農業信息技術下共享農機現狀及建議

孫百惠

(黑龍江省農業機械工程科學研究院牡丹江分院,黑龍江 牡丹江 157000)

0 引言

目前,在農機生產與使用方面,我國在世界上可稱之為第一大國家,農機裝備產業相關的企業已達8 000多家,農機裝備相關的產品產量達到約4 000種[1]。根據農業農村部數據顯示,我國農業機械行業市場規模從2016年的2 568億元增長到2021年的5 310億元(圖1)。不斷增長的農機資源給農戶務農帶來了很多便利,但相應出現因農機信息流通不暢致使農機閑置、農戶使用農機不及時等問題。為解決該問題,提出有效利用共享農機,加強智慧農業農機智能技術體系,使農機使用效率最大化,對未來發展趨勢有效把握,也對農機生產高品質發展有至關重要的作用。

圖1 2016—2021年中國農業機械行業市場規模情況

1 農業信息技術與共享

1.1 農業信息技術的概述

1.1.1 智能化農業信息技術的定義

智能化農業信息技術是計算機、3S技術、農業專家系統、農業自動化技術、人機互動技術等多項技術的集成。該技術能把分散性、局部性的農業技術相互整合;也能在智能應用的情況下透徹地剖析出存在的農業問題,并提供解決方法及建議;培養更多高素質農民及技術性人才,推進農業生產的發展[2]。

1.1.2 智能化農業信息技術的應用

3S技術包括遙感技術(RS)、地理信息系統(GIS)、全球定位技術(GPS)。3S技術在農業生產中的應用已有很多成果,例如,RS能有效對作物的生長周期進行監測,并對產量進行估算;對作物的長勢及作物上的病蟲害進行監測;對土壤中水量值及分布情況進行監測[3]。GIS能對獲取的監測數據進行實時信息分析并得出結論,為農業生產管理者提出科學的指導建議,如基于3S和語音識別技術的土地整合實地調查系統[4]。GPS在農業生產上主要應用于農業機械化耕種,例如,在農業機械上使用定位系統可以對農田從耕到收等機械操作進行精準監控[5]。我國目前3S技術在農業生產上的應用仍在發展階段,與國外相關農用產品的類別及功能上相差較大,尚未完全滿足農民的使用需求。應加大科研力度,有效推進3S技術的可行性發展。

目前,在小麥、玉米等旱地作物的生產管理中,農業專家系統已得到實質的運用,它能對作物耕收不同階段進行重點自動化管理,其中對作物的施肥灌溉管控更為科學,對病蟲害防控更加精準,在農業生產管理上起到促進作用[6]。

農業自動化技術已在部分地區的農業生產中運用,如無土栽培、滴水灌溉、農業收割等,能提高生產效率,降低勞動成本,產生更多的經濟收益。我國仍有很多地區因農民對新技術沒有全面認識,新技術硬件支撐力度匱乏,依舊使用傳統耕作模式。我國應在重點地區建立示范點,以普及該項技術,達到推廣應用的目的。

目前,我國存儲的農業科技文獻數據庫擁有不同類別共計100余個,其中農業數據庫也占一定比重,如中國農業科技文獻數據庫[7]。

1.2 共享的概述

共享通常是指把物品或信息與其他人共同享用[8]。共享經濟成為現代社會熱門領域之一,廣泛應用于共享單車、租車、住宿等多個領域。目前,農業生產領域也在拓寬發展空間。例如,農機租賃已成為目前較為常用的一種經營模式,人們將共享經濟理念引入到農機租賃市場,派生出共享農機的概念,并開始局部試行,總體取得了較理想的效果[9]。

現階段,我國已經創建了信息共享網絡,有效減少資源浪費,并促進農業生產和鄉村振興戰略的實施[10-12]。有效利用共享農機,使農機使用效率最大化,對實現我國農業生產力的提升具有重要意義。

2 共享農機的現狀分析

2.1 共享農機在國外農業的現狀分析

農業信息化在世界各國發展迅速,特別是在農業技術先進國家。例如,在日本,計算機已廣泛應用于農業、作物育種、作物病蟲害防治、農業天氣報告、農業操作、農產品加工等。在美國,農民參與大眾信息流,擁有訪問數據庫的權限,數據庫聯通政府信息中心、大學、研究機構和圖書館,可以得到最新的價格波動數據、種子改良、新型農業機械和防治植物病蟲害等信息。計算機可以幫助農場分析何時應種植何種作物,以及哪種耕作模式是最好的,然后農場就可以獲得最大的產出和收益。在芬蘭,有幾家主要的FMIS商業供應商,即Wisu和農業公司,兩者都有插件或相關軟件,可用于農場管理的各種專業[13]。

