精准农业的技术体系范文

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近年来，我国数字化农业技术取得了一些进展，主要表现在：农业传感器微型化、农业灌溉智能化、实时监控农作物生长、农业信息可移动化、农产品质量追溯化等已成为主流。这得益于农业生产信息化技术的成熟和发展，尤其是农产品种植、加工智能化技术的应用。

国内关于农业园区应用物联网技术的相关研究主要涉及温度监控、光温智能控制、精准灌溉等方面。如，浙江大学等单位对农业物联网信息感知、传输和应用等方面进行研究，主要涉及智能化程度、肥水利用率及农产品安全等问题。取得了一系列成果。但总体来看，数字化技术在农业生产中的集成应用研究还比较少。本文提出构建完全数字化的生鲜农产品产业基地，该基地基于总线技术集成，由统一的信息系统进行集中管理和统一调度，充分运用物联网和现代信息技术，加强数据处理及控制，合理布局传感器（温度传感器、湿度传感器、养分传感器、土壤成分传感器等），实现完全数字化。

一、生鲜农产品产业园区数字一体化精准管控系统的实施意义

1.加速信息化。农业发展越来越受到信息技术的影响，信息化成为我国加快实现农业现代化的必然选择。随着物联网技术和农业信息技术的广泛应用，现代农业高速发展，新的农业科技革命即将到来。

2.提高数字化。数字化有利于发展我国自主产权的农业高技术体系，对于我国在世界范围内新的农业科技革命中占有一席之地，以及提升我国农业科技在国际上的整体竞争力，具有战略意义。

3.提高生产效率。传统的手工劳作、粗放型、分散型农业产业模式已不适应时展，我国经济进入规模经济时代，设施的效率决定了生产的效率，也体现了生产力的发展水平。

4.节能减排。精准农业在高新技术的基础上，充分利用现代信息技术，成为现代农业的一种先进生产形式和管理模式。为能自动感知、获取并分析作物生产的环境因素实际存在的时间和空间差异信息以及实现自动诊断和监测，确立起按需投入，在技术上和经济上可实施的应对方案，对物联网技术提出了系统化的理念和技术要求。

二、生鲜农产品产业园区数字一体化精准管控系统的构成

如图1所示，基于物联网技术的生鲜农产品产业园区的数字一体化精准管控系统，主要包括设备执行层、通讯层、调度监控层和信息管理层等四个层级。整个管控系统由计算机管理调度系统（中央控制系统）、水肥一体自动控制系统、自动通风控制系统、无线传感器系统、卷帘控制系统、诊断与监测预警系统等六个子系统组成。

1.计算机管理调度系统（中央控制系统）

生鲜农产品产业园区数字一体化精准管控系统，是在系统总体规划的原则下，为实现农产品种植基地的智能化、数字化、精准化管控而进行的计算机软、硬件系统设计，在信息自动化统一软件平台的基础上，结合农作物生产经验，开发农产品种植系统，采用面向对象的分析、设计和开发手段。充分考虑系统的柔性，并为系统的全面集成留有接口。

系统由管理层信息系统集中管理和统一调度，在监测与预警系统的监控下获取数据采集层下各类型传感器所提供的作物成长环境的物理参数，如：空气温湿度、土壤水分含量、PH值、CO2浓度等，再经通讯层传输到管理层中央控制器，农产品种植系统对感知的信息进行融合处理，智能对比适宜农作物生长的最佳环境变量，并形成完整的按需配给策略，由通讯层到达发出控制指令的具体分管控制器，完成对农作物的按需供给，保障农作物的健康成长环境。

整个管控系统形成了一整套完全智能化、数字化和精准化的管理理论和实践方法，对智能并联调度系统、诊断与监测预警系统、水肥一体化精准管控系统等新技术模块进行了研究应用。

系统结构分为四个层次，即：信息管理层、通讯层、调度监控层和设备执行层。其中，计算机系统始终贯彻整个系统的运行中，从整体调度到具体信息的收集与传输、指令信息的下达，涵盖信息管理层、通讯层、调度监控层的所有业务以及设备执行层的大部分业务，上联中央控制系统，下联设备执行层。

系统硬件模型，如图2。

2.水肥一体自动控制系统

水肥一体自动控制系统是一项现代农业新技术，该技术可以精确控制灌溉和施肥的数量与时间，以微灌系统为基础，根据农作物的需水需肥规律及土壤状况，运用计算机技术自动对水和肥料进行调配和供给。

