Christine P.Tan，黃為民，項(xiàng)鳳華，秦 冰

（1 福建師范大學(xué) 光電與信息工程學(xué)院，350007，福建福州；2 福建醫(yī)錦智能科技有限公司，361000，福建廈門；3 福建智云動(dòng)能智慧科技有限公司，354200，福建南平）

全國鄉(xiāng)村已脫貧，筆者所在的科技特派團(tuán)隊(duì)響應(yīng)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，逐步解決農(nóng)村的信息化問題，已研發(fā)出通用的智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，讓農(nóng)戶“簡(jiǎn)單用、懂得用、用得起”新型數(shù)字信息技術(shù)，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)管理和提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率。目前所研發(fā)的智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)品已經(jīng)在福建省南平市20 多個(gè)智慧農(nóng)業(yè)示范點(diǎn)落地，其中兩個(gè)農(nóng)業(yè)案例通過應(yīng)用智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化，從而達(dá)到平均增收30%和提高生產(chǎn)率70%。

1 鄉(xiāng)村振興的重要發(fā)展方向

2021 年是“十四五”規(guī)劃的開局之年，“數(shù)字中國”是國家信息化發(fā)展的重要戰(zhàn)略。2020 年我國實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村全面脫貧之后，為保障鄉(xiāng)村良好的發(fā)展、防止返貧，各地著重治理農(nóng)村的人居環(huán)境，促進(jìn)提高農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)率，鼓勵(lì)農(nóng)業(yè)生態(tài)綠色發(fā)展，從而提高村民的生活和經(jīng)濟(jì)水平。提升鄉(xiāng)村的信息化水平，跟緊國家數(shù)字發(fā)展的步伐，打造新時(shí)代中國特色社會(huì)主義的新一代數(shù)字農(nóng)村，以科技帶動(dòng)農(nóng)村數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展，促進(jìn)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、治理數(shù)字化和數(shù)據(jù)價(jià)值化，升級(jí)原有的農(nóng)業(yè)管理模式，是實(shí)現(xiàn)興邦富民的重要途徑。新型數(shù)字信息技術(shù)如5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等正帶動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)也為數(shù)字農(nóng)村的基礎(chǔ)建設(shè)建立健全長效機(jī)制和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。為實(shí)現(xiàn)科技振興鄉(xiāng)村，筆者所在的省級(jí)科技特派員團(tuán)隊(duì)在福建省南平市進(jìn)行研究，研發(fā)了2 款通用的智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，在超過20 個(gè)農(nóng)業(yè)相關(guān)的科技特派示范點(diǎn)落地，到農(nóng)場(chǎng)為農(nóng)民點(diǎn)對(duì)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)操培訓(xùn)，降低使用數(shù)字信息技術(shù)的門檻，其中涉及的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)及行業(yè)包括果蔬、食用菌、漁場(chǎng)、畜牧場(chǎng)、茶園、茶廠，從建立特色的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)到推廣“一村一品”特色農(nóng)產(chǎn)品，使用數(shù)字信息技術(shù)解決農(nóng)業(yè)管理、種植、養(yǎng)殖、生產(chǎn)全過程中的溯源及生產(chǎn)效率提升等問題。通過這一批智慧農(nóng)業(yè)案例的實(shí)際應(yīng)用，不僅提升農(nóng)戶的專業(yè)知識(shí)和技術(shù)水平，也為農(nóng)戶減低人力成本、提高生產(chǎn)率，已逐步形成一種可復(fù)制、標(biāo)準(zhǔn)化的“科技振興鄉(xiāng)村”模式，可推廣到全省乃至全國。

2 助力農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化的智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)品

智慧農(nóng)業(yè)泛指使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將農(nóng)場(chǎng)的設(shè)備（傳感器、機(jī)械設(shè)備等）連接到農(nóng)場(chǎng)管理云平臺(tái)，以無線通信（4G、5G、NB-IoT、LoRaWAN）或有線通信（以太網(wǎng)、RS485）方式傳輸農(nóng)場(chǎng)的環(huán)境數(shù)據(jù)。農(nóng)業(yè)設(shè)備一旦連接到云平臺(tái)，農(nóng)戶便能通過手機(jī)APP、小程序或者平板電腦的界面，對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程的權(quán)限管理、控制、問題診斷等。同時(shí)，農(nóng)場(chǎng)或農(nóng)業(yè)加工廠的數(shù)據(jù)一旦采集并且被存儲(chǔ)到云平臺(tái)，農(nóng)戶也能使用云平臺(tái)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析和人工智能算法建模，優(yōu)化農(nóng)作物種植生長的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)通用云控制器

