基于智慧农业的共享农场数字化管理APP 设计

陈榆城，李永为，赵 津，杨雪雁

（浙江农林大学，浙江 杭州 311300）

随着科学的发展，现代农业也已经进入智能化阶段，在大智移云等新一代技术的基础上，智慧农业已是现代化农业进程中的重中之重。在《数字乡村发展战略纲要》和《数字农业农村发展规划（2019～2025年）》中，智慧农业主要包含三部分，一是加快农业数据的收集和应用网络设施，包含基础设施和实时测控系统。二是围绕农产品养殖、种植、运输、加工过程中的智能化设备，如农业无人机、无人拖拉机、智能收获机、智能农机具、农业机器人等[1]。三是智能农（牧）场管理云平台系统。

在城市居民对美丽乡村的向往和对健康饮食的需求不断增长的过程中，越来越多的城市居民希望通过“认养”模式吃到更健康的绿色食品，并从中获得乐趣，得到真实的农耕体验。共享农场模式源于美国南加利福尼亚州的艾米农场，日本的Ma Farm农场也采用共享模式，在国内海南三亚的南田农场也是较为知名的共享农场[2]，“共享农场”正在成为农业共享经济的代表。“共享农场”实施的前提是采用农业数字化管理，即这种管理方式将信息化技术与农业生产技术结合，将以前原始而粗放的农业生产技术进行了数字化处理，大大提高了农场生产和管理的效率[3]。

共享农场通过消费者与农场经营者的建立合作关系达到共赢，通过让消费者投资到农场中去，与农场经营者建立共同享受丰收的收益及农场的风险。农场经营者对消费者所投资的农场资源进行管理，消费者可以收获当季的水果、蔬菜、粮食等。这样，消费者可以持续收获绿色、无公害的放心食品，农场经营者可以提前获得一定的资金支持维持农场经营，从而可以收获较高的土地溢价报酬。共享农场是共享经济领域的一种新兴业态，本质是弱化“拥有权”、强化“使用权”[4]，发展空间十分广阔。

共享农场要衔接和匹配需求者与农场主，利用手机端APP作为主要管理平台。目前市场上已经陆续开发了一些智慧农业管理APP，但在系统架构和功能上难以完全满足共享农场的需求[5]。本文以基于智慧农业的共享农场为研究对象，设计共享农场精细化管理APP平台，并在杭州某智慧农场开展初步应用，为现代农业经营者提供参考。

1 APP管理平台总体设计思路

1.1 共享农场APP管理平台系统架构

共享农场精细化管理APP开发环境在Linux操作系统下，由Android studio和Android SDK搭建，采用Java编程语言。其开发架构包括数据层、业务层和手机展示界面。

数据层包括员工数据、植物种植数据、成交订单数据、客户信息数据等基础程序库，支持数据存储、音频、图像等数据功能的实现；业务层是系统架构中的核心部分，在基础层和手机展示界面之间承担数据交换的作用，提供与系统业务需求实现相关的逻辑处理；手机展示界面提供接受用户操作的人机交互界面。

1.2 共享农场APP功能总体框架

APP采用“一个中心，三个体系”的功能框架，为农场主提供数字化生产管理服务。共享农场管理APP建立数据中心，提供土地信息、地块利用率、生产资料、农作物品种、种植计划、用工量、采收信息、销售量、库存等数据的记录以及分析列表，实现农场生产、管理、销售环节的数字化、标准化、智能化。具体包含3个内容，一是诚信体系，记录农产品生长过程中所有生产要素的投入。二是管理体系，在农机硬件基础上开发执行和操作系统，以农机的单机硬件为基础，配以探测设备和智能化的控制软件，以实现精准操作管理、变量控制（包括变量播种、变量施肥、变量喷药等）。三是核算体系，实现精准科学的成本和利润核算，为农场管理提供依据，见图1。

图1 共享农场APP功能框架

1.3 数据库与数据来源

APP开发采取关系型数据库和非关系型数据库两个重要部分。关系型数据库的数据由员工信息、农场信息和用户信息分析后生成的原始数据组成；非关系型数据库的数据由植物生长过程中新产生的信息上传后的数据组成。农场数据采集是共享农场管理的关键环节[6]。

农场为不同区域的植株设置号码牌，通过二维码和RFID射频技术将植物信息与用户信息进行匹配并反馈给用户。APP数据来源于智慧农场的传感器数据。经过传感器数据剖析可断定土壤适合栽培的作物种类，经过气候环境传感器能够实时收集作物生长环境数据。通过农作物生产模型分析，可以自动或远程控制设备，保证区域大棚内最适宜作物生长的条件。智慧农业中的各种监控传感器和网络监控、记录和保存数据，便于农产品的追根溯源，完成农业出产的绿色无公害化。在未来还将整合区块链技术以解决数据可信问题。

2 共享农场APP功能设计

共享农场精细化管理APP目标用户分为农场经营者和城市消费者两大类。因此，为了更好地服务不同类型的目标群体，APP需要为这两类目标群体设计不同的功能体系和操作界面。

2.1 农场经营者端功能模块

农场经营者端有三大功能，分别是生产流程、种植计划、信息管理，见表1。

表1 生产流程模块功能表

生产流程提供土地信息、地块利用率、生产资料、农作物品种、种植计划、用工量、采收信息、销售量、库存等数据记录及分析列表，实现农场生产、管理、销售环节的信息化、标准化、智能化。

