本研究以山東德州“噸半糧”無人智慧農(nóng)場為實驗場所，攻克大田智慧農(nóng)場建設(shè)中的核心技術(shù)難題，探索其建設(shè)模式與服務(wù)機制。

“噸半糧”無人智慧農(nóng)場綜合利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，實現(xiàn)了信息感知、傳輸、挖掘和應(yīng)用的全鏈條集成和服務(wù)。總體架構(gòu)如 圖1所示，包括感知層、傳輸層、處理層和應(yīng)用層四大部分。

“噸半糧”無人智慧農(nóng)場感知系統(tǒng)是農(nóng)場實現(xiàn)智慧化、無人化的基礎(chǔ)和前提。

數(shù)字化感知是農(nóng)場智能管理的基礎(chǔ)，農(nóng)機設(shè)備和灌溉設(shè)備的自動化管理和大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺的服務(wù)功能，都離不開環(huán)境、作物長勢和設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)的支持。

物候期和作物表型信息在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中扮演著越來越重要的角色，它不僅為農(nóng)機管理、水肥藥精準(zhǔn)施用提供數(shù)據(jù)支撐，同時為農(nóng)事決策提供支持，是智慧農(nóng)場的重要建設(shè)內(nèi)容。本研究的表型分析包括冬小麥生育期自主識別、麥穗長度識別等。

無人智慧農(nóng)場的智慧控制系統(tǒng)由智能農(nóng)機、大田灌溉和航空施藥等子系統(tǒng)組成。通過服務(wù)器和大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)無人智慧農(nóng)場生產(chǎn)管理的少人化、無人化管理。

智能農(nóng)機系統(tǒng)。是無人智慧農(nóng)場實現(xiàn)少人化、無人化作業(yè)的核心，是實現(xiàn)農(nóng)場智慧管理的重要手段。智能農(nóng)機覆蓋農(nóng)業(yè)耕、種、管、收等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程，直接決定著糧食生產(chǎn)的自動化程度。

大田灌溉系統(tǒng)。為實現(xiàn)節(jié)水灌溉，并提高作物產(chǎn)量，研發(fā)了智能灌溉系統(tǒng)。

航空施藥系統(tǒng)。航空施藥系統(tǒng)是無人農(nóng)場建設(shè)的重要組成部分，是病蟲害防治的重要手段。科學(xué)、精準(zhǔn)的施藥方法不僅能提高植保效率，還能有效降低農(nóng)藥對環(huán)境的污染。

“噸半糧”無人智慧農(nóng)場大數(shù)據(jù)平臺架構(gòu)由基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)分析層和應(yīng)用層構(gòu)成，平臺架構(gòu)見 圖11。平臺分層處理數(shù)據(jù)的收集、存儲、處理和應(yīng)用，為農(nóng)場智慧管理提供支持。

“噸半糧”無人智慧農(nóng)場大數(shù)據(jù)平臺是一個復(fù)雜的工程，其中涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)包括多源數(shù)數(shù)據(jù)集成、分布式計算、GIS技術(shù)等。

“噸半糧”無人智慧農(nóng)場大數(shù)據(jù)平臺的核心目標(biāo)是基于大數(shù)據(jù)分析結(jié)果，為用戶提供生產(chǎn)管理服務(wù)。根據(jù)服務(wù)類型的不同可分為智能科學(xué)決策、智能裝備作業(yè)和產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源等。各部分的具體功能如下：智能科學(xué)決策；智能裝備作業(yè)；產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源；綜合服務(wù)系統(tǒng)。

無人智慧農(nóng)場是中國農(nóng)業(yè)未來發(fā)展的更高級形式，是保障國家糧食安全的有效途徑，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢。

1）數(shù)字化感知網(wǎng)絡(luò)。研究提出了基于自組網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化感知系統(tǒng)。該系統(tǒng)能高效采集、匯聚并傳輸農(nóng)場環(huán)境、作物生長及設(shè)備狀態(tài)等多維度信息，且具備強大的容錯能力，即使某一級節(jié)點故障，數(shù)據(jù)采集質(zhì)量也能穩(wěn)定在85%以上。通過先進的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，系統(tǒng)能快速精確提取田間作物的關(guān)鍵表型信息，如生育期、穗長等表型特征，為農(nóng)場精細化管理提供數(shù)據(jù)支撐。

2）無人智慧農(nóng)場智能控制系統(tǒng)。構(gòu)建了無人智慧農(nóng)場智能控制系統(tǒng)。集云管控平臺、智能化設(shè)備和智能農(nóng)機于一體，實現(xiàn)了農(nóng)場生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的自動化管理。系統(tǒng)架構(gòu)分為基礎(chǔ)層、決策層和應(yīng)用服務(wù)層，各層高效協(xié)同，共同實現(xiàn)“噸半糧”無人智慧農(nóng)場生產(chǎn)管理的少人化、無人化，實現(xiàn)生產(chǎn)全鏈條的智能控制。應(yīng)用該系統(tǒng)顯著降低了農(nóng)場的人力成本，并顯著提高農(nóng)場管理的精準(zhǔn)度和效率。

3）無人智慧農(nóng)場大數(shù)據(jù)平臺。研發(fā)了“噸半糧”無人智慧農(nóng)場大數(shù)據(jù)平臺。集成多源數(shù)數(shù)據(jù)集成、分布式計算、GIS技術(shù)等大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，構(gòu)建大數(shù)據(jù)分析服務(wù)平臺，從智能科學(xué)決策支持、智能農(nóng)機作業(yè)、產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源等方面為用戶提供氣象災(zāi)害預(yù)計、最佳播期、環(huán)境預(yù)測、水肥管理等生產(chǎn)指導(dǎo)服務(wù)，幫助農(nóng)戶科學(xué)地管理農(nóng)場。此外，“噸半糧”無人智慧農(nóng)場大數(shù)據(jù)平臺還通過集成綜合服務(wù)模塊，提升平臺的綜合服務(wù)能力。

來源：農(nóng)業(yè)科技俠數(shù)字與智慧農(nóng)業(yè)微信公眾號

來源：劉力寧, 張洪奇, 章子文, 張正輝, 王甲玉, 李宣宣, 朱珂, 柳平增. 無人智慧農(nóng)場關(guān)鍵技術(shù)與構(gòu)建模式——以“噸半糧”無人農(nóng)場為例[J]. 智慧農(nóng)業(yè)(中英文), 2025, 7(1): 70-84.