本研究以山東德州“噸半糧”無(wú)人智慧農(nóng)場(chǎng)為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，攻克大田智慧農(nóng)場(chǎng)建設(shè)中的核心技術(shù)難題，探索其建設(shè)模式與服務(wù)機(jī)制。

“噸半糧”無(wú)人智慧農(nóng)場(chǎng)綜合利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了信息感知、傳輸、挖掘和應(yīng)用的全鏈條集成和服務(wù)。總體架構(gòu)如 圖1所示，包括感知層、傳輸層、處理層和應(yīng)用層四大部分。

“噸半糧”無(wú)人智慧農(nóng)場(chǎng)感知系統(tǒng)是農(nóng)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)智慧化、無(wú)人化的基礎(chǔ)和前提。

數(shù)字化感知是農(nóng)場(chǎng)智能管理的基礎(chǔ)，農(nóng)機(jī)設(shè)備和灌溉設(shè)備的自動(dòng)化管理和大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)的服務(wù)功能，都離不開環(huán)境、作物長(zhǎng)勢(shì)和設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)的支持。

物候期和作物表型信息在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中扮演著越來(lái)越重要的角色，它不僅為農(nóng)機(jī)管理、水肥藥精準(zhǔn)施用提供數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)為農(nóng)事決策提供支持，是智慧農(nóng)場(chǎng)的重要建設(shè)內(nèi)容。本研究的表型分析包括冬小麥生育期自主識(shí)別、麥穗長(zhǎng)度識(shí)別等。

無(wú)人智慧農(nóng)場(chǎng)的智慧控制系統(tǒng)由智能農(nóng)機(jī)、大田灌溉和航空施藥等子系統(tǒng)組成。通過(guò)服務(wù)器和大數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人智慧農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)管理的少人化、無(wú)人化管理。

智能農(nóng)機(jī)系統(tǒng)。是無(wú)人智慧農(nóng)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)少人化、無(wú)人化作業(yè)的核心，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)場(chǎng)智慧管理的重要手段。智能農(nóng)機(jī)覆蓋農(nóng)業(yè)耕、種、管、收等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程，直接決定著糧食生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。

大田灌溉系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉，并提高作物產(chǎn)量，研發(fā)了智能灌溉系統(tǒng)。

航空施藥系統(tǒng)。航空施藥系統(tǒng)是無(wú)人農(nóng)場(chǎng)建設(shè)的重要組成部分，是病蟲害防治的重要手段。科學(xué)、精準(zhǔn)的施藥方法不僅能提高植保效率，還能有效降低農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染。

“噸半糧”無(wú)人智慧農(nóng)場(chǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)架構(gòu)由基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)分析層和應(yīng)用層構(gòu)成，平臺(tái)架構(gòu)見 圖11。平臺(tái)分層處理數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)、處理和應(yīng)用，為農(nóng)場(chǎng)智慧管理提供支持。

“噸半糧”無(wú)人智慧農(nóng)場(chǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)是一個(gè)復(fù)雜的工程，其中涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)包括多源數(shù)數(shù)據(jù)集成、分布式計(jì)算、GIS技術(shù)等。

“噸半糧”無(wú)人智慧農(nóng)場(chǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的核心目標(biāo)是基于大數(shù)據(jù)分析結(jié)果，為用戶提供生產(chǎn)管理服務(wù)。根據(jù)服務(wù)類型的不同可分為智能科學(xué)決策、智能裝備作業(yè)和產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源等。各部分的具體功能如下：智能科學(xué)決策；智能裝備作業(yè)；產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源；綜合服務(wù)系統(tǒng)。

無(wú)人智慧農(nóng)場(chǎng)是中國(guó)農(nóng)業(yè)未來(lái)發(fā)展的更高級(jí)形式，是保障國(guó)家糧食安全的有效途徑，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

1）數(shù)字化感知網(wǎng)絡(luò)。研究提出了基于自組網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化感知系統(tǒng)。該系統(tǒng)能高效采集、匯聚并傳輸農(nóng)場(chǎng)環(huán)境、作物生長(zhǎng)及設(shè)備狀態(tài)等多維度信息，且具備強(qiáng)大的容錯(cuò)能力，即使某一級(jí)節(jié)點(diǎn)故障，數(shù)據(jù)采集質(zhì)量也能穩(wěn)定在85%以上。通過(guò)先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，系統(tǒng)能快速精確提取田間作物的關(guān)鍵表型信息，如生育期、穗長(zhǎng)等表型特征，為農(nóng)場(chǎng)精細(xì)化管理提供數(shù)據(jù)支撐。

2）無(wú)人智慧農(nóng)場(chǎng)智能控制系統(tǒng)。構(gòu)建了無(wú)人智慧農(nóng)場(chǎng)智能控制系統(tǒng)。集云管控平臺(tái)、智能化設(shè)備和智能農(nóng)機(jī)于一體，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的自動(dòng)化管理。系統(tǒng)架構(gòu)分為基礎(chǔ)層、決策層和應(yīng)用服務(wù)層，各層高效協(xié)同，共同實(shí)現(xiàn)“噸半糧”無(wú)人智慧農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)管理的少人化、無(wú)人化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全鏈條的智能控制。應(yīng)用該系統(tǒng)顯著降低了農(nóng)場(chǎng)的人力成本，并顯著提高農(nóng)場(chǎng)管理的精準(zhǔn)度和效率。

3）無(wú)人智慧農(nóng)場(chǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)。研發(fā)了“噸半糧”無(wú)人智慧農(nóng)場(chǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)。集成多源數(shù)數(shù)據(jù)集成、分布式計(jì)算、GIS技術(shù)等大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，構(gòu)建大數(shù)據(jù)分析服務(wù)平臺(tái)，從智能科學(xué)決策支持、智能農(nóng)機(jī)作業(yè)、產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源等方面為用戶提供氣象災(zāi)害預(yù)計(jì)、最佳播期、環(huán)境預(yù)測(cè)、水肥管理等生產(chǎn)指導(dǎo)服務(wù)，幫助農(nóng)戶科學(xué)地管理農(nóng)場(chǎng)。此外，“噸半糧”無(wú)人智慧農(nóng)場(chǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)還通過(guò)集成綜合服務(wù)模塊，提升平臺(tái)的綜合服務(wù)能力。

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來(lái)源：劉力寧, 張洪奇, 章子文, 張正輝, 王甲玉, 李宣宣, 朱珂, 柳平增. 無(wú)人智慧農(nóng)場(chǎng)關(guān)鍵技術(shù)與構(gòu)建模式——以“噸半糧”無(wú)人農(nóng)場(chǎng)為例[J]. 智慧農(nóng)業(yè)(中英文), 2025, 7(1): 70-84.