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编者按 中国正处于现代农业产业体系、生产体系和经营体系加快构建的关键时期，以绿色生态为导向， 聚集资源要素，实现多态融合，联合攻克一批关键技术成为现代农业发展的重中之重。新一 代信息技术快速发展，影射到农业，发起了以信息和知识为核心要素，通过互联网、物联网、 大数据、人工智能和智能装备等现代信息技术和农业深度跨界融合的第三次革命，2019 中国 设施农业产业大会围绕“智能装备”这一主题，邀请各个领域的专家代表作了相关报告。 当前，“新工业革命”正以“山雨欲来风满楼” 的架势席卷全球，智能技术的引入逐步改 写各大行业发展格局。对温室行业而言，智能技 术的引入促进温室生产逐步从信息化、数字化发 展到网络化、智能化，不仅让温室生产面对人口 老龄化这一挑战更有底气，还能提高生产效率、 优化生产方式、改善作物品质。但智能装备发展 进程中遇到的相关问题也不容忽视，如何搭上技 术革新的快车道是值得全行业深思的问题。 赵春江 院士 智慧农业是现代信息技术与农业的深度融合，可以利用先进的智能化装备高质量、高效率、 高效能地完成生产，其涉及板块包括信息感知、 定量决策、智能控制、精准投入、个性化服务等。2019 年中国设施农业产业大会上，国家农业信 息化工程技术研究中心赵春江院士提到，全球咨询机构Research and Markets 预测 2025 年 全球智慧农业市值将达 683 亿美元，包含智 能农业装备、智能传感器系统、智能无人机、 智能机器人等，预测 2022 年全球温室灌溉 市值达将 5 亿美元，复合年增长率为 9%。同时，数字化对欧洲的农业也产生了巨大影 响。16 个欧洲国家的 70 个合作者开展了 2020 食品和农场互联网计划（IoF2020）及智能农业枢纽计划（Smart Agri Hubs）， 融合了物联网、大数据、人工智能、自动化、 无人机以及卫星等 技术。其中智能农 业枢纽计划更是投 入了 3000 万欧元，汇聚欧洲 9个区域，2000 个技术支持中心和 28 个旗舰 创新实验，旨在帮助超过 200 万个分布全欧洲 的农场实现数字化。由此可以看出，全球范围 内对于智能装备的研发投入一再扩大，中国也不例外，政府出台系列政策，成立“温室智能 装备研发”专项，大力推动中国智能装备自主 创新。 齐飞 总工程师 齐飞研究员表示，中国温室园艺的 发展过程就是人民生活水平不断提高、对美好生活不断追求的过程，并且保持了与世界潮流同向，呈现并联式发展趋势。改革初期，中国先后从保加利亚、荷兰、罗马尼亚、 美国、日本、意大利 6 国引进了约 24 栋温室， 共 19.2 hm2；1995 年以来，以各类示范农场的建设为契机又掀起了第二次引进现代化温室的 高潮，在短短的5年时间内，全国引进温室面积 已超过 200 hm2 ，是前 15 年的近 10 倍。之后中 国设施农业发展规模不断扩大，初步形成以设施 品种繁育、栽培管理、营养和植保、温室设施设 备机具为主的设施农业装备体系，产量和效益都 获得巨大提升。目前中国的温室类型与温室承担 的功能十分丰富，技术装备的系统性、完整性也 大大提高。实践证明，提高技术进步效率、实现 跨越式发展离不开对世界先进设施农业技术的 学习和引进，更离不开依据中国特色而进行的自 主创新和探索。纵观中国设施园艺发展的历程， 我们在技术创新、政策创新、模式创新等方面的 经验弥足珍贵。面对新时代更高质量、更高水平的发展要求，全行业都要紧紧围绕设施园艺供给 侧改革这条主线，不断加强自主研发能力，以全方位的创新，寻求产业发展新的突破点、增加产业高质量发展的新动能。让设施园艺产业发展能 够持续满足人民日益增长的美好生活需要，使产 业创新成为第一动力、协调成为内生特点，使绿色成为普遍形态、开放成为必由之路、共享成为根本目的。当前温室智能装备需求市场逐渐扩大，应用前景良好。报告中，赵春江院士提到国家信息中心研发的农技问答机器人目前拥有 700 多万用户，其中每天的活跃用户约 50 万，每天上传问题约 30 万，有 5 万左右的专家进行在线回答，因此该机器人的知识储备量在不断扩大，这就是以大数据为核心，以智能设备为基础，服务于生产的典型案例。与会专家也对相关智能装备的应用进行了解读。
