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青年科學(xué)家論道“互聯(lián)網(wǎng)+未來(lái)農(nóng)業(yè)裝備”
發(fā)布時(shí)間:2017/9/5 8:41:50  瀏覽次數(shù):3987

“這是最好的時(shí)代,也是最壞的時(shí)代”,今天我國(guó)的農(nóng)機(jī)行業(yè),也進(jìn)入了一個(gè)矛盾發(fā)展的階段。一方面,在國(guó)家一系列強(qiáng)農(nóng)惠農(nóng)富農(nóng)政策推動(dòng)和農(nóng)業(yè)發(fā)展需求拉動(dòng)下,我國(guó)農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平快速提升;另一方面,農(nóng)機(jī)工業(yè)進(jìn)入深度調(diào)整期,農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)缺失、農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合不足、產(chǎn)業(yè)集中度低、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力弱等問題突出,創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)型升級(jí)需求迫切。8月23—24日,在2017中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)第314次青年科學(xué)家“互聯(lián)網(wǎng)+未來(lái)農(nóng)業(yè)裝備”論壇上,一群行業(yè)精英青梅煮酒,論道當(dāng)農(nóng)機(jī)遇到“互聯(lián)網(wǎng)+”,探討農(nóng)機(jī)行業(yè)在“互聯(lián)網(wǎng)+”大潮中的何去何從。

關(guān)于未來(lái)農(nóng)業(yè)與智能農(nóng)機(jī)裝備

中國(guó)農(nóng)機(jī)院科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展部研究員呂黃珍:

目前,我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨沒人和沒利兩大難題。截至2015年,我國(guó)農(nóng)村人口為6.06億,比2010年減少6500萬(wàn)人,年均減少1300萬(wàn)人,農(nóng)村人口比例由50.05%下降到44.12%。

2015年,我國(guó)糧食總產(chǎn)6.21億噸,進(jìn)口1.25億噸,進(jìn)口占總產(chǎn)量的20.1%,同比增加24.2%,糧食進(jìn)口總量比2010年翻了一倍多;大米、小麥、玉米等主糧價(jià)格均超過國(guó)際市場(chǎng)價(jià)格的50%,糧棉油糖等大宗農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)口到岸價(jià)每噸比國(guó)內(nèi)低1000元,例如,大豆每噸收購(gòu)價(jià)4100元左右,阿根廷大豆在中國(guó)分銷價(jià)3100元。按年人均糧食450千克計(jì)算,如果2020年我國(guó)人口達(dá)到16億,則需糧食總量為7.2億噸,但目前我們還缺口1億噸左右。

因此,未來(lái)農(nóng)業(yè)要討論和解決的是由誰(shuí)來(lái)種地、怎樣種地,農(nóng)機(jī)行業(yè)怎么樣和怎么辦的問題。

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的根本出路在于機(jī)械化。當(dāng)前,中國(guó)已經(jīng)成為世界第一農(nóng)機(jī)制造和使用大國(guó)。在經(jīng)過十年黃金發(fā)展期后,中國(guó)農(nóng)機(jī)工業(yè)總產(chǎn)值年均增幅在2014、2015、2016年分別為8.55%、7.4%和5.8%,進(jìn)入了深度調(diào)整期。2017年1-4月,2396家以上農(nóng)機(jī)企業(yè)中有270家出現(xiàn)虧損,行業(yè)固定資產(chǎn)計(jì)劃投資額同比下降11.04%,拖拉機(jī)、收獲機(jī)、飼料機(jī)械產(chǎn)量不同程度下滑、農(nóng)機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)出現(xiàn)標(biāo)志性變化,產(chǎn)銷兩不旺。

目前,我國(guó)農(nóng)機(jī)發(fā)展存在幾個(gè)問題:一是機(jī)械化發(fā)展不平衡,綜合生產(chǎn)效率低,機(jī)械化主要集中在糧食作物及其耕種收環(huán)節(jié),而林果、經(jīng)濟(jì)作物、養(yǎng)殖、丘陵山地等關(guān)鍵設(shè)備缺失;二是重田間、輕產(chǎn)后,產(chǎn)后損失嚴(yán)重,增產(chǎn)不增收,配套體系不完善;三是信息化、智能化等高端農(nóng)機(jī)領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)力不足,規(guī)模農(nóng)場(chǎng)使用的高端農(nóng)機(jī)裝備大量依賴進(jìn)口。