种植计划中包含农作物的种植周期、系统自动生成种植品种、土地利用率、茬口安排等种植计划；从土地准备到育苗、从移栽定植到移虫除草、从施肥到采收直至种植批次结束的种植流程设置；结合种植流程的生产资料计划，如结合种植计划的面积、周期用肥、用药量、预计产量、用工量等数据，建立肥料、农药、工具、器皿、吊线等物资的农场生产资料库；物流计划设置包含预设包装规则、运输车温湿度状况、车辆位置情况并进行实时监测；种植环境设置则通过安装在各监测点的农业传感器实时监测环境数据，自动控制各执行机构（喷滴灌、风机、水帘、内外遮阳、卷膜器等），保证农作物最适宜生长环境，为其高产、优质、高效、生态、安全创造环境。

绩效管理模块则是建立完善、规范、精确的信息化管理平台进行绩效管理。包含数据记录每次的生产资料消耗、用工人数、用工量、完成情况；员工能够直观地看到植物的生长情况，从光照、湿度、温度等多个方面观察农作物；APP会根据员工工作时间等情况生成绩效表，帮助农场统计员工的工资等。

管理功能的实现流程是：APP管理端接收农场任务，记录数据后，以订单形式发布在员工端——员工在APP员工端接取订单，等候后台进行信息匹配与记录，匹配记录完成即接单成功，凭借接单成功前往登记领用工具，在规定工作岗位打卡，开始绩效考核中工作状况的全程记录——完成任务后员工在APP内提交订单，等待查验与反馈，查验合格与否的结果与反馈均记录入后台订单数据库与员工数据库，同时反馈至员工，结合上步考核，完成单次任务的绩效考核——后台数据管理按管理层需要或规定时间，每一定时间段后做出总结，反应员工状况以及农场经营水平。

2.2 城市消费者端功能模块

城市消费者端的功能包含三大类：认养作物、农作物销售和休闲活动等，见图2。

图2 APP平台城市消费端功能

城市消费者通过APP和农场主进行联系，在双方达成一定共识的基础上，以共享的方式参与农场的经营中去。以“认养作物”为例，城市消费者基于一定的交易规则，与农场主以某种商业形式达成合作，提前支付一定的费用，要求农场主按照事先声明的要求提供后续相应的作物，并有权监控作物生长全过程以期其符合要求。

3 试验效果与结论

3.1 试验效果

共享农场APP平台先在杭州某家庭农场应用。该农场于2019年成立，流转土地100 hm2，是一家集农业开发、科技创新为一体的产业化、信息化、规模化的现代农业科技企业，现已成为杭州市现代粮蔬生产基地示范体。共享农场项目应用过程中，智慧农业设施改造累计投入320余万，客户包含余杭区政府、万科地产、良渚职业高中等企事业单位，2年累计收入达1 600余万。线上APP总注册人数超15 000余人，日平均访客754人次，线上成交量日均530单，日平均客消费47.16元/人次，日平均销售额25 458元，7 d内活跃复购人数约1 700人。2020年累计为当地提供了12 4个劳动岗位，直接聘用35名员工，间接带动700余人就业，为当地务工农民直接增收5 500元/年。共享农场的优势明显，表2是该农场的蔬菜产品的投入产出比较。

表2 共享农场模式与传统农业模式比较

由试验结果可知智禾模式下的共享农场所达到的降本增效能力较为显著，智慧农业设施的投入实现了信息资源快速采集、处理和共享，而建立在智慧农业基础上的共享农业模式具有较好的发展潜力，可以带动农业更加规范化，拉动当地农场经济效益，促进消费群体和消费量的增长，形成良性循环的生态产业链。

3.2 过程中的困境

但在智慧农业模式取得成功的同时，企业的发展也在试验中遭遇了问题。首当其冲的便是劳动力问题，从表面上看，与传统农业模式相比智慧农业模式所需要的劳动力数量有明显下降，更多地采用数字化、智慧化机械设备来弥补劳动力的不足。但在实际过程中劳动力的质量也成为一个关键因素，传统农业模式的劳动力大多为中老年人口，所从事的工作大多是简单的机械性工作，而智慧农业模式下的劳动力则需要掌握更多科技技能，从年龄上呈现年轻化，从素质上趋向高学历化。因此，智慧农业模式下的劳动力减少并不一定代表意义上的劳动力经济成本的“减少”，相反，智慧农业模式下雇佣单位劳动力的经济成本反而远高于传统农业模式。

此外，智慧农业模式下的农业生产需要充分利用了各样的现代化装备，因为农业生产需要进行长期的实际作业过程，因此这些装备的寿命往往较短，每年的维护费用也偏高，这对企业的可持续经营能力带来了比较大的挑战。

3.3 未来展望

虽然智慧农业模式与共享农场模式的发展任重而道远，但作为农业现代化过程中一个崭新的新方向，不失为一种富有机遇和挑战的选项，因此，建立健全基于智慧农业下的共享农场管理APP技术，不仅是对现行农业经济领域的大力创新举措，更是对未来农业发展新热点的创造性投资。