智慧农业是农业可持续发展的重要技术

智慧农业是农业可持续发展的重要技术

智慧农业的内涵智能农业是最近的一个概念，国内外尚未定义。一般认为,“智慧农业”就是充充分利用现在的信息技术,包括更透彻的感知技术、更广泛的互联互通技术和更深入的智能化技术,使得农业系统的运转更加有效、更加智慧、更加聪明,以使农业系统达到农产品竞争力强、农业可持续发展、和谐农村、有效利用农村能源和环境保护的目标。中国农业大学李道亮教授认为:智慧农业是以最高效率地利用各种农业资源,最大限度地降低农业成本和能耗、减少农业生态环境破坏以及实现农业系统的整体最优为目标,以农业全产业、全过程智能化的泛在化为特征,以全面感知、可靠传输和智能处理等物联网技术为支撑和手段,以自动化生产、最优化控制、智能化管理、系统化物流和电子化交易为主要生产方式的高产、高效、低耗、优质、生态和安全的一种现代农业发展模式与形态。中国农业科学院周国民研究员认为:智慧农业是充分利用信息技术,包括更透彻的感知技术、更广泛的互联互通技术和更深入的智能化技术,使得农业系统的运转更加有效、更加智慧,以使农业系统达到农产品竞争力强、农业可持续发展、农业资源有效利用和环境保护的目标。智慧农业着眼的不是农业信息技术在农业中的单项应用,而是把农业看成一个有机联系的系统,信息技术综合、全面、系统地应用到农业系统的各个环节,是信息技术在农业中的全面应用。智能农业从应用领域分,智慧农业的内容大致分为:智慧、管理、智慧生产、智慧组织、智慧科技、智慧生活等五个方面,主要内容包括以下。1传统调查方法难以以达到农业管理的目标现代农业要求组织集约化生产,并实现农业可持续发展,因而首先必须摸清农业资源与环境现状,监测并预测其发展,加强农业的宏观管理与预警,从而达到合理开发与利用农业资源,实现农业的可持续发展。但由于我国农业资源类型多,区域差异大,变化快,而传统调查手段和方法难以达到快速、准确的目的,严重制约着有关农业资源管理政策与措施的制订。随着传感器已被利用到整个生态系统和自然系统,信息的获取达到实时、低成本、快速和高精度的效果,土地、土壤、气候、水、农作物品种、动植物类群、海洋渔类等资源信息的获取不再困难,数据管理及空间分析能力将极大提高,现代农业宏观管理和预警决策手段更加丰富,管理和决策过程更加科学和智慧。2智慧农业和人工智能技术将使农业生产系统更加丰富农业生产系统都由四大要素组成,即农业生物要素、农业环境要素、农业技术要素和农业社会经济要素。每个要素中,都包含有许多因素。将各种农业过程的内在规律与外在关系用数学模型表达出来,即建立农业数学模型,农业模型包括定量模型、定性模型或者定量与定性相结合的模型,在模型的基础上建立各种农业专家系统、农业模拟决策系统、农业自动化系统等,使得农业生产系统生产的产品更加安全、竞争力更强、资源环境保护更加有效,以使农业生产系统更加聪明和智慧。农村、农场、农业企业通过计算机系统对农业生产进行经营和管理,通过更广泛的互联互通,及时了解国内外的各种农产品的市场动向,以便作出其农业生产与经营的决策。大力发展农业电子商务,使得广大农民将有可能直接与国内外市场建立联系,以决定农业的生产与销售策略。更深入的智能化技术使得人工智能技术在农业中的应用不仅限制在专家系统方面,机器学习、神经元网络等智能技术将得到全面的发展和应用,而且应用领域不断扩展。从应用范围看,智能技术不仅应用在传统的大宗农作物上,而且在经济作物、特种作物上开展应用。所开发的对象既包括作物全程管理的综合性系统,也包括农田施肥、栽培管理、病虫害预测预报、农田灌溉等专项管理系统。智能技术的应用也不再局限于示范区,有望较大面积的推广应用。从研究角度看,理论层面的研究将集中在专家知识的采集、存贮和表达模型、作物生长模型,形成智能技术的研究的核心和应用的基础。技术层面的开发将聚焦于集成开发平台、智能建模工具、智能信息采集工具和傻瓜化的人机接口生成工具。而且,智能应用系统的产品化水平将有质的飞跃,智能应用系统将像傻瓜相机一样,普通农民也能操作自如。3农业产业化现代农业是以国内外市场为导向,以提高经济效益为中心,以科技进步为支撑,围绕支柱产业和主导产品,优化组合各种生产要素,对农业和农村经济实行区域化布局、专业化生产、一体化经营、社会化服务、企业化管理,形成以市场牵龙头、龙头带基地、基地连农户,集种养加、产供销、内外贸、农科教为一体的经济管理体制、运行机制和组织体系。“基地+农户”“公司+农户”、农民经纪组织、农民合作社等各种组织将一家一户的小农业变成具有现代组织形式的现代农业,解决分散的农户适应市场、进入市场的问题。