在滴灌、渗灌、微喷灌等工程节水的基础上，通过布置在田间的水分传感器、养分传感器、土壤成分传感器等多种类别传感器，测得土壤各指标的基本状况，经传感器将信号传到电脑，再由程序智能指导灌水施肥。

由于系统没有非常复杂的运算，需要低功耗和具有较强抗干扰性，因此采用单片机作为自动控制中心模块，用来处理灌溉区的信号输入等工作。由于水灌溉自动控制系统对水位的控制精度要求不高，将自制水位传感器安装到要求的液位，直接感知液位信息。由液位信息控制电磁阀，从而实现精准施灌。系统中的很多资料需要长期保存，同时需要在系统断电时仍能保存信息，根据自动控制系统以及用户信息存储大小需求，选用双备份磁盘阵列为该系统的存储设备。

水肥一体自动控制系统包括两大类。即叶面施灌和根系施灌，前者采用喷雾头施灌，后者采用滴灌。

系统将各种农作物的特征需求数据、种植历史经验数据、专家知识等集成、组构、融合，编制成生鲜农产品种植专家系统，将测定的实时信息与生鲜农产品种植专家系统的参数对比后，可计算出灌溉时长、施加肥液时长和肥液配比等值。控制程序得到开始工作指令后立即运行，系统运行过程的数据均可查阅。系统主程序流程，如图3。

3.自动通风控制系统

自动通风控制系统综合性能优于传统通风系统，可以自动调控风机转速与风量，感应空气品质，从而改善空气质量，提高通风安全，实现运行管理智能化。该系统主要由智能中央控制子系统及空气品质感应子系统等组成，还包括通风管道、可调节的风口末端及数字化节能风机等。

4.无线传感器子系统

WSN（WirelessSensorNetwork，无线传感器网络）由多个部分组成，其主要构成：无线传感网络基础设施、网络应用支撑层和基于该网络应用业务层的一部5y.等，参见图4。将WSN应用于培养种植农作物，可提高农业数字化水平。其工作原理为：在监察区域设置大量廉价的微型传感器，通过传感器感知并收集所需监察对象的信息，这些信息经过处理后发送给观察者。

5.卷帘控制系统

当前使用的温室大棚卷帘机大部分存在安全隐患，其主要原因是动力源为现场人工送电，不论温室中是否有劳动任务，管理人员都必须到现场操控设备，造成了时间和人力资源的浪费。

为解决上述问题，可以通过自动远程控制，实现卷帘机的升降，不仅可以减少安全隐患，而且降低劳动强度，提高效率。其主要做法为.在设备中嵌入一个模块，利用处理器的指令控制来实现GSM系统的短信息服务。该方法实施方便、操控简单、成本低，有较高的应用率。

6.诊断与监测预警系统

在农作物种植基地采用诊断与监测预警系统，主要针对系统中关键设备的开关和运行情况进行监测，发现异常情况并及时处理，从而尽量避免损失的发生。

为了加强监测和预警，该系统设计并充分应用无线结构健康监测试验仪器。基于成本和便捷性，该仪器主要应用ISM（IndustrialScientificMedical）频段，这是因为：ISM频段耗能低、成本少，组网方便且无需授权申请，非常适合无线结构的健康监测使用。其覆盖范围，如图5。

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一、农业保险精准扶贫

农业保险也被简称为“农险”，这是一种特别针对农业突发状况而为农业生产者设置的特殊类型保险，比如农业生产过程中发生天灾、疫病等意外状况，给农业生产者造成了严重的经济损失，农业保险就可以对此给予经济上的补偿和补助。农业保险所保障的范围很广，日常所提到的畜牧业、养殖业、种植业等等一些基本的农业都被包含在内，但其中最主要的还是种植业和养殖业。农业保险精准扶贫具体来讲，就是要通过农业保险这一举措，来帮助贫困地区的重点扶贫居民实现脱贫致富，同时还要对农业生产生活的可持续作用做出保障。以往的扶贫模式比较看重扶贫的“输血”功能，却没有对扶贫的“造血”功能引起重视，也就是没有发掘出可持续脱贫的能力。于是在农业保险精准扶贫的模式下，选择的扶贫对象基本都是贫困地区的贫困农户们，首先给予他们一定的保险费用补助，让这些贫困农户都能顺利的获得农业保险对于意外事故的保障。对所选区域范围内的贫困农户进行科学、合理和精确的审核，然后将贫困农户进行分类，因地制宜的对它们进行扶贫，这种管理模式具有较高的精准度。具体应用起来就是根据贫困农户的实际情况，给予他们援助，将区域内部的扶贫信息整合到一起，合理分配扶贫资源，进一步落实精准扶贫，让扶贫工作真正进行到每一家贫困农户当中去。

