智慧農(nóng)場(chǎng)信息化建設(shè)應(yīng)用案例一、引言隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程加速，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)“靠天吃飯、憑經(jīng)驗(yàn)管理”的模式已難以滿足規(guī)?；⒕珳?zhǔn)化生產(chǎn)需求。智慧農(nóng)場(chǎng)通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“環(huán)境感知-數(shù)據(jù)傳輸-智能決策-精準(zhǔn)執(zhí)行”的閉環(huán)管理，成為提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、降低資源消耗、保障產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵路徑。本文以某生態(tài)果蔬農(nóng)場(chǎng)（以下簡稱“農(nóng)場(chǎng)”）為例，系統(tǒng)闡述其信息化建設(shè)的架構(gòu)設(shè)計(jì)、應(yīng)用場(chǎng)景及成效，為同類農(nóng)場(chǎng)提供可復(fù)制的參考模式。二、項(xiàng)目背景農(nóng)場(chǎng)位于我國中部某省，占地面積約800畝，主要種植草莓、番茄、黃瓜等設(shè)施果蔬。傳統(tǒng)管理模式下，存在三大痛點(diǎn)：1.資源浪費(fèi)嚴(yán)重：灌溉依賴人工經(jīng)驗(yàn)，每畝年用水量超300噸，水資源利用率不足50%；2.病蟲害防控滯后：靠人工巡查識(shí)別病蟲害，往往錯(cuò)過最佳防治期，年損失率達(dá)15%-20%；3.數(shù)據(jù)缺失導(dǎo)致決策盲目：缺乏環(huán)境、作物生長數(shù)據(jù)積累，產(chǎn)量波動(dòng)大（年波動(dòng)幅度達(dá)10%-15%），產(chǎn)品溯源困難，消費(fèi)者信任度低。為解決上述問題，農(nóng)場(chǎng)于2021年啟動(dòng)智慧化改造，目標(biāo)構(gòu)建“感知-傳輸-平臺(tái)-應(yīng)用”一體化的信息化體系，實(shí)現(xiàn)“精準(zhǔn)種植、智能管控、溯源可查”的智慧農(nóng)業(yè)模式。三、智慧農(nóng)場(chǎng)信息化建設(shè)內(nèi)容農(nóng)場(chǎng)信息化建設(shè)遵循“分層架構(gòu)、按需部署”原則，構(gòu)建了“感知層-傳輸層-平臺(tái)層-應(yīng)用層”四大核心模塊，覆蓋從數(shù)據(jù)采集到智能決策的全流程。（一）感知層：全場(chǎng)景數(shù)據(jù)采集體系感知層是智慧農(nóng)場(chǎng)的“神經(jīng)末梢”，通過部署多類型傳感器及設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)場(chǎng)環(huán)境、作物生長狀態(tài)的全面感知。環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器：在溫室大棚內(nèi)每50米部署1套溫濕度、土壤濕度、光照強(qiáng)度、CO?濃度傳感器，共安裝200余套；露天種植區(qū)每100米部署1套風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量傳感器，覆蓋整個(gè)園區(qū)。作物生長監(jiān)測(cè)設(shè)備：在草莓、番茄棚內(nèi)安裝作物莖粗傳感器、果實(shí)膨大傳感器，實(shí)時(shí)采集作物生長數(shù)據(jù)；通過高清攝像頭（1080P，帶夜視功能）實(shí)現(xiàn)作物長勢(shì)的圖像采集，每棚部署2臺(tái)。農(nóng)事操作數(shù)據(jù)錄入：通過手機(jī)APP記錄播種、施肥、打藥等農(nóng)事操作，關(guān)聯(lián)至具體地塊和作物，形成完整的生產(chǎn)數(shù)據(jù)鏈。（二）傳輸層：多網(wǎng)絡(luò)融合通信架構(gòu)傳輸層負(fù)責(zé)將感知層數(shù)據(jù)高效傳輸至平臺(tái)層，采用“5G+LoRa”雙網(wǎng)絡(luò)融合方案：5G網(wǎng)絡(luò)：覆蓋農(nóng)場(chǎng)辦公區(qū)、溫室大棚等核心區(qū)域，支持高清視頻、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（如土壤濕度）的高速傳輸，延遲低于100ms；LoRa網(wǎng)絡(luò)：覆蓋露天種植區(qū)等信號(hào)薄弱區(qū)域，采用低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)，支持傳感器數(shù)據(jù)（如風(fēng)速、降雨量）的遠(yuǎn)距離傳輸（單基站覆蓋半徑達(dá)3公里），功耗僅為傳統(tǒng)4G設(shè)備的1/5。雙網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了“核心區(qū)域高速傳輸、邊緣區(qū)域低功耗覆蓋”的互補(bǔ)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。