科技创新

智能农作管理系统催生农业发展新动力

近年来,随着大数据、云计算、物联网等新一代信息技术与农业的不断融合,培育和催生了农业发展的新动力。从种植业到养殖业,已经有不少农业经营主体开始尝试“农业+物联网”的模式,探索着现代农业的跨越式发展。

  智能农作管理系统催生农业发展新动力    然而,来自南京农业大学农学院的周俊、赵建清、刘继玺、蒋理四位大学生认为,当前人们仍主要将精力投入在物联网技术的前端——信息获取方法上,对后端的数据处理、分析、展示与集成关注不足。这直接导致了农业物联网应用的整体体验不佳。采集到的信息没有得到有效利用,物联网的潜在价值没有被充分发掘出来。另一方面,当前3S技术、数据挖掘技术、云服务技术、信息可视化方法等已经相对成熟和稳定。将这些技术与物联网技术结合开发出一套对作物生长环境信息、作物长势信息进行管理的智慧系统,必将能够挖掘出农业物联网技术的潜在价值,进一步拓展精准农业的效力。    于是,他们针对以上问题,历时半年,以农业物联网硬件系统为基础,以智慧农业技术为指导思想,基于Esri公司提供的ArcGIS平台软件设计并实现一套基于物联网的区域作物生长检测与智慧管理系统,实现了多示范区管理、示范区快速导航、基于Web GIS的土壤养分查询、栽培方式实时生成、管理分区与节点部署、实时监测数据的可视化以及区域化的诊断调控等核心功能。该系统名为“智慧农作管理系统”,同时也是“第13届Esri杯中国大学生GIS软件开发竞赛”Web与移动应用开发组一等奖的获奖作品。    据介绍,系统的目的为提出一套基于物联网区域作物生长监测与智慧管理平台的构建框架,系统集成了Web GIS技术、软件工程技术、数据可视化技术与异常数据处理技术。目前,该系统已与“国家信息农业工程技术中心如皋白蒲试验示范基地”、“张家港现代农业示范园区”、“吴江现代农业产业园区” 、“苏州御亭产业园”等十个农业示范区建立了合作关系。一方面,农业示范区准许这四位学生使用物联网、无人机、卫星遥感等检测手段对其整个作物生长周期的环境、土壤和作物数据进行采集和分析,从而验证和完善系统中计算分析模型的准确性。另一方面,学生可以向农业示范区提供作物品种选择、播栽方案、施肥方案、生长预测等指导方案,双方实现了互惠互利。    系统的功能包括农区概况、空间差异、栽培方案、管理分区、节点部署、实时监测、遥感监测、时空演化、诊断调控、信息管理等。比如,他们使用生长模型计算出播栽方案,运用系统学方法,以小麦、水稻为主要对象,基于作物—环境—技术之间的动态关系,创建了普适性和精确化的作物栽培管理知识模型,可定量设计不同环境条件下的播前栽培方案(产量目标、品种选用、播栽方案、肥水运筹等)和产中调控指标(生长指标动态及养分指标动态等)。通过进一步将作物管理知识模型与农田空间信息相结合,他们还构建了基于模型和GIS的作物精确管理系统,实现了不同空间尺度下播前栽培方案设计、产中指标动态设计、因苗实时管理调控等功能,形成了面向不同用户层的数字化作物精确栽培方案设计技术。    农情监测模块则利用物联网、手持传感器、无人机、遥感等手段实现对作物长势和环境信息的实时监测,并以专题地图、图表、表格等形式展示。虽然这些监测数据是多源异构的,但它们拥有共同的特征:含有空间属性。因此,利用GIS可视化技术,可以在同一张地图上同时展示这些数据。监测指标包括大气指标、土壤指标、作物光谱指标、作物营养监测指标和作物生长指标。    而诊断调控模块则是依据作物生长诊断调控模型(最大叶面积指数法)结合实时监测结果,通过农业模型向空间模型转换的技术,诊断作物是否缺肥并计算建议施肥量方案。同时,利用手机实时定位信息结合施肥方案,可以实现“走到哪,脚下土地施肥量就知晓”的功能,这一功能大大方便了农业工作者并且保证了作物的产量。    下一步,四位学生希望将他们的系统向“三维农庄”方向发展,利用数据在三维上展示的多样性,实现监测数据和分析数据的真实模拟展示。同时,利用Esri的Portal for ArcGIS产品框架建立起农业GIS云门户,向更多的农场主、农业示范区以及农民推广智慧农作管理系统。    由中国测绘地理信息学会指导的Esri开发竞赛,从2004年至今已成功举办13届,累计参与师生人数达2万多人,覆盖200多所院校,每年的作品数量达到200多个。大赛旨在培养学生的地理思维能力,鼓励学生通过GIS手段提出一个具有现实应用价值的问题,并尝试用所学知识来分析、解决这个问题,最终完整展示他们的设计与思维过程。 (原标题:当智能技术下到田间 农民不再靠天吃饭)
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