2013—2017年,印尼政府資助印尼農民的農業機械急劇增加,以促進實施農業機械化,考慮到農民的稻田分散在村莊地區,其中一個村莊的農業機械可能會過度利用,而另一個村莊仍未充分利用。Desrial等[14]設計一個農業機械服務的在線應用程序,以優化農業機械的利用,該應用程序是在手機常用的Android操作系統下開發的。該研究的方法遵循系統開發生命周期,包括調查、系統分析、設計、實現、安裝和測試步驟。在該應用程序中有三個子系統,即面向操作員、機械供應商和機械用戶的系統。該應用程序包含機械數據管理、訂單管理和機械服務調度等多個功能。在用戶應用程序中,機械供應商可輕松地輸入和讀取諸如現場位置、機械類型、訂單時間和位置支持地圖等詳細數據。

A B Kresna等[15]研究的基于機器人設計和開發的信息系統,可用于定位拖拉機的分布,該應用程序使用Android和谷歌地圖API設計,由Firebase谷歌支持,并存儲在Firebase云。使用Java作為語言程序,使用PHP MySQL作為數據基礎。設計并發布了一個基于機器人的應用程序,即“GIS拖拉機”,用于繪制拖拉機的分布地圖。所開發的系統維護方便,管理員可以實時更新數據,任何人都可以通過登錄程序訪問數據。GIS拖拉機應用程序已在Android操作系統4.0～10.0上成功測試,使每個人都能找到有關拖拉機分布的信息。

2.2 共享農機在國內農業的現狀分析

作物從耕到收的過程中,大型農用機械通常只在每個階段的集中時間段使用,運用共享農機,能提高閑置設備利用率,并為無法購買高昂價格機械的農民群體提供服務,既能提高農機使用率,又能降低農民經濟負擔[16]。基于物聯網技術、云平臺技術和智能農業技術的農機管理系統,將大大提高大型農機的利用率,降低農業生產成本,解放大量農村勞動力,最終為中國工業化和城鎮化的進步做出貢獻[17]。

目前,共享農機模式已經在部分地區得到了小規模的應用。例如2017年,收啊收共享農機網的出現,可視為我國最先產生的共享農機平臺,它為內蒙古局部地區的秋收工作提供設備保障,不僅實現了高效收割,還有效降低了作業成本[18]。2017年,德州市力維機械有限公司在新疆、甘肅、寧夏、青海等省區推出的植保裝備的共享服務,取得了良好的效果,并準備在全國范圍進行推廣。2018年,在內蒙古烏蘭浩特市葛根廟鎮友誼嘎查村推行了共享農機的活動,主要包括兩類機型,即大型播種機和撒肥機,用于滿足當地春耕的農機使用需求,有效節約了人工成本和設備成本,這項技術為農戶提供了便利,受到了當地村民的認可。

目前,共享農機試點地區所投放的設備主要包括播種機、收獲機、噴藥機等,個別試點還提供了旋耕機、噴藥設備等,基本是以大田作業機械為主。但應該看到,目前共享農機的試點地區多是作業面積相對較大、耕地較為緊湊的區域,因此投放大型設備相對更有競爭力,但對于土地作業面積小、耕地分布零散的地區而言,這樣單一的投放模式并不適用。

共享農機設備供應方的規模普遍較小,受到農業生產的特點及地域限制,其業務覆蓋區域基本只局限在村鎮,很難有效擴大,如果服務的地域跨度過大,勢必會增加其維護和運營成本,導致運營單位的規模趨向零散化而難以擴大規模,但也促使各單位在處理市場變化時更加靈活、迅速。

