5G技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究

白維維　張昌楨　李俊杰

關(guān)鍵詞：5G；物聯(lián)網(wǎng)；智慧農(nóng)業(yè)

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）02-0106-03

1 引言

近年來，我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化全面發(fā)展，新型智慧化農(nóng)業(yè)作為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重要方向之一，也發(fā)展迅速。隨著我國5G移動通信技術(shù)的商用及普及，必將給智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來一些新的機遇。智慧農(nóng)業(yè)在現(xiàn)代化信息技術(shù)的支撐下實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的智能化管理，如精準化種植，實時監(jiān)測等，能夠有效提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，幫助農(nóng)業(yè)從業(yè)者減輕經(jīng)驗化種植及自然災(zāi)害帶來的不確定性，那么5G作為最新的移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中扮演著怎樣的角色，又將如何推動智慧農(nóng)業(yè)全方面發(fā)展[1-2]。

2 農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)

我國的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)歷史十分悠久，在秦漢時期就已逐步形成一套傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)技術(shù)。中國的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)特點是因地制宜，主要通過精耕細作來提高土地利用率。我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的形成與封建地主經(jīng)濟制度有關(guān)，在農(nóng)藝和產(chǎn)量上，我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)也曾代表古代世界的最高水平。但與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)相比，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精耕細作，使得農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)相對單一，生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)技術(shù)等相對落后。受自然氣候影響較大，幾乎沒有抵御自然災(zāi)害的能力。在農(nóng)產(chǎn)品銷售環(huán)節(jié)，未能形成農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，農(nóng)產(chǎn)品銷售通道不暢，影響農(nóng)業(yè)從業(yè)者經(jīng)濟收入。因此，隨著人口激增、土地短缺，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代人們對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量及品質(zhì)的需求。為滿足人們的需求，需要補足傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的不足，通過技術(shù)手段將傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)。

2.2 智慧農(nóng)業(yè)

智慧農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代信息化發(fā)展的產(chǎn)物，是農(nóng)業(yè)與信息技術(shù)的有機結(jié)合。實際上，所謂智慧農(nóng)業(yè)就是充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)，通過安裝性能各異的海量傳感器及圖像采集設(shè)備等，同時利用現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的感知、分析、決策等[3] 。

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國作為農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)也在飛速發(fā)展，伴隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)迎來了春天。作為未來農(nóng)業(yè)發(fā)展重要方向之一智慧農(nóng)業(yè)，是我國不斷提升農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要途徑之一。近些年在國家相關(guān)政策的扶持，我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展也取得了一些成效。但是因為區(qū)域發(fā)展不平衡等問題，在全國的普及度還不夠。

未來智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展必將是大勢所趨，同時也是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)升級的最主要方向。在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施快速發(fā)展的基礎(chǔ)上，必須加快我國農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展。充分利用信息化快車帶動農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展，使智慧農(nóng)業(yè)更加精準、智能、高效。

3 5G技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

3.1 5G技術(shù)

5G技術(shù)即第五代移動通信技術(shù)（5th GenerationWireless Systems），是最新一代的移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，是前序移動通信技術(shù)的延伸，相比較3G、4G等移動通信技術(shù)而言，5G技術(shù)在傳輸速率、設(shè)備連接數(shù)、傳輸時延、網(wǎng)絡(luò)安全、靈活部署等方面都有著更進一步的提升[4]。

在5G發(fā)展愿景中提出了5G的三大應(yīng)用場景分別是海量機器類應(yīng)用場景（mMTC）、增強移動帶寬應(yīng)用場景（eMBB）以及超高可靠低時延應(yīng)用場景（uRLLC）。海量機器類應(yīng)用場景（mMTC）主要面向的是海量設(shè)備連接的需求。增強移動帶寬應(yīng)用場景（eMBB）則主要面向的是大范圍的網(wǎng)絡(luò)覆蓋以及大數(shù)據(jù)流量傳輸需求。超高可靠低時延應(yīng)用場景（uRLLC）則主要面向?qū)W(wǎng)絡(luò)延時、網(wǎng)絡(luò)傳輸安全要求較高的應(yīng)用需求。

俗話說“4G改變生活，5G改變社會”。在5G時代，將徹底打破人與事物之間的界限，實現(xiàn)人與人、人與物、物與物之間隨時、隨地的通信。真正做到萬物互聯(lián)。所有的事物都存在于一個共同的數(shù)字傳輸體系中，相互之間通過5G以最優(yōu)化的形式傳遞信息。

5G在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用將有利于海量生長環(huán)境參數(shù)的采集及傳輸，將前端采集數(shù)據(jù)通過云計算、云存儲對數(shù)據(jù)進行運算、存儲，并通過大數(shù)據(jù)技術(shù)分析為農(nóng)戶、企業(yè)等提供決策意見。通過對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的控制，能有效降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，提高對農(nóng)業(yè)資源的利用率，減輕生態(tài)環(huán)境破壞，形成信息化、智能化的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，使得農(nóng)業(yè)發(fā)展更加精準化、高效化、智慧化[5-6]。

