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党 的十九大报告指出 农业农村农民问题是关 系国计民生的根本性问题 必须始终把解决 好 三农 问题作为全党工作重中之重 中共中 央国务院关于坚持农业农村优先发展做好 三农 工作的若干意见 强调 发展壮大乡村产业 拓宽 农民增收渠道 需要实施数字乡村战略 深入推进 互联网 农业 扩大农业物联网示范应用 当前 我国传统农业存在以下不足 一是科技 含量低 环境控制能力低 栽培管理主要靠经验 与数量化和指标化生产管理的要求相差甚远 二是 设施水平低 农业机械的配套水平不高 机械化作 业水平低 生产仍以人力为主 劳动强度大 三是 管理水平低 我国还没有建立起与市场相适应的运 行管理机制 仍然以经验的和粗放的管理手段为主 政府为改善传统农业存在的问题 出台了支 持农业农村现代化的相关政策 例如 2021年8 月出台的 广东省推进农业农村现代化 十四五 规划 提出 广东省将建设农业人工智能装备研究 中心 打造 10 个粤港澳大湾区无人农场 建设 5G 智慧农业试验区 科创园 5G 物联网 大数据 为智慧农业赋能 针对传统农业面临的不足 5G与物联网 云计算 大数据等新技术深度融合 构建基于 5G 和物联网的智慧农业大数据管理平台 可以 为智慧农场 智慧农机 智慧林业 智慧畜牧 智慧渔场 5G 联网无人机喷洒农药 远程农业 直播 数字乡村等智慧农业相关应用场景赋能 平台通过 5G 和物联网技术实时获取农业各层面 数据 利用边缘云的近端实时计算能力和中心 云强大的计算和存储服务性能 可对农作物海 量数据进行分析处理 从而挖掘出有用的信息 在微服务架构下 开发者对智慧农业大数据管 理平台的各个功能进行模块化处理 实现云平 台统一管控 后台基于边缘云平台与现场终端 设备采集的数据 能有效进行农事信息分析处 理和农业管理决策 为农业园区提供相应的 AI 能力和定制化的管理服务 农场主在农作物现场部署多个不同类型的 传感器 可采集农作物生长过程 种植土壤等 数据 利用 5G 切片和物联网将数据传送到近端 移动边缘计算 MEC 云平台 可实现近端计算 和存储 从而提高远程控制农机设备的实时性 并缓解网络压力 防止海量数据在网上传输造 成拥塞 将多个农业应用子系统部署于中心云 上 由中心云集中分析计算存储 可实现农业 大数据管理 网络拓扑如图1所示 基于 5G 和物联网的 智慧农业大数据管理平台 文 陈 菁 刘靖永 钱 炜 目前 我国农业正处在数字化转型发展阶段 对智慧农业的需 求日趋迫切 5G与物联网 云计算 大数据深度融合 能有效为 智慧农业平台提供基础 通过5G和物联网实时获取农业各个层面 信息 利用云服务分布计算存储性能对数据分析处理 可提升大数 据平台应用价值 为农业园区提供相应的 AI 能力和定制化管理服务 实现农业数字化 null 张江科技评论 2022 1 智慧农业大数据管理平台通过对农业园区 5G 视 频监控 农田微环境监测 农作物生理监测 可满足 农作物生长信息和数字平台同步 从而实时管控农作 物的生长 5G 网络和农业监测等物联网设备还可实 现智能预警 农作物品质管控 输出分析报告等功能 能帮助用户随时随地掌握农作物生长状况 环境变化 趋势和病虫害智能识别与预警 5G 农业大数据管理 平台对温室内光照 温度 湿度 二氧化碳含量和土 壤温湿度进行智能化实时监测 并对采集数据进行分 析处理 可对温室的风机 加湿器 补光系统 水泵 等自动化设备进行控制 从而实现整个温室的智能化 自动控制 并能根据作物生长环境信息智能化提供特 定的营养补充 保证农作物良好的生长环境 使农业 园区无人化及自动化 降低人力成本 提高效率 智慧农业大数据管理平台架构 智慧农业大数据管理平台可结合当地农业的实 际生产情况 以 5G 网络 云计算 物联网 大数据 为技术支撑 能有效采集视频监控 天气监测 水氧 含量 酸碱度 重金属含量等信息 进行数据的汇集 和分析处理 提供智慧农业的服务 平台整体架构包 括设备层 网络层 平台层和应用层 设备层是网络层中农业传感器等终端连接或访 问的部分 5G 网络接入层利用无线接入技术作为传 输基础 通过 5G 转 Wi Fi 或者窄带物联网 NB IoT 的方式实现与无线终端连接 提供大带宽 广域覆盖 高可靠性 超低延时的网络连接 网络层提供高速带宽 超高吞吐量 超低延时 超高可靠性的网络数据传输服务等 保障设备连接的 网络环境 主要涉及 5G 和物联网 平台层从应用的基础平台架构进行建设 包含 农业物联网 数据服务 农产品推广运营平台 农业 物联网平台能够有效整合应急管理系统 监测数据分 析 标准化种植 农业地理信息系统等 为数据平台 提供有效的 AI 分析 AI 决策 AI 预测等 进而为电 商平台 销售产业链等提供更好的服务 应用层从顶层应用服务出发 具体为农业的各 