智慧农业的应用领域

发表时间:2022-08-08 10:34

1、精准农业、数字农业、智能农业与自动化农业


精准农业的概念源于美国,始于上世纪七八十年代,其实质上是数字农业,也叫精细农作。一个典型例子是用卫星定位系统与拖拉机自动作业相结合,在田间精准定位,进行耕地、播种、收割、喷药的自动化操作。由于美国农场规模大,几千亩甚至几万亩的农场,一望无际,身处其间,难以定位、定向。采用卫星定位系统可以自动定位、定向、定量,精准作业,结合相应的自动化农机具,即可将实现精准耕、耙、浇水、采收等农业操作。


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数字农业是指各生产要素的数字化定量、数字化传输、数字化存储和指令的数字化执行,并可以数字化统计、分析、判断、比对和决策。农业生产的数字化,也是智能化和自动化的技术基础。从本质上讲,农业的精准化、数字化、智能化和自动化没有本质的区别,是同一个问题的不同侧面和视角。


2、土壤水分、墒情检测与灌溉


使用传感器可以进行土壤水分、墒情检测并传回数据处理中心,经数据分析处理,能准确了解不同作物对水分的需求,决定是否需要进行灌溉、灌溉时间和用水量,并发出灌溉指令。灌溉过程中,还可以及时了解灌溉进程和灌溉强度,由控制中心进行流速和水量控制。当最后一个传感器返回水分条件满足时,即可终止灌溉。


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根据不同作物,需要预先设定不同作物植株生长、开花、结实、籽实成熟等不同时期对水分的需求,制定最优化的灌溉方案,保农产品的最高产量和最优品质。在节省资源、节省能源、节省劳动力、降低成本的同时,最大限度地提高可持续产能和经济效益


3、肥力检测与精准施肥


不同地块、不同作物和不同生长期,对肥料养分的需求都不同。需要有代表性地对不同地块的土壤养分和肥料养分进行测定,根据不同作物生长期的养分需要,制定最优化施肥方案。其中涉及的因素包括不同作物、不同生长期、肥料品种,有针对性地制定最优化施肥方案,包括时间、施肥量,包括底肥、追肥、叶面肥、施肥次数和总量,也就是测土配方施肥。


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智慧施肥技术,就是要准确了解各要素的基础上,精确制定最优化施肥方案,充分满足作物生产营养需要,降低肥料消耗,优化土壤结构,减少土壤板结,达到可持续高产、优质和高效农产品生产。


4、病虫害预测预报


病虫害的发生与温度、湿度、光照等气候因子及种植方式密切相关,也与特定病虫害的自然发生规律有关。传统的病虫害防治需要人工田间探查,但大面积作业的农田,病虫害探查检测工作量大且准确性低,不能及时准确地了解病虫害发生情况,也难以及时实施防治措施。


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智慧农业的病虫害防治,就是通过田间传感器对自然环境因子的检测数据,设定作物品种、种植方式,结合病虫害自然发生规律和历史发生资料,通过遥感、航拍及人工核查验证,进行预测、预报,并监控病虫害实际发生情况,制定出综合防治方案,包括用药品种、用药量和用药时间等。制定防治方案后,可以通过田间机械喷施、飞机喷施等手段进行定时、定量、定速的精确操作,保证防治效果。


5、遥感和航拍


卫星遥感和航拍可以通过对农田作物的颜色色谱分析,获取大面积范围内作物生长情况、病虫害危害情况信息,提出施肥、灌溉、病虫防治的宏观策略,制定作业方案。也通过成熟季节作物的颜色,了解作物成熟度,并进行作物估产,帮助制定粮食销售策略和价格策略。


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6、温室大棚自动化


智慧农业技术在保护地栽培领域的应用较为成熟和广泛。在现代化的温室大棚里的蔬菜、水果、食用菌、药用植物育种、工厂化育苗以及畜禽水产养殖中,都有普遍的应用。


在现代化的温室大棚作业中,从育苗、移栽、施肥(包括气体肥料施用)、灌溉、通风、温度控制、光照控制、采收、分级处理、初加工,已经可以完全很高的自动化作业。可以大幅度降低用工,提高作业效率和经济效益。温室大棚的投入高,但产出也高,可达到亩产数万元产能,经济效益也很可观,所以在公司化经营和农户式生产中,智慧农业的认可程度较高,应用广泛。


