)作物生長監(jiān)測、智能環(huán)境控制等農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能軟硬件產(chǎn)品及服務平臺，在國家農(nóng)業(yè)結(jié)構調(diào)整優(yōu)化的大背景下，針對現(xiàn)階段農(nóng)產(chǎn)品種植和管理水平低、技術落后的痛點、難點，為從事農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)及管理的人員提供農(nóng)作物定植、農(nóng)事指導、病蟲害防治、自動灌溉、遠程管理等數(shù)字化服務，致力于解決設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植效率低、人員及技術缺乏、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品標準化種植、數(shù)字化管理。

前言

在市場經(jīng)濟條件下，農(nóng)業(yè)的分散經(jīng)營和生產(chǎn)模式，使得市場競爭參與者對信息的依賴比任何時候都更為迫切。在國家農(nóng)業(yè)結(jié)構調(diào)整優(yōu)化的大背景下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)從增產(chǎn)轉(zhuǎn)向了提高質(zhì)量。2016年，智慧農(nóng)業(yè)被寫入了中央一號文件，被納入到國家頂層設計里，上升到國家經(jīng)濟戰(zhàn)略發(fā)展的高度。近年來，國家更是推出若干政策支持智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展，并且政策支持所涵蓋的智慧農(nóng)業(yè)領域更廣，農(nóng)業(yè)利好頻傳，將進一步推動數(shù)字農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)等新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與管理數(shù)字化主要通過綜合應用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術，讓農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)得到規(guī)?；⒍鄻踊?、高效率運用，依托農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的整個流程提供服務與信息支持。在產(chǎn)前，可根據(jù)農(nóng)業(yè)歷史需求進行預測，指導科學排產(chǎn);產(chǎn)中，通過智能環(huán)控和動態(tài)監(jiān)測，實現(xiàn)棚室負載智能控制、自動化灌溉、病蟲害預警，提升生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量;產(chǎn)后，提供價格行情信息及市場趨勢預測、產(chǎn)品溯源等，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全程管理決策的智能化、信息化和數(shù)據(jù)化，達到高品質(zhì)、低成本、高產(chǎn)量的目標。

數(shù)字化賦能設施

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程

數(shù)字化賦能設施農(nóng)業(yè)種植托管服務可以將農(nóng)產(chǎn)品的全生命周期數(shù)據(jù)共享，從播種、灌溉、施肥、病蟲害防治到收獲預期的全生產(chǎn)流程一直處于智能決策的狀態(tài)中，成為打通農(nóng)場到餐桌全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化的基礎。

農(nóng)作物科學安排生產(chǎn)

科學安排農(nóng)作物的茬口，對農(nóng)作物的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)有著很重要的意義，能有效避免病蟲害加重、產(chǎn)品品質(zhì)下降、土壤肥力下降等現(xiàn)象。數(shù)字化賦能設施農(nóng)業(yè)，可以實現(xiàn)隨時查看各溫室的作物種植信息，并對不同的農(nóng)作物品種進行分析，例如易發(fā)生的病蟲害、對養(yǎng)分的吸收情況及對土壤酸堿度的不同需求等，還可以讓種植者更直觀地了解作物所處的生長階段、溫室的種植情況，從而讓種植者科學地安排種植茬口，提前為采收做好準備。

水肥管理精準化

水肥灌溉是設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中十分重要的環(huán)節(jié)，智能化灌溉、施肥不僅可以促進農(nóng)作物的生長，還能節(jié)約用水、用肥。數(shù)字化賦能農(nóng)場水肥智能灌溉系統(tǒng)（圖1）是多個子系統(tǒng)相互協(xié)同的結(jié)果，包括環(huán)境參數(shù)采集、溫濕度控制、灌溉控制等，可以對農(nóng)作物生長過程中的環(huán)境條件，如溫度、濕度、光照等信息進行采集，結(jié)合農(nóng)作物不同時期的灌溉需求，制定科學合理的水肥灌溉方案，對灌溉進行智能化控制，實現(xiàn)農(nóng)作物的智能化灌溉。該系統(tǒng)提高了水肥灌溉的精準度和有效性，最大限度地促進農(nóng)作物的生長，提升農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，促進農(nóng)業(yè)的綠色安全可持續(xù)發(fā)展。

