智慧农业下西甜瓜产业技术发展与展望

王瑛皎 （上海市宝山区农业技术推广中心 201999）

农业作为我国国民经济的重要组成部分，在从田间到餐桌、从种植到加工、从存储到运输等方面都远落后于第二、第三产业，尤其在近10年的经济发展中，农业生产总值在国民经济总量中的占比逐年降低，且显露出诸多问题：（1）农业生态环境持续恶化，可耕地资源逐渐减少，且存在耕地质量退化大、耕地污染面积大、耕地有机质含量低、耕地品质等级低、基础地力低等诸多问题。（2）生产方式落后，与农业发达国家的农业现代化水平相比相差距甚远，尤其是机械化水平低于世界平均水准，仅为日本的1/90、美国的1/5，且农产品品质不高，缺乏国际竞争力。（3）在农产品加工过程中，由于工艺落后，导致农产品损失严重。（4）在农产品仓储阶段，存储方式仍以常温存储或自然存储为主，不仅不利于鲜活农产品的保存，而且增加了农产品安全风险。

近年来，云计算、大数据等新型互联网技术的发展和国家对发展“互联网+ ”产业的大力支持，为陷于发展瓶颈的农业指明了发展方向，即发展“互联网+农业”模式的智慧农业[1]。一方面，“互联网+农业”可促进农业的专业化分工，提升资源的高效配置，打破小农经济对农业发展的制约；另一方面，互联网技术的物联化、智能化等手段，可为传统农业提供更加准确的管理与全方位的信息服务。西甜瓜是上海市的区域特色农产品，皮薄坚韧、品质优良，深受消费者喜爱。为推进西甜瓜产业转型升级，笔者通过对西甜瓜结合智慧农业发展的重要意义及相关运营模式进行阐述，并在此基础上，对西甜瓜智慧型生产发展中存在的问题及发展趋势进行分析和展望，以期促进西甜瓜产业的进一步发展，推动传统农业向智慧农业转型升级。

1 西甜瓜结合智慧农业发展的重要意义

1.1 有效管理西甜瓜全生命周期，实现全生产流程的数据共享

农业物联网技术是智慧农业的重要组成部分，物联网在西甜瓜生产中的主要应用是实时监测并查清西甜瓜生长过程中田块的土壤性状和生产环境状况(如光照强度、空气温湿度、CO2浓度等)，同时使用红外成像系统配合卫星鸟瞰和观察西甜瓜的长势情况，配合生物量地图系统及时判断西甜瓜是否缺少相关营养元素，并将数据传给化肥供应商，直接获得当前最适合西甜瓜生长的肥料配方，从而通过变量施肥技术动态调节西甜瓜生长过程中的水、肥等生产要素投入量[2]。另外，应用物联网还可实现西甜瓜产品全生命周期的数据共享，使其从播种、灌溉、施肥、病虫害防治到收获的全生产流程一直处于智能决策状态。

1.2 有效监测西甜瓜生产、运输和仓储全过程，保证西甜瓜质量安全

农产品安全问题一直是大众关注热点，2016年中央农村工作会议也明确指出，在当今互联网技术时代，只有发展智慧农业，提升农产品物流仓储水平，才能有效降低农产品价格，提升农产品质量，保证农业的可持续发展。目前，上海市民在很多超市购买到的西甜瓜均可实现全程可追溯，即以条形码和二维码为主要载体，对西甜瓜的生产、收购、运输实行全程追溯，见图1。经分析，西甜瓜全程可追溯平台的搭建是以“三品一标”为切入点，对西甜瓜生产、运输和仓储过程的信息进行及时采集和实时上传，形成独一无二的档案，并自动生成可查询的二维码，再利用4G网络技术，将已形成的档案信息准确地反馈给消费者，从而实现西甜瓜产品从田间、采收、加工、包装、流通的全程可追溯数字化管理。

图1 西甜瓜生产、加工、存储、运输全程追溯流程

1.3 提升管理效能，增加产品附加价值

智慧农业是充分利用移动互联网技术、大数据、云计算、物联网等新一代信息技术的跨界融合，是基于互联网平台、云平台的现代农业新业态和新模式。因此，智慧农业利用远程无线操控技术和远程监管技术，可实现西甜瓜产业的智能化和信息化管理，提升管理效能，增加西甜瓜产品附加价值。

