農(nóng)俠會：三農(nóng)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)社群（資源對接、案例分享、線上課程、線下活動）
01 政策背景
農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，農(nóng)村經(jīng)濟是現(xiàn)代化經(jīng)濟體系的重要組成部分。中國的“鄉(xiāng)村振興”戰(zhàn)略是對農(nóng)村脫貧攻堅工作的銜接、鞏固與深化，也是為建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟體系、實現(xiàn)第二個百年奮斗目標(biāo)提出的重要任務(wù)。而“數(shù)字鄉(xiāng)村”是鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要內(nèi)容和戰(zhàn)略方向。
數(shù)字鄉(xiāng)村主要涉及三個方面：一是增強數(shù)字鄉(xiāng)村基礎(chǔ)設(shè)施和物流基礎(chǔ)設(shè)施；二是推進農(nóng)村相關(guān)產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，擴展數(shù)字技術(shù)在農(nóng)村的應(yīng)用場景；三是數(shù)據(jù)增強鄉(xiāng)村治理能力，為動態(tài)研判、實施監(jiān)管提供支撐。
2019年《數(shù)字鄉(xiāng)村發(fā)展戰(zhàn)略綱要》將“數(shù)字鄉(xiāng)村”定義為“伴隨網(wǎng)絡(luò)化、信息化和數(shù)字化在農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟社會發(fā)展中的應(yīng)用，以及農(nóng)民現(xiàn)代信息技能的提高而內(nèi)生的農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化發(fā)展和轉(zhuǎn)型進程 ”。為數(shù)字鄉(xiāng)村戰(zhàn)略的實施劃定“四步走”計劃，力圖“到本世紀(jì)中葉，全面建成數(shù)字鄉(xiāng)村，助力鄉(xiāng)村全面振興，全面實現(xiàn)農(nóng)業(yè)強、農(nóng)村美、農(nóng)民富的戰(zhàn)略目標(biāo)”。
2022年《數(shù)字鄉(xiāng)村標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》，劃定了從基礎(chǔ)與通用標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)、農(nóng)業(yè)農(nóng)村數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、農(nóng)業(yè)信息化標(biāo)準(zhǔn)、鄉(xiāng)村數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)與管理標(biāo)準(zhǔn)、安全與保障標(biāo)準(zhǔn)等 7個方面的國家標(biāo)準(zhǔn)。
02 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新
智能農(nóng)業(yè)解決方案正在優(yōu)化生產(chǎn)，通過降低成本提高生產(chǎn)力，提供更好的市場機會，增加價值鏈的可追溯性。在農(nóng)業(yè)機械上運用的先進數(shù)字信息化技術(shù)主要包括智能感知、衛(wèi)星導(dǎo)航定位、自動導(dǎo)航駕駛、數(shù)字孿生三維可視化應(yīng)用、路徑規(guī)劃與復(fù)雜軌跡復(fù)用等。
01、智能感知技術(shù)
智能感知技術(shù)包括機外感知和機內(nèi)感知。機外感知指對農(nóng)機作業(yè)環(huán)境和對象信息參數(shù)的感知，包括作物生長及病蟲草害信息感知、作業(yè)環(huán)境與障礙物信息感知等；機內(nèi)感知指對農(nóng)業(yè)裝備自身的工作參數(shù)及作業(yè)狀態(tài)參數(shù)的感知。農(nóng)業(yè)裝備機內(nèi)共性參數(shù)包括發(fā)動機信息、動力輸出信息、扭矩信息、滑轉(zhuǎn)率、姿態(tài)信息、安全隱患信息等。
02、微星導(dǎo)航定位技術(shù)
衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)是目前農(nóng)業(yè)機械應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一。將衛(wèi)星定位信息與已有的地圖系統(tǒng)進行算法結(jié)合，便可實現(xiàn)實時導(dǎo)航功能。目前應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機械上的衛(wèi)星導(dǎo)航自動駕駛系統(tǒng)，精度誤差可控制在 ±2.5cm 以內(nèi)。國內(nèi)高精度差分導(dǎo)航與定位技術(shù)基本通過國內(nèi)三大運營商信號基站來提供 RTK 信號，可在全國大部分區(qū)域得到有效覆蓋。據(jù)統(tǒng)計，截止 2021 年末，中國安裝高精度衛(wèi)星導(dǎo)航自動駕駛系統(tǒng)的農(nóng)機已超過 6 萬臺，涵蓋拖拉機、收割機、插秧機、植保機等眾多機械類別。
03、自動導(dǎo)航駕駛技術(shù)
