数字农业的意义范文

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第1篇

关键词：农产品产业园、物联网、信息系统、数字一体化精准管控系统

近年来，我国数字化农业技术取得了一些进展，主要表现在：农业传感器微型化、农业灌溉智能化、实时监控农作物生长、农业信息可移动化、农产品质量追溯化等已成为主流。这得益于农业生产信息化技术的成熟和发展，尤其是农产品种植、加工智能化技术的应用。

国内关于农业园区应用物联网技术的相关研究主要涉及温度监控、光温智能控制、精准灌溉等方面。如，浙江大学等单位对农业物联网信息感知、传输和应用等方面进行研究，主要涉及智能化程度、肥水利用率及农产品安全等问题。取得了一系列成果。但总体来看，数字化技术在农业生产中的集成应用研究还比较少。本文提出构建完全数字化的生鲜农产品产业基地，该基地基于总线技术集成，由统一的信息系统进行集中管理和统一调度，充分运用物联网和现代信息技术，加强数据处理及控制，合理布局传感器（温度传感器、湿度传感器、养分传感器、土壤成分传感器等），实现完全数字化。

一、生鲜农产品产业园区数字一体化精准管控系统的实施意义

1.加速信息化。农业发展越来越受到信息技术的影响，信息化成为我国加快实现农业现代化的必然选择。随着物联网技术和农业信息技术的广泛应用，现代农业高速发展，新的农业科技革命即将到来。

2.提高数字化。数字化有利于发展我国自主产权的农业高技术体系，对于我国在世界范围内新的农业科技革命中占有一席之地，以及提升我国农业科技在国际上的整体竞争力，具有战略意义。

3.提高生产效率。传统的手工劳作、粗放型、分散型农业产业模式已不适应时展，我国经济进入规模经济时代，设施的效率决定了生产的效率，也体现了生产力的发展水平。

4.节能减排。精准农业在高新技术的基础上，充分利用现代信息技术，成为现代农业的一种先进生产形式和管理模式。为能自动感知、获取并分析作物生产的环境因素实际存在的时间和空间差异信息以及实现自动诊断和监测，确立起按需投入，在技术上和经济上可实施的应对方案，对物联网技术提出了系统化的理念和技术要求。

二、生鲜农产品产业园区数字一体化精准管控系统的构成

如图1所示，基于物联网技术的生鲜农产品产业园区的数字一体化精准管控系统，主要包括设备执行层、通讯层、调度监控层和信息管理层等四个层级。整个管控系统由计算机管理调度系统（中央控制系统）、水肥一体自动控制系统、自动通风控制系统、无线传感器系统、卷帘控制系统、诊断与监测预警系统等六个子系统组成。

1.计算机管理调度系统（中央控制系统）

生鲜农产品产业园区数字一体化精准管控系统，是在系统总体规划的原则下，为实现农产品种植基地的智能化、数字化、精准化管控而进行的计算机软、硬件系统设计，在信息自动化统一软件平台的基础上，结合农作物生产经验，开发农产品种植系统，采用面向对象的分析、设计和开发手段。充分考虑系统的柔性，并为系统的全面集成留有接口。

系统由管理层信息系统集中管理和统一调度，在监测与预警系统的监控下获取数据采集层下各类型传感器所提供的作物成长环境的物理参数，如：空气温湿度、土壤水分含量、PH值、CO2浓度等，再经通讯层传输到管理层中央控制器，农产品种植系统对感知的信息进行融合处理，智能对比适宜农作物生长的最佳环境变量，并形成完整的按需配给策略，由通讯层到达发出控制指令的具体分管控制器，完成对农作物的按需供给，保障农作物的健康成长环境。

整个管控系统形成了一整套完全智能化、数字化和精准化的管理理论和实践方法，对智能并联调度系统、诊断与监测预警系统、水肥一体化精准管控系统等新技术模块进行了研究应用。