2 智慧农业下西甜瓜产业的运营模式

智慧农业运营模式是由智慧农业生产、智慧农业管理、智慧农业信息服务三大系统以及数据搜集、数据传输、数据分析、远程控制、执行指令五个子系统组成。智慧农业作为现代农业发展的最高形态，是通过传感系统进行信息搜集，利用大数据技术、云计算技术进行数据处理，进而实现农业的精准化生产、管理、自动化调节的过程[3]。西甜瓜产业结合智慧农业发展，需要将互联网技术与移动信息技术作为一个中心系统，通过“互联网+西甜瓜企业”“互联网+西甜瓜产业”，依靠西甜瓜大数据、农业云计算和农业物联网共同组成一个完整的智慧西甜瓜产业链条，见图2。在实际的西甜瓜生产中，经营者可通过智慧农业系统实现远程监控，同时通过大数据、云计算以及物联网等互联网技术随时获取西甜瓜的生长状态信息，从而极大地提升西甜瓜的生产效率和管理水平。

图2 智慧西甜瓜产业链条

2.1 西甜瓜智能生产

西甜瓜生产是整个产业链的核心环节，西甜瓜生产与互联网技术的结合使西甜瓜产业运行更高效、更具活力，即可通过RS遥感技术、GPS 全球卫星定位技术、GIS 地理信息系统实现西甜瓜自动化生产。具体而言，西甜瓜生产者可通过RS技术对西甜瓜实行远程操作，通过各种感应系统得出西甜瓜的生长状态，再根据GPS、GIS系统，确定西甜瓜的具体位置和地理环境，从而做出对西甜瓜生长最优的抉择。

2.2 西甜瓜智慧管理

利用互联网信息技术可实现对西甜瓜种植的智能化管理和运营，且管理能贯穿整个西甜瓜产业链，包括西甜瓜灾害监测平台和西甜瓜产品B2B交易平台等。西甜瓜灾害监测平台可为西甜瓜种植人员提供精准的气象服务和灾害预报，是西甜瓜安全生产的根本保障，且该平台的智能监测系统还能对西甜瓜种植环境进行24 h监测，周围环境一旦发生改变，系统将通过移动通讯直接反馈给种植人员，以便其及时做出应对。西甜瓜产品B2B交易平台是帮助买卖双方完成西甜瓜产销对接的重要平台，该平台旨在利用移动互联网技术，通过移动客户端APP完成线上与线下的服务交易对接，根据供需双方的不同要求，提供定制化服务，且在该交易平台上，供货方可随时发布西甜瓜产品产量、品质和价格信息，需求方也可随时查询信息、询价，平台通过云计算技术对接符合要求和条件的供需双方，从而形成一个完整的交易。

2.3 西甜瓜智慧信息服务系统

西甜瓜智慧信息服务系统是利用物联网、云计算等先进信息技术对西甜瓜数据进行采集、加工与传输的过程，该系统既是实现信息化种植的过程，也是将信息转换成生产力的过程。西甜瓜信息服务系统的主要内容涵盖西甜瓜市场、西甜瓜科技、西甜瓜金融等信息，能帮助农民及时把握西甜瓜产品市场价格，准确高效地定位市场。西甜瓜信息服务系统以先进的3S技术和空间数据库为基础，以数据为核心，具有准确、高效、全面等特点。

由图3可知，西甜瓜信息采集主要是通过遥感信息采集、GPS信息采集、人工报送等方式，采集的数据包括大量实时影像数据、监控数据、地理信息数据等，系统根据数据来源不同按照逻辑关系又将数据划分为空间数据、决策数据和管理数据；西甜瓜信息监测系统是对收集到的数据进行云计算处理和统计分析，使种植人员可清晰地了解当前西甜瓜的生长状况，从而为以后的种植策略提供依据；西甜瓜管理分析决策系统是在监测结果的基础上对数据进行进一步分析（包括灾害预测、土质和水质预测、气候评估等），并在灾害发生之后为种植人员提供应急方案；精准西甜瓜示范系统是将前面系统的分析直接应用，对西甜瓜的差异性进行定量和定性分析，为西甜瓜生长过程中出现的各种问题提供解决方案。

图3 西甜瓜智慧信息服务系统

3 西甜瓜智慧型生产发展中存在的问题

3.1 资金匮乏，西甜瓜产业现代化发展缺乏规划

智慧农业必须充分依托大数据收集传输系统、终端远程控制系统和控制指令系统等多种现代化技术装备，才能实现对农业生产的实时监控、智能感知和精准化管理，而西甜瓜生产的相关技术设备（如智能检测设备），进口价格较高，难以在上海地区西甜瓜小面积种植户中推广应用。同时，由于我国智慧农业发展起步较晚，且上海地区西甜瓜种植面积逐年减少，导致上海地区发展西甜瓜智慧农业的基础条件较差。另外，西甜瓜作为智慧农业中的较小部分，其产业发展缺乏整体规划，具体表现为：基地建设和资金筹集缺乏有效衔接，应用技术没有形成规模化体系进行推广，项目落实和产业融合存在脱节现象，西甜瓜智慧型生产只处于生产的信息化和智慧化层面上，对西甜瓜产品的数字物流配送和物联网应用的运行机制还缺乏整体性战略规划；更重要的是，西甜瓜产业的信息化和物联网的智慧化联系并未完全建立，可持续性和智慧化程度不高。