3.2 5G智慧農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

5G智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)應(yīng)包括前端數(shù)據(jù)采集、遠程視頻監(jiān)控、遠程智能控制、智能數(shù)據(jù)分析云平臺、智能用戶終端等五部分。如圖1所示。

如圖1所示，前端數(shù)據(jù)采集模塊主要通過部署海量傳感器，獲取農(nóng)作物生長環(huán)境數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的監(jiān)測。而遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)則通過多個攝像頭的實時圖像傳輸，實現(xiàn)對農(nóng)作物生長狀況、果實成熟度、病蟲害情況等遠程監(jiān)測。由終端數(shù)據(jù)采集、遠程視頻監(jiān)控采集到的數(shù)據(jù)，通過5G網(wǎng)絡(luò)與智能數(shù)據(jù)分析云平臺相連，5G網(wǎng)絡(luò)高速率、低延時、高可靠性等優(yōu)點保障了數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。智能數(shù)據(jù)分析云平臺通過對數(shù)據(jù)的分析得出分析結(jié)果及解決方案。又通過5G網(wǎng)絡(luò)傳輸給智能用戶終端，用戶在終端上可以根據(jù)云平臺給出的種植方案，通過遠程智能控制系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進行操控，實現(xiàn)智能化決策的執(zhí)行[7]。

3.3 5G 技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

3.3.1 前端數(shù)據(jù)采集

前端數(shù)據(jù)采集主要是通過海量傳感器采集各種生長數(shù)據(jù)，包括二氧化碳、土壤酸堿度、土壤濕度、環(huán)境溫度、氣象情況等。海量傳感器的接入對網(wǎng)絡(luò)連接有一定的要求，而5G三大應(yīng)用場景中的海量機器類通信（mMTC）則主要面向的是海量設(shè)備連接的需求。因此，5G技術(shù)的應(yīng)用，對智慧農(nóng)業(yè)中生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集提供了強有力的技術(shù)支撐，為后續(xù)智能數(shù)據(jù)分析云平臺的分析提供了數(shù)據(jù)保障。

3.3.2 遠程視頻監(jiān)控

在智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，遠程視頻監(jiān)控對圖像分辨率要求較高，如果視頻清晰度不夠，將無法實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的正確分析。因此，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)分辨率顯然已無法達到這種需求，對此需要一種新的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)具有更高的清晰度和精確度以及更好的實時控制性能。以滿足對數(shù)據(jù)的精確提取。5G 三大應(yīng)用場景中增強移動帶寬應(yīng)用場景（eMBB）則主要面向的是大范圍的網(wǎng)絡(luò)覆蓋以及大數(shù)據(jù)流量傳輸需求。正好滿足這一需求。因此，以5G技術(shù)為基礎(chǔ)部署的遠程視頻監(jiān)控屏系統(tǒng)，能更有效地提升遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的精確性、實時性以及智能性。

3.3.3 智能數(shù)據(jù)分析云平臺

在5G技術(shù)的支撐下，各種農(nóng)業(yè)信息的傳輸更加高效、便捷，各類農(nóng)業(yè)信息的高度整合有利于解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中信息傳輸時效慢、信息共享不足等缺點，極大的提升農(nóng)業(yè)信息綜合利用率。在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，種植主要靠經(jīng)驗，粗放的經(jīng)營方式主要建立在傳統(tǒng)經(jīng)驗之上，這就導致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理過程中，會存在非常多的不確定因素。然而，在5G技術(shù)的支撐下，傳統(tǒng)經(jīng)驗將逐步被海量的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)所取代。通過對各系統(tǒng)傳輸來的數(shù)據(jù)進行整合，再利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進行綜合計算分析，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者及管理者提供更加精確的數(shù)據(jù)服務(wù)，使農(nóng)業(yè)管理更加智能、高效。

3.3.4 遠程智能控制

遠程智能控制系統(tǒng)主要是利用智能數(shù)據(jù)分析云平臺對各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)的分析，做出決策，并通過對自動化控制設(shè)備的控制實現(xiàn)決策執(zhí)行。而5G 中超高可靠低時延應(yīng)用場景（uRLLC）則主要面向?qū)W(wǎng)絡(luò)延時、網(wǎng)絡(luò)傳輸安全要求較高的應(yīng)用需求。這與遠程智能控制系統(tǒng)的需求不謀而合。在5G技術(shù)的支撐下，使得農(nóng)業(yè)自動化更加精確、可靠。

3.3.5 智能用戶終端

智能用戶終端面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理者及消費者，一方面可以通過智能用戶終端查看農(nóng)作物生長實時數(shù)據(jù)、農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境參數(shù)變化等。還能獲取種植建議，查看數(shù)據(jù)服務(wù)，根據(jù)建議決策操控遠程智能控制設(shè)備，實現(xiàn)遠程智能種植。對于消費者而言利用智能用戶終端可以實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品溯源，提高了農(nóng)業(yè)食品安全保障。在5G網(wǎng)絡(luò)的保障下，才能實現(xiàn)隨時、隨地、高可靠、低時延的通信服務(wù)保障。