系统结构分为四个层次，即：信息管理层、通讯层、调度监控层和设备执行层。其中，计算机系统始终贯彻整个系统的运行中，从整体调度到具体信息的收集与传输、指令信息的下达，涵盖信息管理层、通讯层、调度监控层的所有业务以及设备执行层的大部分业务，上联中央控制系统，下联设备执行层。

系统硬件模型，如图2。

2.水肥一体自动控制系统

水肥一体自动控制系统是一项现代农业新技术，该技术可以精确控制灌溉和施肥的数量与时间，以微灌系统为基础，根据农作物的需水需肥规律及土壤状况，运用计算机技术自动对水和肥料进行调配和供给。

在滴灌、渗灌、微喷灌等工程节水的基础上，通过布置在田间的水分传感器、养分传感器、土壤成分传感器等多种类别传感器，测得土壤各指标的基本状况，经传感器将信号传到电脑，再由程序智能指导灌水施肥。

由于系统没有非常复杂的运算，需要低功耗和具有较强抗干扰性，因此采用单片机作为自动控制中心模块，用来处理灌溉区的信号输入等工作。由于水灌溉自动控制系统对水位的控制精度要求不高，将自制水位传感器安装到要求的液位，直接感知液位信息。由液位信息控制电磁阀，从而实现精准施灌。系统中的很多资料需要长期保存，同时需要在系统断电时仍能保存信息，根据自动控制系统以及用户信息存储大小需求，选用双备份磁盘阵列为该系统的存储设备。

水肥一体自动控制系统包括两大类。即叶面施灌和根系施灌，前者采用喷雾头施灌，后者采用滴灌。

系统将各种农作物的特征需求数据、种植历史经验数据、专家知识等集成、组构、融合，编制成生鲜农产品种植专家系统，将测定的实时信息与生鲜农产品种植专家系统的参数对比后，可计算出灌溉时长、施加肥液时长和肥液配比等值。控制程序得到开始工作指令后立即运行，系统运行过程的数据均可查阅。系统主程序流程，如图3。

3.自动通风控制系统

自动通风控制系统综合性能优于传统通风系统，可以自动调控风机转速与风量，感应空气品质，从而改善空气质量，提高通风安全，实现运行管理智能化。该系统主要由智能中央控制子系统及空气品质感应子系统等组成，还包括通风管道、可调节的风口末端及数字化节能风机等。

4.无线传感器子系统

WSN（WirelessSensorNetwork，无线传感器网络）由多个部分组成，其主要构成：无线传感网络基础设施、网络应用支撑层和基于该网络应用业务层的一部5y.等，参见图4。将WSN应用于培养种植农作物，可提高农业数字化水平。其工作原理为：在监察区域设置大量廉价的微型传感器，通过传感器感知并收集所需监察对象的信息，这些信息经过处理后发送给观察者。

5.卷帘控制系统

当前使用的温室大棚卷帘机大部分存在安全隐患，其主要原因是动力源为现场人工送电，不论温室中是否有劳动任务，管理人员都必须到现场操控设备，造成了时间和人力资源的浪费。

为解决上述问题，可以通过自动远程控制，实现卷帘机的升降，不仅可以减少安全隐患，而且降低劳动强度，提高效率。其主要做法为.在设备中嵌入一个模块，利用处理器的指令控制来实现GSM系统的短信息服务。该方法实施方便、操控简单、成本低，有较高的应用率。

6.诊断与监测预警系统

在农作物种植基地采用诊断与监测预警系统，主要针对系统中关键设备的开关和运行情况进行监测，发现异常情况并及时处理，从而尽量避免损失的发生。

为了加强监测和预警，该系统设计并充分应用无线结构健康监测试验仪器。基于成本和便捷性，该仪器主要应用ISM（IndustrialScientificMedical）频段，这是因为：ISM频段耗能低、成本少，组网方便且无需授权申请，非常适合无线结构的健康监测使用。其覆盖范围，如图5。

