智慧农业小镇建设模式展望

胡滨 路遥 路跃新

摘 要：未来农业农村的竞争，是农业科学技术的竞争;农业科学技术的竞争，是农业信息化科技人才的竞争;农业科技人才的竞争，归根到底是农业信息化技术应用与普及的竞争。实施乡村振兴，是党的十九大做出的重大决策部署。发展以农业信息化综合应用为基础平台的特色小镇，是落实乡村振兴战略的重要内容。当前科学技术的迅猛发展为建设新型智慧化农业小镇带来了机遇和空间。文中基于现代信息技术在农业领域的应用，就智慧农业小镇的建设模式进行一些探索。

关键词：智慧农业小镇;农业信息化;生态环境监测;云计算;农业物联网;质量监管

中图分类号：TP39;F307文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）10-00-05

0 引 言

实施乡村振兴战略是党的十九大做出的重大决策部署。发展特色小镇是落实乡村振兴战略的重要内容。当前，发展特色小镇仍须进一步强化顶层设计。智慧农业小镇的建设能够给农民提供一个更美好的生活和工作环境，为企业创造一个更有利的商业发展环境，为政府构建一个更高效的城镇运营管理环境，对推动乡村振兴、打造美丽乡村具有重要推动作用。

1 简 介

1.1 概念

智慧农业的典型应用模式是以农业物联网技术感知农业生产现场数据[1]，通过云计算、大數据等手段进行农业生产的智能决策[2-4]。

信息化是充分利用信息技术，开发利用信息资源促进信息交流和知识共享，提高经济增长质量，推动经济社会发展转型的历史进程。农业信息化是指在农业领域全面发展和应用现代信息技术，使之渗透到农业生产、经营、管理与服务以及农村社会、经济、生活等各具体方面的全过程。信息技术和农业技术集成产生了众多应用程序，这些应用程序几乎包含农业产业链中所有信息化程序[5-8]，这些信息化程序对农业现代化的发展起到了巨大的推动作用。因此，发展农业信息化是智慧农业发展的必要手段。

智慧农业小镇通过互联网、物联网、移动网络、信息进村入户等基础建设实现农业互联网、农业示范基地、农产品加工、休闲农业、农村金融、政务服务等一、二、三产业有机融合，一体化发展。因地制宜建设“三区一园一体”，将农业投入品管控、农业生产、农产品深加工、物流运输、食品溯源、农产品线上线下销售等环节有效联结，实现农业生产经营方式、农民生活方式、农村人居环境三大改变;实现基础设施、产业水平、农民收入、农村文明素质四大提升;助推乡镇农民致富、农业增效、农村发展。

“三区一园一体”是智慧农业小镇农业产业内涵，根据小镇当地种植农产品，建设不同的农业园区，主要包括粮食生产功能区、特色农产品优势区、休闲农业区、现代农业产业园和田园综合体。根据当地环境，引导种植结构的调整，将“互联网+农业”和“物联网感知”理念和技术贯穿农业生产、经营、服务全产业链。

1.2 国内智慧小镇发展现状

近两年来，我国特色小镇迅速崛起，从传统产业到新兴产业，从实体企业到金融机构（银行、基金公司、信托公司、证券公司、保险公司等），从投资者到中介机构……。总体来看，特色小镇建设正成为当下我国的经济新热点而迅速崛起。热潮之下，特色小镇已不再是一个普通的经济学概念或行政学概念，而是一个实实在在的集产业、文化、旅游和社区功能于一体的经济发展引擎。规模化、品牌化、集约化、产业化方面都有很大的发展空间。