李伟 教授 随着技术革新，中国温室内的作业方式发生了极大改变，吸引更多的年轻人进入温室行业成为职业农民，反过来也为技术创新注入新的动力。为此，中国农业大学李伟教授 表示，随着国内技术壁垒逐步被打破，机器视觉、北斗导航、深度学习、大数据、云计算等技术的自主研发，本体、传感器等硬件成本下降，软件平台逐步开放，实现跨界联手、智能共享等局面以及市场的刚性需求，农业机器人产业面临前所未有的大好局面。预计 2030 年，将会有百万台农业机器人进入市场，育苗、移栽、分选、采摘、施药等设施农业机器人数量均会大幅增涨。农业智能化装备是利用多传感器融合、自动控制等技术，使在自然环境下作业的农业装备实现自动化、智能化，其核心功能是人机融合、辅助人工和机器代人。在李伟教授看来，设施农业机器人更像是个集成系统，是在设施环境下，将设施机具设备与传感器、物联网相结合。但农业机器人的核心关键技术还有待突破，例如非结构环境下信息获取一直是困扰设施机器人研发进行实质性飞跃的难题。设施内布局、光照环境复杂，机器人面对的作业对象品种、尺寸、形状不一，都制约了机器人作业的精准度和工作效率。此外，作物信息、动植物生理、生态感知传感器还有待完善，农业机器人与农艺适应性技术融合有待加强。华南农业大学辜松教授也表示，目前中国设施园艺环境调控不理想，缺少植物生长模型等基础数据，一些国外引进的智能装备也不符合中国国情，其设备工作效率难以发挥。而农艺模式不确定则造成国内智能装备自主设备瓶颈。同时，设施农业规模化生产必然带来大量人工成本的提高，其中资材的搬运会消耗大量人工，国外非常重视物流设备的开发使用，在节省人工方面起到了重要作用。经过引进消化吸收，国内设施装备公司可以提供全套大型苗床物流输送装备系统。另外，现代化高水平的设施园艺生产装备一定要针对高附加值的种植对象，一味停留在种植常规作物，无法从高投入中获得高收益。 王海 销售经理 目前国内一些大型设施园艺生产企业引进 荷兰 Visser、TTA 等公司的花卉种苗移植机， 丹 麦 Ellegaard 公 司 的纸钵机， 德 国 Mayer 公 司 的基质搅拌机和基质装填机，荷兰 Priva、 Hortimax 公司及以色列 Netafim 公司的施肥机 等，更有超大型设施生产企业全套引进荷兰装 备系统，促进了中国设施园艺生产技术水平提 高，为中国设施装备化生 产起到了非常好的技 术引领作用。同时 国内大专院校、科 研单位及设施装备 生产企业开展了穴 盘播种机、温室光 环境控制、基质处理装备、 移植装备、 物流 送装备等方面的研究与开 发，推动了中国设施园艺生产技术水平的提高， 对国内用户起到平抑价格的作用。对此，北京华农农业工程技术有限公司销售经理王海分享了温室局部装备解决方案和运输解决方案，他认为如 今是大融合、大服务的时代，应重视纵向整合效 率，以工业的发展理念看园艺产业，以整合的发 展视角看设施生产，只有从原料到商品的各环节 均得到改善，温室各个分区衔接流畅，达到生产 集约化、作业流程化、产品标准化、管理数据化， 让设施生产像工业一样采用流水线作业模式才能实现整体生产效益倍增的目标。 袁永慧 销售总监 温室传统环境因子主要有空气和土壤中的温度、湿度、光照、CO2 浓度以及种植介质中 的养分含量，如何让一个温室发挥其应有的功 能，其关键是如何管理和营造出满足不同作物 生长需求的温室微环境。会上，北京普瑞瓦科技 有限公司中国区销售 总监袁永慧 认为， 园艺是气候环境、 水资源以及能源的 有机结合，通过传 感器对温室作物生长 信息进行精准采集，经 过 Priva 环境自动控制系 统的分析，可将植株语言 进行“翻译”，表现在可视化的图上。此外该 系统还能通过大量的计算机演算进行逻辑分 析，针对多种情况、多种环境进行恰当及时的 反应。北京力高泰科技有限公司 贾子毅博士也 表示，研究证明，光质配比会影响作物的产量 和质感。LI-COR 公司研发的 LI-6800 高级光 合荧光测量系统，配有红、绿、蓝、白 4 色大 光源，可任意调配光质比 例，结合叶绿素荧光参 数的同步测量，可在 植物生理层面上评 估设施农业中光照 调控方案的优劣。除此之外，LI-6800 还可精准测量植物光 合作用关键参数，如净光合速率A、最大羧化速率 Vcmax、实际光化学量子 效率（ΦPSII）、叶肉导度（gm）等，研究作 物对 VPD、温度响应的差异，从而为设施农业 合理的环境条件控制提供科学的理论依据。 