（三）平臺(tái)層：一體化智慧管理系統(tǒng)平臺(tái)層是智慧農(nóng)場(chǎng)的“大腦”，采用B/S架構(gòu)（瀏覽器/服務(wù)器模式），整合數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、決策功能，主要包括三大模塊：1.數(shù)據(jù)中心：存儲(chǔ)環(huán)境數(shù)據(jù)（溫濕度、土壤濕度等）、作物生長數(shù)據(jù)（莖粗、果實(shí)膨大等）、農(nóng)事操作數(shù)據(jù)（播種、施肥等），采用分布式數(shù)據(jù)庫（Hadoop）實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)與檢索；2.智能分析引擎：通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法（如隨機(jī)森林、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，輸出作物生長預(yù)測(cè)（如產(chǎn)量、成熟期）、病蟲害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警（如蚜蟲、灰霉?。?、資源需求建議（如灌溉量、施肥量）；3.可視化監(jiān)控界面：通過Web端和手機(jī)APP，實(shí)現(xiàn)農(nóng)場(chǎng)環(huán)境、作物生長狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控（如大棚內(nèi)溫濕度曲線、作物圖像），支持歷史數(shù)據(jù)查詢（如近7天土壤濕度變化）和報(bào)警提醒（如溫濕度超標(biāo)時(shí)推送短信）。（四）應(yīng)用層：精準(zhǔn)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景應(yīng)用層是信息化建設(shè)的“落地抓手”，結(jié)合農(nóng)場(chǎng)種植需求，打造四大精準(zhǔn)應(yīng)用場(chǎng)景：1.精準(zhǔn)灌溉：基于土壤濕度傳感器數(shù)據(jù)（設(shè)定閾值：番茄土壤濕度保持在60%-80%），通過物聯(lián)網(wǎng)閥門自動(dòng)控制灌溉時(shí)間和水量。例如，當(dāng)土壤濕度低于60%時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)開啟灌溉泵，持續(xù)澆水至80%后關(guān)閉；2.病蟲害智能防控：通過攝像頭采集作物葉片圖像，結(jié)合環(huán)境數(shù)據(jù)（如溫度、濕度），利用圖像識(shí)別算法（YOLOv5）識(shí)別病蟲害類型（如蚜蟲、灰霉?。?，并預(yù)測(cè)爆發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)達(dá)到“高”時(shí)，系統(tǒng)向管理人員推送預(yù)警信息，建議采取防治措施（如噴灑生物農(nóng)藥）；3.作物生長管理：通過作物生長數(shù)據(jù)（如莖粗日增長、果實(shí)膨大速度），分析作物生長狀態(tài)（如是否缺肥、是否受脅迫），輸出農(nóng)事操作建議（如追施氮肥、調(diào)整大棚通風(fēng)）。例如，當(dāng)番茄莖粗日增長低于0.5cm時(shí)，系統(tǒng)建議增加氮肥施用量（每畝增加5kg）；4.產(chǎn)品溯源：為每個(gè)批次產(chǎn)品生成唯一二維碼（基于區(qū)塊鏈技術(shù)，確保數(shù)據(jù)不可篡改），消費(fèi)者掃描二維碼可查看產(chǎn)品的種植過程（如播種時(shí)間、施肥記錄、病蟲害防治記錄）、環(huán)境數(shù)據(jù)（如種植期間溫濕度）、檢測(cè)報(bào)告（如農(nóng)藥殘留），提升產(chǎn)品信任度。四、應(yīng)用成效分析農(nóng)場(chǎng)信息化建設(shè)實(shí)施后，生產(chǎn)效率、資源利用率、產(chǎn)品附加值均顯著提升，具體成效如下：資源消耗降低：精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)使每畝年用水量從300噸降至210噸，節(jié)水率30%；化肥使用量從每畝80kg降至65kg，節(jié)肥率18.75%；病蟲害損失減少：病蟲害預(yù)警系統(tǒng)使病蟲害發(fā)現(xiàn)時(shí)間提前2-3天，防治效果提升25%，年損失率從18%降至14.4%，減少損失約12萬元；產(chǎn)量與品質(zhì)提升：通過精準(zhǔn)管理，番茄畝產(chǎn)從4500斤提升至5175斤，增產(chǎn)率15%；草莓可溶性固形物含量從8%提升至9.5%，品質(zhì)等級(jí)提升1級(jí)；產(chǎn)品附加值提高：溯源系統(tǒng)使產(chǎn)品售價(jià)提升25%（如草莓從每斤20元漲至25元），銷量增加18%，年增收約20萬元；人工成本降低：減少了灌溉、巡查等人工需求，每畝年人工成本從1200元降至960元，降低20%。