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大田种植园区数字化平台初探与设计.pdf
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1、2024 年 1 期智慧农业导刊Journal of Smart Agriculture智慧农业大田种植园区数字化平台初探与设计刘德余1,仲宝才1*,郭茗月2,夏磊1,张翀1,唐梁尧1(1.成都东软学院 计算机与软件学院 软件工程系,成都 611844;2.成都东软学院 计算机与软件学院 智能科学与技术系,成都 611844)我国是一个农业大国,发展农业是国之根本,是保障粮食安全的关键抓手,是实现乡村振兴的必经之路。“十四五”规划中明确提出建设现代农业产业园区,大田种植园区是其一种表现形式,也是建设农业强国和实现农业现代化的重要探索1。大田种植园区通常具有种植区域面积广、地势平坦且区域气候多变
2、等特点,由此,存在园区管理难、生产监管难、病虫害防治难和资源使用不科学等各种问题。随着农业现代化的深入推进,农业信息化已成为农业园区建设的重要内容和创新领域2。在 数字农业农村发展规划(20192025 年)文件中提出建设数字田园,加快发展数字农情,提升种植业生产经营智能管理水平。将数字化技术应用于大田种植园区建设中,实现科技与农业生产深度融合,推动粗放式的传统农业向集约化、规模化、精细化高效式农业转变3,以提高生产效率,助力我国农业园区数字化转型升级,加快实现农业现代化。因此,本文从大田种植园区发展现状出发,深剖园区数字化建设需求,探索数字化技术在园区管理、农业基金项目:四川省社会科学重点研
3、究基地系统科学与企业发展研究中心(Xq23C02);四川省哲学社会科学重点研究基地川菜发展研究中心(CC23W31)第一作者简介:刘德余(1994-),男,硕士,助教。研究方向为数字农业、大数据。*通信作者:仲宝才(1983-),男,硕士,副教授。研究方向为移动互联网、数字信息化。摘要:大田种植园区是实现乡村振兴的路径之一,但因其种植规模大,存在需大量劳动力完成园区管理、农事活动、资源滥用等问题。在农业现代化建设进程中,现代化信息技术正逐步应用于农业生产中。因此,该文根据大田种植园区实际发展需求将物联网、5G、大数据和遥感等数字化技术与大田种植园区管理需求、农业生产全流程深度融合,以园区数字化
4、,数字赋能服务于园区为理念,以数据为中心,构建大田种植园区数字平台。同时,通过建设数据采集系统、园区数字大脑系统、园区一张图系统、农情监测系统和智能决策系统五大业务系统,实现数据采集、传输、汇聚、治理、存储和应用;在线远程查看园区情况及农作物生长状况;精准化、智能化进行农事活动。通过该平台的建设与应用,将盘活园区资源,进一步激发生产活力,助力农业数字化转型升级。关键词:农业现代化;大田种植园区;数字化技术;数字平台;农业数字化中图分类号院TP399文献标志码院A文章编号院2096-9902渊2024冤01-0001-05Abstract:The large-scale agricultural
5、 plantation area is one of the paths to achieve rural revitalization.However,due to itssize,it requires a significant amount of labor for plantation management and agricultural activities,leading to issues such asresource misuse.In the process of modernizing agriculture,modern information technology
6、 is gradually being applied to agriculturalproduction.Therefore,based on the actual development needs of the large-scale agricultural plantation area,this article proposes thedeep integration of digital technologies such as the Internet of Things,5G,big data,and remote sensing with the managementreq
7、uirements and the entire process of agricultural production in the plantation area.The goal is to digitize the plantation area andempower it with data as the core,constructing a digital platform for the large-scale agricultural plantation area.Simultaneously,through the construction of five major bu
