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格物至誠
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智慧農業(yè)技術解決方案解析
來源:北京新型智慧農業(yè)研究院
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作者:格物至誠
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發(fā)布時間: 2019-12-05
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智慧農業(yè)是集新興的互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術為一體，依托部署在農業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的各種傳感節(jié)點和無線通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)精準化種植、可視化管理、智能化決策。
我國是農業(yè)大國，而非農業(yè)強國。農業(yè)生產(chǎn)仍然以傳統(tǒng)生產(chǎn)模式為主，傳統(tǒng)耕種只能憑經(jīng)驗施肥灌溉，不僅浪費大量的人力物力，也對環(huán)境保護與水土保持構成嚴重威脅；傳統(tǒng)的農產(chǎn)品流通，產(chǎn)供銷信息不對稱，造成市場波動與資源浪費等，所這些對農業(yè)可持續(xù)性發(fā)展帶來嚴峻挑戰(zhàn)，一系列現(xiàn)實疼點與問題亟待解決。
1.資金投入不足
農業(yè)的投資回報率是很高的，整個農產(chǎn)品市場空間也足夠大，但是能夠真正認識到這一點的人并不多。固有的“農民不掙錢”的思想根深蒂固。
2.中間流通環(huán)節(jié)過多
農產(chǎn)品價格倒掛問題還將長期存在，農民掙不到利潤、市民買菜又貴。其中的流通渠道效率低下，是主要問題所在。參與這個渠道的人口過多，既得利益龐大。
3.新技術應用推廣難
新技術進入農業(yè)領域，起效慢，不能得到廣泛認可。部分農業(yè)人急功近利，不愿意冒險采取新技術。科研院所效率低下，農業(yè)新技術的推廣存在制度性的障礙。
4.農業(yè)品牌化可信度差
國產(chǎn)農產(chǎn)品的品牌可信度太差，三聚氰胺牛奶、瘦肉精死豬肉火腿腸，農產(chǎn)品的生產(chǎn)加工幾乎不透明，消費者信賴度很低。
智慧農業(yè)的核心要素：精確化數(shù)據(jù)采集、智能化統(tǒng)計分析、便捷化操作管理。
智慧農業(yè)能力平臺將核心能力對外開放，面向應用提供商，實現(xiàn)快速對接和拓展，面向各終端實現(xiàn)多終端、廣能力的匯聚及開放支持。依托平臺開放核心能力、資源，與產(chǎn)業(yè)各方開放合作，廣泛適配終端、匯聚豐富應用及服務，提升用戶感知及粘性，繼而增加對于終端、應用、服務商的影響力，對接支撐智慧城市需求與業(yè)務，支撐打造基于物聯(lián)網(wǎng)的全新信息農業(yè)模式。
1.應用層
應用管理：可提供豐富的應用管理功能，如智慧養(yǎng)殖，灌溉，種植等，可在平臺進行快速應用設計、開發(fā)、發(fā)布等.交互控制管理：實現(xiàn)多渠道指令交互控制如語音、手勢等。
2.能力層
云資源服務：對外提供統(tǒng)一的云資源服務，包括政策云，市場云，農業(yè)云，以減少應用方的成本投入；
數(shù)據(jù)服務：運用大數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)挖掘技術，結合業(yè)務模型，對外提供統(tǒng)一完備的數(shù)據(jù)服務，API接口等。