诊断与监测预警系统涵盖整个系统，实时监测各系统的运行状况，并根据系统的实际情况经传输系统反馈给中央控制系统，对整个系统的健康运行具有重要意义。

第2篇

关键字：智能仪表系统 农业电气 计算机 实验室

中图分类号：P634.3+6 文献标识码：A 文章编号：

随着科学技术的进一步发展, 仪表的智能化程度将越来越高。智能化测量控制仪表的发展也尤为迅速。国内市场上已经出现了多种多样的智能化测量控制仪表, 如能够自动进行差压补偿的智能节流式流量计, 能够进行程序控温的智能多段温度控制仪, 能够实现数字PID和各种复杂控制规律的智能式调节器,以及能够对各种谱图进行分析和数据处理的智能色谱仪等。国际上智能测量仪表更是品种繁多。例如, 美国HONEYWELL公司生产的DSTJ- 3000系列智能变送器, 能进行差压值状态的复合测量, 能够对变送器本体的温度和静压等实现自动补偿, 其精度可以达到 0. 1%FS; 美国RACA-DANA公司的9303型超高电平表, 利用微处理器消除电流流经电阻所产生的热噪声, 测量电平可低达-77dB; 美国FLUKE公司生产的超级多功能校准器5520A, 内部采用了3个微处理器, 其短期稳定性达到110-6, 线性度可达到0. 510-6; 美国FOXBORO公司生产的数字化自整定调节器, 采用了专家系统技术, 能够根现场参数迅速地整定调节器, 特别适合于对象变化频繁或非线性的控制系统。

1 智能仪表系统的工作原理

了解智能仪表系统的工作原理是将其应用于各个领域的基础。智能仪表系统中其最主要的部分是传感器，传感器相当于智能仪表系统的心脏。传感器拾取被测参量的信息, 并转换成电信号,经滤波去除干扰后送入多路模拟开关。由单片机逐路选通模拟开关, 将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大器, 放大后的信号经A/D转换器转换成相应的脉冲信号后送入单片机中。单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理(如非线性校正等)。运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印; 同时, 单片机把运算结果与存储于片内FlashROM(闪速存储器)或EEPROM(电可擦除存贮器)内的设定参数进行运算比较后, 根据运算结果和控制要求,输出相应的控制信号(如报警装置触发和继电器触点等)。此外, 智能仪器还可以与PC机组成分布式测控系统, 由单片机作为下位机采集各种测量信号与数据, 通过串行通信将信息传输给上位机 PC机, 由PC机进行全局管理。

2智能仪表系统在农业中的应用

随着智能仪器以及农业现代化的发展，智能仪表系统逐渐走入农业产业化中，更好的为农业产业化做贡献，其中TFW-VIII型智能化农业环境监测仪得到了广泛的应用。TFW-VIII型智能化农业环境监测仪是一种综合性能较全、测量精度较高、操作较简单的一种智能化农业及生态环境实用的测量仪器, 可以对土壤、水和空气进行现场监测。该仪器内设置了GPS全球卫星定位装置, 可以对测试地点的方位(经纬度)和海拔高度有较准确的测定。在土壤方面, 它能较精确地测试土壤内的氮、磷、钾和有机质的含量, 可以对土壤中的酸碱度( pH)值、盐分(电导)、其他微量元素和地层温度进行测量, 对土壤的容积含水量进行现场速测, 还可以对化肥进行检测。在水质测试方面, 可以测试水中的溶解氧、水的浊度、温度、pH值和水的电导率。除此以外, 还能对测点空气的温度和湿度进行实时在线监测。该仪器是一部数字化的智能型仪器, 不仅设制了操作菜单、数据存储和打印, 还可以与计算机实现联网, 能最大限度满足使用者对被测物数据的测试、记录和存储的要求, 是土肥站、农科所及相关农业环境监测部门首选的仪器之一。TFW-VIII型智能化农业环境监测仪的主要技术

