數字科技賦能助推種業(yè)振興——打造常熟首個天空地一體化無人農場.pdf

nullnullnull 科技縱橫 農業(yè)開發(fā)與裝備 2023年第8期 數字科技賦能 助推種業(yè)振興 打造常熟首個天空地一體化無人農場 毛 曦 江蘇常熟國家農業(yè)科技園區(qū)管理辦公室 江蘇常熟 215500 摘要 結合農科園區(qū)智慧農業(yè)建設工作實際與科技項 目申報經驗 探討并總結了常熟現代種業(yè)基地無人化 農場的建設成果與效益分析 關鍵詞 數字科技 無人農場 種業(yè) 1 基本情況 江蘇常熟國家農業(yè)科技園區(qū)是全國首批 江蘇首 家 蘇州唯一的國家級農業(yè)科技園區(qū) 近年來 園區(qū) 以 物聯新時代 智慧新農業(yè) 為發(fā)展方向 大力推 進智慧農業(yè)建設 在農業(yè)農村部 省農業(yè)農村廳和蘇 州市 常熟市農業(yè)農村局的關心支持下 先后榮獲全 國數字農業(yè)農村新技術新產品新模式優(yōu)秀項目 2019 年 江蘇省數字農業(yè)農村基地 2020年 江蘇省 智能農業(yè)百佳案例 2021年 江蘇省農業(yè)數字化建 設優(yōu)秀案例 2022年 蘇州市十佳智慧農業(yè)品牌案 例 2020年 智慧農業(yè)示范生產場景 2021年 及 智慧農業(yè)示范基地 2017年 等榮譽稱號 園區(qū)定位為農業(yè)科技創(chuàng)新中心 多年來不斷加強 基礎設施建設 物質裝備配套 科技創(chuàng)新力度 涉農 企業(yè)培育和人才引進培養(yǎng)等 核心區(qū)累計投入資金多 達3 2億元 大力發(fā)展智慧農業(yè) 高效農業(yè) 設施農 業(yè) 生態(tài)農業(yè)和品牌農業(yè) 園區(qū)已建成南京農業(yè)大學 常熟 鄉(xiāng)村振興研究院 揚大 常熟 現代農業(yè)發(fā) 展研究院 江蘇省博士后創(chuàng)新實踐基地等各類創(chuàng)新創(chuàng) 業(yè)平臺41個 擁有國家級星創(chuàng)天地4個 省級星創(chuàng)天地 1個 先后吸引了23家高校 科研院所的50名科技鎮(zhèn)長 及110名科技特派員來常開展科技服務 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè) 涉 農企業(yè)159家 園區(qū)已形成 一核三帶多園區(qū) 的總體產業(yè)格 局 核心區(qū)基本建成新品水稻選育 設施園藝研究 特色水產育苗3個創(chuàng)新區(qū)和國家級 二花臉 豬保種 與開發(fā) 智慧種業(yè)制繁種2個基地 近期 園區(qū)投入 5 000多萬元重點打造現代種業(yè)基地 新建集倉儲 烘 干 加工和檢測管理服務等一體的智能化種子倉儲加 工中心1 hm 2 建成自動化節(jié)水灌溉稻麥制繁種基地 104 hm 2 并應用無人機 智能農機 機器人 物聯 網及配套大數據處理技術 高標準創(chuàng)建省級糧食生產 無人化農場 無人化農場項目通過科學規(guī)劃 專家評審后 將原有農田區(qū)域劃分成智慧繁種區(qū) 品種示范區(qū) 常規(guī)生產區(qū)三個功能區(qū) 智慧繁種區(qū)包括1 灌區(qū)及 建成區(qū) 面積為26 hm 2 品種示范區(qū)為2 灌區(qū) 面積 為30 hm 2 常規(guī)生產區(qū)包括3 4 灌區(qū)全部 面積為 48 hm 2 區(qū)域內將明渠灌溉改為管道灌溉 對原有設施 升級為智能化泵站 并利用現代信息技術 無人機遙 感 農業(yè)物聯網 