区域基础设施和公共文化服务设施建设投资增长迅速，为升级建设智慧农业小镇提供了一定的基础条件，但信息技术与农业结合产生的问题亦不在少数。模式创新多、可复制推广少，考虑到环境、人才、成本、政策等因素，很难大量推广应用。新兴技术应用范围、应用效果有待提高，物联网、大数据、云计算、机器学习、传感器、AI等部分技术在信息技术行业已经比较成熟，但移植到农业领域中很多技术的应用效果难以令人满意[9-11]。从农业大数据技术来看，农业大数据的重要性得到了普遍认可[12-13]，但目前农业历史数据资源整合较为困难，实时数据感知获取受资金、技术、人才等诸多因素限制，大数据处理技术中的数据挖掘和智能分析有待进一步提升。从农业云计算技术来看，数据获取、数据存储、数据处理和数据应用在“云”的硬件、软件和服务方面，农业云计算和其他领域云计算无差别。由此可以判断，农业云计算和工业云计算基本同步[14-15]。较小的农业数据量，较低的数据化程度与农业农村信息化水平制约了农业云计算的应用前景[16-17]。

在规模化、品牌化、集约化方面取得一定成绩的小镇，在产业化方面略显不足。主要影响因素包括生产方式更传统，以小农经济或合作社为主，流通环节落后，品质提升、品牌推广力度不足，深加工行业欠缺，农业观光、体验、休闲等第三产业开发欠佳等。

2 目 标

2.1 探索目标

通过智慧农业小镇建设规划，探索农业信息化建设模式，在推动互联网与产业特色融合，因地制宜、凸显特色、以经济效益为中心，经济、社会和生态三大效益并举，统筹规划及阶段推进方面进行了一些模式探索。

2.2 建设思路

农业特色智慧小镇将以田园综合体建设为抓手，以三产融合发展为着力点推进工业化、城镇化、农业现代化进程，突出项目建设、城镇化建设及农民增收等重点工作，推广“绿色生态食品”效应，打造一、二、三产业融合发展的载体，拉伸农业产业链，做大绿色生态食品深加工，将特色产品升级为特色产业，打造集现代农业、休闲旅游、循环农业、创意农业、农事体验于一体的田园综合体和乡村旅游综合体，实现“村庄美、产业兴、农民富、环境优”的目标，提升群众生活舒适度和幸福感。

农业特色智慧小镇建设模式为一个平台、二个中心、N个系统：

（1）一个平台是指构建一个农业信息化综合服务云平台，集服务平台、管理平台、产业平台、运营平台为一体的智慧小镇运行体系;

（2）二个中心是建设农业大数据中心和运营管控中心，为建设农业特色智慧小镇奠定软件、硬件基础，并为小镇运营、管理和决策提供支持;

（3）N个系统是若干个应用系统，涵盖农业生产、生态环境监测、交通气象服务等方面。

3 技术支撑架构设计

3.1 平台与中心设计

（1）建设一个云服务平台。政府、企业、农户、专家等人员和农业服务都在一个大的农业信息化综合服务平台上运行，实现政府决策、指挥调度、大田监测、生产管理、设施监控、远程诊断、远程控制、专家系统、产品追溯、信息查询、视频监控等服务功能，并可对综合服务平台用户进行统一认证和管理、提供决策服务和农业生产专业指导。为政府部门提供农业种植的宏观数据情况、农业视频图像监测、农业指挥调度服务，通过远程农业专家为小镇的农业生产活动提供精准的诊断指导。

（2）建设一个农业大数据中心。基于私有云运维模式提升系统灵活性与数据独立性。承担物联网系统数据的采集、存储和分析等功能，为农业信息化综合云服务平台和应用系统提供必要的硬件设备、软件支撑系统和数据服务接口。

（3）建设一个运营管控中心。为智慧小镇的运营、管理和决策提供支持。

3.2 云服务平台

小镇特色农业信息化云服务平台致力于向用户提供一个綜合性的应用管理与服务平台，结合现代化信息手段，将小镇互联网农业建设范围内各子系统与服务系统整合到统一的平台下，使整个小镇的监控管理系统有机整合，通过农业大数据中心对各子系统的数据进行对接处理，从而更有效的对整个小镇农业进行科学管理。该平台主要实现信息采集录入、生产环境监测、远程视频监控、标准生产管理、远程专家诊断、远程智能控制、产品安全追溯、农情信息发布、农技指导咨询等信息和服务功能。对农作物生产种植、加工、追溯等环节进行资源整合，并进行统一调配，通过视频和传感设备达到各环节的实时监管。平台功能如图1所示。