二、农业保险精准扶贫效率的评价指标

根据有关部门提出的系统、全面、相关、可操作性的原则，针对农业保险精准扶贫效率的评价指标问题，可以从投入效率还有产出效率这两个方面做出分析。投入效率指标，从投入角度入手，可以选择农户投保率、理赔额赔付率财政资金补贴支出还有农险承保覆盖率等作为评价指标，用这些评价指标来反映精准扶贫政策的落实情况，实际掌握农户参与农业保险的比重、保险公司农业保险赔付率和农险风险发生率的水平和政府对农业保险进行财政补贴的力度。产出效率指标，从产出角度入手，可以选择保障农作物产值占比、农作物单位产量、农险风险损失率等作为评价指标，这些指标可以良好的反映出农业保险在保障农民生产生活、提高农作物收成还有降低农业风险问题上发挥的作用。

三、农业保险精准扶贫效率评价指标体系建造工作

（一）围绕精准扶贫效率指标体系构建的原则

1.系统性原则。也可说是整体性原则，这个原则要求在选择用于构建体系结构的指标时，一定要从整体出发，然后所选指标同时满足能在构建体系结构时发挥关键作用，有标志性；能符合体系结构构建的大方向；选择的指标最好保证拥有一种既相互独立又相互关联的逻辑结构三项原则。只有同时满足了这三项原则，构建出来的体系结构才能达到预期的效果，体系结构才能体现出精准扶贫政策的重要内涵和精神。2.相关性原则。这项原则要求我国在构建体系结构时，一定不能偏离体系构建发展的大方向，思想上一定要有一致性。同时在选择指标时，应该对指标的外部环境做出实地考察，因为政府在进行绩效评价时都是遵照绩效评估理论的，都是从多个维度和层次出发，几乎将所有的相关指标都列入了评价范围。所以类似于农户人均农业保险保费支出占农户年收入比重和政府给予农业保险的资金补贴支出之类的指标都应该纳入的体系范围当中来。3.全面性原则。在构建指标体系的过程当中，围绕农业保险扶贫效率做出的选择，不仅仅需要考虑每个指标对体系产生的影响和带来的意义，还要把选取而来的各个指标进行结合后带来的整体影响，把这些情况都考虑全面，所构建出的指标体系就可以把国家制定出的扶贫政策的主要目标和发展方向全面化的展现出来。同时还对在选取构建指标的工作中提出了新要求，选择的指标应该尽可能做到覆盖面广阔，还应该能够从多个角度，全面的对精准扶贫效率做出评价，比如可以从政府、保险公司和农户三方面同时入手。4.可操作性原则。这一原则是构建绩效评价体系时，必不可少的关键性原则。无论构建出来的体系有多么周密、程序多么具有科学性、逻辑结构多么合理，不具有可操作性，整个体系都是不能使用的，即便不顾操作性强行运用到实践当中去，也是可以发现它根本不能帮助处理实际问题的，先前做的努力都将付之东流。在收集绩效评价指标体系所反馈回来的数据时，要挑选出那些具有代表性、能够明显对精准扶贫中农险效率做出反映的关键数据，重复多余的指标过滤掉就可以了。另外，在进行指标选取的时候，要考虑收集数据和获取渠道的高效性和低成本性，一般而言，指标数据的获取渠道都来源于各个财政和保险汇总年鉴的具有权威性的官网。在收集到这些数据以后，就需要对这些数据做出高效的利用，这要求需要对整个指标数值统计和分析的过程做出严格规范，还要保证统计口径和测算数据保持一致。做好这些工作以后，评价者就可以通过对评价指标体系做出的效率分析，来明确安徽省精准扶贫中农业保险的实际效率，以此来找出其中存在的绩效问题，及时解决，从而更好地改进安徽省农业保险精准扶贫工作存在的不足。