機器人及基于北斗技術的無人駕駛 農機等多項技術 實現生產管理智慧化 2 數字技術 當前 我國農業(yè)現代化正處于追求可持續(xù)發(fā)展農 業(yè)的第二階段 農業(yè)現代化建設仍處于補齊短板 大 有作為的重要戰(zhàn)略機遇期 國內外農業(yè)的發(fā)展歷史已 經證明 以機械化 生物化 智能化等科學技術為手 段 才能加快農業(yè)農村現代化 因此 將數字科技引 入到農業(yè)生產管理中 利用物聯網 5G 北斗 大數 據 人工智能等數字技術和智能化裝備 提高農業(yè)生 產管理自動化 可控化 智能化水平 實現省工節(jié)本 和提質增效 是未來農業(yè)重要發(fā)展方向之一 園區(qū)以 智慧農業(yè) 為建設主體 從 現代種業(yè) 基地 和 設施園藝區(qū) 雙翼發(fā)力 構造了園區(qū) 一體 雙翼 智慧農業(yè)建設體系 以 智慧農業(yè) 為主體 園 區(qū)敏銳把握現代農業(yè)發(fā)展趨勢 以農業(yè)數字技術應用為 核心 在農業(yè)實際生產中廣泛應用物聯網技術 統(tǒng)籌推 進 互聯網 與農業(yè)生產 經營 管理 服務融合發(fā) 展 培育農業(yè)發(fā)展新模式新動能新業(yè)態(tài) 以人工智能 信息技術提升農業(yè)各環(huán)節(jié)的智能化水平 無人化農場通過應用物聯網 大數據 云計算 人工智能 智能機械等數字技術 實現農場耕種管收 儲加工等環(huán)節(jié)智能化 無人化的生產作業(yè)模式 一是 高質量打造智慧大田生產示范場景 104 hm 2 水稻制繁 作者簡介 毛曦 1984 男 碩士研究生 高級工程師 經 濟師 主要從事智慧農業(yè)與工程管理工作 nullnullnull 科技縱橫農業(yè)開發(fā)與裝備 2023年第8期 種基地實現自動化節(jié)水灌溉全覆蓋 區(qū)域內將明渠灌 溉改為管道灌溉 并新建生態(tài)排水渠道 生態(tài)步道 生態(tài)凈化區(qū)等 智能化泵站及灌溉取水口裝備有IEV智 能電動閥及太陽能電池 控制信號可通過外網接入手 機端或電腦 通過智能控制軟件實現遠程操控 二是 高科技強化農業(yè)一張圖 數字駕駛艙 作用 新建5G 田間物聯網監(jiān)測系統(tǒng) 引入農情監(jiān)測機器人 配合多 光譜無人機為繁種 品種展示和生產分別提供親本生 育期監(jiān)測 品種生長狀況監(jiān)測 病蟲害預警等功能 應用植保無人機進行常規(guī)播種 施肥植保等 并為農 機加裝北斗導航輔助駕駛系統(tǒng) 構建 機機協同 人 機協作 生產模式 大數據中心建立精確可控的信息 化管理平臺 加強對水稻農情 作物長勢可視化管理 與集中展示 三是高標準建立智能倉儲加工中心 新 建集倉儲 烘干 加工和檢測管理服務等一體的智能 化種子倉儲加工中心4 831 m 2 購置安裝種子烘干自 動化設備15臺套及種子加工 檢驗檢測等配套設備 日烘干加工能力達180 t以上 并配置種子低溫冷藏 庫1 000 m 3 年可生產存儲雜交水稻及常規(guī)稻麥種子 1 000萬kg以上 供種能力達11萬hm 2 智慧大田數字氣象站 視頻監(jiān)控站 智能倉儲應 用了空氣溫濕度 土壤溫濕度 土壤酸堿度 糧倉溫 濕度 谷堆溫濕度 氣壓 風速 風力 降水量 光 強度 光照度等傳感器 多光譜無人機 植保無人 機 農田機器人 可視化自動蟲情測報機等應用了多 光譜成像 雷達 流量計 圖像識別 聲音特征監(jiān)測 等傳感器 智能農機應用了北斗定位 角度傳感器等 技術 智能灌溉應用了MLL智能激光水位計 田間水 位計等設備 MWQ一體化智能水質監(jiān)測儀應用了pH 