4 5G 技術(shù)對智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的影響

4.1 推動智慧農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，農(nóng)業(yè)管理非常重要，而智慧農(nóng)業(yè)信息化的建設(shè)對農(nóng)業(yè)管理智能化有著非常重要的意義。在現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過安裝海量無線傳感器設(shè)備及高清攝像設(shè)備等，能夠采集到大量的實時數(shù)據(jù)，通過5G技術(shù)的引入，能夠有效推動云計算、云存儲等云服務(wù)的完善。5G高速率、低時延、高可靠性等特性促進了農(nóng)業(yè)信息化朝著信息更開放、功能更完備的方向發(fā)展。同時在智能數(shù)據(jù)分析云平臺的支持下，可以深耕農(nóng)產(chǎn)品價值，促進市場資源的回流，為農(nóng)村現(xiàn)代化建設(shè)提供信息資源。除此之外，5G技術(shù)與農(nóng)業(yè)信息化的融合，能夠有效推動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化與改革，一方面，在智慧化、精準化的基礎(chǔ)上，可以減少勞動力成本，提高生產(chǎn)效率，另一方面又可以推動生產(chǎn)、加工、銷售、服務(wù)為一體的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的革新，同時可以推動休閑觀光農(nóng)業(yè)、農(nóng)村生態(tài)旅游等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4.2 提高農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)使用效率，促進大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展

5G技術(shù)在信息傳輸方面的優(yōu)勢使得數(shù)據(jù)能夠高速、快捷、高效地傳輸至智能數(shù)據(jù)分析云平臺，大大的提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_性、實時性以及可靠性。尤其在遠程視頻監(jiān)控方面，5G能夠提供8k分辨率的視頻圖像傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)作物成長狀況及生長環(huán)境的實時高精度傳輸，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析提供更加精確、更加高質(zhì)量的數(shù)據(jù)支撐服務(wù)。有了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的大量數(shù)據(jù)后，可在智能數(shù)據(jù)分析云平臺上進行全方面生長要素分析，為抗災(zāi)、抗病蟲害等提供決策，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)抗風險能力。除此之外，還可以通過大數(shù)據(jù)分析市場需求，提前規(guī)劃生產(chǎn)，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更精準、更高效。

4.3 促進農(nóng)產(chǎn)品溯源，提升食品安全保障

5G技術(shù)的使用使得智慧農(nóng)業(yè)更加公開，在5G技術(shù)的應(yīng)用下，可以將物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、RFID等技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植、采摘、存儲、流通、銷售等各環(huán)節(jié)，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更加公開，推動農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量溯源體系的構(gòu)建。消費者可以通過終端查詢農(nóng)產(chǎn)品的源頭，掌握農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)及銷售過程，無疑是對食品安全的一種有力保障。除此之外，監(jiān)管部門也可以利用溯源系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)進行安全監(jiān)測，落實安全生產(chǎn)責任，形成全方位的安全監(jiān)管機制，為消費者提供更加安全放心的農(nóng)產(chǎn)品。

4.4 推動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)新模式，促進農(nóng)產(chǎn)品銷售

5G技術(shù)的使用不僅能夠催生巨大數(shù)據(jù)搜集、信息平臺建設(shè)等技術(shù)服務(wù)需求，同時也打開了更大的農(nóng)資產(chǎn)品銷售空間。隨著時間的推移，主流消費群體正在發(fā)生變化。他們相比于以前的消費者有著全新的消費理念，喜歡追求創(chuàng)新、愛分享、愛社交。同時，他們也是互聯(lián)網(wǎng)時代的“原住民”，對科技的接納速度快、意愿強。意味著未來“農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)零售額”還會持續(xù)增長。隨著5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，加之直播等內(nèi)容生態(tài)的豐富，農(nóng)村電商處于“天時、地利、人和”的時期。不論從消費者、技術(shù)還是宏觀環(huán)境的層面來看，都具備了爆發(fā)的可能。新的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)模式從規(guī)模上，從體量上，從發(fā)展速度上都會碾壓傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)模式，新的機會永遠是更大的。農(nóng)產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)零售額也會有較大的提升空間。

5 結(jié)束語

未來，我國發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)是一個重要的趨勢和方向，“十四五”規(guī)劃提出要發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)，目標是用電腦強化人腦、用機器替代人力、用自主替代進口，實現(xiàn)生產(chǎn)智能化、作業(yè)精準化、管理數(shù)字化和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化。只有農(nóng)業(yè)走向數(shù)字化，才能更高效地提升農(nóng)業(yè)發(fā)展，促進農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

5G技術(shù)與智慧農(nóng)業(yè)的融合，在精確種植、農(nóng)產(chǎn)品溯源、智能化管理、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)升級等方面都有十分積極的作用，也必將促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理和服務(wù)的高質(zhì)量發(fā)展。