網(wǎng)絡服務：提供電信運營商基礎網(wǎng)絡服務，將應用構建在最新最穩(wěn)固的網(wǎng)絡架構之上。
網(wǎng)絡安全服務：遵循運營商級的網(wǎng)絡安全規(guī)范，提供統(tǒng)一的實時監(jiān)控，智能告警，以及強大的安全防護支撐。
3.數(shù)據(jù)層
數(shù)據(jù)中心：提供數(shù)據(jù)采集、處理、存儲、分析能力。
為數(shù)據(jù)學習提供基礎，是智慧農業(yè)大數(shù)據(jù)應用的能力基礎。
4.接入層
物聯(lián)網(wǎng)設備接入管理：提供電信級物聯(lián)網(wǎng)設備接入管理，可以適配多種協(xié)議接入方式，獲取接入?yún)?shù)，實現(xiàn)能力運化，實現(xiàn)用戶側終端設備快速簡潔接入。
1.農業(yè)監(jiān)測
結合農業(yè)氣象環(huán)境信息， 遙感圖像信息，知識庫及智能化的數(shù)據(jù)融合、挖掘，對農作物生長趨勢做出預測， 并對農作物四情(墑情、苗情、蟲情、災情)進行預警分析，及時提醒用戶做出預防。
農業(yè)環(huán)境是人類賴以生存的自然環(huán)境中的一個重要組成部分，屬中國法定環(huán)境范疇。當前中國農業(yè)環(huán)境質量的突出問題是環(huán)境污染和生態(tài)破壞。主要包括農田、森林、草原、灌溉水、空氣、光、熱及施用于農田的肥料（包括化肥）、農藥和農業(yè)機具等。地方環(huán)境保護已經(jīng)列入政績考核的一部分，農業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)將成為智慧農業(yè)不可或缺的一部分。
2.智慧大棚
智慧大棚可利用物聯(lián)網(wǎng)技術，采用不同的傳感器節(jié)點和具有簡單執(zhí)行機構的節(jié)點(風機、低壓電機、閥門等工作電流偏低的執(zhí)行機構) 構成無線網(wǎng)絡來測量土壤濕度、土壤成分、PH 值、降水量、溫度、空氣濕度和氣壓、光照強度、CO2濃度等來獲得作物生長的最佳條件, 通過模型分析、自動調控溫室環(huán)境、控制灌溉和施肥作業(yè)，從而獲得植物生長的最佳條件。
3.智慧畜牧
智慧畜牧可利用物聯(lián)網(wǎng)技術，采用特定的傳感器實時采集、監(jiān)測牲畜的體溫、位置等信息，利用大數(shù)據(jù)分析等技術結合特定算法對牲畜的排卵期、疾病、受傷、走失等進行監(jiān)控和預測，利用現(xiàn)代信息技術準確掌握牲畜生育進程和生長動態(tài)，對牲畜生長動態(tài)以及牲畜各生育階段的長勢長相進行動態(tài)監(jiān)測和趨勢分析，對牲畜養(yǎng)殖、棟舍管理和防疫出欄進行快捷高效的遠程指導，提高精細養(yǎng)殖和棟舍管理的能力。
4.智慧灌溉
基于物聯(lián)網(wǎng)的大田種植智能化管理系統(tǒng)針對農業(yè)大田種植分布廣、監(jiān)測點多、布線和供電困難等特點，利用物聯(lián)網(wǎng)技術，采用高精度土壤溫濕度傳感器和智能氣象站，遠程在線采集土壤墑情、酸堿度、養(yǎng)分、氣象信息等，實現(xiàn)墑情（旱情）自動預報、灌溉用水量智能決策、遠程、自動控制灌溉設備等功能，最終達到精耕細作、準確施肥、合理灌溉的目的。
5.農業(yè)病蟲害智能診斷與預警系統(tǒng)
系統(tǒng)通過線下基層上報、農科員調查數(shù)據(jù)庫建立、終端實時情況數(shù)據(jù)采集、專家模型介入、云端計算，做到災前預警、災中指導、災后評估的整體目標。結合物聯(lián)網(wǎng)進行圖像視頻采集監(jiān)測農作物病蟲害情況，進行智能比照與識別，提取結果存儲至云端。實時展現(xiàn)監(jiān)測動態(tài)。綜合歷次周期數(shù)據(jù)分析與診斷，給出預警與信息發(fā)布，同時同步至農業(yè)信息平臺。使用模型算法、智能分析方法對監(jiān)測的云端數(shù)據(jù)進行云計算與診斷。提供采集數(shù)據(jù)、分析診斷結果數(shù)據(jù)、災害預警數(shù)據(jù)的管理、備份等功能。