值 濁度 電導率 溶氧等傳感器 共計傳感器30種 以上 智能裝備11種以上 從而對生產環(huán)境或水稻小 麥進行生長監(jiān)測和信息預警 實現農業(yè)生產場景的在 線化 信息化 可視化監(jiān)測和監(jiān)控 數字駕駛艙 利用人工智能 大數據分析 5G 等信息化技術 對生產過程中的信息數據資料進行自 動化采集 存儲 上傳和智能分析 實現信息資料數 字化和可視化 并基于此實施智能決策 生長監(jiān)測包 含農田物聯網監(jiān)測系統(tǒng)和無人機監(jiān)測系統(tǒng) 利用智能 感知技術 信息傳輸技術和智能處理技術 對農事活 動的各個環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)測和遠程調控 實時監(jiān)測的 環(huán)境情況數據每隔10 s就上傳到監(jiān)測平臺終端 相關負 責人員只要登錄手機APP或者在電腦上 就可以遠程 隨時隨地查看智慧種業(yè)基地的各項關鍵數據 所采集 的數據實時上傳到 智慧種業(yè)綜合管理系統(tǒng) 平臺 并快速進行統(tǒng)計分析 解決工作人員對數據的采集分 析需求 并確保了數據采集的精準 快速 全面 無人機遙感技術把無人機與遙感技術充分結合 利用通信技術和空間定位技術對遙感信息進行科學采 集 分析處理 對具體的實踐需求能夠提供快速實時 的解決方法 無人機操作受天氣因素影響小并可獲得 高時空分辨率的影像 在飛行高度 時間和區(qū)域上靈 活方便可調控 針對作物生長監(jiān)測的時效性 能夠短 時多次開展任務 保證動態(tài)數據的采集 無人機遙感 在農作物生產上發(fā)揮著重要作用 例如 利用無人 機進行農作物生物量估測 健康狀況判斷 氮素含量 監(jiān)測 產量估測等生長狀況的監(jiān)測工作 或者針對農 作物不同生育期常見的病蟲草害識別與監(jiān)測 為治病 防蟲等農事工作的開展提供科學指導 農田機器人基 于計算機視覺技術及深度學習算法 具備感知和適應 作業(yè)環(huán)境的能力 實現農田環(huán)境中的自動行走及數據 采集 可以搭載不同傳感器 實現對環(huán)境參數及相關 農學參數的獲取 例如 通過搭載的高精度傳感器 實現對水稻等農作物生長環(huán)境的溫度 濕度 光照強 度 CO 2 濃度 風速 土壤溫度和土壤濕度等環(huán)境參 數的監(jiān)測 或者利用搭載的相機獲取水稻基部節(jié)間長 度 不同生育時期水稻分蘗情況等水稻生長狀況參 數 判斷水稻生育時期 估測水稻葉面積指數 精確 計算水稻不同田塊施肥量 從而提高經濟效益 北 斗導航農機無人作業(yè)系統(tǒng)在北斗 BDS 定位的基礎 上 集成應用地理信息系統(tǒng) GIS 移動互聯網 遙 感 RS 物聯網等技術 通過農機上搭載的北斗導 航系統(tǒng)實現農機作業(yè)空間位置數據的實時感知 面積計 算 并把農機信息和作業(yè)信息通過網絡傳輸至北斗導航 農機無人作業(yè)系統(tǒng) 根據農機服務組織的類型和地域進 行本地化的定制 提供從位置定位 數據感知 網絡傳 輸 數據處理 數據分析 數據應用 作業(yè)路徑自動規(guī) 劃與作業(yè)任務自動分發(fā)等整體的應用解決方案 實現農 機管理與農機作業(yè)等一體化服務系統(tǒng) 無人化農場建立了農產品質量追溯平臺 采用一 物一碼防偽鑒真技術 可根據市場需求為農產品建立 身份證 制度 實現對農產品生產 加工等環(huán)節(jié)質 量安全可追溯 幫助企業(yè)打造高端農產品品牌 園區(qū) 農發(fā)公司具有農產品質量安全自檢能力 