你能想象到的未來農(nóng)業(yè)的模樣，或許都可以用智慧農(nóng)業(yè)去描繪。

近日，記者探訪走在智慧農(nóng)業(yè)前沿的南京國家農(nóng)高區(qū)5G藍(lán)莓植物工廠、智慧稻麥無人農(nóng)場和江蘇省農(nóng)科院農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生聯(lián)合實驗室，它們有的已經(jīng)示范化應(yīng)用，有的正在產(chǎn)業(yè)化推廣，有的剛剛啟動建設(shè)，各種前沿農(nóng)業(yè)科技令人驚嘆連連。

科學(xué)技術(shù)總是走在產(chǎn)業(yè)前端，即使仍有許多關(guān)鍵核心技術(shù)等待攻克，智慧農(nóng)業(yè)的低成本應(yīng)用也存在諸多瓶頸，但科研人員們矢志創(chuàng)新的腳步從不停歇。他們堅信，植入“超級大腦”，廣闊無垠的農(nóng)田也可以盡在掌握。

5G植物工廠“樣板房”

4月8日下午，艷陽高照，記者走進(jìn)位于南京國家農(nóng)高區(qū)“兩莓”示范園的5G藍(lán)莓植物工廠“樣板房”時，當(dāng)面迎來陣陣細(xì)小的“雨霧”，頓感清涼。“玻璃溫室里的‘智慧大腦’一旦感應(yīng)到溫度超過30攝氏度，噴淋設(shè)備就會自動啟動進(jìn)行降溫。”“兩莓”示范園負(fù)責(zé)人俞小花說，這個“樣板房”里種植的都是藍(lán)莓，比較嬌氣怕熱，此刻的溫室里，不但噴淋設(shè)備在工作，頂部還有四臺環(huán)流風(fēng)扇也正吹得起勁，頂開窗也自動打開幫助溫室散熱，北邊的濕簾和南邊的風(fēng)機(jī)則遙相呼應(yīng)進(jìn)行加濕降溫，水肥一體化滴灌設(shè)備一旦接到“缺水缺肥”預(yù)警也會迅速啟動……無人環(huán)境下，先進(jìn)設(shè)備接受到“大腦”的指揮后各司其職，智慧農(nóng)業(yè)正在走進(jìn)現(xiàn)實。

5G藍(lán)莓植物工廠里正在自動噴淋降溫

“目前除了采摘和修剪需要人工作業(yè)，在5G植物工廠里，水、肥、營養(yǎng)液、光照、溫度已經(jīng)全部可以實現(xiàn)智能控制。”俞小花介紹，溫室頂部的陽光板有自動調(diào)節(jié)光照的功能，并可自動開關(guān)；溫室上方還有外遮陽、內(nèi)遮陽和一層保溫層，會根據(jù)實時溫度自動開關(guān)；地面上，種植盆底部還布設(shè)了“地暖”管道，冬天寒冷時可以給土壤“加溫”。“由于生長環(huán)境好，即使今年冬天我們沒有啟動加溫系統(tǒng)，‘天后’這個品種預(yù)計4月底就能成熟了，比露天種植大概早一周。”俞小花指著一列長到五六十公分高，已經(jīng)開花的藍(lán)莓說。

“兩莓”示范園數(shù)字農(nóng)場指揮中心

5G藍(lán)莓植物工廠如此智能，它的“智慧大腦”究竟是怎樣工作的？記者來到“兩莓”示范園的數(shù)字農(nóng)場指揮中心。在這里，數(shù)字農(nóng)業(yè)云平臺占據(jù)了一整面墻。平臺按照不同的藍(lán)莓品種和功能，劃分了數(shù)十個地塊，除了5G藍(lán)莓植物工廠“樣板房”，更多的是大棚和大田，每個地塊都布設(shè)了多種傳感器。“所謂數(shù)字化管理，第一個功能就是數(shù)據(jù)的獲取，你看有紅點、綠點、黃點的這些地方，都布設(shè)了傳感監(jiān)測設(shè)備，可以實時獲取作物的土壤、環(huán)境、氣象各方面的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)每隔4個小時上傳一次。”平臺管理人員介紹。