我國(guó)的農(nóng)機(jī)發(fā)展必須符合實(shí)際需要,具有強(qiáng)適性、高效率、高質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn),由產(chǎn)中向產(chǎn)前和產(chǎn)后延伸,由主要糧食作物向優(yōu)勢(shì)經(jīng)濟(jì)作物發(fā)展,由種植業(yè)向養(yǎng)殖與加工業(yè)拓展,由關(guān)鍵環(huán)節(jié)裝備向全程裝備配套,由農(nóng)業(yè)應(yīng)用向全面裝備農(nóng)業(yè)和農(nóng)村發(fā)展,促進(jìn)增產(chǎn)增效、資源節(jié)約與環(huán)境友好。

關(guān)于未來(lái)新型智慧農(nóng)業(yè)

北京新型智慧農(nóng)業(yè)研究院院長(zhǎng)陳袁華:

當(dāng)前,我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化、工場(chǎng)化的生產(chǎn)需求,這就為智慧農(nóng)業(yè)帶來(lái)前所未有的增長(zhǎng)機(jī)遇。

據(jù)測(cè)算,從2017年到2010年,我國(guó)所有智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)體系集成的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)層級(jí)將會(huì)有至少20%的年均復(fù)合增長(zhǎng)率。從消費(fèi)者角度來(lái)看,物聯(lián)網(wǎng)的真正價(jià)值,在于其最好的兩層級(jí)數(shù),即服務(wù)和物聯(lián)網(wǎng)分析及應(yīng)用。預(yù)計(jì)到2020年,兩者將占物聯(lián)網(wǎng)整體增長(zhǎng)的60%,剩下的各層技術(shù)——身份識(shí)別與安全、物聯(lián)網(wǎng)骨干(云和平臺(tái))、通信和物聯(lián)技術(shù)則是助力因素,增長(zhǎng)潛力較低。

到2020年末,行業(yè)企業(yè)將會(huì)在物聯(lián)網(wǎng)上花費(fèi)近2500億歐元,他們需要知道哪些智慧農(nóng)業(yè)體系集成物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將會(huì)產(chǎn)生最大的價(jià)值。想要做出正確決定,就要知道如何用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)具體的商業(yè)挑戰(zhàn),識(shí)別出未來(lái)智慧農(nóng)業(yè)體系中一系列物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景。

企業(yè)在設(shè)備失靈或出現(xiàn)故障的時(shí)候,不可避免地要遭受時(shí)間和金錢的損失。很多企業(yè)就算沒有任何維護(hù)的需要,每年也都為了遵守固定的維護(hù)時(shí)間而花費(fèi)資金,同時(shí)其設(shè)備供應(yīng)商也會(huì)進(jìn)行常規(guī)的電話回訪。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以預(yù)測(cè)和檢測(cè)出設(shè)備何時(shí)需要維護(hù),減少或消除計(jì)劃外的停機(jī)時(shí)間,延長(zhǎng)維護(hù)周期并減少成本。

聯(lián)網(wǎng)工廠和生產(chǎn)基地可以采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)流程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和優(yōu)化,自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整來(lái)提升質(zhì)量和效率、減少浪費(fèi)。

并且,物聯(lián)網(wǎng)可以讓用戶對(duì)于庫(kù)存和供應(yīng)鏈的狀態(tài)有更深入的掌握,跟蹤庫(kù)存地點(diǎn)和狀態(tài),包括溫度、濕度和損壞情況等。用戶在具備了整個(gè)供應(yīng)鏈上監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的能力后,可以增加處理和響應(yīng)時(shí)間,減少缺貨和庫(kù)存積壓的情況,并改善適時(shí)生產(chǎn)流程。

