智慧農業新模式的設計研究

曹相東 曹景怡 張亞靜 孔蕾

摘? 要：文章立足于農村振興發展戰略，打造智慧農業新模式。設計農作物病蟲害自動感應報警裝置，開發一種大棚種植用農作物自動輸藥裝置，研發農產品問診、專家醫治、農資銷售一體化問醫平臺，利用這三個技術來創新傳統農業，給農業經濟注入新鮮血液。智慧農業新模式從農作物生長開始，監控整個農作物生長的全過程，從感應報警病蟲害到自動輸藥再到農作物的疑難問題都能夠利用裝置或平臺得到解決。

關鍵詞：智慧農業;自動感應;自動輸藥;問醫平臺

中圖分類號：TP311? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2022）04-0108-04

Design and Research of New Mode of Intelligent Agriculture

CAO Xiangdong， CAO Jingyi， ZHANG Yajing， KONG Lei

（School of Economics and Management， Shandong Huayu University of Technology， Dezhou? 253034， China）

Abstract： This paper is based on the strategy of rural revitalization and development to build a new model of intelligent agriculture. It designs an automatic induction alarm device for crop diseases and insect pests， develops a kind of crop automatic drug delivery device for greenhouse cultivation， and develops an integrated medical platform for agricultural products consultation， expert medical treatment and agricultural marketing. It uses the three technologies to innovate traditional agriculture and inject fresh blood into the agricultural economy. The new mode of intelligent agriculture starts from the crop growth， monitors the whole process of the crop growth， from the induction alarm of insect pests and diseases to the automatic drug delivery and to the difficult problems of the crop can all be solved by using devices or platforms.

Keywords： smart agriculture; automatic induction; automatic drug delivery; medical platform

0? 引? 言

隨著科技的不斷發展，傳統的農業已經不能滿足當今社會飛速發展的要求，因此智慧農業的提出就非常有必要。智慧農業包括的范圍很大，本文利用三種方法來設計智慧農業新模式。首先，針對現有的農作物病蟲害預警裝置在使用時穩定性較差的情況，設計一種新型自動感應報警裝置來解決該問題，這樣有利于以點帶面推動農村農產品全面發展，引導農民致富，促進農民持續增收。其次，針對現有的輸藥裝置輸藥效率較低，浪費人力的問題，設計了一種大棚種植用農作物自動輸藥裝置，可有效地解決輸藥浪費資源的問題。最后，為解決農戶生產種植中面臨的切實問題并實現農作物產量增收，進而推動農戶生活質量全面提升，著力依靠互聯網、大數據等技術支持，設計與建立智慧農產品問醫平臺，為解決農業方面的各類問題提供一個農業網上交流平臺。

1? 目前國內外農業發展狀況

中國是一個農業大國，農業發展的好壞在一定程度上影響這個國家的發展。因此，國家出臺政策大力支持農業發展，不僅有脫貧攻堅戰略，還有全面推進鄉村振興戰略、加快農業農村現代化發展戰略等來助力農村農業更好地發展。

現階段中國的農業主要還是以家庭為生產單位的封閉的自我管理的農業種植狀態，貧困偏遠山區更是因地勢、溫度等各種自然條件影響使得農業的發展停滯不前。但是隨著農業現代化的不斷發展推進，我國農業發展逐漸向好，糧食產量穩固增加，即使是在2020年1—7月新冠肺炎疫情蔓延期間我國的農產品貿易仍然保持增長勢態，增幅比2019年同期增長6個百分點。貿易逆差擴大三成，比2019年同期增長17個百分點[1]。同時我國還把智慧農業納入教科書，厚植大學生愛國主義、“大國三農”情懷，努力讓“綠水青山就是金山銀山”、強農興農理念入腦入心，增強學生服務農業農村現代化、服務鄉村全面振興的使命感和責任感，為實現國家鄉村振興戰略培養高質量應用型人才[2]。注重塑造學生的“大國三農”情懷，引導學生以強農興農為己任，提升其對開創全面推進鄉村振興、加快農業農村現代化新局面的使命感和責任感，培養學農、知農、愛農的積極踐行者，在學生群體中樹立榜樣示范[3]。我國逐漸把農業發展作為國家發展的重要部分，積極解決目前農業存在的問題，把解決“三農”問題作為農村工作重點，出臺了一系列助農惠農政策，包括取消農業稅、給予糧食補貼等促進農業發展，提高農民的積極性;還提出了鄉村振興發展戰略，運用科技興國思想促進農業現代化的發展。