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)設(shè)備如何接入物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型到智慧農(nóng)業(yè)的一大技術(shù)瓶頸。此外，一般農(nóng)場(chǎng)或農(nóng)業(yè)加工廠有諸多不同品牌的異構(gòu)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)設(shè)備也沒有任何對(duì)接外界的物理接口或通信協(xié)議。為解決這個(gè)技術(shù)問題，借鑒工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的PLC 頂層設(shè)計(jì)和控制原理，獨(dú)立研發(fā)一款適用于不同農(nóng)業(yè)場(chǎng)景的物聯(lián)網(wǎng)通用云控制器，從軟件和硬件雙管齊下，支持傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化改造，以及支持農(nóng)業(yè)設(shè)備多元化通信協(xié)議的兼容性，實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下的技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯著。這款物聯(lián)網(wǎng)通用云控制器不僅實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的升級(jí)改造，也使海量異構(gòu)農(nóng)業(yè)設(shè)備連接到智慧農(nóng)業(yè)云平臺(tái)，同時(shí)可支持5G 無線連接，同步實(shí)現(xiàn)低延時(shí)、廣連接、高帶寬的遠(yuǎn)程管理，以及城市里的農(nóng)業(yè)專家與農(nóng)戶的咨詢互動(dòng)。此外，物聯(lián)網(wǎng)通用云控制可實(shí)現(xiàn)本地邊緣計(jì)算、本地控制指令執(zhí)行、農(nóng)業(yè)設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)查詢。針對(duì)較大面積的農(nóng)場(chǎng)或農(nóng)業(yè)加工廠，一個(gè)控制器可拓展到70 電回路，進(jìn)行低成本的海量農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備管理。

2.2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村物聯(lián)網(wǎng)公共使能平臺(tái)

在落地到不同農(nóng)業(yè)場(chǎng)景時(shí)，在征求了農(nóng)戶的需求后，研發(fā)了一款農(nóng)業(yè)農(nóng)村物聯(lián)網(wǎng)公共使能平臺(tái)，具有較強(qiáng)的開放性和功能拓展性，于2021 年入選全國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部信息中心的數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村新技術(shù)新產(chǎn)品新模式優(yōu)秀項(xiàng)目，是福建省入選的三個(gè)項(xiàng)目之一。這個(gè)云平臺(tái)的信息架構(gòu)中功能模塊豐富，支持?jǐn)?shù)據(jù)來源采集、數(shù)據(jù)匯集、平臺(tái)數(shù)據(jù)層、微服務(wù)算法、用戶查看監(jiān)控、實(shí)際應(yīng)用和業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)等。另外，平臺(tái)的“SmartC 數(shù)據(jù)協(xié)議”開放，不僅兼容各種農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，同時(shí)已支持與第三方平臺(tái)對(duì)接，如農(nóng)產(chǎn)品電商平臺(tái)（南平市“武夷山水”平臺(tái)）、農(nóng)產(chǎn)品溯源平臺(tái)（國家信息中心BSN 區(qū)塊鏈平臺(tái)）等，為農(nóng)業(yè)農(nóng)村物聯(lián)網(wǎng)公共使能平臺(tái)的全面推廣打下良好基礎(chǔ)。

3 農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化案例

農(nóng)村的短板之一是信息化薄弱，為加快科技振興鄉(xiāng)村，實(shí)現(xiàn)農(nóng)場(chǎng)和農(nóng)業(yè)加工廠的生產(chǎn)加工自動(dòng)化是重要的一步?？傮w來說，在其他產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，自動(dòng)化生產(chǎn)加工已逐漸成形，為用戶帶來運(yùn)營便利、加工的生產(chǎn)率提升、生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量得到保障等好處。當(dāng)前許多鄉(xiāng)村圍繞“一村一品”，發(fā)展特色農(nóng)產(chǎn)品，建設(shè)綠色生態(tài)，打通農(nóng)產(chǎn)品的上下游產(chǎn)業(yè)鏈。通過科技特派計(jì)劃，筆者所在的科技特派團(tuán)隊(duì)已落地多個(gè)智慧農(nóng)業(yè)項(xiàng)目，為農(nóng)民提供專業(yè)培訓(xùn)和實(shí)操指導(dǎo)，提供農(nóng)產(chǎn)品的全程溯源，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品從田間種植到生產(chǎn)上市進(jìn)行監(jiān)控，保障農(nóng)產(chǎn)品的安全和質(zhì)量。