自動導(dǎo)航駕駛技術(shù)可以大幅度提高農(nóng)業(yè)機械的作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率。為實現(xiàn)這一功能，需要農(nóng)業(yè)機械按照衛(wèi)星導(dǎo)航的路徑進行自動調(diào)整姿態(tài)自主作業(yè)。以輪式農(nóng)業(yè)機械為例，當(dāng)前實現(xiàn)的方法是利用姿態(tài)傳感器、角度傳感器感知車輛姿態(tài)、車輪轉(zhuǎn)向角度，然后將衛(wèi)星導(dǎo)航信息與農(nóng)業(yè)機械當(dāng)前的運用狀態(tài)參數(shù)綜合計算，通過液壓或電控方向盤控制農(nóng)機行走路線，從而實現(xiàn)自動駕駛作業(yè)。中國目前已將該技術(shù)廣泛應(yīng)用于旋耕機、播種機、插秧機、噴霧機和收獲機等眾多農(nóng)業(yè)機械上，其中水田作業(yè)機械自動導(dǎo)航系統(tǒng)已居國際領(lǐng)先水平。特別是大型地塊區(qū)域作業(yè)過程中，由于其作業(yè)精度高、穩(wěn)定性好、誤差修正反應(yīng)靈敏，可以極大地提高土地利用率，減低生產(chǎn)成本。研究表明，采用自動導(dǎo)航的農(nóng)業(yè)機械作業(yè)，可提高作物產(chǎn)量 2%-3%，減少肥料和農(nóng)藥用量 5%-10%，降低生產(chǎn)成本 5%-10%。
04、數(shù)字孿生技術(shù)
數(shù)字孿生技術(shù)還可以與虛擬現(xiàn)實、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)結(jié)合，搭建三維可視化監(jiān)控平臺。平臺可以實現(xiàn)對農(nóng)場環(huán)境、農(nóng)產(chǎn)設(shè)備、農(nóng)作物、顯示傳感器等多種數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控和可視化，農(nóng)場主可以通過大屏和移動端對農(nóng)場設(shè)備進行遠程精準(zhǔn)控制，對農(nóng)作物實時勘察農(nóng)業(yè)資源、作物墑情，對農(nóng)產(chǎn)品線上瀏覽、交易等實現(xiàn)產(chǎn)品溯源。同時，平臺還可以通過GIS地理信息定位技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)、物流環(huán)節(jié)的監(jiān)控，對農(nóng)場業(yè)務(wù)運營和管理進行賦能，打造農(nóng)產(chǎn)品安全產(chǎn)業(yè)鏈。
05、路徑規(guī)劃與復(fù)雜軌跡復(fù)用技術(shù)
路徑規(guī)劃與復(fù)雜軌跡復(fù)用技術(shù)具備作業(yè)路徑自動規(guī)劃能力是農(nóng)業(yè)機械實現(xiàn)自動駕駛的前提。當(dāng)前一般采用“S”形、“幾”字形、“回”字形以及兩者方式組合的路徑進行作業(yè)。智能農(nóng)機按照規(guī)劃的路徑進行作業(yè)后，軌跡上傳至遠程管理平臺，可以利用平臺數(shù)據(jù)進行軌跡復(fù)用。目前規(guī)則地塊的全覆蓋路徑規(guī)劃算法已經(jīng)比較成熟，未來的研究方向是不規(guī)則地塊及多障礙、多約束的全覆蓋路徑規(guī)劃算法。
03 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作為一種農(nóng)場管理策略，通過收集有關(guān)土壤、天氣、作物產(chǎn)量和健康等方面的數(shù)據(jù)，將其輸入決策支持系統(tǒng)，在保護資源的同時優(yōu)化農(nóng)場的投入產(chǎn)出。為了捕捉和處理數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)整合了包括產(chǎn)量監(jiān)測器、灌溉控制器、無人機、衛(wèi)星遙感和拖拉機自動導(dǎo)航系統(tǒng)在內(nèi)的硬件，以及軟件和服務(wù)等進行操作。
根據(jù)操作的技術(shù)強度，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)可分為 " 軟性 " 或 " 硬性 " 兩類。硬性精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)涉及應(yīng)用復(fù)雜的技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技能，更適合大型農(nóng)場。除了日本、中國的國有農(nóng)場，以及一些種植園和生產(chǎn)高價值作物的大型農(nóng)場之外，硬性精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在其他地方的實踐仍處于早期階段。
另一方面，軟性精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)依賴于對作物和土壤的視覺觀察，以及數(shù)字土壤測試工具和葉綠素儀等低成本工具的使用。軟性精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的服務(wù)通常通過應(yīng)用程序或短信提供，如天氣預(yù)報等。通過創(chuàng)新數(shù)字商業(yè)模式，軟性精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)正逐漸為小農(nóng)戶所接受。
04 數(shù)字孿生智慧賦能
數(shù)字孿生技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)上有著應(yīng)用廣泛，它借助傳感器、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等先進技術(shù)，將真實世界的農(nóng)業(yè)環(huán)境、設(shè)備、作物等要素映射到數(shù)字世界中，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精細(xì)化、智能化管理。
01、智慧環(huán)境孿生
通過傳感器實時監(jiān)測農(nóng)田環(huán)境、作物生長狀況等數(shù)據(jù)，建立農(nóng)田的數(shù)字孿生模型，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化管理和決策。農(nóng)民可以實時監(jiān)測土壤溫濕度、光照強度、養(yǎng)分含量等關(guān)鍵參數(shù)，并對灌溉、施肥、病蟲害防治等進行精細(xì)化管理，從而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。
02、智慧水肥一體化