种服务应用 为农户 农产品电商等提供优质的服务 如环境监测预警 标准化种植 视频监控 安全溯源 病虫害监测预警 水肥一体化管理等 基于 5G 物联网 大数据 的 智慧农业平台应用系统 智慧农业平台应用系统包括产业园标准化生产 管理子系统 农作物 5G 视频监控子系统 农田微环 境监测子系统 农作物生理监测子系统 展示中心智 能温室控制子系统 农作物病虫害智能识别子系统 农作物质量安全溯源管理子系统等 产业园标准化种植子系统 产业园标准化种植子系统可通过物联网传感器 和 5G 网络 对农业生态中的各关键因子 如温度 湿度 光照 土壤含水量等进行数据采集 监测和管理 根据这些参数 中心云平台借助人工智能和大数据 进行综合大数据建模 构建知识图谱等 实现农业生 图1 网络拓扑示意 视野 探索 DISCOVERYVISION null 张江科技评论 2022 1 态的数据化 网络化 智能化 帮助农资人和企业实 现标准化种植 农作物5G视频监控子系统 农业园区地广 监控覆盖范围较大 较偏远区 域的视频监控可以结合 5G 高带宽 低延时的技术特 点 采用 5G 无线传输技术 通过 5G 通信模块连接前 端摄像头 实现视频监控快速布设 实时回传视频信 号 用户只需要通过手机或者电脑就可以对农作物产 业园的情况进行远程查看 管理人员可以做到远程轻 松监控 管理作业生产 此外 系统利用视频图像和 防盗周界电子围栏可对人员非法闯入进行预警 支持 农作物病虫害监测 农作物生长情况监测等 与病虫 害 灾情等系统联动结合 对突发或虫害情况进行预 警 农田微环境监测子系统 农田微环境监测系统由墒情传感器 灾情摄像 机 虫情测报灯 农作物生理生态监测仪以及预警预 报系统 信息管理平台组成 各级用户通过 5G 访问 该系统 对每个监测点的病虫状况 农作物生长情况 灾害情况等农作物生长过程重要参数进行实时监测 管理 该子系统联动农作物标准化管理知识 灾害指 标 虫害图库等模块 对农作物实时远程监测与诊断 提供智能化 自动化管理决策 是农户的 千里眼 和 听诊器 农作物生理监测子系统 该农作物生理监测系统由监测部分 采集部分 传输部分组成 对农作物生理指标的实时监测可通过 5G 传输到系统平台形成农作物生理轴线图 为数据 分析提供参考 该系统可以根据客户的需要添加或减 少传感器 可长期监测农作物生理变化 使农作物 说 出自己真实需求 从而实现对农作物生长环境 的高效优化管理 为提高果实品质增加科学管理环节 智能温室控制子系统 该系统可实现对温室内光照 温度 湿度 二 氧化碳含量和土壤温湿度实时监测 通过 LED 大屏幕 显示出来 系统对采集数据进行分析处理 可对温室 中的风机 加湿器 补光系统 水泵等自动化设备进 行实时控制 以最低能耗打造农作物最佳生长环境 用户通过手机 App 可以实时查看环境信息 环境信息 预警 影像视频 各类参数设置 并对设备进行远程 控制 农作物病虫害智能识别子系统 针对农作物病虫害生态防控需求 利用远程拍 照式巡航无人机 远程视频监控系统 手机 App 拍照 识别等方式 5G 病虫害识别模型 智能决策系统可 通过终端设备提取图像数据 基于 5G 将数据自动上 传至 MEC 边缘云或中心云服务器 该系统通过云端图 像信息库及 AI 分析功能 实时分析田间农作物的病 虫害情况 自动诊断识别病虫害 联动病虫害知识 库及专家系统可实现专家远程咨询诊断 对病虫害 灾害进行预防 对种植进行科学的农技指导 农作物质量安全溯源管理子系统 质量安全溯源管理子系统对种植生产过程进行 信息记录 规范产业园生产种植行为 提高生产者和 管理者的质量安全意识 完成对生产作业计划 生产 农事作业 投入品等的全过程追溯管理 联网农场 是农业的未来 物联网思维正在 改变着日常的农业实践 5G 和物联网的应用有助 于增加整个农业价值链的营业收入 因而已经成为 农业发展的主要方向 利用 5G 和物联网提供的实 时数据 农场主可以随时随地获取其资产的最新信 息 包括农作物 机械和市场等 当前 随着 5G 的发展和普及 网络的智能程度和安全性在不断提 高 农业的未来在于5G NB IoT等无线连接 MEC 边缘云平台近端处理和中心云大数据平台的 深度分析计算 应用层各系统归集各类农机设备及 终端的海量数据 完成大数据收集 分析 汇总 呈现 最大限度地提高农业生产效率和农业数字化 智能化水平 陈菁 就职于广州航海学院 获广东省工程咨询 一等奖 二等奖等多项荣誉奖项 具备丰富的行业应 用和项目技术管理经验 刘靖永 博士 就职于中国联合网络通信有限公 司广州市分公司 主要研究方向为 5G 网络技术及行 业应用 钱炜 就职于中国联合网络通信有限公司广州市 分公司 有多年的行业应用支撑工作经验 null 张江科技评论 2022 1
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