中国大田无人农场关键技术研究与建设实践

智慧农业是现代农业的发展方向,无人农场是实现智慧农业的重要途径。为了探索和推广无人农场在现代农业中的应用,华南农业大学对大田无人农场的关键技术进行了深入研究,包括无人农场作业环境、作业对象和作业机械装备信息的数字化感知技术;土地整治、耕整、种植、播种、田间管理和收获方案的智能化决策技术;农机自动导航和农机精准作业的精准化作业技术;农作物生长、农机运维和农场经营管理的智慧化管理技术。2020年在广东增城创建全球首个水稻无人农场,实现了五大功能,包括耕种管收生产环节全覆盖,机库田间转移作业全自动,自动避障异况停车保安全,作物生产过程实时全监控,智能决策精准作业全无人。取得了显著的经济、社会和生态效益,2021 年广东增城水稻无人农场种植的优质丝苗米十九香产量达到9934.35 kg/hm²,比当地的平均产量高32%;2023年湖南益阳千山红镇再生稻无人农场两季产量达到18625.5 kg/hm²,说明了人不下田也能种地,也能种好地。截至2023年11月,在国内15个省启动了 30 个无人农场的建设,包括水稻、小麦、玉米和花生4种作物,实践结果证明了无人农场和智慧农业发展的巨大潜力,为解决“谁来种地”和“如何种地”提供了重要途径。     

我国生态农场建设的思考

生态农场作为生态农业的落地载体,兼顾生态环境保护与经济社会可持续发展,具有市场灵活性,在带动农户发展专业化、标准化、绿色化生产方面具有明显优势。新形势下,各地已形成了一批各具特色的生态农场典型案例。2016-2017年,作者重点围绕面源污染防控与农业清洁生产,以我国东部15个省市的468家生态农场为研究对象,制定调查问卷开展典型案例调查研究。研究结果表明,90%的农场成立时间在15年以下,生态农场经营者的平均年龄为47.5岁,土地面积在6.6~16.6 hm²的农场占到40%,土地平均租金为11 040元·hm^-2·a^-1;以公司、合作社和家庭农场为组织形式的农场各占23%、40%和30%;进行了农产品质量认证的农场占到73%;生态农业措施采用率排在前5位的是有机肥/堆肥、人工/机械除草、轮作、清洁田园、杀虫灯/秸秆还田;养殖农场的生态意识较为淡薄,生态措施的采用情况也不乐观。在农场投入方面,种植农场的肥料投入和养殖农场的饲料投入最高,劳动力工资平均在3~4万元·cap.^-1·a^-1;种植农场收益率为-21%~70%,养殖农场为13%~337%,种养结合农场为-21%~152%;50%的农场获得过农业补贴。从调研结果看,我国生态农场有着良好的发展势头,但还处于初级阶段,缺乏相应的指导。文章在调研的基础上还从技术应用、产业融合、成本收益、销售途径及补贴政策等方面分析了生态农场发展过程中面临的问题和挑战,并提出了相应的对策建议,以期对我国生态农场健康有序发展提供指导。     

天津市大柳滩村农业经济发展的生态模式

本简要介绍了天津市在柳滩村的生态农业模式，生态农业建设情况以及所取得的社会，经济，环境效益概况。     

上海市川东农场循环农业模式实践与思考

上海市川东农场探索出解决环境污染的资源化利用,做到投入品减量化使用,达到全程清洁化生产,最终实现无害化处理,为畜牧养殖场提供清洁能源,为无公害稻麦生产提供优质有机肥的农业循环新模式,实现了经济效益、生态效益、和社会效益协同提高。为促进该模式的推广应用,介绍了该循环模式的主要内容,总结了相关经验。     

我国南方发展生态农业的条件分析及典型生态农业模式

生态农业建设是区域水土保持的重要组成,因地制宜的生态农业模式不仅能促进农业生产发展,同时能改善农村与农业生态环境,对建设社会主义新农村具有重要意义。本文介绍了生态农业的发展历程,重点分析了我国南方地区发展生态农业的有利条件和不利因素,根据实地调查和文献资料分析总结了我国南方目前典型的生态农业模式,为推动我国南方生态农业和水土保持生态建设提供科学依据。     

基于绿色农业的智能喷药机器人的设计与应用

随着农业生产的发展,传统的喷药方式存在着药剂浪费、环境污染和作物质量下降等诸多问题。通过智能喷药机器人的应用,提高农业喷药的效率、减少药剂的使用量和环境污染,以推动绿色农业发展和提高农产品质量。结合物联网、大数据和人工智能等技术,设计了一款由底盘、四轮驱动机构、自动配药装置、喷药装置及智能控制器、传感器等组成的喷药智能机器人,能在不同路况下行走工作。通过图像识别技术深度分析农作物所受病虫害情况,通过控制模块获取速度传感器、压力传感器及流量传感器瞬时数值动态调整药液浓度、喷药压力,实现喷药过程平稳工作。该系统的设计为后续根据作物生长态势精准靶向喷药及远距离喷药等功能实现提供思路。     