6.專家數(shù)據(jù)庫與農技推廣系統(tǒng)
農業(yè)是實踐科學，尤其農業(yè)生產(chǎn)，不論是從土壤、栽培、植保到采收，還是從地域特色到氣候變化，實踐經(jīng)驗和農技普及至關重要。以往的農業(yè)數(shù)據(jù)庫注重科研，忽視農業(yè)生產(chǎn)實踐，農技普及、農業(yè)研究理論轉化、研究課題取之于民等方面。
本系統(tǒng)將根植于龐大的農業(yè)動態(tài)數(shù)據(jù)庫和實戰(zhàn)專家群組，提供農業(yè)技術，反饋農業(yè)實踐問題。提供農業(yè)知識查詢、并連接農戶與專家實時在線互動解決農業(yè)實踐問題。結合互聯(lián)網(wǎng)推廣技術，實現(xiàn)農技推廣。
7.農產(chǎn)品溯源防偽系統(tǒng)
此系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)采集的農作物生長及其環(huán)境參數(shù)記錄、圖像等數(shù)據(jù)，結合RFID、條碼等識別技術，能夠連接農產(chǎn)品生產(chǎn)、檢驗、監(jiān)管和消費各個環(huán)節(jié)，提取生產(chǎn)、加工、流通、消費等消費者關心的公共追溯要素，建立了食品安全信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)“從田間到餐桌”的追溯模式，確保農產(chǎn)品安全可靠、提高消費者購買信心，提升農產(chǎn)品溢價性。
8.農業(yè)O2O電商平臺
農業(yè)O2O電商是一個集網(wǎng)上洽談交易、網(wǎng)上競價交易、網(wǎng)上結算、交收、物流配送服務、門戶信息服務、后臺管理等功能于一體的農產(chǎn)品第三方電子商務公共服務平臺。平臺將為農產(chǎn)品流通提供政府監(jiān)管、質量安全追溯等解決方案。
通過提供電子商務與現(xiàn)代物流全面融合的服務，積極推進全國性農產(chǎn)品生產(chǎn)、大流通格局的形成，平臺最終將打造成為權威的、具有重要影響力的農產(chǎn)品交易中心、價格中心、結算中心和物流配送中心。
一、中國農業(yè)面臨的問題
我國是農業(yè)大國，而非農業(yè)強國。農業(yè)生產(chǎn)仍然以傳統(tǒng)生產(chǎn)模式為主，傳統(tǒng)耕種只能憑經(jīng)驗施肥灌溉，不僅浪費大量的人力物力，也對環(huán)境保護與水土保持構成嚴重威脅；傳統(tǒng)的農產(chǎn)品流通，產(chǎn)供銷信息不對稱，造成市場波動與資源浪費等，所這些對農業(yè)可持續(xù)性發(fā)展帶來嚴峻挑戰(zhàn)，一系列現(xiàn)實疼點與問題亟待解決。
1.資金投入不足
農業(yè)的投資回報率是很高的，整個農產(chǎn)品市場空間也足夠大，但是能夠真正認識到這一點的人并不多。固有的“農民不掙錢”的思想根深蒂固。
農產(chǎn)品價格倒掛問題還將長期存在，農民掙不到利潤、市民買菜又貴。其中的流通渠道效率低下，是主要問題所在。參與這個渠道的人口過多，既得利益龐大。
3.新技術應用推廣難
新技術進入農業(yè)領域，起效慢，不能得到廣泛認可。部分農業(yè)人急功近利，不愿意冒險采取新技術。科研院所效率低下，農業(yè)新技術的推廣存在制度性的障礙。
4.農業(yè)品牌化可信度差
國產(chǎn)農產(chǎn)品的品牌可信度太差，三聚氰胺牛奶、瘦肉精死豬肉火腿腸，農產(chǎn)品的生產(chǎn)加工幾乎不透明，消費者信賴度很低。
二、智慧農業(yè)能力平臺
智慧農業(yè)的核心要素：精確化數(shù)據(jù)采集、智能化統(tǒng)計分析、便捷化操作管理。