（二）精准扶贫效率指标体系构建的具体内容

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2现代农业信息技术创新

2．1发展特征及趋势

现代农业信息化科技创新的主要特征有：①以高科技为依托，具有高投入性；②相互渗透，具有开放性；③促进规模经营，具有高效性；④需求与要求矛盾多，极具差异性；⑤引进竞争机制，具有挑战性［7］。同时，智能化、移动互联特征鲜明，农业信息化呈现出集成化、专业化、网络化、多媒体化、综合化、全程化。当前，全国农业信息化科技创新呈现出新的趋势：①从注重基础建设向注重资源整合转变；②终端开发应用开始由传统终端向高效便捷的智能化终端转变；③产业信息化开始由单一环节的信息化科技创新向全产业链信息化科技创新转变；④由单一信息化技术创新向集成技术创新转变；⑤农业信息服务科技手段开始由传统单一方式向协同化、精准化、个性化、可视化、智能化方向转变；⑥创新机制开始由高校科研机构为主体、国家无偿投入为主，向以企业为主体、产学研结合、国家有偿投入转变。

2．2发展策略

依据前述发展阶段，在发展策略上，第一阶段为政府主导型，农业信息技术基础设施的研究、开发，实验的人力、物力主要由政府投入；第二阶段是双轨协调型。即综合运用政府和市场两种力量，农业信息技术的发展建设由政府、科研院校和企业共同参与；第三阶段为市场主导型。政府主要承担发展战略制订和政策环境构建，引导技术创新和产业发展，受技术创新利益驱动，企业是信息技术发展的主要推动力量［8］。“十三五”期间，我国大部分省份应该采取第二阶段战略，即双轨协调型，政府做好规划，引导企业发挥创新主体地位的作用。

3现代农业信息化关键技术

从信息利用过程来看，农业信息化技术创新的重点任务可归纳为：①信息自动获取技术，主要包括传感、遥测、遥感及摄像扫描技术；②信息传输技术，包括光纤通信卫星、通信激光等；③信息利用技术，包括数据库技术管理、系统人工智能与专家系统、遥感技术RS、地理信息系统GIS、全球定位系统GPS、模拟与仿真技术和计算机网络技术等［9］；④信息控制技术，包括生产自动化技术，如农业生产领域的自动灌溉、自动施肥、温度自动调节等技术。同时，农业信息网络平台建设、农业信息资源数据库建设、农业信息监测与速报系统、虚拟农业和精确农业等已成为农业信息化建设的重点。其中，农业数据库产业是信息部门重点开发的领域，农业应用软件开发将成为农业信息产业化的重要组成部分［10］。在农业信息智能分析方面，需要突破智能化数据采集与挖掘、海量数据管理、生产风险因子早期识别、农产品市场价格短期预测等关键技术［11］。其中，精准农业、数字农业、农业电子商务、农产品质量安全追溯、农业技术集成、低成本便捷性农业软件和终端技术等将成为“十三五”期间农业发展研究的重点。

4现代农业信息化关键技术创新

4．1精准农业：农业生产过程信息化

针对农业生产环节精细化程度不高、农业污染、资源浪费大等突出问题，面向良种繁育、作物栽培、畜禽饲养等农业生产，以精准农业“3S”等关键技术集成开发与应用为代表，研究农田水、土、肥、气、温度等生长信息的智能感知与快速获取技术；研究土壤养分与墒情变化、耕地质量动态、气候变化等监测与处理技术；研发农田精准作业导航与变量作业控制、精准作业数字化管理与智能决策等管理系统；建设动植物防病治病、病虫草鼠害发生、重大疫情快速反应与预警体系。整合建设北斗导航、全球定位系统GPS、农田地理信息系统GIS、农田遥感监测系统、农业专家系统、网络化管理系统等，构建省级主要作物精准作业体系。推广测土配方施肥等一批共性关键技术和重大系统产品，提升省级以精准农业为代表的农业精细化生产水平。