兴安县生态农业模式建设及发展建议

从生态农业模式建设的角度阐述兴安县生态农业建设发展情况及特点。在对兴安县生态农业模式建设的优势和现状进行分析的基础上,提出了兴安县生态农业模式建设的建议和措施。     

福建省山区生态农业发展模式探析——以建阳市为例

本文根据建阳市地形和自然生态特点,按照区域分异、生态环境以及生态系统内资源开发利用相类似性,将全市划分为西北—东部中低山生态保护区、中部丘陵粮-果-林-畜综合利用区、河谷盆地粮田生产区三个农业生态区。根据不同的生态区的特点,探索合适的生态农业发展模式。     

我国西部地区生态农业建设模式及产业化问题

西部地区总体上生态环境状况较差，是农业发展的主要障碍因素之一。本文结合西部各典型地区农业发展存在的生态问题，对该区生态农业建设工程模式取向及生态农业产业化问题进行了分析和探讨。     

甘肃省环县生态环境建设及生态农业发展模式研究

根据作者的实地调查,对甘肃省环县生态环境建设中存在的主要问题及生态农业发展的模式进行了深入的研究。研究表明环县生态环境建设中存在的主要问题为人口压力过重,贫困人口多;水土流失加剧,荒漠化面积扩大;植被缺乏,人为破坏严重;耕地质量差,土壤垦殖率高;水资源匮乏,自然灾害多等。针对这些主要问题,提出本区域建立生态农业产业基地的新模式,这种新模式不仅适用于此区域,对西部其它一些生态脆弱,农业生产条件差的地区也是适用的。     

广西生态农业发展的主要模式及提升效益策略

在分析广西生态农业主要发展模式的基础上,针对模式存在的问题,提出增进效益的建设策略及途径,提升促进广西生态农业的脱贫致富作用,实现农业循环经济的可持续发展。     

大田农业节水物联网技术应用现状与发展趋势

物联网技术与农业领域应用的结合是推动传统农业向现代农业转型升级的重要驱动力,农业节水是中国农业发展长期关注的重点。以物联网技术感知层、传输层、应用层架构为主线,针对大田主要粮食作物水分需求,总结物联网技术在大田农业节水关键环节中的应用发展现状以及存在的局限性,并在大数据、云计算等现代信息技术发展基础上,结合新时期互联网+战略,对物联网技术快速发展态势下农业节水技术、服务、模式的未来发展趋势进行探讨,提出技术向服务转变、决策向预测转变、微观向宏观转变的发展思路。     

中小型规模智慧农业物联网终端节点设计

为了能够向中小规模农业生产经营者提供深度定制的农业物联网技术,该研究研发了一种可用于农业设备信息化的智慧农业物联网终端节点。通过该终端节点将农业设备柔性接入物联网体系,并依托管理服务层App实现应用层App功能开发。系统硬件利用可编程片上系统的IP核重用技术实现对各种农业设备的接入,实现各农业场景中根据设备具体情况进行定制化应用。系统传输层采用LoRa广域网与蓝牙技术,支撑集中式与分布式农业管理服务体系。管理服务层App对底层节点设备操作与Android功能操作进行封装,实现应用层与底层功能结构的解耦,避免了应用层App开发时结构复杂、对底层功能结构变化适应性差、开发周期长等问题。实践应用结果表明,该农业物联网终端节点可有效实现对农业设备的接入,具有1 500 VDC的电磁隔离能力;节点的LoRa无线数据通道在无严重降雨的天气中数据包传输成功率接近100%,蓝牙可支持周围3 m范围内的移动设备现场接入;管理服务层App可有效支撑应用层功能快速开发;在直连上位机模式下,应用层App到节点设备间的功能延时分别小于400与1 700 ms,系统运行稳定,功能支撑可靠。该方法可为国内中小规模农业经营者的物联网信息化建设提供支持与参考。     

农业物联网技术应用及创新发展策略

农业是物联网技术应用的重点领域之一,也是物联网技术应用需求最迫切、难度最大、集成性特征最明显的领域。该文对农业物联网国内外技术应用现状、存在的问题以及农业领域关键应用环节进行了深入分析,在此基础上提出了农业物联网未来技术发展重点以及对策措施。农业物联网未来技术发展重点:农业物联网信息感知与识别技术,农业物联网自组织网络部署与信息传输技术,农业物联网自组织网络部署与信息传输技术,农业物联网安全监管与服务质量保障技术。农业物联网对策措施:加强农业物联网技术规范研究,加强核心关键技术产品研发,加强农业物联网技术集成平台建设,加强农业物联网产品设备检测,加强农业物联网应用布局,进一步优化和完善政策环境。该研究为中国农业物联网可持续发展提供决策参考。     

