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智慧农业 在物联网时代的发展分析

从线下到线上,农户们从与批发商打交道转换到直面消费者,他们开始比任何时候都更有条件关注消费市场的变化,关注数据。而这种转变,直接推动了传统生产方式的升级。
 
现在,古老的农业又到了变革前夜,这一次的“搅局者”是信息技术——传感器物联网云计算大数据以及互联网,其不但颠覆了日出而作日落而息地手工劳作方式,也打破了粗放式的传统生产模式转而迈向集约化、精准化、智能化、数据化,农业生产因此获得了类工业的产业属性。而互联网电子商务及现代物流的横空出世,使得整个产业链各要素激烈碰撞、重组,线上线下的耦合度空前提高,这极大地拓展了未来农业经营模式的想象空间。
 
  随之而来的,各方新势力正源源不断地投身农业,希望能用自己的力量改造农业,在这一次的变革浪潮中捕捉到商机。北京天安农业总经理刘雁飞的观点非常有代表性:“ICT技术已经全方位渗透到了农业全产业链的所有环节,旧有的农业模式正在被颠覆。”
 
  精准农业
 
  从北京飞行两个小时落地后再坐半天汽车,才能抵达位于呼伦贝尔草原深处的呼伦贝尔农垦集团农场。这个农垦集团有22个农场,600多万亩农田,共计好几万个地块。规模化、集约化的农场正在实施精准农业。
 
  精准农业概念最早由美国提出,它的目的是以较少的投入达到同等收入或更高收入,并改善环境,高效利用各类资源,取得经济效益和环境效益。
 
  对于大量地处偏远地区、人口稀少、人才资源稀缺的大农场,如何实现现代化的精准农业?过去,农垦集团很难找到人,搭建和维护实现精准农业所需的IT决策系统,也很难及时找到农学专家来指导交流。现在,云服务改变了一切。
 
  几年前,国家农业信息化工程技术研究中心开始建立农业云服务平台。全国各地的农田数据,像温湿度、作物参数、遥感影像,还有土肥工作站定期采集、化验的土壤参数,农产品贸易价格,都源源不断地经过网络流入这个农业云服务平台;这些数据再结合农业专家研究的各种专业模型和算法,就能为全国各地的农场提供全方位的精准农业决策服务。
 
  通过“施肥决策服务系统”,全国农场一年减少了几百万吨化肥的使用。“中国目前是全球最大的化肥消费国,虽然我们水稻、小麦、玉米的单产比发达国家还高,但代价是,同等产出的粮食所用的化肥,是发达国家的3到4倍甚至更多。”国家农业信息化工程技术研究中心陈天恩博士说,“盲目施肥的后果是作物根本无法吸收,不仅浪费,还污染地下水和土壤。”现在,云服务下的精准施肥正在扭转这样的局面。
 
  而通过“精准灌溉系统”,农场不过度抽取地下水,防止呼伦贝尔草原沙漠化;通过病虫害预警系统,农场可以在局部爆发病虫害时及时反应,进行精准施药决策。在过去没有精准施药时,“农用飞机飞过去,哗哗哗,一路上几万亩农田就被施药了”。现在的精准施药可以区分田块来施药,避免过度施药、污染和浪费,也提高了食品安全。
物联网同样是实施精准农业的重要技术。我国重要的粮食主产地东北,是应用大型农机装备的主要区域。由于耕地面积广大,农场的生产经营与“一亩三分地”式的小农作业完全不同。
 
  比如土地平整和起垄作业,一方面对拖拉机手的技术和经验提出了很高的要求,因为这直接决定了作业质量如直线度、平整度;另一方面由于作业过程中需要注意力高度集中,造成劳动强度很大,非常需要拖拉机在作业过程中减少人为操作。
 
  因此科研人员想到给拖拉机安装传感器、激光仪、导航设备等,赋予拖拉机“智慧”,使得拖拉机在导航状态下自动走直;利用激光发收设备结合传感器精确完成土地平整作业。
 
  除了生产作业之外,农场的管理同样需要借助物联网。据黑龙江红星农场技术负责人孙洪江介绍,基于精准农业和现代化大农业的发展趋势,红星农场近年引进了一套机车监管服务系统。
 