3智能仪表系统的功能特点

3. 1 操作自动化

自动化的仪器操作使农业生产越来越倾向于自动化，减少了体力劳动，是农业越来越现代化。仪表的整个测量过程(如键盘扫描、量程选择、开关启动闭合、数据采集、传输与处理以及显示打印等)都用单片机或微控制器来控制操作, 实现测量过程的全部自动化。

3. 2 具有自测功能

包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等。智能仪表能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。这种自测试可以在仪表启动时运行, 同时也可在仪表工作中运行, 极大地方便了仪表的维护。

3. 3 具有数据处理功能

数据处理功能是智能仪表的主要优点之一。智能仪表由于采用了单片机或微控制器, 使得许多原来用硬件逻辑难以解决或根本无法解决的问题, 可以用软件非常灵活地加以解决。例如, 传统的数字万用表只能测量电阻、交直流电压和电流等, 而智能型的数字万用表不仅能进行上述测量, 而且还具有对测量结果进行诸如零点平移、取平均值、求极值和统计分析等复杂的数据处理功能, 不仅使用户从繁重的数据处理中解放出来, 而且有效的提高了仪表的测量精度。

3. 4具有友好的人机对话能力

友好的人机对话能力是智能机器的必备特点，良好的人际关系使人们更能准确的了解农业生产中的相关信息，做出正确的应对措施。智能仪表使用键盘代替传统仪表中的切换开关,操作人员只需通过键盘输入命令, 就能实现某种测量功能。与此同时, 智能仪表还通过显示屏将仪表的运行情况、工作状态以及对测量数据的处理结果及时告诉操作人员, 使仪表的操作更加方便和直观。

3. 5 具有可程控操作能力

良好的可操控能力，为其在农业中的使用奠定了基础，农业自动化越来越被人们认可。一般智能仪表都配有GPIB, RS232C, RS485等标准的通信接口, 可以很方便地与PC机和其他仪器一起组成用户所需要的多种功能的自动测量系统, 来完成更复杂的测试任务。

4智能仪表系统的优化

4. 1测量精度的提高

在智能仪表设计时,以测量精度作为主要的参数之一， 为了提高仪表的测量精度,一般除了选择性能好和精度高的元器件外, 同时也可以利用微处理器对测量数据进行加工与处理, 以减少测量过程中产生的随机误差和系统误差。

4. 2 系统的低功耗设计

高效率，低耗能是每个仪器的最终目标。智能仪表系统的低功耗设计是系统优化设计的一个重要方面。在低功耗设计时, 应重点考虑以下几个方面: 一是可选用CMOS集成电路, 这是由于CMOS电路具有功耗低、抗干扰能力强和工作温度范围宽等特点; 二是系统功耗和系统供电电压存在着一定的关系, 一般来说, 供电电压越高, 系统功耗越大, 因此低功耗单片微机系统应尽量采用低电压供电, 这样既能减少系统功耗, 又有利于电池供电; 三是COMS器件的输入端不能悬空, 以免输入电平不稳而使电路来回翻转, 从而使系统功耗增大; 四是采用低功耗工作方式, 如单片机的待机、掉电工作方式或存储器的维持工作方式等; 五是采用分区分时供电方式。

4. 3系统的抗干扰设计

仪器的抗干扰性决是测量一个仪器性能的其中一个指标，抗干扰性越强，环境对仪器造成的影响就越小，从而能更广泛的推进仪器的适用范围。影响智能仪表可靠性与安全运行的主要因素是来自系统内部和外部的各种电气干扰, 以及系统结构设计、元器件选择、安装、制造工艺和外部环境条件等情况。这些干扰对智能仪表系统造成的后果主要表现在数据采集误差加大、控制状态失灵、数据的干扰变化以及程序运行失常等方面。为此, 可以针对供电系统、过程通道、外部噪声源、印制电路板及电路采取抗干扰措施。

