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本文内容根据国家农业信息化工程技术研究中心王元胜研究员在第十届北京（通州）国际都市农业科技节云讲堂第4期推广的专家成果整理。 从今年开始，农业农村部将对国家现代农业产业园都要进行定量化的考核，如物联网建设情况、联农带农情况、三产融合情况、农业生产经营管理服务情况都要进行考核，通过多方面的考核，希望促使各个产业园一方面能站在国家的角度来思考问题，输出成功经验模式，另一方面能加强本地区现代农业建设，通过科技服务能力提升，在服务供给侧结构性改革主线，产业园调结构，转方式，育动能，实现乡村振兴等方面提供支撑。
通俗地讲，智慧农业从概念上和人是一样的。我们建立了农作物环境的立体化监测网络，实际上监测网络的传感器就相当于人的神经末梢，感受各种信息，通过传输把各种信息存储到大脑中形成大数据，大脑再进一步分析研判，然后驱动四肢行使功能，那么我们智慧农业的四肢做什么呢？最典型的就是设施农业中通风、增温、CO2施肥等这些操作，大田中让农机按照我们指定指令来进行作业。总而言之就是把获取信息、分析研判、实施，映射到计算机、农业信息技术领域中来了。
智慧农业的基础架构一般分为5层。第一层是数据感知，就是传感器，在农业领域比较复杂，因为植株或高或低，生长环境多样，和工业固定的环境不一样，配置的传感器也比较复杂；第二层是数据传输，相当于我们的神经末梢感受到了一些信息通过神经系统传输到达大脑；第三层是数据存储，类似大脑里面产生记忆记录数据，在智慧农业领域，需要耕地、种植结构一些基础的数据，土壤肥力、作物长势、墒情、气象、灌溉施肥、土壤里的变化等数据，以及作物生理特性数据等；第四层是分析决策，数据汇总后要经过监测、计算、诊断、分析、反演、模拟等；最终进入第五层，产生智能化生产服务，包括标准化生产、水肥一体化、设施环境、智慧物流、质量溯源、智慧养殖等方面的应用。
主要方向
大田精准作业技术与装备
大田的工作是耕种管收，加上智能化仍然是围绕耕种管收。我们要把耕种管收加入传感器、智能化终端，更好服务于农业生产。
· 1.卫星平地技术 ·
近两年应用较多的是卫星平地技术，土地平整精度不超过2cm，如果使用小型基站，在3公里范围内都不需要重建，如果用云平台来差分定位，应用范围更广，可达到30公里。在不少产业园，考虑到合作社服务流动性，我们更多推荐使用小型基站。
2.自动导航及无人驾驶技术
其实在农业领域早就实现了无人驾驶，但是由于农业的特殊情况不能彻底无人，因为不论有无智能化，每年都有农机事故发生，所以无人驾驶农机也需要有人看管。自动驾驶更强调的是用该项技术更好地服务农业生产。过去起垄做到很直几乎是不可能的，重叠和遗漏的情况时有发生，使用自动驾驶技术时，起垄横平竖直，作物苗床好，生长通风透光，在这样的情况下光热水都很均匀，提高作物的质量效益、降低劳动强度、节本增效等是不言而喻的。
3. 深松作业监管系统
农机深松远程自动监测技术，在提高耕地质量、提升农机社会化服务效率等方面发挥重要作用，2015年开始在全国大范围推广应用。农机在农田作业时，如果没有监测，我们会忽略一些耕作深度不够、机器耗油大等问题，从监测角度就是要避免这样的情况，这个技术主要是把耕整环节的质量提升，实现耕深实时监测、面积自动计量、车辆轨迹跟踪、历史作业数据查询、图像远程监控、作业质量统计分析、作业重叠、遗漏分析、作业报表生成打印。我们研发了智能模块终端，还有云服务平台、驾驶系统等一套设备，在全国大部分地区都有应用。
4.种肥精准实施技术
使用较多的种肥精准实施技术是风送式精准测深施肥机。该技术是通过机械控制让化肥离行有一定距离，离根下部也有一定深度，这样在耕作层的施肥区能精准控制，保证既能少施肥，肥效还能达到最好。除此之外还能变量施肥，变量施肥在精准农业中是最经典的，肥力多就少施，肥力少就多施，解决过去肥料利用率不高的问题。现在可以用一些高光谱信号获取田间植物长势情况，同时了解需肥量，在小汤山精准农业示范基地就有这项技术，如果希望能很快知道肥力，这是比较直接的一个方式，当然对基础条件、使用人员的要求也比较高。
5.植保作业技术