五、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與推廣價(jià)值農(nóng)場(chǎng)信息化建設(shè)的成功，關(guān)鍵在于把握了“需求導(dǎo)向、技術(shù)適配、迭代優(yōu)化”三大原則，其經(jīng)驗(yàn)可復(fù)制推廣至同類農(nóng)場(chǎng)：1.頂層設(shè)計(jì)需結(jié)合實(shí)際需求：避免盲目追求“高大上”技術(shù)，應(yīng)根據(jù)農(nóng)場(chǎng)種植類型（如設(shè)施果蔬、大田作物）、規(guī)模（如幾百畝、幾千畝）、現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施（如是否有電網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)覆蓋），選擇適配的技術(shù)方案（如設(shè)施果蔬可重點(diǎn)部署精準(zhǔn)灌溉、病蟲害預(yù)警，大田作物可重點(diǎn)部署土壤監(jiān)測(cè)、產(chǎn)量預(yù)測(cè)）；2.數(shù)據(jù)采集要全面且關(guān)聯(lián)：不僅要采集環(huán)境數(shù)據(jù)，還要采集作物生長數(shù)據(jù)、農(nóng)事操作數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)“環(huán)境-作物-農(nóng)事”數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析，這樣智能決策的準(zhǔn)確性才會(huì)更高（如通過環(huán)境數(shù)據(jù)+作物生長數(shù)據(jù)，可更精準(zhǔn)地判斷病蟲害風(fēng)險(xiǎn)）；3.人才培養(yǎng)是關(guān)鍵：信息化系統(tǒng)的有效運(yùn)行依賴于員工的使用，需對(duì)農(nóng)場(chǎng)員工進(jìn)行培訓(xùn)（如傳感器安裝、平臺(tái)操作、手機(jī)APP使用），讓員工從“被動(dòng)接受”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)使用”（如農(nóng)場(chǎng)通過“獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制”鼓勵(lì)員工錄入農(nóng)事數(shù)據(jù)，每錄入1條數(shù)據(jù)獎(jiǎng)勵(lì)5元）；4.系統(tǒng)需迭代優(yōu)化：信息化建設(shè)不是“一勞永逸”的，需根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的問題不斷調(diào)整功能（如農(nóng)場(chǎng)最初的可視化界面僅支持Web端，后來根據(jù)員工需求增加了手機(jī)APP端，方便田間操作；病蟲害預(yù)警系統(tǒng)最初的識(shí)別準(zhǔn)確率為85%，通過收集更多病蟲害圖像數(shù)據(jù)，優(yōu)化算法后準(zhǔn)確率提升至92%）；5.注重投入產(chǎn)出比：信息化建設(shè)的投入（如傳感器、平臺(tái)開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)部署）需與產(chǎn)出（如節(jié)水、增產(chǎn)、增收）匹配，農(nóng)場(chǎng)通過“分步實(shí)施”降低風(fēng)險(xiǎn)（如先試點(diǎn)100畝設(shè)施番茄，驗(yàn)證成效后再推廣至整個(gè)農(nóng)場(chǎng)）。六、結(jié)論某生態(tài)果蔬農(nóng)場(chǎng)的信息化建設(shè)，通過“感知-傳輸-平臺(tái)-應(yīng)用”的閉環(huán)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了從“經(jīng)驗(yàn)管理”到“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”的轉(zhuǎn)變，顯著提升了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品競爭力。其經(jīng)驗(yàn)表明，智慧農(nóng)場(chǎng)信息化建設(shè)不是簡單的“技術(shù)堆砌”，而是“需求-技術(shù)-應(yīng)用”的深度融合。對(duì)于同類農(nóng)場(chǎng)而言，可借鑒其“頂層設(shè)計(jì)結(jié)合實(shí)際、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析、人才培養(yǎng)、迭代優(yōu)化”的模式，逐步推進(jìn)信息化改造，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“精準(zhǔn)化、智能化、可持續(xù)化”。七、展望未來，隨著5G、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，智慧農(nóng)場(chǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景將更加豐富（如機(jī)器人采