陈建章 智慧农业高级顾问 国投资协会区块链大数据产业投资专业委员会 智慧农业高级顾问陈健章则表示，除了高效精 准化生产外，智能环境控制系统还能保证生产 的安全性。其研究团队开发 的 AgriTalk 系 统 无毒智慧科技农业系统，可以从土地、种苗、耕作处理、田间管理、 采收及采后处理等进 行 全 方 位 跟 踪， 并 实时监测水肥情况， 进行病虫害预警等， 实现产品溯源。标 准化、自动化、智能 化是数字农业必经的 3 个步骤，基于区块链大 数据的智慧农业可以解决现代农业长久以来面 对的主要问题。对于消费者来说，他们可透过 区块链上的信息，自行筛选供货商、了解农产 品来源和加工运输过程，确保食品安全。对于 农民来说，区块链去中心化的特质可以降低交 易成本，减少中间商获利环节，增加收益，还 能打开新的市场。 石丹 销售总监 温室精确灌溉系统主要是通过事先埋设在 种植土中的各类型传感器收集种植层内的含水 量、植物根系附近土壤中氮、磷、钾及其他植 物所需微量元素的含量，并有针对性地建设开 路自动控制系统和闭路自动控制系统。对于温 室精准灌溉，无论是系统还是装备零部件，都 得到了很好的开发利用。灌溉系统中，阀门十 分重要。伯尔梅特控制阀门（上海）有限公司 农业灌溉销售总监石丹表示，在设施农业领域， 水力控制阀门参与水源过滤系统、施肥系统、 灌溉管道、末端控制等多种应用场景，相对于 传统的机械式阀门，水力控制阀门的材料和结 构更适合农业灌溉系统的应用环境，其不仅集 经济性，抗腐蚀，低功耗，低故障率和 高拓展性等特点于一身， 还 能 作为新系统的控制节点 以 及 旧系统的功能延伸，是现代 农业系统的关键控制设备。 张卫民 副总经理 此外，温室灌溉除了精准调控外，节水也是研发的 一大重点。痕量灌溉技术是通 过创造性的双层控水结构，解决 了微灌易堵塞的难题，实现了稳定的地下水、肥、气、热、菌一体化的小流量 新型灌溉技术。北京普泉科技有限公司张卫民 副总经理在会上介绍到，上层透水材料（痕灌膜）过流面积大而孔径小，起到了过滤功能；下层透水材料（如毛细管、纤维束、透水孔道 等）过流面积小孔径大，起到控制水量的功能；下层透水材料的限流作用保证透过上层滤膜的 透水流速极小，杂质无法嵌入滤膜孔隙，只是 稀松地堆砌在滤膜表面，它们会受到来自管道 中动荡水流的扰动，加上 膜材料的抗附着特性， 杂质无法附着在滤膜 上。定期开启灌溉 系统尾部的阀门， 可有效冲刷掉灌溉 系统内部的杂质；而 小于膜孔的杂质，能顺 利的通过下面毛细管束的间 隙进入土壤中，也不会造成 堵塞。痕量灌溉为地下局部灌溉，避免了水分 的无效使用，可比漫灌节水 70%。随着设施园艺产业规模的迅速扩大，中国设施园艺产业对世界的影响越来越大，世界对中国设施园艺的关注度也越来越高。“盛名之下，其实难副”，面对新时代、新要求，中国现代设施园艺产业所面临的问题不容忽视。会上，齐飞研究员表示当前国内的现代化 温室产业已经建立了比较完备的生产体系（包 含材料、装备、施工等），但人力资源、 资本和技术要素有机组合的质量效益都 亟待提高，人才质量、技术储备、技术 转化、产品竞争力还存在差距。市场规 则不统一、市场监督不足、市场竞争不 充分等问题突显。种植者、消费者对高 品质设施装备技术与设施农产品的持续 需求还难以满足，主体产业群的发展状态 还不平衡，技术市场作用的发挥还不充分，可以说是升级瓶颈待破，品质难题未解，全要素 生产率不高，综合效益依然不稳。随着温室现代化技术的应用，温室大型化发展成为世界主流。中国大规模温室生产项目的引进也在大资本的带动下快速扩张。虽然这些引进与探索值得鼓励与赞赏，但温室大型化与中国气候特点、经济特征、市场模式的匹配性还没有进行科学、充分的研究和实践，发展速度、规模、质量的隐患不容小视。从中国温室引进的经验来看，一定要注重技术的完整性和对国情的适应性，特别是软、硬件协调性。同时要在充分消化的基础上加大再创新力度，从而真正实现技术引进的目标。当前中国“引进 - 仿冒 - 弱化 - 再引进”的不良循环依然存在，与不少国家的引进效果相比，差距还是很大，这与中国前期引进快，后期研究不深入、探索不持续有很大关系，需要引起全行业的思考和警惕。 