物聯(lián)網(wǎng)的智能儀表傳感器非常適合用來(lái)增加系統(tǒng)效能。例如,這些傳感器可以增加任務(wù)完成的透明度,還能提供行管信息來(lái)幫助減少工作站之間的傳送時(shí)間,同時(shí)也可以用在裝配區(qū)域,以幫助識(shí)別產(chǎn)品狀態(tài)及定位工具、配件和原料。如果將農(nóng)業(yè)機(jī)械上配置新型傳感器、無(wú)線聯(lián)網(wǎng)和車內(nèi)處理系統(tǒng),其互聯(lián)性將大大提高。聯(lián)網(wǎng)農(nóng)機(jī)具有更好的導(dǎo)航能力、安全性能和舒適性。在未來(lái)的5—10年,聯(lián)網(wǎng)農(nóng)機(jī)的部分功能將日趨成熟。

物聯(lián)網(wǎng)在遠(yuǎn)程病蟲害監(jiān)測(cè)方面也發(fā)揮著重大作用,可以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控生產(chǎn)基地病蟲害的發(fā)生狀況、改善主糧品種的健康狀況并降低治療成本。

關(guān)于我國(guó)南方農(nóng)機(jī)化技術(shù)發(fā)展

湖北省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程研究設(shè)計(jì)院院長(zhǎng)陳源:

目前,我國(guó)南方旱地作業(yè)機(jī)械雖然應(yīng)用廣泛,但限于地塊小而使用受限;水田作業(yè)機(jī)械存在效率偏低,受地形影響大等問題;山地作業(yè)機(jī)械機(jī)具少,針對(duì)性裝備缺乏。我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化已進(jìn)入中級(jí)發(fā)展階段,但整體發(fā)展不平衡,主要體現(xiàn)在糧食作物機(jī)械化水平高,經(jīng)濟(jì)作物與特色作物機(jī)械化水平低;北方平原機(jī)械化水平高,南方丘陵地區(qū)機(jī)械化水平。

在“適度規(guī)模”條件下,農(nóng)業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)為統(tǒng)一耕作、規(guī);a(chǎn),新形勢(shì)下南方農(nóng)機(jī)技術(shù)需求為信息化、智能化。因此,未來(lái)南方農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究應(yīng)注重區(qū)域特色糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化模式及全程機(jī)械化裝備,要基于適度規(guī)模的南方特色作物農(nóng)藝研究進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備開發(fā)。

關(guān)于蔬菜智能化生產(chǎn)機(jī)械發(fā)展

河南科技大學(xué)研辦主任金鑫博士:

我國(guó)蔬菜種植面積一直保持穩(wěn)定,產(chǎn)量年均增長(zhǎng)0.5%,預(yù)計(jì)2026年將達(dá)到8.36億噸;而蔬菜食用消費(fèi)年均增長(zhǎng)1.5%,預(yù)計(jì)未來(lái)10年將達(dá)到2.39億噸。需求的持續(xù)增長(zhǎng),促進(jìn)了我國(guó)蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。今年,我國(guó)加強(qiáng)了設(shè)施蔬菜、“南菜北運(yùn)”工程建設(shè),建立了國(guó)家特色蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系。總體來(lái)看,我國(guó)蔬菜生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展,均衡供應(yīng)水平提高,區(qū)域布局持續(xù)優(yōu)化,流通格局基本形成。

但我國(guó)蔬菜產(chǎn)業(yè)也存在種植模式局限性強(qiáng)、農(nóng)機(jī)裝備應(yīng)用難,農(nóng)資成本逐年攀升、價(jià)格優(yōu)勢(shì)持續(xù)難,生產(chǎn)環(huán)節(jié)管理粗放、蔬菜品質(zhì)保障難,規(guī);a(chǎn)程度低、種植效益提高難等問題。

