国内水稻智慧农业的发展现状_陈文德.pdf

nullnull 农业开发与装备 2025年第11期 智能技术 国内水稻智慧农业的发展现状 陈文德 广州新科睿斯生物科技有限公司 广东广州 510000 摘要 随着大数据 智能机器人 物联网等先进技术 大力发展 以及近年来农业人口的短缺 智慧农业生 产逐步成为近年来国家发展的重要一环 而水稻作为 国内最主要的粮食作物之一 其生产过程的数据化 智能化 自动化更是农业生产的重中之重 从水稻生 产过程中的农情信息智能感知 农情分析决策 智慧 生产作业 农业生产管理大数据中心等方面在智慧农 业上的发展情况进行简述 综合概括了目前国内水稻 智慧农业生产逐步从数据化走向智能化 无人化的发 展现状 关键词 水稻 智慧农业 无人化 1 国内外智慧农业发展现状 1 1 国外智慧农业发展现状 随着大数据技术 智能机器人等先进技术的迅速 发展 美国 日本 以色列等发达国家逐渐发展出一 套适合自身农业发展模式的智慧农业种植模式 美国 依靠其农业规模较大的优势 利用物联网技术等迅速 实现农业信息化 建立出一套信息化 智能化农业体 系 日本则专注于发展精简农业 集约农业 通过大 力发展温室 农业机器人等农业设施设备 实现智慧 化高效高值农业的运作 1 1 2 国内智慧农业发展现状 近年来 国家越来越重视智慧农业的发展 2021年 国家发布中央一号文件 中共中央 国务院关于全面 推进乡村振兴加快农业农村现代化的意见 农业农 村部发布 关于落实好党中央 国务院 2021 年农业农 村重点工作部署的实施意见 共同提出要加快发展 智慧农业 加强高标准农田建设 大力推进农业机械 化 强化农业科技支撑服务 建立农业农村大数据体 系 2022年中央一号文件 中共中央 国务院关于做 好2022年全面推进乡村振兴重点工作的意见 继续提 出大力推进发展智慧农业 在国家政策支持下 国内智 慧农业行业逐渐发展出一批高新技术企业 在农业物联 网技术 智能农业装备等领域开拓出新市场 逐渐实现 农业信息化 朝着农业智能化 智慧化发展 2 国内水稻智慧农业 水稻智慧农业生产过程中 主要可以分为农情信 息智能感知 农情分析决策 智慧生产作业三个步 骤 首先是对农情信息如环境信息 病虫草害信息 作物长势信息进行监测和提取 然后通过决策中心对 收集到的农情信息进行智能化识别分析 对病虫草 害 气象灾害等情况做出合理判断 形成病虫草害防 治方案 处方图等分析结果 并给出相应的作业指 导 根据决策结果进行对应的农事措施 同时作业过程 实时进行监管 将作业质量等情况反馈到决策中心 2 1 农情信息智能感知 农情信息感知在水稻生产过程中尤为重要 在现 代智慧农业生产中 可以通过智能设备代替人进行信 息感知 通过遥感技术进行农情监测 通过气象站监 测气象数据 通过病虫害监测站监测病虫害发生情 况 通过无人机等设备监测作物长势 为后续的决策 分析提供了更加全面 更加准确 更加详细的信息 2 1 1 环境信息感知 气象感知技术目前已经较为成熟 市面上生产的 大部分气象仪能够监测空气温湿度 降雨量 风速 光照强度等气象数据 同时提供气象预测预报 在防 范气象灾害上有显著成效 有效支撑了水稻整个生育 周期的肥水管理和灾害预防 土壤的含水量 大量元素含量等因素极大地影响 着水稻的分蘖率 结实情况 目前水稻土壤监测仪器 大部分能够有效监测土壤中的含水量 电导率等数 据 但对于水稻生长的辅助作用较小 且对于土壤中 大量元素含量 微量元素含量等信息无法实时监测 对于土壤中有机质含量 有效态成分等信息的监测 收集和分析尚处于开发研究阶段 2 2 1 2 作物生长信息感知 科学院建立的 中国农情遥感速报系统 CropWatch 现已发展成为 全球农情遥感速报系 统 CropWatch 形成了对植被健康指数等作物长 势监测 耕地种植情况监测等体系化全链条的农情遥 感检测体系 3 同时 市面上多家农业企业也陆续推出 农情遥感相关产品 如中化现代农业有限公司推出的 作者简介 陈文德 1996 男 大学本科 助理农艺师 研 究方向 水稻栽培 育种 植保 nullnull 农业开发与装备 2025年第11期智能技术 MAP智农 手机APP能够实现对作物长势 冠层水分 等的农情遥感 目前 农情遥感技术已经趋于成熟 在水稻智慧农业生产中 可以通过无人机代替巡 