及時將檢測 信息上傳到江蘇省和蘇州市農產品質量監(jiān)督系統(tǒng) 被 市農業(yè)農村局評為2020年度常熟市農產品質量安全追 溯管理示范單位 2021年 常優(yōu)大米 被中國綠色食 nullnullnull 科技縱橫 農業(yè)開發(fā)與裝備 2023年第8期 品發(fā)展中心認定為綠色食品A級產品 農場配備了電信 網絡專線 田間設備應用智能網關或5G流量卡 所有 采集的信息數據上傳到倉儲區(qū)綜合樓智慧種業(yè)綜合管 理系統(tǒng) 并接入到國家農科園展廳智慧農業(yè)大數據中 心 實現云上互聯互通 資源共享 3 智慧管理 創(chuàng)新應用 政府 企業(yè) 科研機構 金融 四位一體 共建的組織模式 園區(qū)設立管理辦公室 以常熟市農 業(yè)科技發(fā)展有限公司為主體實行市場化運作 具體擔 任現代種業(yè)基地運行管理職能 公司建立智慧農業(yè)品 牌管理體系 嚴格實施質量管理制度 遵守各類設備 操作規(guī)程 做好設備運行維護記錄臺賬 建有智能可 控的信息化管理平臺 并接入園區(qū)智能農業(yè)大數據中 心 實現對水稻農情 果蔬長勢可視化管理與集中展 示 工作人員可通過手機端或電腦端遠程實時查看智 能設備工作狀態(tài)或數據圖像 出現異常 及時處理 園區(qū)人員配備齊全 分工合理 責任到人 形成以 科技創(chuàng)新團隊為核心 行政管理團隊為支撐 集產 學 研 效于一體的企業(yè)型團隊 目前 園區(qū)管理辦 擁有信息化專業(yè)背景的高級工程師2位 其中一位具有 自動化專業(yè)的高工專職擔任園區(qū)智慧農業(yè)工作 負責 園區(qū)機電設備 智能設備的運行與維護 園區(qū)下屬常 熟市農業(yè)科技發(fā)展有限公司配備4位大學生負責玻璃溫 室的現場管理與運行 并由2名專職電工負責玻璃溫室 的管道閥門 機電設備等設施的日常維護維修 園區(qū)農發(fā)公司加強無人化農場的各項設施設備建 設 并將產前 產中和產后各環(huán)節(jié)均納入標準化管 理 逐步形成一套優(yōu)質水稻生產的質量安全生產工作 流程 已出臺 質量管理手冊 綠色食品水稻生產 種植規(guī)程 綠色食品大米加工生產操作規(guī)程 綠 色食品投入品管理制度 等規(guī)章制度 組建了以總經 理為組長的生產質量管理領導班子 并適時對公司 及子公司生產管理人員和技術人員進行培訓 持證上 崗 公司實行信息化 自動化 標準化的現代管理模 式 加強環(huán)境 田間 加工 產品 包裝的全程質量監(jiān) 控 建立檔案 達到從土壤 水質到稻麥生長進行全 方位的監(jiān)控檢測 現代種業(yè)基地無人農場根據省糧食生產 無人化 農場 建設指引及蘇州市智慧農業(yè)改革試點工作實施 方案 按照 標準化 機械化 生態(tài)化 智能化 要 求 應用了5G 北斗 物聯網 無人機 智慧農機 機器人及配套大數據處理技術 實現智慧繁種 生 產 示范 倉儲等功能 大數據中心依托揚州大學技 術團隊定制研發(fā)了智慧種業(yè)綜合管理系統(tǒng) 集成應用 云計算 人工智能及地理信息系統(tǒng)GIS等技術 通過部 署在種業(yè)基地生產現場的各種傳感器和無線網關 實 現農業(yè)生產環(huán)境的智能感知 智能預警 智能決策 智能分析等功能 硬件方面 物聯網 智能糧倉 監(jiān) 測機器人 無人機 智能農機等新增智能設備的技術 參數與功能指標均達到設計要求與行業(yè)標準 4 成效分析 現代種業(yè)基地無人農場項目建成后 園區(qū)農發(fā)公 司子公司種業(yè)公司作為蘇州地區(qū)唯一一家育繁推一體 