而國外的農業發展情況要比國內快得多，像美國、以色列、荷蘭等國家很早就重視農業發展的現代化，并且將科技和農業聯系起來，使用科學化、標準化、機械化的方法來管理農業，以此來獲取更高額的收益。例如美國是規模化大農場種植，并且在發展的過程中經不斷改進優化已經形成了一種特定的模式和管理風格[4]。他們分工明確，各司其職，大大提高了工作效率。還有的國家使用農業機器人來進行農業的各種活動，將監測技術、傳感技術、圖像識別技術和人工智能技術等多項技術于一身的高科技機器人，以及兼有人的部分感知力和四肢行動功能的半自動化設備投入到農業生產中，較好地解決了勞動力不足和勞動力疲勞等問題。國際上以美國為代表的大田智慧農業、以德國為代表的智慧養殖業、以荷蘭為代表的智能溫室生產以及日本為代表的小型智能裝備業，均取得巨大進步，形成了相對成熟的技術與產品，而且還形成了商業化的發展模式，為我國發展智慧農業提供了可借鑒的經驗[5]。我們應學習其他國家對農業發展的規劃和技術，促進我國農業的不斷發展。

2? 現階段存在的問題

目前有些農業地區已經正式批準成立了專門的農病蟲害早期防治工作領導協調小組，但是病蟲害早期防治的相關專業技術裝備建設力量不夠雄厚，任務極其繁重，成效也并不顯著。此外現在市場上的一些預警裝置在使用時穩定性較差，特別是在戶外風大時使用很容易被吹倒，給使用造成困難，有效解決這種病蟲害給當地農作物生長帶來的不良影響是當前最緊迫的任務，加快研究防治措施，增加農作物產量，增加農業收益，才是我們根本的目標。

根據調查，目前農業大部分都在使用人工輸藥的方式，市面上的輸藥機器比較少，并且價格昂貴，這樣的輸藥方式不僅浪費人力，而且還效率非常低，有些農作物在沒有噴灑上藥物時就已經變質，這樣的噴藥效率非常不利于農作物的生長。農戶方面，農村人口老齡化日趨嚴重，青壯年勞動力大量外出，勞動力嚴重不足;家庭式的生產經營模式，生產種植機械化與智能化程度偏低，導致生產效率低下;偏遠地區的農業發展信息滯后，缺乏科學合理的農業技術指導，不利于農業的發展創新;對于惡劣天氣、自然災害的威脅，缺乏科學有效的應對策略，面對災害的防御能力不足。農業專業人才方面，越來越多的農業專業的高校畢業生選擇考取公務員，或者進入農業科研單位，或者選擇了其他的就業方向，最終導致農業人才分配嚴重失調。農資企業方面，企業通過產品說明會、下鄉薄利營銷、電視廣告宣傳等傳統營銷手法已無法吸引廣大消費人群，傳統的營銷手法很難在市場上起到積極作用。導致傳統農資企業發展潛力大打折扣，企業發展面臨嚴峻形勢。

3? 實現智慧農業涉及技術

3.1? 農作物病蟲害自動感應報警裝置設計

農業病蟲害測報工作，防控防治工作不僅僅是推進我國現代農業安全防治生產的關鍵一步，還是我國現代農業未來的發展方向。在綠色農作物的開發生產以及種植過程中，農作物病蟲害及時防治工作是農業提高產量和改善農作物生產質量的重要技術保障，我國要真正培育出高產、高效和高質量的綠色農作物，必然少不了對各種農作物病蟲害進行及時測報，為了有效解決病蟲害給當地農作物生長帶來的不良影響，必須要加快防治措施，于是設計了農作物病蟲害自動感應報警裝置，以有效地減少此類問題的發生。