與先進(jìn)國(guó)家相比,我國(guó)正處于由個(gè)體生產(chǎn)向集約化、規(guī);a(chǎn)的轉(zhuǎn)換期,雖然設(shè)施蔬菜發(fā)展迅猛,但種植農(nóng)藝、技術(shù)裝備和管理措施不統(tǒng)一,各環(huán)節(jié)技術(shù)發(fā)展不均衡,人工勞作與機(jī)械生產(chǎn)等多種手段并存。在美國(guó),37個(gè)州從事蔬菜生產(chǎn),生產(chǎn)布局區(qū)域化特征明顯。生產(chǎn)模式也呈現(xiàn)露地規(guī);⒃O(shè)施工廠化、庭院式種植,并實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化生產(chǎn),在主要環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了智能化管控,充分運(yùn)用衛(wèi)星導(dǎo)航、自動(dòng)駕駛、計(jì)算機(jī)輔助及智能傳感器等系統(tǒng),依托大數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行智能決策。再以日本為例,蔬菜為分散生產(chǎn),集中供應(yīng),設(shè)施生產(chǎn)占主導(dǎo)地位,集約化程度高,基本實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化。同時(shí),日本充分運(yùn)用機(jī)器人、信息感知與決策處理等技術(shù),指導(dǎo)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)。其嫁接機(jī)器人、葉狀蔬菜全自動(dòng)栽植機(jī)、根類蔬菜包裝機(jī)等居世界領(lǐng)先水平。

未來(lái),隨著品種品質(zhì)消費(fèi)的升級(jí),國(guó)民更加注重綠色優(yōu)勢(shì)安全生產(chǎn),我國(guó)蔬菜設(shè)施發(fā)展將面臨新的挑戰(zhàn),蔬菜設(shè)施亟待轉(zhuǎn)型升級(jí)。同時(shí),隨著以需求為導(dǎo)向的農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革推進(jìn),行業(yè)又迎來(lái)新的機(jī)遇,“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”助力生存方式變革和產(chǎn)業(yè)鏈重組,成為驅(qū)動(dòng)蔬菜生產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)力提升的新引擎。

關(guān)于現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)發(fā)展

《農(nóng)業(yè)工程》雜志執(zhí)行主編王艷紅:

物理農(nóng)業(yè)是相對(duì)于化學(xué)農(nóng)業(yè)而言的,是以電、磁、聲、光、熱等物理學(xué)原理為基礎(chǔ),應(yīng)用特定的物理技術(shù)處理農(nóng)產(chǎn)品或改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境,減少化肥、農(nóng)藥等化學(xué)品的投入,實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品增產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病和高效生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。物理農(nóng)業(yè)是與環(huán)境相和諧的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式,是產(chǎn)業(yè)鏈延伸型的農(nóng)業(yè)空間拓展路徑,是建設(shè)環(huán)境友好型新農(nóng)村社區(qū)的新理念。

物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)運(yùn)用于農(nóng)業(yè)發(fā)展的各個(gè)方面。例如種子電場(chǎng)處理技術(shù),通過模擬大自然的電場(chǎng)效應(yīng),使種子內(nèi)部正負(fù)電荷在播種前就有序排列,縮短種子在土壤里的萌發(fā)期,催動(dòng)種子較快發(fā)育。再如聲波助長(zhǎng)技術(shù),對(duì)植物施加一定頻率的聲波,當(dāng)聲波的頻率與植物本身生理系統(tǒng)的頻率一致時(shí),就會(huì)產(chǎn)生共振,從而提高植物活細(xì)胞內(nèi)電子流的運(yùn)動(dòng)速度,促進(jìn)各種營(yíng)養(yǎng)元素的吸收、傳輸和轉(zhuǎn)化,增強(qiáng)植物的光合作用,促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

但我國(guó)現(xiàn)代物理農(nóng)業(yè)工程發(fā)展尚處于起步階段,相關(guān)技術(shù)研究分散,總體科技水平不高:在技術(shù)研究上,基礎(chǔ)研究薄弱;在裝備研發(fā)上,企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小、科研能力弱、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、生產(chǎn)工藝和工業(yè)裝備落后,產(chǎn)學(xué)研體系脫節(jié);各項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用不平衡,地區(qū)之間技術(shù)推廣應(yīng)用發(fā)展不平衡。

針對(duì)以上情況,我國(guó)物理農(nóng)業(yè)工程技術(shù)發(fā)展應(yīng)在以下方面加強(qiáng):一是強(qiáng)化學(xué)科基礎(chǔ)建設(shè),加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究、科技研究與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的結(jié)合,增強(qiáng)學(xué)科隊(duì)伍建設(shè);二是加強(qiáng)科技創(chuàng)新力度,提升裝備生產(chǎn)能力,加快制定裝備生產(chǎn)和使用等方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);三是加大示范推廣力度,促進(jìn)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,建立科技示范基地,解決技術(shù)實(shí)用化、普及化的問題,加強(qiáng)宣傳,強(qiáng)化技術(shù)培訓(xùn)。