中心设有农业航空部，可以用无人机来计算不同风速情况下雾滴从空中飘下来的轨迹、降落范围。在大田作业时无人机有用武之地，在果园、山地，我们有专门做果园精准对靶施药，实现“需要时打药不需要时就不打”的目标。
6.节水灌溉自动化技术应用研究
通过电磁阀来控制阀门，通过传感器获得作物生长环境、土壤墒情的数据，在土壤和空气中监测数据基础上加一些模型计算，了解作物到底需不需要灌溉、什么样的灌溉方式合适，把生理指标结合使用的，可以获取灌溉频率、灌溉量，对比效果等。中心基于超声波原理研发国内首套适合渠灌区量控一体化闸门，构建了适合于复杂农田环境下井灌区用水计量系统，形成了不同规模农业用水调度与管理技术，已成功应用于东北节水增粮、北京调转节行动中。但是常德产业园采用的是传统种植水稻方式，就不推荐节水灌溉自动化技术，要根据实际情况选择。
7.农业保险地理信息技术联合实验室
中心设有遥感技术部，主要针对大宗作物建立模型，掌握作物长势、抗倒伏情况、病虫害发生程度等，如果病虫害发生比较严重可以评估损失，为保险公司定审提供支持。现在做集约化农业，也不能保证每年都风调雨顺，农业保险有技术支撑，防患未然，可以了解农业保险。
设施智慧管控技术与装备
设施环境是实现智慧农业最典型最好的一个场景，因为它是一个封闭的空间，实现智慧管控相较而言，大田的应用难度更高一些。
1.温室娃娃
我们研究的测量设施环境数据的温室娃娃，一代已经落后，二代升级后采用“无线+语音+存储”的方式，占用很小的空间，不费电，监测设施数据，含有提示功能，即使不在现场也能了解设施中的情况。
2.温室控制器
温室控制器在温室监测的数据和大田差不多，但场景、环境有所不一样。可按需实现设施内空气温度、空气湿度、露点温度、光照度、全辐射、土壤温度、土壤含水量、二氧化碳浓度等关键环境参数测量，通过有线连接或者无线组网方式获取数据。卷膜、保温被、风机等反馈控制也支持网络连接，利用数字化、网络化、自动化方式实现温湿度的等环境条件的有效控制。温室控制器就是大棚的指挥中枢，现在通过手机、公众号、云平台等方式都可以远程操作，今后更多采用公众号的方式，把专家、农技人员、合作社等用户凝聚在一起。
3.水肥管理
中心设有工程部研究水肥管理，把N、P、K三种肥料装在三个罐，配置肥料比例，通过系统输送到大棚的各个角落。值得一提的是中心研发的有机肥水肥一体化系统，这项技术适应了环保绿色有机发展大的趋势，在多地也有应用。
2BSZ-12型穴盘播种生产线2BSZ-12型穴盘播种生产线也是在设施应用的技术，用于蔬菜花卉穴盘育苗播种，可实现基质装填、压实、播种以及覆土等环节自动作业，还发明应用了一种机械式自清洁播吸嘴，有效克服杂质堵塞造成的漏播。
4.瓜茄通用型蔬菜嫁接机
瓜茄通用型蔬菜嫁接机在北京郊区使用多，为了提高蔬菜苗嫁接效率，开发了瓜、茄通用的贴接式自动嫁接机，作业效率为人工嫁接4倍，效率达到600株/小时。
5.多功能植保机
多功能植保机最近在疫情期间应用比较多，受到一些医院的青睐，在北京、武汉的医院都有应用，它能释放臭氧，短时间内把细菌病毒杀死。多功能植保机和前面提到的传感器有所不同，它是偏输出型的，可通过蓝光、黄光吸引害虫，还可释放臭氧杀菌，控制农田的病虫害，减少农药的使用，提高作物的品质，从而提升效益。植保机主要采用物理制造臭氧自由基，原料是空气，低消耗和无残留，因此比较环保。多功能植保机在北京的一些郊区也作为农机补贴入了补贴目录，多功能植保机在温室大棚、畜牧养殖、果园、公共场所（医院）都有应用，今年在疫情期间捐赠医院。
在产业园建设上，不仅仅是应用大田和设施智慧农业方面的应用部署，建立集成度比较高的云服务和云平台也是很重要的，为生产经营管理和双创提供服务。目前，中心承建了不少农业云服务平台，如全国农业科教云平台，目前有400万用户，全国农业社会化服务平台，目前初步建设已有200多万社会化服务组织及合作社。
扎赉特旗国家现代农业园建设
1.建设目标
扎旗提出“两区”“六园”，第一期建设物联网+智慧农业已经形成核心大数据资源，打通10个管理部门信息孤岛，实现上联国家和省市区级云服务平台，下联多个分会场，助力“一心两区三基地”全面建成，有效服务裕丰、龙鼎、恒大新谷园、嘉立铭等25家龙头企业，五道河子等93家合作社，近300个种养大户，115人职业农民，直接受益人口5万多人，形成现代农业“扎赉特旗模式”。
2.建设思路