田工作 目前无人机生产企业如深圳市大疆创新科技 有限公司 广州极飞科技股份有限公司等已经研发出 农业飞巡无人机和配套的智慧农业体系 2023年 深 圳市大疆创新科技有限公司推出DJI Mavic3多光谱版 能够实现智能定点巡田和多光谱分析 配合大疆智图 和大疆智慧农业平台生成 NDVI 植被指数图 捕捉作 物长势差异 2 1 3 病虫草害信息感知 在智慧农业生产中 水稻田通常采用无人机 虫 情监测站 孢子仪等智能化设备进行病虫草害感知 通过无人机遥感技术 可以对水稻病害 虫害 草害 信息进行采集 搭载数码相机 红外相机 多光谱相 机等进行低空拍照 基于图像识别 机器学习等方 式 实现对水稻病虫草害的识别诊断 4 除了低空遥感感知病虫草害以外 目前水稻生产 上还通过虫情监测站 孢子仪等实现对病虫害的监 测 目前的水稻虫情监测站已经比较成熟 基本上都 是通过诱虫灯采集虫体 对虫体进行图像识别的方式 进行虫害识别 能够识别稻纵卷叶螟 稻飞虱等水 稻主要害虫 为水稻植保提供有效支撑 在病害识别 上 也是通过采集病菌孢子 对孢子高清拍照的方式 进行图像识别 能够识别出稻瘟病 纹枯病等病原孢 子 目前 孢子仪在水稻种植上仍存在其局限性 尚 未实现大面积应用 2 2 农情分析决策 在收集到田间的气象 病虫害 作物长势等信息 后 现代水稻智慧化生产可以应用AI算法进行识别 分析 乃至做出决策 形成植保作业处方图 农机调 度方案等指令 2 2 1 智能识别分析 在水稻智慧农业生产中 对水稻长势 病虫害的 智能识别分析主要基于计算机视觉技术 包括可见光 成像 多光谱等不同波长波段的光谱 通过高空遥 感 低空无人机遥感 田间智能设备采集等多种方式 收集光谱数据 结合归一化差异植被指数 NDVI 叶面积植被指数 LAI 等参数进行分析 正确判断 水稻当前的长势和病虫害发生情况 根据分析结果判 断需要采取的相对应的农事措施 目前已经有多种算 法能够对采集到的光谱数据进行解析 演算出相应结 论 如王泽等提取无人机和田间固定相机图像 通过 图像处理 三维建模和机器学习自动测算出田间水稻 冠层参数 5 2 2 2 农情智能决策 结合气象数据 土壤墒情 病虫害预警等信息 构建农情智能决策模型 能够精准制定灌溉 施肥 施药等管理方案 助力水稻高效 优质生产 目前 农业无人机作业过程中 基本上采用的是 定时定量喷洒或播撒的方式进行作业 在地力不均匀 的地块容易出现长势不均匀的现象 而在智慧农业 生产中 通过多光谱数据监测归一化差异植被指数 NDVI 等作物长势相关数据 形成无人机作业处方 图 能够实现变量施肥施药 有效提高了肥料和农药 利用率 当前 已有大量关于无人机变量施肥施药的 研究 如于丰华等采用无人机高光谱技术建立水稻处 方图 进行水稻无人机精准施肥 6 市面上应用较多的 大疆农业无人机和极飞农业无人机也在无人机作业处 方图的方向上有所研究和应用 大型水稻生产农场在实际生产中 通常会涉及农 机作业调度和作业质量监管的问题 智慧农业生产通 过建立农机调度平台 集合农机和农机手信息 构 建农机调度模型 辅助或自主进行农机调度决策 同时在农机作业过程中 实时监测作业质量 及时反 馈到作业平台进行调整或整改 目前 在农机作业 调度上 已经有很多研发机构和农机生产厂家进行 研发 如谢婷婷等等设计了基于遗传算法 Genetic algorithm GA 的农机作业调度系统 智能生成农机 调度方案 7 2 3 智慧生产作业 智能农业设备是智慧农业生产中的关键一环 目 前市场上已经有相当多的智能农机 智能灌溉等智能 设备实现无人化 现代化作业 2 3 1 智能农机作业 大规模水稻生产中离不开插秧机 拖拉机 收割 机等农机具的使用 其智能作业的发展路径主要是从 辅助驾驶到无人驾驶再到全局协同作业的发展方向 目前国内大型农场的农业机械都已经安装了北斗导航 系统 能够辅助驾驶 减轻驾驶员劳动量 国内研发 机构如华南农业大学 上海交通大学 中国农业大学 等单位相继研发出农机自动驾驶系统 能够实现农机 导航 路径规划 自主避障 农具控制 多机协同 等 8 9 在水稻生产上 目前主要采用在原有农机基 础上进行加装或改装成自动驾驶系统的方式实现自动 化 技术比较成熟 能够实现在水稻生产上的全程无 nullnull 农业开发与装备 2025年第11期 