數(shù)字化的第二個功能是分析，把日常監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，與標(biāo)準(zhǔn)化栽培指標(biāo)進(jìn)行智能比對分析，形成綜合評分結(jié)果，一旦分析到數(shù)據(jù)不在安全范圍內(nèi)，顯示屏就會出現(xiàn)小鈴鐺閃爍預(yù)警。此時就涉及到數(shù)字化管理的第三個功能，即應(yīng)用，數(shù)字化的分析結(jié)果可以指導(dǎo)農(nóng)場管理人員實時調(diào)整農(nóng)事活動安排，比如大棚里種的藍(lán)莓，施肥、滴灌、避雨、遮陽、噴淋等，都可以通過遠(yuǎn)程方式在手機(jī)端點擊設(shè)備開關(guān)就可以實現(xiàn)，而5G藍(lán)莓植物工廠除了遠(yuǎn)程操控的方式，還可以實現(xiàn)自動感應(yīng)自動控制。

數(shù)字技術(shù)的加持，對兩莓精細(xì)化、精準(zhǔn)化種植提供了詳盡的技術(shù)參考，形成了標(biāo)準(zhǔn)化栽培的模式，從而實現(xiàn)提質(zhì)增效。預(yù)計今年達(dá)產(chǎn)后，示范區(qū)藍(lán)莓平均畝產(chǎn)在1000到1500斤左右，比普通農(nóng)戶種植增產(chǎn)20％以上，畝均增收超過萬元。

智慧稻麥無人農(nóng)場

距離“兩莓”示范區(qū)15分鐘車程的“智慧稻麥無人農(nóng)場”示范田里，綠油油的小麥長勢喜人，十多個大型“神農(nóng)-稻草人”正兢兢業(yè)業(yè)地守護(hù)著這300多畝良田。“我們的‘稻草人’不單單只是驅(qū)鳥，它們裝有高清攝像頭，可以上下左右360度轉(zhuǎn)動，對農(nóng)場進(jìn)行實時觀測，旁邊是作物生長監(jiān)測診斷無線終端，用于實時監(jiān)測作物長勢特征、大氣、土壤溫濕度等狀況。”南京神農(nóng)智慧農(nóng)業(yè)研究院院長、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院教授湯亮介紹，通過農(nóng)田物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，監(jiān)測到的作物、大氣和土壤數(shù)據(jù)將直接傳輸?shù)皆破脚_服務(wù)器，平臺根據(jù)服務(wù)器中的作物模型，以及一系列算法，可在手機(jī)上為農(nóng)戶實時提供肥水診斷與調(diào)控方案。

智慧稻麥無人農(nóng)場里的“稻草人”

無人農(nóng)場的“高智商”，高度依賴于5G、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算和人工智能等信息技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，正是有了這些高科技，農(nóng)作物、裝備、環(huán)境資源等生產(chǎn)要素才得以在線化、數(shù)據(jù)化。

湯亮告訴記者，除了農(nóng)田物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備外，研究院還研發(fā)了“農(nóng)田感知與智慧管理系統(tǒng)”，高效集成包括物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測、無人機(jī)監(jiān)測和衛(wèi)星遙感監(jiān)測在內(nèi)的“星-機(jī)-地”作物長勢監(jiān)測數(shù)據(jù)與智慧農(nóng)作模型，能實現(xiàn)稻麥生長全程快速感知、水肥精確管理以及產(chǎn)量品質(zhì)預(yù)測預(yù)警，“不久前，我們剛通過無人機(jī)對這300多畝的大田進(jìn)行了精細(xì)化施肥。”這些稻麥精確管理技術(shù)給出的定量化栽培調(diào)控方案，能節(jié)省氮肥10%以上、增產(chǎn)5%-12%。

無人農(nóng)場的本質(zhì)是實現(xiàn)機(jī)器對人的替換，因此機(jī)器必須具有“思考能力”，具有生產(chǎn)者的判斷力、決策力和操作技能。如何與農(nóng)機(jī)公司、無人機(jī)企業(yè)等合作研發(fā)智能農(nóng)機(jī)裝備，讓真正的“高智商”農(nóng)機(jī)服務(wù)于大田，南京神農(nóng)智慧農(nóng)業(yè)研究院正在積極探索。