第一步实施数字化建设，建立资源底牌，为供给侧结构性改革提供支撑；第二方面智能化提升，增加自动导航、深松监测、变量施肥、自动打捆等功能；第三方面要实现生产要素聚集，提升智能化调控水平，通过实现农业生产方式转型升级带动龙头企业、合作社，辐射带动周边，实现乡村振兴、产业兴旺的目标，最后的落脚点要构建智慧农场云服务平台，整合全旗资源，辐射示范带动全旗实现现代农业跨越式发展，实现社会服务在线化、智能化。
3.建设方案
要对产业园的产业进行定位，建设“智慧大脑”“智慧农场”，建设全产业链智能装备、大数据采集分析体系、精准管控软件平台、智慧农场决策中心，达到提质增效、促进水肥药减施、提升区域品牌影响力、助力乡村振兴的效果，以期在未来创建智慧农业科研高地，打造生态无人农场，建立农产品价格指数，争取国家级双创基地。
4.技术路线
在扎旗部署800余套物联网设备，听诊田间信息，建立1G互联网带宽传输，通过无线通讯（GSM/GPRS/3G/4G/网桥）接入物联网数据，采取分布式大数据存储系统，既有国家云服务的资源信息导入，又有本地的存储资源，通过对肥水模型、长势诊断、仪器检测化验、作物生育期人工智能识别等进行分析决策，还有水肥一体化智能灌溉、农机自动导航、变量施肥、卫星平地等智能控制。
5.实施内容
1)田间物联网设备部署，包括气象站、虫情灯、视频监控、墒情、水井水位、植保机等一些物联网监测设施；
2)精准农情遥感监测，“天-空-地”一体化精准农情遥感监测系统是集成遥感卫星、无人机、车载传感器和便携式手持作物健康诊断仪相融合的立体监测体系；
3)农机智能装备集成应用，农机北斗自动导航系统、提升农田表面平整度、农机作业综合监管、精准测深施肥机、多元素变量施肥机、变量喷药控制系统、水稻智能测产系统、变量施药等；
4)水肥一体化集成应用，自动化程度提高，达到节水节肥的目标；
5)水稻、甜叶菊种苗培育方面实验室建设，包括人工水稻气候室、鼓风式净度仪、种子低温冷藏箱、种子x光机、近红外谷物分析系统、恒温恒是发芽箱、温度测量系统、无线植物生理系统、植物光合/呼吸/蒸腾测量系统，便携式lvf光谱仪等智慧农业平台实验室仪器设备，也可以对外服务，免费为合作社提供土壤肥力检测等服务；
6)智能组配式农机信息亭，基于集装箱进行模块化定制，可以和全国科教云服务平台大数据中心相连通，可以与专家、生产者相连，可以进行人工智能设计和应用，配备智能环境感应与调控系统、分会场视频会商终端、语音智能服务机器人、农技服务智能终端、5G网络覆盖终端等设备，实现田间无人值守的农技服务和会商决策；
7)平台集成，实现“标准化生产+智能化作业+社会化服务+溯源+电商+大数据分析”的智慧农业平台。效果宏观上实现科学化产业布局、可视化跨部门数据采集与共享利用，远程化生产指挥调度、立体化农情监测预警；微观上支撑社会化服务、品牌化提升、智能化管控、标准化生产，从而提升政府和产业园管理部门服务能力。
2019年8月19日，扎赉特旗全面建成，自治区组织了现场观摩会，园区同步开展了智慧农场模式网络直播，成交753笔订单，卖出近4吨兴安盟大米，峰值达到230万；
2019年8月30日，阿里巴巴兴农脱贫“一县一业”扎赉特旗县域品牌日活动中，兴安盟大米售出500多吨。
房山区国家现代农业园建设
在房山区国家现代农业产业园建立了智慧农业应用基地，总面积3.89万亩，辐射16个行政村，服务2.1万农业人口、50家入驻企业。房山区国家现代农业园立足北京，面向全国，按照国家现代农业产业园总部基地的建设模式构建，全国各省现代农业产业园作为房山区产业园基地，从今年开始，农业农村部要对各产业园进行定点化考核，包括效益指标、物联网覆盖率、测土施肥占比、联农带农情况等一系列指标，农业农村部已委托中心委托中心开发监测评价系统，这些都将与总部基地建设、各省产业园建设一起协同推进。
房山区国家现代农业产业园开展了核心区功能蔬菜设施环境全自动智能调控、水利部高标准农田智能节水灌溉示范建设，构建以产业园资源整合、透明链品控系统、电子商务系统、大数据分析系统为核心的智慧农业平台，打造国家现代农业产业总部基地产业发展引擎，农民利益连接、数联各省现代农业产业园的建设模式。 |
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