化種業(yè)國有企業(yè) 年可生產儲存雜交水稻及常規(guī)稻麥 種子1 000萬kg以上 日烘干加工能力超180 t 供種能 力達11萬hm 2 銷售收入超5 000萬元 為地方經濟社 會發(fā)展注入新活力 一是社會效益 項目建成后 能夠優(yōu)化倉儲設施 和加工環(huán)境 有效提升水稻種子品質 大幅提高本地 區(qū)水稻優(yōu)質良種的供應能力 進一步完善良種育繁 推一體化產業(yè)鏈條 強化水稻良種的標準化 規(guī)模 化 智能化生產經營 同時還將優(yōu)化常熟種子資源配 置 提高企業(yè)競爭與服務能力 有利于蘇州地區(qū)優(yōu)質 高產稻麥品種的推廣應用 對保障蘇州市及全省農業(yè) 生產用種安全 糧食安全均具有十分重要的意義 二 是經濟效益 項目的實施將有效改善本地區(qū)水稻優(yōu) 質良種的供應能力 水稻高產優(yōu)良品種的應用面積 1 9萬hm 2 為水稻高產創(chuàng)造有利條件 促進糧食增產 增收 按增收1 500元 hm 2 計算 就能為當地農民增加 收入2 850萬元以上 三是生態(tài)效益 項目的建成能夠 顯著增加使用適應本地生長種子的農戶量 大量減少 化肥農藥的施用量 有利于農業(yè)面源污染控制 提升 農產品品質 無人農場通過應用種質資源基因型鑒定系統(tǒng) 種 質資源信息共享網絡服務系統(tǒng) 田間表型物聯網數據 獲取與處理系統(tǒng)等設施裝備 從而實現種業(yè)生產作 業(yè)精準化 信息化 智能化管理 提高生育期監(jiān)測 效率 該項目建成區(qū)域性良種繁育基地 配有實驗儀 器 智能農機等智能裝備 從而提高了雜交授粉成功 率 大大減少了人工投入 經組織各方論證 現代智慧種業(yè)工程項目的實施 可實現種業(yè)生產作業(yè)精準化 信息化 智能化管理 通過生產過程可視化 數字化可提高生育期監(jiān)測效率 3倍 提升雜交授粉效率30 減少人工投入60 單位面積產量提升10 以上 農業(yè)投入品使用量降低 20 以上 nullnullnull 科技縱橫農業(yè)開發(fā)與裝備 2023年第8期 5 愿景謀劃 智慧農業(yè)是農業(yè)發(fā)展的新業(yè)態(tài) 是未來農業(yè)發(fā)展 的重要方向 多年來 園區(qū)在引進智能裝備 應用數 字科技的過程中遇到缺乏長遠的統(tǒng)一規(guī)劃 投入產出 比有待提高 缺少標準化規(guī)范化 運行維護成本較高 等問題 需要我們不斷總結分析 改進措施 對此 結合多年園區(qū)智慧農業(yè)建設經驗與數字科 技應用成效 關于園區(qū)現代種業(yè)的可持續(xù)發(fā)展 建議 如下 一是因地制宜 科學規(guī)劃 立足長遠 科學制定 符合本園區(qū)智慧農業(yè)發(fā)展的建設方案 加大園區(qū)信息 化 智能化基礎設施建設 聯合相關部門提供長期的政 策與財政支持 加快園區(qū)現有設施設備 智改數轉 推進農科園區(qū)大數據中心建設 推動稻麥 水產 蔬菜 等重要農產品全產業(yè)鏈與數字科技的深度融合 二是壯大懂農業(yè) 懂技術 愛農村的人才隊伍 充分挖掘新業(yè)態(tài)新模式 大力引進復合型人才 積極 發(fā)展 互聯網 農業(yè) 平臺 縮短農村供應市場與城市 消費市場的距離 尤其在疫情當下 電商直播平臺為 優(yōu)質農產品的銷售提供了廣大市場 要進一步抓住這 一發(fā)展機遇 讓廣大有志青年懷揣新知識 新本領 新技能投身到智慧農業(yè) 休閑農業(yè) 共享農業(yè) 互聯 網農業(yè)等新產業(yè)新業(yè)態(tài) 