华阳河湖群地区湖滨带生态农业模式设计研究

湖滨带是水陆交错带的一部分,近年来人类不合理的利用使湖泊湿地功能下降,生态资源严重不足。生态农业模式能建立多层次、循环、健康的农业生态系统,促进资源节约、生态修复,是湖滨带生态恢复与保护的途径。安徽省华阳河湖群地区属长江中下游水陆生态交错带,资源丰富但生态环境较脆弱,建立以保护生态为重点的生态农业模式对该区域生态系统健康意义重大。本文在对生态农业模式设计的理论、原则、方法研究的基础上,以安徽省华阳河湖群地区作为研究区,针对城郊经济区、湖滨湿地区、农产品主产区、棉花生产区、葡萄生产基地、农户庭院不同的农业生产条件和对农产品的需求,设计了空间资源利用型、物质循环多级利用型、生物共生共养增值型、农户(庭院)复合生态系统型、休闲观光农业发展型等8种生态农业模式,并辅以循环图,介绍了每种模式的组分和循环过程。确定可重点挖掘的模式有现代草食畜牧业模式、生态经济产业园综合开发模式、葡萄酒园区综合开发模式。在模式配置中,按生态功能敏感性区分,确定合理的开发强度和模式组合。     

改进AOA模式的大田农机无人驾驶导航参数检测系统设计

卫星导航、视觉导航和雷达导航的成本昂贵、系统构成复杂和适用作业场景有限,在生产特征呈现区域化、适度小规模和分布零散的国内南方水田难以实现便捷跨区域作业和无法适用多农业场景.针对上述问题,该研究以大田环境下无人驾驶农机的牛耕式往复作业路径模式为背景,提出了改进AOA(信号到达角度,Angle-of-Arrival)模式的...     

新一代信息技术对农产品追溯系统智能化影响的综述

从为应对疯牛病问题至今,追溯系统作为农产品及食品质量安全保障的有效手段引入已有近30a,如何降低追溯断链化、增强追溯可信度、提升质量预警力,已成为追溯系统研究的热点,也是应用中亟待解决的问题。该文基于国内外相关文献,瞄准热点问题,综述了新一代信息技术对农产品追溯系统智能化的影响。首先,提出了追溯系统从1.0到3.0的发展历程,总结了追溯系统1.0以信息记录为主、2.0以数据整合为主、3.0以智能决策为主的核心特征;其次,描述了以物联网、大数据、云计算、人工智能、区块链等为核心的新一代信息技术之间在信息感知、数据处理、高效计算、智能分析、加密防伪等方面各有侧重又相互关联的内在关系,分析了大数据、人工智能及区块链的发展趋势;最后,从人工智能技术降低追溯过程断链程度、大数据技术提升质量安全预警能力、区块链技术增强全程追溯可信度等3个方面,综述了相关研究,结合发展趋势提出了深入研究的方向,即人工智能从供应链内部及供应链之间提升追溯粒度,大数据从微观、中观及宏观层面实现预测与优化,区块链从追溯区块结构优化、隐私保护及共识算法等方面增强追溯可信度。该文为把握农产品追溯系统发展趋势、研究热点、应用瓶颈提供有益参考。     

日本以农协为主推进智慧农业发展经验及对中国的启示

日本农业面临严峻的农业人口老龄化与农业人口减少的问题,且以小型田块和山地耕地居多,农业劳作不便。为了解决上述问题,保障粮食供应,振兴地方经济,日本正大力发展智慧农业。日本农协协助制定了新的农业基本法以及农林水产信息化战略以支持农业的发展,并在农业机械自动化、农用信息系统、农村网络改造、农用航空、植物工厂等方面开展了大量的科技创新与应用,推动了日本现代农业的发展,日本以140.4万人且主体为老龄人口的核心农户实现了近1.3亿人口的主要粮食自给自足。日本农协多层级、多部门、全方位覆盖农业流程的服务,为智慧农业的落地助力。纵观日本智慧农业的发展历程与成效,借鉴其成功经验,对中国农业发展提出如下建议：应当创新农业体制机制,打通信息、人力、资源的流通渠道;优化农村营商环境,发挥好地方、高校、企业等不同主体的优势,立足乡村振兴角度对智慧农业技术进行长期的实证化研究;借鉴日本农协在农业生产、销售、推广、管理上的经验,因地制宜,积极探索,夯实根基,有助于推进中国乡村全面振兴,加快农业农村现代化和建设智慧农业强国。