  孙洪江说,红星农场属于国营农场,行使国家土地管理职能。农场把土地承租给农户,机车由农户自己购买,农场实行统一管理,每辆机车在农场有编制。农场根据农户的作业量进行结算。
 
  以往每年耕种时节,是由农机统计员手工统计每个农户的工作量,但因为耕种面积大,往往一块地有3~5台机车作业,有的车干得多,有的车干得少,统计员就偷懒取平均数,农户吃大锅饭。
 
  因此,为了能准确获取每个农户每天的工作量,农场和国家农业智能装备工程技术研究中心合作,给每台机车上安装一个传感器和GPS定位,传感器能实时获取机车作业数据并传送到机载终端,终端把数据发送到农场的系统平台。
 
  孙洪江说,就是这样一套系统,一方面能让农场管理者实时了解机车的田间位置、作业轨迹、农户的作业量,系统自动生成日、月、年报表,给核算提供支持;另一方面由于机载终端可以自动生成作业报表,农户自己也可以很清楚地知道每天干了多少活,产生了多少效益。
 
  美国风河公司认为,利用物联网等技术使农田与农机网络化、为农场主提供决策支持是未来智能农业的发展趋势。未来不管是火星上的探测车、空中的飞机还是田间的农机,都需要具备一些基本能力——物联网中每一个终端设备都需要网络互连性、可管理性和安全性。
 
  孙洪江对这样的趋势看得很清楚,但多年的实践也让他深切体会到理论与现实的差距。他以精准农业中的变量施肥为例指出,困扰变量施肥的瓶颈在土壤取样和化验,虽然国外提供了土壤取样机和快速化验的设备,但误差率高,所以精确的变量施肥依然没有从技术上解决。
 
  蜜蜂的启示
 
  把传感器安装在田间地头并不困难,但要在动物身上放传感器就不那么容易了。一个有趣的例子是在蜜蜂身上贴RFID标签,这是伦敦大学QueenMary学院的一项动物行为学研究。研究人员把实验室的几百只黄蜂贴上RFID标签,当黄蜂寻蜜时,安装在蜂箱或者假花里的阅读器就可以获取黄蜂的RFID数据。
 
  获取这些数据后就能更好地研究诸如“一个蜂房内可以容纳多少只蜜蜂”、“蜜蜂可以连续在外活动多久”、“蜜蜂‘迷巢’现象的原因”等蜜蜂行为学的课题。这改变了传统用颜料标识导致速度慢、精度差的弊端。
 
  国内的RFID企业远望谷在2009年与江西农业大学蜜蜂研究所合作建设了“基于RFID的蜜蜂研究信息平台”,在国内尚属首例。
 
  给蜜蜂贴上RFID芯片的例子大大拓展了传感器应用场景的想象空间,尽管这只是一项学术研究。在实践中,除司空见惯地给牛羊贴RFID耳标外,日本富士通公司给韩国的牛蹄绑上计步器观察“牛的发情行为学”,则产生了不小的商业价值。
 
  据韩国首尔韩畅牧场社长金希澈解释,对于畜牧农户而言,通过牛的发情期来支配怀孕、分娩的管理方法是直接影响销售的关键。
牛的发情周期为21天,其中可孕时间仅有16个小时。如果错过这一时间段,就必须再等21天。在传统管理模式下,为了观察牛的发情征兆,牧场工作人员需要随时确认牛的状态。而牛的发情时间主要在夜晚和凌晨,即使安装有摄像头,依然难以有效观察。实际上,即便是经验丰富的工作人员,在肉眼观察时,平均发现率也只有58%。
 
  相比肉眼直接观察,富士通牛步系统使用计步器能准确掌握牛的生理周期。事实上,有发情征兆的牛步伐数会比平时增加。安装计步器后,每头牛的步伐数信息会通过发射器搜集到牛棚一边的接收器上。每隔一小时,接收器所采集的信息会传输到富士通的平台进行分析,得到的分析结果又传送给牧场管理员。
 
  金希澈说,牛步系统大幅降低了牧场的工作量,为工作人员赢得了更多时间。而最重要的收获是发情发现率达到几乎100%,大大提高了繁殖率,增加了销售额。
 
  
(责任编辑:ioter)

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