現代農業智能感知技術與產品：為現代農業保駕護航

文|本刊編輯部

現代農業智能感知技術與產品：為現代農業保駕護航

文|本刊編輯部

我國現代農業的發展，對農業信息智能感知技術和設備的要求越來越高。而目前我國農業信息智能感知技術和設備存在成本高、在線監測水平低、適應性差、智能化程度低、共享性和協同作業系統性薄弱等不足。

加速突破不同尺度空間的農業信息智能感知技術，開發農業信息智能感知裝備和協同作業支撐平臺，對加速我國農業生產方式的轉變，推進農業產業結構升級，提高農民收入、農業整體效益和資源利用率，提高農業現代化水平，實現農業可持續發展具有重大意義。

863計劃主題項目“現代農業智能感知技術與產品”于2013年立項，牽頭單位為浙江大學，由該校何勇教授擔任項目首席專家。在863計劃等多個項目的支持下，通過產學研協同攻關，圍繞植物-環境信息快速感知與物聯網實時監控技術及裝備的研發，重點突破了農田信息快速感知、穩定傳輸和精準管控三大關鍵技術，研發了系列化現代農業智能感知新產品和新設備，大大提升了我國農業信息化和現代化水平。

“現代農業智能感知技術與產品”成果豐碩

植物養分、生理和病害信息快速感知技術與設備

傳統的植物養分、生理和病害大多依靠人工經驗、實驗室或簡單輔助儀器進行測試與診斷，難以滿足作物生長精準化管理所需的快速、實時檢測要求，也難以為農業物聯網感知節點提供實時信息及實施精準管控。

針對植物生命信息實時快速獲取的瓶頸問題，課題組提出了從作物葉片、個體、群體三個尺度開展生命信息快速獲取方法研究的新思路；揭示了特征電磁波譜與植物養分、生理變化的響應機理和耦合關系，自主研制了便攜式植物養分無損快速測定儀和植物生理生態信息監測系統；率先提出了植物真菌病害早期四階段診斷方法，實現了典型病害侵入和感病初期的早期快速診斷；建立了作物生長過程感知信息重構和可視化表達技術，實現了植株的生長過程重構和三維形態可視化表達。課題建立了作物信息不同尺度空間（近地、微小型無人機遙感、衛星遙感信息）的智能感知技術和數據融合技術，構建了農田多元異構感知信息的多級融合計算模型和多尺度信息融合模型；研發了基于多光譜相機的水稻作物營養狀況及病蟲害的實時檢測技術、微小型無人機遙感信息智能感知技術和養分管理技術、目標識別定位技術及變量施肥施藥控制技術裝備，提高了作物信息智能感知技術的在線監測水平和環境適應能力。

土壤水、鹽與養分特性多維快速測試技術與設備

土壤水、鹽和養分特性快速多維測試是實施精準肥水灌溉的前提，目前單點測試方法不能完整反映土體水、鹽和養分分布狀況，特別是在設施環境下土壤頻繁灌溉后造成水、鹽和養分運移復雜，土壤水平方向和作物根層垂直方向空間變異大。針對上述難題，研發了土壤多維水分快速測量儀和不同監測尺度的墑情監測網；發明了非侵入式快速獲取土壤三維剖面鹽分連續分布的方法與裝置；建立了全國土壤光譜庫的土壤有機質和氮素光譜預測模型，研發了土壤剖面光譜測試便攜式裝置與有機質定量建模方法，研發了土壤養分野外光譜快速測試技術與儀器；研制了二氧化碳濃度梯度分布原位同步測量裝置，建立了基于物聯網的農田信息檢測站點及土壤環境信息遠程采集監測系統。

不同尺度植物養分快速檢測方法和系統設備。

植物生理監測系統及病害早期診斷法。

農田復雜環境下信息無線穩定傳輸關鍵技術

針對農業生產作業環境復雜，如溫室的高濕熱、大田的高溫差環境，無線信號易受作物生長及設施干擾等影響，而且農田信息傳輸要求低能耗、低成本，現有的無線網絡技術不能很好滿足信息的傳輸要求，課題組發明了主動誘導式低功耗自組網與消息驅動機制的異步休眠網絡通信方法，解決了農業信息的低功耗與遠程傳輸問題；提出了網絡局部重組與越級路由維護算法，實現了網絡故障自診斷和自修復，解決了野外節點故障或植物生長與設施對無線信號干擾導致網絡局部癱瘓的難題，提高了無線傳輸網絡的穩定性。

植物-土壤-環境信息快速感知與物聯網實時監控系統。

基于物聯網的作物生長精準管控技術與裝備

過去，以人工經驗為主的大田和設施作物肥水灌溉與農藥施用費時費力、效率低、效果差、浪費大，難以滿足作物不同生長階段對肥、水、藥的真實需求和保障作物的品質與安全。

為了解決這些問題，課題組研發了植物生長智能化管理協同控制和實時監控系統，實現了基于實測信息和滿足植物生長需求的物聯網肥、水、藥精準管理和溫室協同智能調控；研發了基于物聯網工廠化水稻育秧催芽智能調控裝備和設施果蔬質量安全控制管理系統，提出并開發了農產品原產地包裝防偽標識生成方法及系統，提高了質量安全溯源的可控性、防偽性和安全性。

社會效益顯著推動農業科技進步

植物-環境信息快速感知與物聯網實時監控技術及裝備成果獲授權發明專利30多項；研發的相關技術和系列設備/系統實現了植物、土壤信息的快速檢測，并通過物聯網技術和實時監控系統實現了大田和設施條件下的肥水精細化管理，提高了肥水利用率，并減少了農藥、化肥等投入。在浙江、江蘇、北京、廣東、山東、黑龍江、新疆、安徽、河北等10余個省市的現代農業園區、果園與設施農業、涉農企業、無人機企業等進行了推廣應用，建設推廣和示范基地10余個，覆蓋了糧油、果蔬和花卉等多種農作物。據統計，與傳統的生產方式相比平均節水、節肥約20%、省工約30%，顯著提高了生產效率，有效保障了作物的高效、優質、安全生產，取得了顯著的社會效益、經濟效益和生態效益，推動了農業科技進步。

該成果是在國家863計劃等多個項目的資助下，聯合高校、研究院所和相關企業聯合完成的，通過863計劃項目將全國優勢單位聯合在一起，充分發揮了產學研各部門的特色和優勢，針對我國農業傳感儀器和物聯網應用急需解決的關鍵技術和裝備，開展聯合攻關，從低成本快速檢測的農業傳感儀器開發到適應農業復雜環境需求的無線傳感網絡，再到實現根據作物需求的設施溫室智能控制和自動肥水灌溉。攻克了多項關鍵技術，開發了一批實用性產品，同時培養了一批青年科技人員，并將研究成果在多個省推廣應用，建立了多個示范應用基地，培育了一批信息化程度高、適應現代化生產模式的現代農業示范企業，取得了顯著的社會效益和經濟效益。

專家簡介

何勇，博士、浙江大學求是特聘教授、博士生導師，現任浙江大學數字農業與農村信息化研究中心常務副主任，國家重點學科——農業機械化工程學科學術帶頭人之一、國家863計劃現代農業技術領域主題專家、863計劃“現代農業智能感知技術與產品”主題項目首席專家。