目前感知环境方面的传感器大多在实际生产中得到很好的应用中，但设施园艺作物生理信息采集与控制的传感器还要进一步的研究。赵春江院士在会上指出，当前的传感器还存在价格高、稳定性差；采集信息点位少，不具备普遍性，综合性信息采集系统缺乏；生命信息传感器缺乏；农业知识模型和应用控制阈值模型缺乏；未形成“感知 - 传输 - 控制”的应用“闭环”等问题。同时，通过计算机等技术，开发机器视觉传感器，对作物进行三维立体扫描，分析植株的生长角度、高度以及结构，可以得到植物个体群体更加全面的数据，让生产管理更加可视化、精准化。一旦突破传感器的难点，在大量数据支撑下的人工智能将更好的服务设施园艺生产。 在最新年度计划中，美国提出要将优化作物生产系统、环境控制农业、人工智能等作为重点研究方向，欧盟也表示机器人技术的进步使欧洲农业食品部门更有效率和竞争力。面对产业形势不断调整的局面，中国智能装备也应依托全新发展理念，通过新技术、新业态以及新动能来发展变革。面对现代农业建设“调结构、转方式”的新要求，通过对温室产业结构、消费市场的政策引导，加快温室智能装备的引入，加速温室生产向高投入、高产出、高收益方向调整，提高产业的可持续发展能力。会上，辜松教授提出可以通过引进荷兰、以色列及日本等国家先进技术与经验，在各区域国家级农业研发中心设立设施园艺开放研究平台，提供优惠条件吸引栽培专家与装备开发专家共同进驻，促进农机农艺融合开发，加速设施园艺生产高新技术的孵化速度。同时，构建设施园艺栽培作物规范化作业流程，加强主流栽培作物生长模型基础研究，高水平装备技术与轻简化设备并行开发，合理调整产业结构，发挥国家级现代农业研发中心技术优势，以构建规模化、自动化、信息生产化模式，实现智能生产与管理，提高企业的行业竞争力，实现设施农业生产现代化转型。 设施农业机器人、温室智能环境控制系统、智能水肥控制系统的研发都离不开传感器的信息收集工作。会上，赵春江院士表示未来需更加注重大尺度综合性的信息采集，实现点位信息采集和群体信息采集的协调与配合，在采集的信息与直接控制设备之间实现高度相关性并能适时调控方面进行深入研究，同时还需加强对农艺模型的研究，包括温室控制、节水灌溉、施肥管理等。例如水肥一体化的核心是控制决策，传统的控制决策是靠经验，随着技术的发展逐渐出现了时序控制法、环境参数法以及模型决策法。灌溉时间段内，要综合考虑光照、温度、相对湿度等环境参数以及作物生长发育阶段需水耗水规律等，实现水肥智能管理决策与决策。此外，目前科研人员虽然针对设施农业机器人做了很多研发工作，但是实际应用的较少。即使基于机器视觉技术发现果实等技术已经实现，但机器人的采摘速度仍难以突破，对机器手的敏捷度、操作速度以及操作柔性等问题的研发也需进一步深化。总体来说，要加强智能装备的智能控制加工质量和效率，深化智能驱动性能，智能编程和操作，智能监控、智能诊断等方面的研究，通过深度学习、新材料、触觉反馈，最终实现人机互融。同时，当前不断降低的造价水平，不断增强的实用功能会使机器人产业呈现出性价比较高的发展模式，有利于机器化设备的普及。 开放是温室智能装备发展的必然趋势，这一态势不仅可以使得数据更加全面，系统种类更加丰富，并且可以针对不同厂家、用户和行业需求，将特殊应用和技术经验集成到一套系统中，实现定制式服务。基于大数据的设施农业云服务平台也将为温室生产提供夯实的基础。设施农业云服务平台可以提供动态弹性的计算平台来支持设施农业物联网的海量计算和存储，并通过提供设施农业数据挖掘、分析来支撑温室生产经营活动，通过提供统一的运营服务环境来减低物联网应用的运营成本。未来中国设施园艺产业可以通过技术进步和生产方式创新，形成具有中国自主知识产权的技术体系和装备制造优势，大力开发低碳型智能装备来降低综合消耗，获得竞争力。同时，还可以通过废液、废气回收利用，或开发新型可替代能源来实现绿色生产，并且优化区域布局来降低物流成本，从而构建可持续发展的环境，最终实现中国的设施园艺产业从“赶上时代”到“引领时代”的弯道超车。 作者：么秋月（《农业工程技术（温室园艺）》） 本公众号欢迎分享，凡转载文章，除了为作者署名外，还请在文章最前或者最后注明：本文转载自：温室园艺农业工程技术公众号。
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