智慧農業(yè)能力平臺將核心能力對外開放，面向應用提供商，實現(xiàn)快速對接和拓展，面向各終端實現(xiàn)多終端、廣能力的匯聚及開放支持。依托平臺開放核心能力、資源，與產(chǎn)業(yè)各方開放合作，廣泛適配終端、匯聚豐富應用及服務，提升用戶感知及粘性，繼而增加對于終端、應用、服務商的影響力，對接支撐智慧城市需求與業(yè)務，支撐打造基于物聯(lián)網(wǎng)的全新信息農業(yè)模式。
1.應用層
應用管理：可提供豐富的應用管理功能，如智慧養(yǎng)殖，灌溉，種植等，可在平臺進行快速應用設計、開發(fā)、發(fā)布等.交互控制管理：實現(xiàn)多渠道指令交互控制如語音、手勢等。
2.能力層
云資源服務：對外提供統(tǒng)一的云資源服務，包括政策云，市場云，農業(yè)云，以減少應用方的成本投入；
數(shù)據(jù)服務：運用大數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)挖掘技術，結合業(yè)務模型，對外提供統(tǒng)一完備的數(shù)據(jù)服務，API接口等。
網(wǎng)絡服務：提供電信運營商基礎網(wǎng)絡服務，將應用構建在最新最穩(wěn)固的網(wǎng)絡架構之上。
網(wǎng)絡安全服務：遵循運營商級的網(wǎng)絡安全規(guī)范，提供統(tǒng)一的實時監(jiān)控，智能告警，以及強大的安全防護支撐。
3.數(shù)據(jù)層
數(shù)據(jù)中心：提供數(shù)據(jù)采集、處理、存儲、分析能力。
為數(shù)據(jù)學習提供基礎，是智慧農業(yè)大數(shù)據(jù)應用的能力基礎。
4.接入層
物聯(lián)網(wǎng)設備接入管理：提供電信級物聯(lián)網(wǎng)設備接入管理，可以適配多種協(xié)議接入方式，獲取接入?yún)?shù)，實現(xiàn)能力運化，實現(xiàn)用戶側終端設備快速簡潔接入。
三、智慧農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)典型擴展性應用
1.農業(yè)監(jiān)測
結合農業(yè)氣象環(huán)境信息， 遙感圖像信息，知識庫及智能化的數(shù)據(jù)融合、挖掘，對農作物生長趨勢做出預測， 并對農作物四情(墑情、苗情、蟲情、災情)進行預警分析，及時提醒用戶做出預防。
農業(yè)環(huán)境是人類賴以生存的自然環(huán)境中的一個重要組成部分，屬中國法定環(huán)境范疇。當前中國農業(yè)環(huán)境質量的突出問題是環(huán)境污染和生態(tài)破壞。主要包括農田、森林、草原、灌溉水、空氣、光、熱及施用于農田的肥料（包括化肥）、農藥和農業(yè)機具等。地方環(huán)境保護已經(jīng)列入政績考核的一部分，農業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)將成為智慧農業(yè)不可或缺的一部分。
2.智慧大棚
智慧大棚可利用物聯(lián)網(wǎng)技術，采用不同的傳感器節(jié)點和具有簡單執(zhí)行機構的節(jié)點(風機、低壓電機、閥門等工作電流偏低的執(zhí)行機構) 構成無線網(wǎng)絡來測量土壤濕度、土壤成分、PH 值、降水量、溫度、空氣濕度和氣壓、光照強度、CO2濃度等來獲得作物生長的最佳條件, 通過模型分析、自動調控溫室環(huán)境、控制灌溉和施肥作業(yè)，從而獲得植物生長的最佳條件。
3.智慧畜牧
智慧畜牧可利用物聯(lián)網(wǎng)技術，采用特定的傳感器實時采集、監(jiān)測牲畜的體溫、位置等信息，利用大數(shù)據(jù)分析等技術結合特定算法對牲畜的排卵期、疾病、受傷、走失等進行監(jiān)控和預測，利用現(xiàn)代信息技術準確掌握牲畜生育進程和生長動態(tài)，對牲畜生長動態(tài)以及牲畜各生育階段的長勢長相進行動態(tài)監(jiān)測和趨勢分析，對牲畜養(yǎng)殖、棟舍管理和防疫出欄進行快捷高效的遠程指導，提高精細養(yǎng)殖和棟舍管理的能力。