结语

随着我国农业政策的不断改进和完善，农业自动化越来越接近我们现实生活，农业产业化将是我国农业发展的目标之一，智能仪表系统也将越来越广泛的应用于我国农业的发展之中，成为我国农业发展必不可少的条件之一。现在的智能仪表系统发展尚不完善，随着科学技术的快速发展，智能仪表系统将能走进普通农民的生活之中，使农业发展最大化的利用可以利用的资源，不造成浪费，最大化的提高我国农产品的产率。

参考文献:

第3篇

经济增长与技术进步的关系一直是经济学研究的重点，亚当・斯密在其著作《国富论》中最早论述了经济增长问题，把劳动分工、自由市场和新机器形式的技术进步作为导致经济增长的三个重要原因。马克思在其巨著《资本论》中，认为简单再生产和扩大再生产理论是经济增长理论的核心，而扩大再生产的两条基本途径则是增加积累和提高劳动生产率。到了20世纪中叶，美国经济学家Solow于1956年创建了索洛模型，将技术作为生产函数的一个外生变量，突破了以前仅以资本和劳动作为经济增长动力的框架。技术进步对经济发展的重要性从此被量化表现。20世纪90年代以后，内生增长理论把技术进步内生化，最著名的内生增长模型有Romer模型、Lucas模型等，这些模型表达的一个重要思想是：知识积累是经济增长的最终推动力。

我国的学者也探讨了经济增长与技术进步的关系。高慧清认为，两者是一个互动的影响过程，技术创新是经济增长的主要动力，经济增长是技术创新的物质基础。王建明将这一结论引申到农业领域，实证分析了我国农业科研投资与经济增长之间的互动关系，农业经济增长对农业科研投资的带动直接而且显著，农业科研投资对农业经济增长的作用则是间接体现，并指出，农村居民纯收入、科研人力资源和农业科研投资显著影响农业经济增长。

二、关于我国农业科研投入现状的研究

大多数学者认为，我国政府农业科研投入增长缓慢，投资强度（农业科研投资占农业GDP的比例）低。主要观点有：（1）自1986年后，我国农业科研投入增长缓慢；（2）从1986年开始，我国农业科研投资强度呈先降后升的趋势，但数值在0.2%-0.3%之间徘徊，处在一个较低的水平；（3）自1987年以来，农业科研增长速度落后于财政增长速度；（4）从投资结构上看，多数学者认为私人投资所占比重较低，但黄季认为，如果算上我国科研单位的创收，那么1996年我国农业私人投资的比重是很高的，有47.4%，这接近了经济与合作原发展组织原22个发达国家私人农业科研投资49.6%的比例；（5）我国农业科研资源分配失衡人、财、物资源主要集中于大宗粮棉油作物领域，农业科技力量主要集中于产中领域，农业科技资源相对集中于研究领域，农业生产一线的科技力量长期缺乏。

三、关于公共农业科研投资与私人农业科研投资关系的研究

公共农业科研投资是指政府投资，而私人农业科研投资指私人公司和各种非政府基金的投资。大多数学者认为，政府是我国农业科研投资的主体。黄季从农业科研投资的内部条件，即农业生产的特征，农业科研本身的特征，以及农产品本身的特征对农业科研投资的影响，以及外部因素，即我国政治、法律、经济与技术环境分析了政府是农业科研投资的主体。

还有学者研究了两者的关系，David和Hall回顾了1957年以来的文献，他们收集了30多篇在这一领域有影响的文献，既包括农业领域的，也包括其他领域的，归纳后发现，多数文献支持公共研发投资和私人研发投资是互补关系的结论。辛贤实证分析得出，我国农业公共R&D投资和私人R&D投资之间是互补关系，而非替代关系。因此，我国要想刺激和吸引私人部门参与农业科技活动，增加公共农业R&D支出具有重要的积极影响。