3 農業信息技術在共享農機中的應用

隨著農業信息技術在農業發展中的應用,農業生產方式正在由傳統向智能轉變。共享農機應用是對農業生產中使用的農業機械進行共享管理,是現代農機化生產的現實需求。

3.1 為共享農機數字化管理和合理布局提供支持

運用農業信息技術,將農機數據存入共享農機平臺,便于生產經營者進行查閱,尤其對大型農場和農機合作社,以便于在農忙前做好農機的任務分配。

例如,近年來許多國內外的學者對農業機械設備調度平臺的技術可行性和方案設計進行了廣泛的研究,2021年Hou Tianlong等[19]提出的調度平臺將結合IOT技術實現露天田農業機械智能調度的技術。這不同于以往學者的研究方向。露天作業調度平臺適用范圍更廣,此外,移動平臺比傳統的PC端更容易學習,操作方便,價格便宜,有利于農民接受。

3.2 為共享農機監管和作業補貼提供參考

共享農機平臺加入農業信息技術,能對農機定位、作業實況、完成進度等進行智能評估,有利于對農機的監管及農機作業補貼。

例如,2020年Wang Yang等[20]研發設計了一款名為ISOBlue HD的開源平臺,用于收集豐富的農業機械數據。通過正確的標記、融合和處理數據,能夠識別機器狀態和農業物流。在2019年小麥收獲期間,ISOBlue HD被部署在一臺聯合收割機上,同時捕獲6 900萬CAN幀、23萬個GPS點和437 GB視頻數據,重點關注84 h后的收割狀態和操作員的行動。對收集的數據分析表明,可以推斷出收獲物流(路徑、速度、初始狀態、材料轉移)和傳感器數據語義。

3.3 為共享農機安全管理及溯源提供依據

將農業信息技術應用到共享農機上,有利于農機服務和租賃作業的開展,有利于對農機資源合理調配,對農業機械使用率及實際收益均有促進作用。可實現對農機產品共享的全程跟蹤,對農機產品追本溯源,對農機市場中農機的安全使用提供保障,促進農機市場優質發展。建立一套可追溯的高效信息系統,可以使人們更加方便、快捷地了解到農機使用過程的每一環節情況,從而增加了農機信息的透明度。

3.4 為農產品相關利益人的經濟管控提供保障

農業信息技術能在農業生產中對農用相關參數進行科學有效的預測分析,精準計算出科學用度并實現智能化作業,為農產品相關利益人提供精準技術保障,并達到降低勞動成本,保障經濟效益的目的。

4 共享農機的發展對策和建議

4.1 建立標準化完善化的共享農機平臺

共享農機平臺的實現,需以互聯網為媒介,以信息技術為支持,使農機提供方與需求方聯系起來,一同助推農機的有效發展,讓農機得到最大化運用。農機科研院所、農業高校及政府等應聯合建設農機共享平臺,并規范數據標準及合理數據共享,使農業生產同農機大數據充分結合,并應用于農業生產中。

4.2 建立健全共享農機可持續系統及其指標體系

共享農機可持續系統仍處于構建狀態,閑置資源和使用方之間的利益互動具有復雜性,解決此類情況的關鍵在于建立可持續系統及其指標體系。因此,科研院所、農業高校及農業行業專家需積極研究探索并建立健全共享農機可持續系統,建立相應指標體系,為農業部門提供有效的農機發展數據支撐,為政府部門提供農機閑置資源利用方案,以促進地方農業農機經濟效益發展。

4.3 建立完善的政府監管制度體系

共享農機作為一種新型商業模式,一切還在探索中。因其具有多重屬性,既是交通工具,又是勞動工具,既是經營者的私有商品,又是租賃者的租借商品。在推廣過程中暴露出來的交接問題、事故傷害責任人認定問題、使用過程中的燃料及維護問題都是目前權責歸屬不清晰所造成的。因此,共享農機既需要盡快得到政府部門有效的政策支持和行業監管,也需要更加準確清晰的法律解釋和規范約束,還需要參與者自覺規范自己的行為,建立責任意識。

5 結語

目前,我國在農機裝備的自動化、信息化、智能化等方面的技術研究與應用,仍處在起步階段,而共享農機作為一種具有經濟性、效率性的創新市場形式,具有很大發展空間。共享農機必然是智能農機現代化發展的助力軍,它能彌補當前農機租賃市場存在的缺陷;實現小區域里的互惠互利;能大范圍的合理調配;借助農業信息技術進行資源整合;為促進我國農業生產模式向現代農業方向發展的可行性提供助力保障。