4.智慧灌溉
基于物聯(lián)網(wǎng)的大田種植智能化管理系統(tǒng)針對農業(yè)大田種植分布廣、監(jiān)測點多、布線和供電困難等特點，利用物聯(lián)網(wǎng)技術，采用高精度土壤溫濕度傳感器和智能氣象站，遠程在線采集土壤墑情、酸堿度、養(yǎng)分、氣象信息等，實現(xiàn)墑情（旱情）自動預報、灌溉用水量智能決策、遠程、自動控制灌溉設備等功能，最終達到精耕細作、準確施肥、合理灌溉的目的。
5.農業(yè)病蟲害智能診斷與預警系統(tǒng)
系統(tǒng)通過線下基層上報、農科員調查數(shù)據(jù)庫建立、終端實時情況數(shù)據(jù)采集、專家模型介入、云端計算，做到災前預警、災中指導、災后評估的整體目標。結合物聯(lián)網(wǎng)進行圖像視頻采集監(jiān)測農作物病蟲害情況，進行智能比照與識別，提取結果存儲至云端。實時展現(xiàn)監(jiān)測動態(tài)。綜合歷次周期數(shù)據(jù)分析與診斷，給出預警與信息發(fā)布，同時同步至農業(yè)信息平臺。使用模型算法、智能分析方法對監(jiān)測的云端數(shù)據(jù)進行云計算與診斷。提供采集數(shù)據(jù)、分析診斷結果數(shù)據(jù)、災害預警數(shù)據(jù)的管理、備份等功能。
6.專家數(shù)據(jù)庫與農技推廣系統(tǒng)
農業(yè)是實踐科學，尤其農業(yè)生產(chǎn)，不論是從土壤、栽培、植保到采收，還是從地域特色到氣候變化，實踐經(jīng)驗和農技普及至關重要。以往的農業(yè)數(shù)據(jù)庫注重科研，忽視農業(yè)生產(chǎn)實踐，農技普及、農業(yè)研究理論轉化、研究課題取之于民等方面。
本系統(tǒng)將根植于龐大的農業(yè)動態(tài)數(shù)據(jù)庫和實戰(zhàn)專家群組，提供農業(yè)技術，反饋農業(yè)實踐問題。提供農業(yè)知識查詢、并連接農戶與專家實時在線互動解決農業(yè)實踐問題。結合互聯(lián)網(wǎng)推廣技術，實現(xiàn)農技推廣。
7.農產(chǎn)品溯源防偽系統(tǒng)
此系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)采集的農作物生長及其環(huán)境參數(shù)記錄、圖像等數(shù)據(jù)，結合RFID、條碼等識別技術，能夠連接農產(chǎn)品生產(chǎn)、檢驗、監(jiān)管和消費各個環(huán)節(jié)，提取生產(chǎn)、加工、流通、消費等消費者關心的公共追溯要素，建立了食品安全信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)“從田間到餐桌”的追溯模式，確保農產(chǎn)品安全可靠、提高消費者購買信心，提升農產(chǎn)品溢價性。
8.農業(yè)O2O電商平臺
農業(yè)O2O電商是一個集網(wǎng)上洽談交易、網(wǎng)上競價交易、網(wǎng)上結算、交收、物流配送服務、門戶信息服務、后臺管理等功能于一體的農產(chǎn)品第三方電子商務公共服務平臺。平臺將為農產(chǎn)品流通提供政府監(jiān)管、質量安全追溯等解決方案。
通過提供電子商務與現(xiàn)代物流全面融合的服務，積極推進全國性農產(chǎn)品生產(chǎn)、大流通格局的形成，平臺最終將打造成為權威的、具有重要影響力的農產(chǎn)品交易中心、價格中心、結算中心和物流配送中心。
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