數(shù)字孿生技術(shù)可以實現(xiàn)農(nóng)田的水肥一體化管理。通過傳感器實時監(jiān)測土壤的水分和養(yǎng)分狀況，數(shù)字孿生智慧系統(tǒng)可以計算出作物所需的水肥量，并自動控制灌溉和施肥設(shè)備，實現(xiàn)精準(zhǔn)的水肥管理。
03、智能農(nóng)機裝備
將數(shù)字孿生技術(shù)與智能農(nóng)機裝備相結(jié)合，可以實現(xiàn)農(nóng)機的精準(zhǔn)導(dǎo)航、自動駕駛和智能控制。這不僅可以提高農(nóng)機的作業(yè)效率，減少人力成本，還可以減少農(nóng)機作業(yè)對農(nóng)田的損害，保護生態(tài)環(huán)境。數(shù)字孿生技術(shù)還可以對農(nóng)業(yè)設(shè)備進行建模和仿真，以優(yōu)化其使用和維護，包括農(nóng)機的工作效率、能源消耗和故障診斷等方面。通過數(shù)字孿生技術(shù)農(nóng)民可以實時監(jiān)控農(nóng)業(yè)設(shè)備的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題，從而提高設(shè)備的運行效率和減少成本。
04、智慧病蟲害防治
通過對農(nóng)田的數(shù)字孿生模型進行分析，可以及時發(fā)現(xiàn)病蟲害的發(fā)生和擴散情況，輔助科學(xué)采取針對性的防治措施，減少病蟲害對作物生長的影響，提高農(nóng)作物的抗病能力和產(chǎn)量。
05、農(nóng)產(chǎn)品溯源與質(zhì)量控制
利用數(shù)字孿生三維可視化技術(shù)可以記錄農(nóng)產(chǎn)品的生長、加工、儲存和運輸?shù)热^程信息，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的溯源管理。這有助于保障農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全，提高消費者對農(nóng)產(chǎn)品的信任度和滿意度。
06、智能管廊孿生
在農(nóng)業(yè)設(shè)施中，如溫室或大棚內(nèi)，可以通過數(shù)字孿生技術(shù)建立智能管廊的數(shù)字模型。智能管廊的數(shù)字孿生模型能夠?qū)崟r監(jiān)控管道狀態(tài)、流體流動和環(huán)境條件，確保資源的有效分配和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，有助于減少資源浪費、提高生產(chǎn)效率，并為農(nóng)民提供更加可靠的農(nóng)業(yè)設(shè)施服務(wù)。
07、智慧光照孿生
在溫室或大棚等農(nóng)業(yè)設(shè)施中，光照是一個重要的環(huán)境因素。通過數(shù)字孿生技術(shù)，可以建立溫室光照的數(shù)字模型，實時監(jiān)測溫室內(nèi)的光照強度、光照時間等參數(shù)。農(nóng)民可以根據(jù)數(shù)字孿生系統(tǒng)的反饋，自動調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的光照條件，為作物提供最佳的光照環(huán)境，促進作物的生長和發(fā)育。
05
智慧農(nóng)業(yè)的未來展望
隨著數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展，智慧農(nóng)業(yè)的前景愈發(fā)廣闊。未來，智慧農(nóng)業(yè)將不僅局限于提高生產(chǎn)效率和降低成本，更將深入到農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
智慧農(nóng)業(yè)將進一步推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)型升級。通過數(shù)字孿生技術(shù)農(nóng)民可以更加精準(zhǔn)地管理農(nóng)田，實現(xiàn)個性化、精細(xì)化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。同時，結(jié)合大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，農(nóng)民可以更加準(zhǔn)確地預(yù)測市場需求，調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，提高農(nóng)產(chǎn)品的市場競爭力。
智慧農(nóng)業(yè)將促進農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的保護和恢復(fù)，通過孿生模擬和優(yōu)化農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)生態(tài)平衡和可持續(xù)發(fā)展，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實時監(jiān)控農(nóng)田的環(huán)境參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)并解決生態(tài)問題，保護農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的健康和穩(wěn)定。
隨著數(shù)字孿生技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊。未來，數(shù)字孿生技術(shù)將與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)深度融合，推動智慧農(nóng)業(yè)向更高層次、更廣領(lǐng)域發(fā)展。同時，隨著數(shù)字孿生技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，也將進一步促進農(nóng)業(yè)與工業(yè)、服務(wù)業(yè)等領(lǐng)域的深度融合，推動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和可持續(xù)發(fā)展。
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