“我們把自主研發(fā)的智慧農(nóng)作裝備技術(shù)搭載在農(nóng)機(jī)上，農(nóng)機(jī)裝上‘大腦’后，在工作時就能隨機(jī)應(yīng)變，比如無人小麥精確播種施肥機(jī)，可以根據(jù)地塊的肥沃程度，自主調(diào)整播種稀疏度。”湯亮說，目前研究院已合作研發(fā)出無人小麥精確播種施肥機(jī)、稻麥智能無人收獲機(jī)、機(jī)載式作物變量追肥作業(yè)系統(tǒng)以及多功能農(nóng)田巡檢機(jī)器人等農(nóng)機(jī)產(chǎn)品。

數(shù)字孿生讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“先知先覺”

“智慧農(nóng)業(yè)是信息農(nóng)業(yè)發(fā)展的新階段，其核心目標(biāo)是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的數(shù)字化、裝備化、智能化、無人化，為農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收、農(nóng)村增綠。”江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所研究員曹宏鑫介紹，智慧農(nóng)業(yè)包括信息感知、信息傳輸、信息處理和控制三大技術(shù)體系，農(nóng)業(yè)模型則是信息處理和控制的定量化核心技術(shù)之一。“目前不少企業(yè)正在進(jìn)行無人農(nóng)場商業(yè)化落地，他們的導(dǎo)航技術(shù)、感知技術(shù)等做得非常的好，但就缺乏一個‘智慧大腦’，我們研究的一些關(guān)鍵技術(shù)，特別是農(nóng)業(yè)模型技術(shù)，正是無人農(nóng)場所需要的核心技術(shù)。”

而隨著現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)的深度融合發(fā)展，科研人員正在探索通過數(shù)字孿生技術(shù)，讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“先知先覺”。去年9月，省農(nóng)科院信息所與江蘇原起智慧科技有限公司正式啟動共建“農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生聯(lián)合實驗室”，打造數(shù)字版的“克隆農(nóng)場”。

未來的“克隆農(nóng)場”長什么樣？除了利用仿真技術(shù)，搭建虛擬三維立體空間，還原真實的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場景外，它還要實現(xiàn)農(nóng)場里面所有現(xiàn)實要素與虛擬世界元素的相互映射，形成數(shù)字孿生體。“比如數(shù)字孿生概念下的虛擬植物，我們正在進(jìn)行實踐，在功能-結(jié)構(gòu)植物模型基礎(chǔ)上，融合更多的環(huán)境和基因要素，構(gòu)建生長環(huán)境、外形結(jié)構(gòu)和內(nèi)在機(jī)理都能真實還原物理實體的數(shù)字虛體。”農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生聯(lián)合實驗室常務(wù)副主任張文宇展望道，“隨著虛擬植物研究的不斷深入，我們還可以模擬基因和環(huán)境間的交互，比如植物和土壤的交互，比如空間競爭等等，甚至可以拓展到生態(tài)系統(tǒng)。”

農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生實驗室正在研究虛擬水稻

在張文宇看來，和工業(yè)數(shù)字孿生一樣，農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生也包含了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從“數(shù)化”到“共智”的幾個方面。“我們以往研究的農(nóng)業(yè)模型是‘?dāng)?shù)化’、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是‘互動’、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)模擬是‘先知’、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)和人工智能是‘先覺’，而今后元宇宙也許能實現(xiàn)‘共智’。”未來，農(nóng)業(yè)數(shù)字孿生可對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)和要素進(jìn)行感知、分析、預(yù)測和決策，重要的是，它不局限于對局部現(xiàn)狀的監(jiān)控，更著力在系統(tǒng)性的對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘以及對未來趨勢的模擬預(yù)測，從而把智慧農(nóng)業(yè)帶入高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展的新階段。

放眼未來，農(nóng)業(yè)科研人員的愿景是，發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)，讓“風(fēng)里來，雨里去，一年四季離不開莊稼地”的農(nóng)民，搖身變?yōu)閯觿邮种妇湍芸刂妻r(nóng)田的“科技達(dá)人”；但同時他們也是務(wù)實而審慎的，“目前我們還只是走在智慧農(nóng)業(yè)的初級階段，無論是技術(shù)創(chuàng)新還是低成本應(yīng)用，智慧農(nóng)業(yè)都還有很長的路要走。”曹宏鑫表示，技術(shù)總是走在產(chǎn)業(yè)前端，智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展要進(jìn)行超前的技術(shù)儲備，我們還需要攻克多方面的關(guān)鍵核心技術(shù)，相信終有一天，我們的創(chuàng)新技術(shù)會落地生根、開花結(jié)果。

來源：新華日報