該農作物病蟲害自動報警裝置包括報警裝置本體，所述報警裝置本體包括中空底座，中空底座的頂部內壁上固定安裝有兩個電動伸縮桿，兩個電動伸縮桿的底部分別固定連接有溫度傳感器和濕度傳感器，中空底座的底部開設有兩個穿孔，所述中空底座的左右兩側均開設有第一轉動槽，兩個第一轉動槽內均轉動安裝有第一安裝桿，兩個第一安裝桿的外側均固定安裝有兩個第一穩定板，中空底座的前后兩側均開設有第二轉動槽。增加使用的穩定性，避免傾倒，結構簡單，使用方便。本裝置通過設置底座、固定管、萬向輪、電機、球機、滅蟲燈、報警模塊、閃光燈、蜂鳴器、殼體、從動錐齒輪、主動錐齒輪、限位板、活動管、螺紋桿、MCU、通信模塊、溫度傳感器、開口、蓄電池、濕度傳感器、電動伸縮桿和開關的配合使用，解決了現有農作物病蟲害人工檢測方式浪費人力的問題。圖1為此報警器裝置結構示意圖，圖2是正視剖面結構示意圖。

3.2? 一種大棚種植用農作物自動輸藥裝置

現在普通的農業一般利用大棚進行種植，大棚種植技術是一種比較常見的技術，它具有較好的保溫性能，深受人們喜愛，因為在任何時間都可以提供反季節的農作物。大棚種植需要使用輸藥裝置向農作物噴灑藥物，而現有的輸藥裝置輸藥效率較低，浪費人力，因此我們提出了一種大棚種植用農作物自動輸藥裝置，用來解決上述問題。此裝置設有移動座，移動座的頂部固定安裝有水箱，并設有兩個連接管，兩個連接管的頂端均固定連通有中空桿，兩個中空桿上均固定連通有多個噴頭，所述水箱上設有抽液裝置;移動座的底部固定安裝有兩個固定板，兩個固定板上轉動安裝有兩個車輪軸，兩個車輪軸的兩端均固定安裝有車輪，移動座上設有動力裝置，水箱的頂部設有加藥口，本輸藥裝置可以根據農作物的高度對噴頭的高度進行調整。

農作物自動輸藥裝置具有很多優點，例如：可以轉動調節桿使與調節桿螺紋連接的升降桿豎直移動，進而根據農作物的高度對噴頭的高度進行調整;通過兩個推拉桿帶動兩個活塞往復運動，通過四個單向閥的設置，使藥液進行單向流通，當活塞往復運動時，通過兩個抽液管對藥液進行抽取，由兩個出液管排出，藥液經兩個連接管進入兩個中空桿內，最后由多個噴頭噴出;車輪軸帶動車輪轉動，進而使移動座進行移動，節省人力;可以根據農作物的高度對噴頭的高度進行調整，同時方便進行移動，節省人力，兩邊同時噴灑可以增加噴灑效率。圖3為大棚種植農作物自動輸藥裝置的示意圖，圖4為裝置的正視剖面結構示意圖。