加入世贸组织后,国际农业竞争已经不是单项产品、单个生产者之间的竞争,而是包括农产品质量、品牌、价值和农业经营主体、经营方式在内的整个产业体系的综合性竞争。信息技术是使这类组织更加有效的重要手段之一,更透彻的感知技术,更广泛的互联互通技术,使得这类组织充满智慧,及时了解国内外的各种农产品的市场动向,与国内外市场建立联系,及时在组织间传递这些信息,组织中的成员联系和分享信息更加容易,组织的决策更能惠及每个组织成员的利益。4农业政策发展新模式要解决“三农”问题,必须重视农业科技作用的发挥,农村发展、农业进步、农民生活改善,都依赖于农业科技,农业现代化是在现代科学基础上,以现代科学技术和装备武装农业,用现代科学方法管理农业的农业发展新模式。在信息技术日益发达的今天,e-science被提上日程,它的目标就是使得农业科研信息更加智慧与高效。e-science将会把我们的科学家们从第一代互联网络的应用,比如E-mail的发送、Web上的信息查询,带入依托互联网平台直接从事我们的科研工作,来进行更深层次的、更大范围的学科的研究和开发。农业野外台站、生态网、大气监测站、三地灾害监测站、田间试验站等会安装更多的智慧型传感器,农业科学家获得科学数据将变得更加容易。农业科学家足不出户,就能把农业模型放到异地的大型计算中心进行计算和模拟,网络的协同工作使得农业科学家之间的交流更加方便,整个科研系统的效率成倍提高。5建设服务型社会信息技术在新农村建设中大有可为,信息技术的应用将使得新农村的生活更加智慧。构筑新设施,改善农村的生产生活基础设施,包括清洁安全饮水、道路交通、电力、信息网络及农业基础设施建设等。培育新农民,加强基础教育和职业培训,推进农村科技推广和医疗卫生体系等。如发展和完善新农村的医疗体系,必须采取智慧的方法进行信息共享管理。实时信息共享可以降低药品库存和成本并提高效率,有了综合准确的信息,以及远程医疗技术,医生就能参考患者之前的病历和治疗记录,增加对病人情况的了解,从而提高诊断质量和服务质量。物联网应用层系统通常情况下,应用于智慧农业系统的物联网架构,可以按物联网感知层、物联网网络层和物联网应用层三个层次来设计。一是物联网感知层。主要由常见的传感器、RFID设备、视频监控设备等数据采集设备组成,实现将数据采集设备获取到的数据通过ZigBee节点、CAN节点等通讯模块传送至物联网智能网关,做到现场数据信息实时检测与采集。此外,上层应用系统下发的控制命令,通过物联网智能网关传送到继电器控制设备,远程控制农业设施的开关(如智能浇灌等),实现农业生产环境的改善。二是物联网网络层通过LAN、WLAN、CDMA和3G等的相互融合,实现现场数据信息和上层控制命令实时准确地传输与交互。三是物联网应用层主要包括农业生产环境管理、农业生产过程管理、农业疾病识别与治理等农业应用系统,实现对由物联网感知层采集的海量数据进行分析和处理,以及对农业生产现场的智能化控制与管理。同时,为合理生产提供决策支持。优化农业结构,实现信息互通“智慧农业”能够有效改善农业生态环境。将农田、畜牧养殖场、水产养殖基地等生产单位和周边的生态环境视为整体,并通过对其物质交换和能量循环关系进行系统、精密运算,保障农业生产的生态环境在可承受范围内,如定量施肥不会造成土壤板结,经处理排放的畜禽粪便不会造成水和大气污染,反而能培肥地力等。“智慧农业”能够显着提高农业生产经营效率。基于精准的农业传感器进行实时监测,利用云计算、数据挖掘等技术进行多层次分析,并将分析指令与各种控制设备进行联动完成农业生产、管理。这种智能机械代替人的农业劳作,不仅解决了农业劳动力日益紧缺的问题,而且实现了农业生产高度规模化、集约化、工厂化,提高了农业生产对自然环境风险的应对能力,使弱势的传统农业成为具有高效率的现代产业。“智慧农业”能够彻底转变农业生产者、消费者观念和组织体系结构。完善的农业科技和电子商务网络服务体系,使农业相关人员足不出户就能够远程学习农业知识,获取各种科技和农产品供求信息;专家系统和信息化终端成为农业生产者的大脑,指导农业生产经营,改变了单纯依靠经验进行农业生产经营的模式,彻底转变了农业生产者和消费者对传统农业落后、科技含量低的观念。另外,智慧农业阶段,农业生产经营规模越来越大,生产效益越来越高,迫使小农生产被市场淘汰,必将催生以大规模农业协会为主体的农业组织体系。我国是农业大国,而非农业强国。近30年来,果园高产量主要依靠农药化肥的大量投入,大部分化肥和水