激發(fā)鄉(xiāng)村振興的內生動力 三是推動農業(yè)標準化 數字化與科技創(chuàng)新融合發(fā) 展 高標準建設農田 池塘 牧場及設施園藝 加快 智慧農業(yè)行業(yè)標準制定 建立健全現代農業(yè)全產業(yè)鏈 標準 加強數字鄉(xiāng)村標準化建設 完善農業(yè)農村標準 化服務與推廣平臺 推進地方特色產業(yè)標準化 在人 工智能 基因技術 區(qū)塊鏈技術等新型領域 更要重 視并參與農業(yè)標準化制定 強化標準核心技術指標研 究 將農業(yè)標準制定作為園區(qū)科技成果的重要內容 提高本單位在國內的行業(yè)話語權 6 品牌建設 常熟市現代種業(yè)工程屬于2021年省級農業(yè)農村重 大項目要害工程 2022年4月項目建成后 對當地提高 糧食單產和品質 優(yōu)化種業(yè)資源配置 推廣應用優(yōu)質 高產稻 麥品種 保障農業(yè)生產用種安全和糧食安全 有著重要意義 2022年7月26日 農業(yè)農村部副部長張 桃林來園調研種業(yè)振興時表示 常熟市圍繞種業(yè)振興 工作 依托育種優(yōu)勢 加快育繁推一體化協同發(fā)展走 在前列 園區(qū)依托 常優(yōu) 大米等名優(yōu)農產品 以農業(yè)主 導產業(yè) 特色產業(yè)為背景 以科技創(chuàng)新為紐帶 以地 域文化為支撐 以旅游創(chuàng)意為特色 以樂享生活為 目標 大力實施優(yōu)質品牌發(fā)展戰(zhàn)略 加快推進規(guī)模 化生產 標準化管理 市場化運營 打造以品牌價值 為核心的現代農業(yè) 園區(qū)緊扣國家十四五規(guī)劃 加強 種質資源保護利用和種子庫建設 確保種源安全 建成自動化節(jié)水灌溉稻麥制繁種基地 不斷推進自主 知識產權水稻種子育繁推一體化建設 助力國家糧食 安全 園區(qū)農發(fā)公司子公司常熟市種業(yè)有限公司取得 農作物種子生產經營許可證 該證是常熟市頒發(fā)的首 張種子生產經營許可證 也是蘇州地區(qū)唯一頒發(fā)的國 有企業(yè)種子生產經營許可證 園區(qū)重點科研單位常熟 市農科所長期從事水稻新品種試驗 選育及推廣工 作 擁有水稻種質資源1萬份以上 先后育成 太湖 粳 常農粳 常優(yōu) 系列共計38個水稻新品種 在江 浙 滬 皖 鄂五省 市 累計推廣面積約 470萬hm 2 水稻育種全國領先 園區(qū) 常熟大米 榮 獲國家農產品地理標志證明商標 并被中國綠色食品 發(fā)展中心認定為綠色食品A級產品 同時園區(qū)建立 小 農人 科普實踐站 通過舉辦水稻插秧主題親子研學 體驗 紅色農耕實踐課堂等活動 展示農耕文化 體 驗農事樂趣 打響常優(yōu)品牌 常熟市現代種業(yè)基地先后被江蘇農村經濟 人民 網 新華日報等官媒紛紛報道點贊 下階段 園區(qū)將 進一步完善智慧種業(yè)示范生產場景建設 推廣應用智 能農機裝備與技術 實現種業(yè)生產作業(yè)精準化 信息 化 智能化管理 全力打造天空地一體化 耕種管收 儲加工全程無人化的智慧農場 助力常熟種業(yè) 芯 片 智慧升級 譜寫現代種業(yè)振興新華章 參考文獻 1 張海琛 古田縣品牌農業(yè)建設的調查與思考 J 上海農 業(yè)科技 2011 5 12 2 劉生瑞 環(huán)縣特色農產品 J 農業(yè)科技與信息 2012 24 11 13 3 劉曉青 劉陽 江西農業(yè)供給側改革的成效 問題與對 策 J 中國國情國力 2017 5 37 40 4 李偉越 艾建安 杜完鎖 等 智慧農業(yè) M 北京 中國農 業(yè)科學技術出版社 2019