3.3? 農產品智慧問醫平臺

智慧問醫服務平臺最關鍵的效用就是在農戶—農醫—農資三者之間建立起了有效鏈。農戶在現實生產種植中面臨的農業難題，依靠農產品問醫平臺可以實現“農戶—農醫”直接對話，有效地實現“問題提出、在線診斷、提供解決方案和信息反饋”等系統性管理。運用互聯網大數據等新興技術豐富完善平臺數據，針對全國各地農戶提出的生產種植問題，及時、準確地對接農業醫生或專業學者進行診斷解答（付費、免費兩種方式），提出可行性解決方案。從而實現農戶“不懂就問，有問必答，答必有效”的網上問診模式。農戶通過自己問題的解決情況，為農醫進行相對應的評價。此外，農戶還可以瀏覽到全國各地最新的農業資訊，最先進的種植技術或農業小妙招，開闊農戶的思維，提升農戶的眼界，在耳濡目染中貫徹現代化的農業生產方式。農學專業人才可以入駐平臺成為農業醫生，對于農民用戶發來的各種農業相關問題，結合自身專業知識與經驗，以互聯網大數據為依托，科學高效給予用戶解決方案，同時該平臺可以解決部分農業人才就業問題。農醫通過農戶評價機制，提升自身的專業等級，增加自身權威性，從而提升咨詢費用，提升個人價值。線上咨詢與線下“一對一”幫扶可同時展開，對于剛剛畢業的農學專業大學生、研究生，線下幫扶可以快速增加實踐經驗，增長自身專業素質，提高自身專業水平與可信度，為成為一名合格農醫打下堅實基礎。農資企業可以申請成為平臺合作商，為平臺提供相應的研發經費與運行經費。這樣農資企業可以得到平臺的宣傳與推薦。平臺給予入駐農資企業線上渠道，使得農資企業的產品可以直接通過平臺進行售賣，在拓寬農資企業銷售渠道的同時，也增加了企業的宣傳力度，提高了品牌效益。

智慧問醫服務平臺還將對三方安全提供保障，嚴格審核登記注冊的農戶、農資與農醫，讓農戶咨詢放心，買得放心。在平臺研發之前我們還進行了實地調研，通過調查問卷和訪談的方法收集了農戶、農醫、農資三方對智慧問醫服務平臺的建議，并且了解到他們對于智慧問醫服務平臺發展持支持態度，但也有一些疑惑與顧慮，這些我們都會納入后續研發中，對平臺不斷地進行完善。農產品智慧問醫服務平臺，將農戶—農醫—農資有效的鏈接在一起，解決了三者間所面對的不同矛盾，揚長而避短，開拓了一種互聯網大數據支持下的新型服務平臺，未來將會是時代趨勢下不可或缺的重要部分。圖5、圖6為智慧問醫平臺的部分展示圖。

4? 結? 論

智慧農業新模式在當今時代下是非常具有可行性的，農作物病蟲害自動感應報警裝置不僅可以節省人力，還可以自動感應報警，可大大解決農作物在生產過程中遇到的病蟲害問題。大棚種植用農作物自動輸藥裝置可提高噴灑藥物的效率，還節約人力資源，可保障農作物的生長。農產品智慧問醫服務平臺以互聯網為核心、大數據為基礎，線上解決農業問題并提供相關資訊，突破了地域的限制，讓農民能夠直接與農醫人員進行溝通交流，農戶能夠自主地選擇詢問的層次，更有效地解決農業問題。目前只是對智慧農業模式進行的構想，還需要不斷改進裝置的實用性，并深入地探索智慧農業，真正地將農業與科技互聯。

參考文獻：

[1] 李蔚青.2020年1—7月中國農產品貿易監測 [J].世界農業，2020（10）：127-129.

[2] 張坤朋，郭衛云，王興云，等.新農科背景下植物生理學課程思政教學探索 [J].安陽工學院學報，2021，20（4）：103-104+122.

[3] 曹輝，賈明方，孫夏，等.《智慧農業》課程教學中課程思政元素挖掘與融入[J].安徽農業科學，2021，49（22）：274-276.

[4] 韓雪梅.國外現代農業發展模式與經驗借鑒 [J].農業知識，2018，（19）：37-39.

[5] 趙春江.智慧農業的發展現狀與未來展望 [J].中國農業文摘-農業工程，2021，33（6）：4-8.

作者簡介：曹相東（1989—），男，漢族，山東德州人，講師，碩士研究生，研究方向：農村經濟發展;曹景怡（2000—），女，漢族，山東淄博人，本科在讀，研究方向：工業工程;張亞靜（2001—），女，漢族，山東青島人，本科在讀，研究方向：工業工程;孔蕾（1999—），男，漢族，山東濟寧人，本科在讀，研究方向：工業工程。