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7、质量控制与追溯系统


农产品质量保证和食品安全是近年来普遍关注的问题,农产品质量追溯成为热词。质量追溯的基本思路源于危害分析与关键控制点(hazard analysis critical control point)思想,简称HACCP,是一种食品安全与卫生的预防性管理体系,也是保证体系。


HACCP是对食品加工、运输以至销售整个过程中的各种危害进行记录、存储、分析和控制,从而保证食品达到安全水平,并可以进行危害的溯源管理。它是一个系统的、连续性的食品卫生预防和控制方法。HACCP不是“0”风险,而是建立在识别风险的基础上,减少或者降低食品安全中的风险。


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质量追溯系统的基本原理是:在农产品生产从种子种苗、田间管理、化肥农药施用、采收加工、仓储物流、产品销售每一个关键环节设置监控点,通过化学、物理、仪器和人工的综合抽样检测、检查、记录,并通过数据、图片、视频等手段进行自我存储和展示给消费者,可以通过编码的标识条形码、二维码等手段进行查验。每一批甚至每一个产品都标明品名、产地、生产商、生产条件和出场时间,当出现问题时有据可查,可以追溯到问题发生的具体环节和具体位置,可以追究责任者的责任,从而保证食品消费安全。


8、仓储、物流和销售管理


农产品保鲜仓储、冷链运输和销售是在提出智慧农业概念之前发展领域,所以并不是智慧农业的重要关注点,但很显然也属于智慧农业的范畴。


近年来生鲜食品的冷链监测传感器、监测信息的无线移动传输、存储记录等技术手段越来越先进,应用也越来越广泛,大型仓储的自动化程度越来越高,物流系统的监控手段、记录手段、跟踪定位手段和服务手段越来越透明化和人性化,软件管理系统可处理的信息量越来越大,购物体验越来越好,几近完美。


9、市场供求监测和行业大数据


农产品市场供求平衡和产能安排是农业生产的重要环节,但没有人能说的清楚,某种农产品的市场现实需求量,也没有人能说的清楚产能安排和区域分布情况。理想的智慧农业系统,应该能够满足不同农产品的市场需求,并根据需求安排生产,实现市场经济背景下的有计划生产。这需要对消费者饮食文化、饮食结构、历史销售数据、农产品产能分布及其历史数据进行准确的调查、统计、汇总与分析,建立农产品市场大数据,根据大数据进行产能安排和及时调整。在这方面还有很多工作要做,有很长的路要走。


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10、植保无人机及农机服务共享经济


植保无人机是一种小农机具,也是一个典型的智慧农业作业手段。近年来,植保无人机应用得到迅速普及,据统计2019年一年的植保无人机销售量超过了历史销售量总和,而且有价格逐步降低的趋势,为普及应用创造了条件,具有良好的发展前景。


植保无人机目前的最大用途是农药喷施。传统的农药喷施人工操作,劳动强度高,费时费力费工,作业效率低、风险高等问题,每年农药中毒人数以十万计,危害极大。而且由于人工施药作业速度慢,短时间内无法进行大面积作业,常常错过了病虫害最佳防治时机,造成农业减产。采用植保无人机喷施农药,定量、定高、定速、定路线,自动化程度高,速度快,作业效率高,可以规划路线精确定位,避免重复喷施。熟练的无人机驾驶员,一天作业面积可以达到500亩,费用可以低至每亩4~5元,已经逐渐被农民朋友所接受。


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此外,植保无人机还可以进行草籽播种、叶面肥喷施、除草剂喷施、作物长势航拍检测、病虫害监控等田间作业。虽然购买无人机成本也比较高,也不适合一家一户农民购买,但通过由地方供销社组织飞防服务队、无人机服务联盟、农机服务银行等共享经济服务模式,比较好地解决了无人机的生产应用。类似的服务模式还有农田翻耕、整机、耙地、作物收割等农用拖拉机和大中型农业机械的共享应用。


尽管现代农业技术的开发与应用已经有不短的历史,但智慧农业却是一个比较新的概念。智慧农业所包含的领域和内容比较广泛,而且随现代科学技术的进步不断拓展和完善。从品种选择、田间管理,到采收加工、储运销售全产业链的每个环节;从生产装备、监测监控,到品质管理、信息处理和市场供求信息服务;从技术手段和装备,到应用领域;智慧农业技术可以大大提高作业效率,降低单位作业成本,提高经济效益,降低劳动强度,节省劳动力,具有广阔的应用前景,成为农业现代化的发展方向。但当前,智慧农业自身也有其局限性,存在不少问题,成为阻碍发展的障碍。



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