四、关于农业科研投资体制的研究

在投资体制研究方面，多数学者认为应改革并完善我国农业科研投入体制。田维明认为，入世给我国的农业技术体系带来了更大的机遇和挑战，必须对我国农业科技体系进行重组和转制，其目的是建议一个成分多样、职责明确、分工协调、机制顺畅的高效农业科技研究推广体系。刘晓昀则认为应审慎对待1999年开始的农业科研机构企业化转制，以免出现由于忽略跨学科和跨领域研究，出现研究的短期主义和智力资源的不合理配置现象。

对现有体制存在的问题方面，黄季认为体制改革应从减员增效上入手，我国科研队伍过于庞大，科研人员相对投入强度高达0.49，而市场经济国家一般在0.2以下，资源配置不合理，应精简科研机构人员，提高科研投资相对强度，强化国家和省的科研机构，并为私人参与农业科研投资创造条件。王建明认为在我国科研体制方面，存在着农业科研资源在农业各行业、品种和领域的配置不均衡现象，这影响了我国农业科研投资效率的提高。因此，我国政府在加大对农业科研投资力度的同时，必须不断完善政府的农业科研投资模式。

五、关于农业科研投资收益的研究

在以前的研究中，学者们使用了投资回报率、投资效率、投资收益等词，大都认为我国农业科研投资收益相当高。黄季运用CAPSIM模型进行分析得出，在未来市场完全开放条件下，中国农业科研投资回报率（内部收益率）达到59.6%，而在未来市场不再增加开放度的条件下，投资回报率也达到55.8%，而2000年我国农业科研投资回报率在58%左右。

也有学者对江苏省农业科研投资收益进行了研究。周宁根据“边际收益均一化”原则以非参数计量经济方法分析了我国各个省份的农业科研投资收益，认为我国各个省份的农业科研投资边际收益相差十分悬殊，在2000年前后，最高的安徽省的边际收益值为50万元左右，而最低的北京则不到1.5万元，而江苏省的农业科研投资边际收益水平大致相当于全国平均水平。黄文新通过对江苏省1981-1991年的农业总产值与各项生产要素的多元回归运算，得出江苏省的农业科研投资的边际效益为75.79元，即农业科研投资每增长1元可望农业总产值增长75.79元，边际效益相当高。李放认为1980年至2000年期间，江苏省的农业科研投资收益逐年提高，由1980年的51.92亿元逐步增加到2000年的197.3亿元，20年间增长了近四倍，说明了农业科研投资的收益呈逐年增长趋势，政府应不断增加对农业科研的投入。

六、对现有研究的评价

综上所述，以前的研究已经从不同层面、不同角度，运用定性、定量的方法对农业科研投资这一问题做了大量工作和广泛研究。学者们认为农业科研投资能促进经济增长，缓解城镇贫困人口，但在能否增加农民收入方面存在着分歧。从农业科研投资的规模和结构上分析，我国农业科研投资总量不足，投资强度低；政府是农业科研投资的主体，而政府投资与私人投资是互补关系，两者领域不同，分工不同，政府和私人部门应联合协作，建立农业科研多元化投资机制，促进农业科研投资收益的提高。对江苏省农业科研投资收益虽然也有研究，但大多集中于2000年以前，而进入21世纪后，江苏经济迅速发展，农业科研在投资结构和规模上也有了变化，因此，对2000-2010年江苏农业科研投资收益进行研究，具有很高的理论和实践意义。

参考文献

[1]黄季,胡瑞法.政府是农业科技投资的主体[J].中国科技论坛,2000(4):59-62.

[2]宋慧婷.我国农业科技投入现状及对策研究[D].山东:山东师范大学,2009.

[3]王建明.提高我国农业科研投资效率的制度思考[J].南京农业大学学报(社会科学版),2009,9(1):47-51.