智能技术 人农机作业 2020年 华南农业大学在广州增城设立 无人农场 取得了优异的成效 10 在农业无人机出现后 其便捷性 高效性使得农 业无人机行业迅速发展 逐步替代了部分传统农机的 作业任务 我国的农业无人机行业发展一直处于世界 领先地位 其中以深圳市大疆创新科技有限公司和广 州极飞科技股份有限公司为领头企业 这两家企业生 产的农业无人机近年来逐步实现了路径规划 自动避 障 高精度喷洒 播撒等全自动作业 有效实现了水 稻生产过程中直播 植保 施肥等作业的无人化 同 时 羽人无人机 珠海 有限公司还开发出了多旋翼 水稻精量直播无人机 深圳天鹰兄弟无人机创新有限 公司开发出了油电混动多旋翼农用无人机 更加丰富 了农业无人机的应用场景 2 3 2 智能灌溉 水稻生产过程中全程需水 因此其水分管理也是 水稻栽培过程中的重中之重 近几年来随着高标准农 田的建设 国内大型农场基本实现了进排水渠的硬 化 部分农场配备了智能灌溉系统 在田块进排水口 设置进排水闸阀 通过远程控制的方式 控制闸阀的 开启和关闭 实现稻田灌溉的远程控制 同时在田间 设置水位监测系统 能够实时监测水位高度 与智能 闸阀进行联动后 通过后台设置进排水水位高度 实 现自动进排水 11 但目前在水位监测过程中 因稻田 整田高度不一致等原因 无法实现水位一致 因此水 位监测可能存在监测数据不准确的情况 2 4 农业生产管理大数据中心 通过建立农情信息智能感知系统 农情分析决策 系统 智慧生产作业系统 整合形成农业生产管理大 数据中心 是水稻智慧农业种植的主要发展趋势 大 数据中心统筹管理水稻智慧农业生产过程中的栽培管 理 病虫害防治 水肥管理等项目 总览农事 农 机 灌溉等种植过程中的各个方面 如赵晴等应用农 业物联网 决策模型 大数据等技术 构建了大田作 物智慧生产综合服务平台 实现物联网环境感知 氮 肥决策 农情遥感服务 水氮智能管理 虫害监测预 警等服务 12 3 结语 在物联网 农业机器人 大数据等新兴技术的快 速发展下 水稻智慧农业发展迅速 已经基本实现农 业生产的数据化 智能化 通过对环境 病虫草害 作物长势等数据的感知 结合智能化决策意见 进行 无人农机作业 无人机作业 智能灌溉等 同时构建 农业生产管理大数据中心 对稻田进行数据化综合管 理 实现智慧生产 但目前水稻大规模生产上仍未能 实现真正意义上的无人农场 且智慧农业应用较少 各个稻区之间耕作方式不一 导致智慧农业生产模式 难以套用 因此需要根据当地的水稻生产方式 结 合实际进行智慧农业生产应用 实现水稻生产的智慧 化 无人化 这也是未来水稻种植智慧农业的主要发 展方向之一 参考文献 1 刘建波 李红艳 孙世勋 等 国外智慧农业的发展经验及 其对中国的启示 J 世界农业 2018 11 13 16 2 岳学军 蔡雨霖 王林惠 等 农情信息智能感知及解析的 研究进展 J 华南农业大学学报 2020 41 6 14 28 3 吴炳方 张淼 曾红伟 等 全球农情遥感速报系统20年 J 遥感学报 2019 23 6 1053 1063 4 兰玉彬 邓小玲 曾国亮 无人机农业遥感在农作物病虫 草害诊断应用研究进展 J 智慧农业 2019 1 2 1 19 5 王泽 周钦阳 刘聪 等 基于无人机和地面图像的田间水 稻冠层参数估测与评价 J 作物学报 2022 48 5 1248 1261 6 于丰华 曹英丽 许童羽 等 基于高光谱遥感处方图的寒 地分蘖期水稻无人机精准施肥 J 农业工程学报 2020 36 15 103 110 7 谢婷婷 基于GA的农机作业调度研究与应用 D 武汉 武 汉理工大学 2015 8 罗锡文 廖娟 臧英 等 我国农业生产的发展方向 从机 械化到智慧化 J 中国工程科学 2022 24 1 46 54 9 尹彦鑫 孟志军 赵春江 等 大田无人农场关键技术研究 现状与展望 J 智慧农业 中英文 2022 4 4 1 25 10 罗锡文 廖娟 胡炼 等 我国智能农机的研究进展与无人 农场的实践 J 华南农业大学学报 2021 42 6 8 17 11 骆静 水稻大田智能灌溉系统的设计与应用 J 现代农业 2020 6 6 8 12 赵晴 李国强 胡峰 等 大田作物智慧生产综合服务平台 构建与应用 J 农业大数据学报 2021 3 4 29 39