3.3 云数据中心

农业特色智慧小镇云数据中心基于私有云运维模式，承担物联网系统数据的采集、存储和分析等服务功能，建立基于农业物联网和互联网的农业生产数据采集体系，以及农业相关业务数据、专题数据、可视化数据等，形成农业大数据，提供大数据分析服务，并为农业综合云服务平台和应用系统提供必要的硬件设备、软件支撑系统和数据服务接口。云数据中心结构如图2所示。

3.4 智慧农业应用系统设计

3.4.1 水肥一体化自动灌溉系统

水肥一体化自动灌溉系统是建立在灌溉水利学基础之上，由水肥一体化智能监控系统与灌溉系统相结合，根据作物的需水、需肥规律和土壤水分、养分状况设定配方施肥比例，将肥料和灌水一起适时、适量、准确地输送到作物根部土壤，供给作物吸收，帮助生产者足不出户实现水肥一体化监测、控制和管理，达到节水、省肥、增产的目的。系统由监控平台、数据采集终端、灌溉控制器、视频监控、施肥一体机、过滤系统、电磁阀、流量计、压力传感器、田间水管线等组成，可应用于大田、温室、大棚、果园等种植灌溉作业。

水肥一体机是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术。借助压力灌溉系统将可溶性固体肥料或液体肥料配兑而成的肥液与灌溉水混合，并根据作物的需水、需肥规律和土壤水分、养分状况，设置周期性水肥计划，均匀、准确地将水肥输送到作物根部土壤。

3.4.2 农情智能监测系统设计

大田种植农情智能监测系统主要是对农业生产种植过程中的“四情”（墒情、苗情、病虫情、灾情）进行全程监测，对大田作物各生育阶段的长势长相进行动态监测和趋势分析，对大田作物生产、田间管理进行快捷高效的调度指挥，提高精细生产和田间管理能力，及时发现生产中存在的问题，制定大田作物田管技术对策，提出田管意见或建议，更好地开展技术指导，促进增产增收。

系统功能主要通过智能监测站、农技人员上传速测仪和实验室数据、农户上传实景数据实现。本系统中的农情信息包含土壤墒情、农田小气候、作物长势、病虫情、土壤养分情况。其中土壤墒情和农田小气候可通过农田智能监测站进行在线监测，作物长势、病虫情可通过人工拍摄图片、高清相机、孢子捕捉仪和虫情测报灯检测并通过平台/手机APP上报或者通过实景观测，土壤养分含量可通过速测仪器进行监测并通过平台或手机APP上报。另外，校准数据可通过实验室化验实现对监测数据的校准，并通过平台上报。

3.4.3 温室大棚环境监控系统

温室大棚环境监控系统利用现代信息技术和物联网技术让温室大棚变得“智慧”，即准确掌握温室大棚内农作物生育进程和生长动态，对温室大棚内农作物的生长环境以及农作物各生育阶段的长势长相进行动态监测和趋势分析，提高温室大棚精细化种植生产能力，及时发现种植生产中存在的问题，制定温室大棚内农产品精细化技术对策，提出温室大棚精细化种植生产意见或建议，更好地开展技术指导，促进企业及农户增产增收。系统适用于蔬菜、水果、食用菌等各类温室大棚种植的精细化种植管理。

系统根据不同类型温室大棚和生产管理要求，结合温室大棚作物种植特点、分布特点，运用传感器网络实时采集农业生产过程中的温度、湿度、光照、二氧化碳、土壤墒情等环境因子信息，全面掌握温室作物种植过程信息，为温室大棚智能化管控提供辅助决策指导，实现农业生产的精细化管理与精准化作业。