溫室環(huán)境控制智能化

數(shù)字化賦能的溫室智能環(huán)境控制系統(tǒng)（圖2）主要適用于各種類型的日光溫室、連棟溫室。該系統(tǒng)包括溫室智能控制器、溫室傳感器、園區(qū)小氣候系統(tǒng)、多種環(huán)控負載和軟件服務平臺。溫室智能控制器可通過建立的AI模型控制策略，遠程實時獲取溫室大棚內(nèi)部的空氣溫濕度、土壤溫濕度、CO2濃度、光照強度及視頻圖像，并通過模型分析，遠程或自動控制濕簾風機、噴淋滴灌、內(nèi)外遮陽、頂窗側(cè)窗、加溫補光等設備，完成溫室的增降溫、通風、除濕、補光、灌溉和CO2補充等操作，保證溫室大棚內(nèi)的環(huán)境適宜作物生長，形成最佳的生產(chǎn)環(huán)境，為作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全生產(chǎn)創(chuàng)造條件。

病蟲害有效預警及防控

影響溫室病蟲害發(fā)生的因素非常多，如土壤溫濕度、空氣溫濕度、作物類型、作物品種、作物生育期、病蟲基數(shù)、歷史發(fā)生情況等。也正因如此，較準確地預測病蟲害危害時間、危害程度是一項非常復雜的工程。目前，數(shù)字化賦能設施農(nóng)業(yè)結(jié)合人工智能識別、5G、大數(shù)據(jù)分析、圖片識別技術，智能識別農(nóng)作物主要病蟲害，實時查看作物基本信息、種植環(huán)境信息，通過分析作物的長勢、蟲害、病害及環(huán)境條件，對病蟲害進行預警，作為種植者自診、專家診斷的依據(jù)，并提供科學的治療方案，進一步結(jié)合涉農(nóng)大數(shù)據(jù)平臺和物聯(lián)網(wǎng)診斷設備，提升診斷準確率和智能化，實現(xiàn)早發(fā)現(xiàn)、早預防，及時切斷傳播途徑。

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯

在農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，數(shù)字化賦能設施農(nóng)業(yè)需要為大棚地塊、種植農(nóng)產(chǎn)品、傳感器實體設計相應的物聯(lián)網(wǎng)標識編碼，通過農(nóng)產(chǎn)品標識編碼實現(xiàn)對該產(chǎn)品生長狀態(tài)（生長過程中溫度、濕度、CO2濃度等感知數(shù)據(jù)）、種植操作（播種、施肥、灌溉）、批次、種植園區(qū)等數(shù)據(jù)進行追溯。對農(nóng)作物種植環(huán)節(jié)中的傳感器、攝像頭進行標識化管理，對農(nóng)產(chǎn)品進行單品級溯源管理，既包括人工錄入的生產(chǎn)、流通或銷售信息，又包括感知設備自動采集的感知數(shù)據(jù)信息。數(shù)字化賦能設施農(nóng)業(yè)，主要是利用標識技術通過對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、流通、銷售過程的全程信息進行感知、傳輸、融合和處理，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品“從農(nóng)田到餐桌”的全程追溯，提高農(nóng)產(chǎn)品附加值，營造優(yōu)質(zhì)優(yōu)價、信息透明的良性市場氛圍。

數(shù)字化賦能設施

農(nóng)業(yè)管理各環(huán)節(jié)

數(shù)字化賦能設施農(nóng)業(yè)種植托管服務可以實現(xiàn)對園區(qū)信息、人員和地塊等資源的管理以及應用于設施農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)管理，從而幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)約人力投入，提高生產(chǎn)效率，打通農(nóng)場到餐桌全產(chǎn)業(yè)鏈業(yè)務流，實現(xiàn)采購、庫存、生產(chǎn)、銷售等諸多業(yè)務單元的精細化管控。

設施農(nóng)業(yè)基礎信息數(shù)字化管理

數(shù)字化賦能設施農(nóng)業(yè)把農(nóng)場地塊、溫室、設施、人員和種植過程都數(shù)字化，讓地面上的園區(qū)完整地展現(xiàn)在平臺上，通過平臺可隨時查看農(nóng)場地圖（圖3）、人員、地塊種植情況等基本信息，可以對園區(qū)的各種物資、人員、設備和生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進行精確地記錄，實現(xiàn)園區(qū)實時、全面的遠程管理。同時，應用圖像識別技術，可將工人日常的出勤情況、農(nóng)事操作等工序進行記錄，并抓拍照片附加“標簽”，為勞動力管理提供數(shù)據(jù)支撐。