關(guān)于深度學(xué)習(xí)與人工智能

北京理工大學(xué)宇航學(xué)院副教授丁艷:

根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食生產(chǎn)報(bào)告,由于污染和侵蝕問題,發(fā)達(dá)國(guó)家自上世紀(jì)80年代中期以來(lái),農(nóng)作物生產(chǎn)面積持續(xù)下降。糧食短缺將會(huì)是人類文明面臨的最大問題之一。如何有效利用規(guī)劃有限資源,對(duì)于提高生產(chǎn)能力至關(guān)重要。解決問題的答案就是傳感器、機(jī)器人和人工智能。

以著名的IntelinAir公司為例,其研究人員正在使用具有類似核磁共振成像功能的無(wú)人機(jī)來(lái)快速準(zhǔn)確地進(jìn)行農(nóng)田數(shù)據(jù)分析。搭載特定攝像頭的無(wú)人機(jī)利用可見光和紅外融合圖像,將數(shù)以千計(jì)的圖像數(shù)據(jù)寫入一個(gè)算法,然后將其編譯成一個(gè)單一的場(chǎng)景圖像,以顯示所覆蓋區(qū)域的狀況,一旦有問題就可以有針對(duì)性地對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行相關(guān)處理,有效地提高了效率和生產(chǎn)力。

再如Blue River Technology公司在2013年推出了一款Lettuce Bot,它看來(lái)和一般的拖拉機(jī)一樣,但其實(shí)它是一個(gè)基于深度學(xué)習(xí)的機(jī)器,可以在開過一片田地時(shí),以每分鐘5000株的速度對(duì)菜苗進(jìn)行拍照,并通過算法及機(jī)器視覺來(lái)判斷每株植物是否是雜草,并對(duì)識(shí)別出的雜草噴灑農(nóng)藥。如果它判定一株植物是不健康的菜苗,它也會(huì)噴一下。通過這款機(jī)器,農(nóng)民可以減少90%的農(nóng)藥用量,且產(chǎn)量是人工種植的5倍。目前,此機(jī)器已經(jīng)在市場(chǎng)上推廣應(yīng)用了。

由此說明,人工智能是驅(qū)動(dòng)農(nóng)業(yè)智能精準(zhǔn)化發(fā)展的關(guān)鍵。

關(guān)于農(nóng)機(jī)作業(yè)服務(wù)云平臺(tái)

中國(guó)農(nóng)機(jī)院機(jī)電所運(yùn)營(yíng)總監(jiān)張俊寧:

以精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備為支撐,以互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)為載體,構(gòu)建了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)全程機(jī)械化遠(yuǎn)程控制服務(wù)體系。農(nóng)機(jī)遠(yuǎn)程云服務(wù)具有高并發(fā)、高頻發(fā)、類型多、數(shù)據(jù)量大、保存時(shí)間長(zhǎng)、數(shù)據(jù)安全等特性。

云服務(wù)中的數(shù)據(jù)采集是服務(wù)技術(shù)的關(guān)鍵,其采用了軟動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡技術(shù),徹底解決了采集終端數(shù)量不斷增長(zhǎng)所帶來(lái)的壓力。應(yīng)用分布式緩存技術(shù),統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)采集過程中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),使作業(yè)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。通過在程序中添加數(shù)據(jù)緩寫技術(shù)處理,可以應(yīng)對(duì)作業(yè)高峰期數(shù)據(jù)上傳高峰,確保無(wú)線通訊穩(wěn)定有序。

農(nóng)業(yè)云服務(wù)圍繞農(nóng)機(jī)作業(yè)耕、種、收、管等核心環(huán)節(jié),面向多層次用戶群,提供從農(nóng)資—農(nóng)機(jī)—農(nóng)產(chǎn)品全鏈條的數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)化處理、統(tǒng)計(jì)分析、遠(yuǎn)程運(yùn)維、精細(xì)化管理的物聯(lián)云服務(wù)。(2017年8月29日《中國(guó)農(nóng)機(jī)化導(dǎo)報(bào)》)

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