3.5 生态环境监测系统设计

3.5.1 大气环境监测系统

由于人类社会、生产活动向大气中排放大量的有害物质，使一定范围内的大气中存在一种或数种污染物质。当其达到一定数量（浓度）并持续一定时间时，破坏了大气正常组成的物理、化学和生态平衡体系，影响工农业生产，对人体、动植物产生不利影响和危害。引起大气污染的主要有害物质包括含硫化合物、含氮氧化剂、含碳化合物、颗粒物等。

农业特色智慧小镇利用自身的生态资源打造休闲农业区，赋予休闲旅游、体验旅游、亲子游等更加多元化的旅游功能，对提高居住环境绿化水平有很大的促进作用。

通过生态环境监测系统建设和对中低产田的综合治理可以有效改善氣候条件，涵养水源，控制水土流失，增加土壤肥力，促进生态环境的良性循环，提高抗自然灾害能力。通过有效增加基本农田数量和中低产田改造，实现防风固沙、防止水土流失、恢复生态环境、净化空气、调节地方小气候及生物多样性的目的。

4 农业信息化带来的变革

（1）提高农业生产经营效率：基于精准的农业传感器进行实时监测，利用信息化技术进行多层次分析，并将分析指令与各控制设备联动完成农业生产、管理。智能机械代替人的农业劳作不仅解决了农业劳动力日益紧缺的问题，减少人力物力的投入，更实现了农业生产高度规模化、集约化、工厂化，提高了农业生产对自然环境风险的应对能力，使弱势的传统农业成为具有高效率的现代产业，大幅提高农业生产效率，提升农产品品质。

（2）提升农产品附加值：在生产管理环节实现精准灌溉、施肥、施药等，在保证绿色健康的同时提升农产品品质;在运输环节，确保温湿度等储藏环境因子平衡;在销售环节，通过电子码为进入市场的每一批次产品赋予“身份证”，消费者可以随时随地追溯农产品的生产过程，实现农产品从田间到餐桌全生命链条的质量安全监管;从农产品安全保障和提升农产品品质两方面增加农产品附加值，提升客户满意度。

（3）有力变革农业管理和服务模式。管理部门依靠公共服务平台的数据和分析服务进行科学决策，改变盲目性较强的行政手段管理。农业生产者可以从公共服务平台上随时随地获取所需的数据分析结果和专家指导服务，驱动农业管理和服务模式进入“智慧时代”。

（4）彻底转变农业生产者、消费者观念和组织体系结构。完善的农业科技和电子商务网络服务体系使农业相关人员足不出户就能够远程学习农业知识，获取科技和农产品供求信息;专家系统和信息化终端为农业生产者指导农业生产经营方式，改变了单纯依靠经验进行农业生产经营的模式，彻底转变了农业生产者和消费者认为传统农业落后、科技含量低的观念。另外，智慧农业阶段，农业生产经营规模越来越大，生产效益越来越高，迫使小农生产被市场淘汰，必将催生以大规模农业协同为主体的农业组织体系。

（5）有效实现产品质量监管，防止产品质量问题对社会造成不良影响。无论企业还是政府部门都在不断加大力度推动生产、流通领域建立质量安全追溯体系。

5 结 语

智慧农业小镇的建设实施不会对乡镇的环境产生污染和生态平衡造成破坏，且有益于环境保护。自20世纪70年末，因化肥、农药、除草剂、农膜的大量使用，使农田里充满了各种污染物，耕地肥力明显下降。因此必须通过发展现代农业，将农田等生产单位和周边的绿色生态环境视为整体，并通过对其物质交换和能量循环关系进行系统、精密计算，保障农业生产的生态环境在可承受范围内减少农业生产对环境造成的负担，确保农业生产的可持续增长，将平安城市、雪亮工程与农业信息化相结合，配合生态环境监测控制、水利和林业覆盖面积监测，实现未来数字乡镇化管理，从而打造真正的美丽农村。

注：本文通讯作者为路跃新。

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