投入品的有效管理

投入品的管理是設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。涉及到農(nóng)藥、種子和肥料的采購、儲存管理，包括殺蟲燈、防蟲網(wǎng)、噴灌設備等。以及在采購時如何選擇供應商、辨別商品包裝和索要憑證等工作都是保證商品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)?？紤]到設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的常年性與分散性，所以需要一定量的儲存，如化肥的冬儲，農(nóng)藥的儲備等，數(shù)字化賦能設施農(nóng)業(yè)投入品管理可對投入品的入庫、出庫、流水、損耗等進行管理，庫管人員與技術人員可及時了解庫存情況，便于設施農(nóng)業(yè)管理人員及時補充庫存，并對供應商進行管理，實現(xiàn)設施農(nóng)業(yè)投入品的科學管理。

設施溫室能源成本管理

中國現(xiàn)代溫室發(fā)展較快，溫室規(guī)模越來越大，配套設備也越來越先進，實時監(jiān)測溫室能耗，精確統(tǒng)計溫室用水、用電、用氣量也顯得尤為重要。數(shù)字化賦能設施農(nóng)業(yè)可根據(jù)時間和地塊篩選能源種類，分析不同地塊特定時段內(nèi)的用水量、用電量、CO2用量的圖表信息，便于設施農(nóng)業(yè)管理人員進行成本核算，高效利用能源。

大數(shù)據(jù)指導農(nóng)事操作

數(shù)字化賦能設施農(nóng)業(yè)終端采集的數(shù)據(jù)包括光照數(shù)據(jù)、土壤溫濕度、環(huán)境溫濕度等。這些基礎數(shù)據(jù)都通過傳感器儲存到云端數(shù)據(jù)庫，通過云端的數(shù)據(jù)分析和管理系統(tǒng)，最終形成可視化的數(shù)據(jù)展示界面，從而對作物的生長情況做出判斷和預測，根據(jù)農(nóng)作物的不同生長時期，及時提供移栽定植、水肥管理、病害防治、采收包裝等的相應的農(nóng)事指導。普及了農(nóng)事操作知識，提升了種植者的技術水平。

應用前景

設施農(nóng)業(yè)種植的內(nèi)外界氣候環(huán)境復雜多變，設施種植是常年性集約化的種植模式，數(shù)字化賦能設施農(nóng)業(yè)在優(yōu)化環(huán)境因素的同時，減少了人為因素對農(nóng)作物的影響，讓種植技術得到更準確的應用。數(shù)字化賦能設施農(nóng)業(yè)的前提是配備了一批“高大上”的物聯(lián)網(wǎng)設備，對種植環(huán)境數(shù)據(jù)進行采集和分析，準確了解作物的生長狀況，并及時采取相應的措施。如通過對環(huán)境濕度與溫度數(shù)據(jù)的綜合分析，可以較好地進行病蟲害預警;根據(jù)土壤溫度和環(huán)境溫度的溫差變化時間分析，可以判斷出土壤的透氣性，從而知道是否需要進行松土等農(nóng)事操作;通過對土壤濕度的綜合分析，可對果蔬農(nóng)產(chǎn)品進行防裂果預警;通過對棚室負載的智能化和自動化控制，可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化和自動化，進而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量。

數(shù)字化賦能設施農(nóng)業(yè)的特點主要是節(jié)約人力，提升工作效率以及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全性。數(shù)字化賦能設施農(nóng)業(yè)的最大優(yōu)勢就是實現(xiàn)了農(nóng)作物的標準化種植，這種模式是可復制、可推廣的。因此，隨著土地流轉(zhuǎn)的趨勢，土地托管、半托管的模式會越來越普遍，將智能化與自動化技術結(jié)合，打造數(shù)字化農(nóng)場，實現(xiàn)標準化生產(chǎn)，讓廣大設施農(nóng)業(yè)從業(yè)者受益，是未來設施農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

作者簡介：劉超超（1988-），女，山東濰坊人，中級工程師，研究方向：智慧農(nóng)業(yè)。

*通信作者：金健飛（1964-），男，黑龍江齊齊哈爾人，高級工程師，研究方向：智慧農(nóng)業(yè)。

[引用信息]劉超超，金健飛.數(shù)字化賦能設施農(nóng)業(yè)種植托管服務[J].農(nóng)業(yè)工程技術，2020，40（07）：18-21.