8、siness systems,including a data collection system,a digital brain system for the plantationarea,a unified mapping system,an agricultural monitoring system,and an intelligent decision-making system,the goal is to realizedata collection,transmission,aggregation,governance,storage,and application.The p
9、latform enables remote viewing of the plantationarea and crop growth conditions,as well as precise and smart agricultural activities.By implementing and utilizing this platform,theresources of the plantation area can be effectively employed,further stimulating production vitality,and supporting the
10、digitaltransformation and upgrading of agriculture.Keywords:agricultural modernization;large-scale agricultural plantation areas;digital technology;digital platform;agriculturaldigitizationDOI:10.20028/j.zhnydk.2024.01.0011-2024 年 1 期智慧农业智慧农业导刊Journal of Smart Agriculture生产中的应用,进而提出并设计大田种植园区数字化平台,以数
11、字化引领农业农村现代化,助力乡村振兴4。1大田种植园区发展现状大田种植园区在建设发展过程中,面临着种植区域广、地势平坦、气候多变所带来的各种综合性问题。1.1种植规模大管理难随着我国农业发展和土地改革的持续推进,现已施行土地所有权、使用权、收益权三权分立的土地流转政策,将传统的小地块模式整合为集中连片的大田模式5,解决土地承包“碎片化”问题,实现“小田”变“大田”,规模化种植。但随之而来的便是如何行之有效地管理园区,掌握农作物生长状况,减少管理成本的问题。1.2农作物生产监管难现阶段我国大田种植生产仍以人工巡检及人工经验判断为主6,不能及时察觉农作物植株体的生长需求,也不能实时感知环境因子的变
12、化。当园区环境不能满足农作物生长需求时,就会使植株处于“逆境”中,导致植株生长缓慢、长势衰弱、抗病虫害能力下降,造成农产品产量低、质量差。在面对大规模种植时,更无法及时有效地判别出病虫害,提前预知气象状况,从而对农作物产生致命威胁,影响农作物产量和品质7。因此,园区面临着农作物生长环境监测、病虫害识别预警、农业自然灾害监管等各种生产管理问题。1.3水肥农药滥施问题农作物需使用化肥增肥,农药防治病虫害,以获得高产高收。但因大田种植园区面积广阔,工作者缺乏专业的农业知识和科学的技术指导,就会洋洒式施用化肥,喷洒大量农药,无法做到按需施肥用药。大田土壤中的水分含量会对植物的生长产生直接影响8,通过灌
13、溉可以保障农作物生长所需的基本水分。但当面对大面积种植时多采用漫灌,无法根据农作物的生长阶段、土壤特性及气候条件实现精确灌溉。不科学地施用化肥、农药及灌溉会造成土壤板结、耕地肥力下降,浪费大量水资源9。2大田种植园区数字化建设需求为解决大田种植园区存在的问题,急需实现园区数字化转型升级。充分运用物联网、遥感、大数据等现代化信息技术,结合先进的农业生产管理理念,建设数字化大田种植园区10,以满足园区数字化管理、农情实时在线查看、灌溉施肥用药科学指导和农机管理智能化的需求。2.1园区数字化管理需求采用现代化信息技术对园区及设施设备、地块、人员和农资等进行数字化,从农作物种植生长、田间管理、农产品收
14、获各环节出发,实现对园区从面到点的全流程数字化管理11,实时、直观地掌握园区设备运行状态、资源使用情况、农作物生长情况。2.2精准灌溉施肥用药需求灌溉、施肥、用药是农事活动中最为关键的环节,是保障农作物正常生长的重要手段12。因此,需应用各种传感器、视频监控设备、遥感等对农作物生长环境、生长过程进行精确监测和管理。通过实时分析采集的数据,实现农作物生长态势、病虫害识别预警,进行精确灌溉、施肥、用药。2.3实时在线监管农情需求农作物长势决定农产品产量高低及质量,因此需要对农情进行监测,以实现稳产增产。对于大规模种植园区,采用传统的农情监测方式需依赖较大的人力,调查的准确率和一致性也难以达到统一标
15、准13。借助园区数字化构建一套农情监测系统实现对苗情、农作物生长状态、病虫害及农业灾害等农情进行实时监管。2.4农机智能管理需求目前,大规模的大田种植均开始使用农机完成耕、种、管、收全流程农事活动14,以降低人力成本,提高农事效率,且越大型的园区农机也越多,对农机的管理调度、作业安排、监管就越复杂。因此,在园区数字化过程中,需将先进的信息技术融入农机管理中,提升农机作业调度、管理水平15,大大降低工作者的劳动强度16。3大田种植园区数字化平台设计3.1平台设计思路大田种植园区数字化平台从园区规模大、气候多变的实际情况出发,遵循“顶层规划、统一标准、需求牵引、技术领先”的设计原则,坚持业务、数据
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