3.1 數(shù)字茶工廠

茶業(yè)是福建省具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的特色產(chǎn)業(yè)，全年茶葉生產(chǎn)總產(chǎn)量達(dá)45 萬多t，居全國第一位。近年圍繞“綠色發(fā)展、質(zhì)量興茶”目標(biāo)，茶葉種植、生產(chǎn)加工、銷售等各環(huán)節(jié)也逐漸轉(zhuǎn)型升級(jí)，引入信息化、自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。針對(duì)高附加值的地理標(biāo)志產(chǎn)品——武夷巖茶，在武夷山燕子窠茶園和首席茶葉加工廠，布局物聯(lián)網(wǎng)通用云控制器和數(shù)字茶工廠云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)武夷巖茶全程溯源，從茶葉種植、采摘到生產(chǎn)、銷售，做好防偽，提升消費(fèi)者信任度。

在茶葉種植、生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集，經(jīng)過長期數(shù)據(jù)匯集形成大數(shù)據(jù)庫之后，可進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和建模。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)可助力精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，如收集茶園的土壤pH、溫濕度、氮磷鉀鋅鎂含量、環(huán)境光照和二氧化碳濃度等信息，優(yōu)化茶樹的種植生長條件，科學(xué)提升茶葉的質(zhì)量。

在茶葉采摘季節(jié)，茶廠需要在一個(gè)短時(shí)間窗口內(nèi)（茶葉新鮮時(shí)）完成搖青，這對(duì)人力、體力、集中力及安全是一個(gè)挑戰(zhàn)。制茶師傅使用數(shù)字茶廠小程序，一個(gè)人能同時(shí)控制20 只搖青桶，比起傳統(tǒng)方式減少5 人，生產(chǎn)效率提升了70%。除了搖青，數(shù)字茶工廠也實(shí)現(xiàn)了揉捏、殺青環(huán)節(jié)的自動(dòng)化控制，制茶師傅從重復(fù)、高危險(xiǎn)的工作中解放出來，同時(shí)讓制茶傳承人更專心提升茶工藝和茶葉口感。信息技術(shù)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)械自動(dòng)化，幫助茶廠的一線操作人員更有效率、更快速、更安全地對(duì)生產(chǎn)加工進(jìn)行監(jiān)控。目前這套數(shù)字茶工廠系統(tǒng)已經(jīng)為武夷山的八家?guī)r茶廠保駕護(hù)航。在未來，茶廠的生產(chǎn)加工數(shù)據(jù)可結(jié)合區(qū)塊鏈作為征信數(shù)據(jù)，用作茶廠向銀行貸款的支撐依據(jù)，開啟更多鄉(xiāng)村振興創(chuàng)新模式。

3.2 智慧漁場(chǎng)

在邵武市山塘生態(tài)養(yǎng)殖示范點(diǎn)落地智慧漁場(chǎng)，改造了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備（投食機(jī)、氧氣泵、投石灰機(jī)），應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)通用云控制器和云平臺(tái)，為農(nóng)民實(shí)現(xiàn)了對(duì)漁場(chǎng)的遠(yuǎn)程控制。農(nóng)民可以參考漁場(chǎng)的歷史數(shù)據(jù)，自定義水質(zhì)指標(biāo)，通過環(huán)境傳感器和漁場(chǎng)機(jī)械設(shè)備的閉環(huán)運(yùn)行，保持漁場(chǎng)的水質(zhì)在良好水平。例如，漁場(chǎng)中的溶氧傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控水質(zhì)，比對(duì)農(nóng)戶設(shè)置的指標(biāo)，一旦檢測(cè)到水中溶氧量低，便會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)機(jī)械氧氣泵為魚塘增氧；達(dá)到農(nóng)戶定義的含氧量指標(biāo)后，機(jī)械氧氣泵自動(dòng)收到指令就會(huì)關(guān)閉。在大面積的漁場(chǎng)中，日常的作業(yè)如喂魚、水質(zhì)保養(yǎng)等都能通過智慧漁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，降低人力成本，所服務(wù)的漁場(chǎng)已實(shí)現(xiàn)平均增收30%。

4 結(jié)語

農(nóng)村的數(shù)字信息化對(duì)于中國農(nóng)村的轉(zhuǎn)型升級(jí)和其未來的綠色生態(tài)發(fā)展有催化作用。本文研究使用新型數(shù)字信息技術(shù)，開發(fā)及落地一個(gè)開放、可擴(kuò)展性強(qiáng)的智慧農(nóng)業(yè)平臺(tái)，對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)場(chǎng)和農(nóng)業(yè)加工廠進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化升級(jí)改造，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，降低人力成本，培育新一代農(nóng)民。這個(gè)科技振興鄉(xiāng)村的新模式，有利于農(nóng)村數(shù)字經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。