3.2 西甜瓜产业科学技术与信息化建设不足

智慧农业所依托的信息采集处理系统和远程监控系统是以科学技术为基础，对提高农业生产效率、优化升级农业生产方式具有重要意义。但当前我国对西甜瓜产业信息采集处理系统的科研投入明显不足，且农业科技成果转化率总体偏低，不仅智能感知系统灵敏度不高，且终端远程控制系统和执行控制指令系统的精确性也有待提高。同时，西甜瓜生产基地缺乏对西甜瓜生产技师的实地指导，导致西甜瓜生产中的科技贡献率较西方发达国家偏低。另外，由于农民自身素质限制、政府对农村地区信息化建设投入不足以及网络运营商出于成本收益考虑在农村进行信息化基础设施建设的意愿不强等原因，我国农村地区信息化建设和发展存在明显不足，信息入户率、网络覆盖率、计算机普及程度远远低于城市地区。这些都制约了西甜瓜产业智慧型生产发展。

3.3 土地规模化经营进程缓慢，西甜瓜产业化水平较低

土地是西甜瓜生产的基本要素，土地资源的合理流转和规模化经营是实现西甜瓜产业智慧型生产和发展的前提和基础，而由于我国广大农村地区养老、医疗等社会保障体系不健全，大多数农民依然将土地视作基本生活和养老的保障，加之农民在土地流转谈判中处于劣势地位，土地流转价格往往低于市场价格，严重损害了农民的切身利益。因此，农民进行土地流转的意愿不高。同时，由于土地流转信息平台建设滞后，我国农村土地流转的速度偏低和规模总体偏小，严重制约了智慧农业的长足发展。另外，由于我国多数农户无力进行土地规模化经营和购买先进的农业生产机具，加之部分地区土地资源呈零星分散分布，小规模的农业生产占据主导地位，导致我国农业产业化经营水平较低。由于土地规模化经营进程缓慢，加上农产品科技含量较低，缺乏市场竞争力，严重影响了西甜瓜结合智慧农业的推广应用[4]。

4 西甜瓜产业智慧化发展的趋势

4.1 统一规划，完善农村网络基础设施建设

未来5～10年，伴随着移动互联网技术的不断成熟发展，电信的普惠便捷服务，质优价廉、简单易用的农村移动终端的普及，移动互联网将成为农村网络基础设施的主流。统一规划，完善农村网络基础设施建设，不仅能为打造现代智慧乡村提供重要支撑，还能带动西甜瓜产业智慧化发展。

4.2 加快生物信息学、人工智能、无人机植保等新技术在西甜瓜生产中的运用

随着高通量植物表型测量技术、人工智能和传感器等技术的快速发展，信息技术与基因组学、生物信息学、大数据、控制技术等将进一步融合，例如，可利用农业遥感、数据建模、组学分析等新技术，对西甜瓜基因型—环境—表型关系进行深入解析，为揭示西甜瓜表型形成规律、基因和环境调控机制、构建高效精准分子设计育种体系提供支撑，从而保障西甜瓜产品的安全有效供给。同时，将农业智能机器人、小型便携式智能农机、智能语音识别系统等一系列具有自主知识产权的装备和产品广泛应用到西甜瓜全产业链中，能大大提高劳动生产率和资源利用率。此外，通过无人机植保将控制、导航、通信等技术进行高效集成，形成自动化作业技术体系，能实现西甜瓜生产中无人机植保的全程智能化作业和智能化管理，不仅可极大地节省劳动力，还可更好地保护农田生态环境。

4.3 利用大数据为西甜瓜产业发展提供集约化、个性化、精准化的信息服务

西甜瓜产业中的大数据应用，将不断地向深度和广度延伸，例如，可利用大数据的技术挖掘体系和机器学习、自然语言处理等智能化信息处理工具，自动发现、挖掘、预测用户的兴趣或偏好，能实现个性化信息内容的关联与推荐。同时，大数据应用能根据西甜瓜产业各环节主体（种植、养殖、农业企业、产品流通经销商等）和各主体所处的基本情景（所处的地理位置、从事农业活动的季节等），向各主体推送符合其需求的精准服务信息。