4．2数字农业：农产品加工储运领域信息化

针对农产品加工储运领域自动化控制水平不高、管理薄弱等问题，加强农产品加工储运信息科技创新，重点开展农产品加工智能化装备、生产自动化控制、农产品储藏环境远程监控、鲜活农产品冷链运输控制、农产品物流管控等信息技术研发。攻克农业信息智能处理与知识发现技术，探索农业信息大数据应用建设。构建农产品加工数字模型和虚拟加工储运技术平台。研究农产品加工过程模拟模型，开发便捷性生产加工管理系统。利用工业化数字控制技术已有研究和应用成果，改造、改良传统农业产品加工领域的技术和设备，实现农产品加工储运优先向数字化迈进。

4．3农产品电子商务：农产品交易信息化

针对农产品信息流通、交易不畅等问题，顺应电子商务发展趋势，通过引进与开发，依靠信息科技创新，形成易用、好用的生态地理标志农产品电子商务平台及系统，降低农产品交易成本，提高科技信息服务含量，提升农产品交易的快捷性和便捷性。建设新型农产品交易平台、大型农产品数据库；加强支付、认证、配送等环节创新信息技术研发与应用；创新生产、流通、交易、竞价、网上超市等体验式服务。引导电信运营商、电信增值业务服务商、内容服务提供商和金融服务机构相互协作，开发电视、手机、电脑、公共服务等多种接入终端，建设并创新完善移动农业电子商务服务平台，研发信用积分管理系统，加强交易双方的信用管理。积极研发以电子商务为导向的配送物流配套体系，完善农业电子商务创新体系。

4．4产品质量安全追溯：农产品质量安全控制信息化

针对当前农产品质量安全问题，重点研究及应用农产品电子标识以及物流网络构建技术。研发质量监控、追溯技术及设备，推广便携式快速检验终端。通过农产品信息采集、质量检测监控、质量安全追溯信息读取等新型信息技术研发，实现农产品质量全程控制，保证质量。重点综合应用推广农产品电子标签及条码标识、信息采集与传输、无线移动数据采集与可靠传输技术，降低RFID设备和标签的成本，提高RFID技术普及率。针对猪肉、牛肉、鸡肉、蔬菜、水产品以及茶叶等农产品开展质量安全监管与质量追溯信息化示范，提高农产品质量及其安全水平。

4．5共性关键技术：创新现代农业信息服务共性关键技术

针对不同类型企业和经济组织急需的共性关键技术，主要进行信息化关键技术集成与应用，开发个性化信息服务软件和设备，探索农业信息资源挖掘与便捷传送技术，通过大型智能农业综合信息服务平台建设，实现硬件云平台化、软件超市化，形成农业信息共性关键技术创新体系。面向大田作物、设施蔬菜、集约化畜禽与水产等生产经营全产业链，集成数字农业、精准作业、农产品质量安全追溯等关键技术，推进农业物联网信息融合与云计算等核心技术，开发性能可靠、成本低廉、操作简便的现代农业软硬件技术产品和系统，推进农业生产经营的信息化、数字化、精准化［12］。面向农业合作社、家庭农场等中小经济组织，进行移动互联网设备及软件的研发与创新，开发特色软件，提高软件稳定性，满足特定用户的使用体验，解决农业人口普遍存在的文化程度总体相对偏低问题，提升信息化水平。

5现代农业信息化关键技术创新保障

信息服务业作为新兴行业，需要依靠政府大力推动，这是我国农业信息服务业发展的关键［13］。为实现我国现代农业信息化科技创新的战略目标，政府需通过重大专项的形式支持农业企业等相关经济组织和科研院所积极开展农业信息化技术研发与应用示范，引导农业信息化创新，保障各项工作顺利实施（见图1）。

5．1关键技术创新思路

根据农业信息化发展阶段，结合农村信息化“十二五”发展情况，针对现代农业发展过程中的瓶颈问题，解决农业产业化发展中农业信息服务共性关键技术集成应用的具体问题，保障现代农业在信息采集、加工处理、信息传播、信息接收利用等环节的畅通，提升农业信息化水平，为现代农业快速发展提供保障，实现农业现代化、信息化协调发展。

5．2关键技术创新布局

（1）农业信息体系创新布局。重点完善以科研院所、重点企业为主体的关键技术集成技术创新体系；构建以农业综合信息服务平台建设、信息服务资源整合、信息传输以建设及信息服务终端研发为主要内容的服务体系；形成以试验、示范为主要手段的推广应用体系。

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2 发展精准农业