曹相东 曹景怡 张亚静 孔蕾
摘 要：文章立足于农村振兴发展战略，打造智慧农业新模式。设计农作物病虫害自动感应报警装置，开发一种大棚种植用农作物自动输药装置，研发农产品问诊、专家医治、农资销售一体化问医平台，利用这三个技术来创新传统农业，给农业经济注入新鲜血液。智慧农业新模式从农作物生长开始，监控整个农作物生长的全过程，从感应报警病虫害到自动输药再到农作物的疑难问题都能够利用装置或平台得到解决。
关键词：智慧农业;自动感应;自动输药;问医平台
中图分类号：TP311 文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）04-0108-04
Design and Research of New Mode of Intelligent Agriculture
CAO Xiangdong， CAO Jingyi， ZHANG Yajing， KONG Lei
（School of Economics and Management， Shandong Huayu University of Technology， Dezhou 253034， China）
Abstract： This paper is based on the strategy of rural revitalization and development to build a new model of intelligent agriculture. It designs an automatic induction alarm device for crop diseases and insect pests， develops a kind of crop automatic drug delivery device for greenhouse cultivation， and develops an integrated medical platform for agricultural products consultation， expert medical treatment and agricultural marketing. It uses the three technologies to innovate traditional agriculture and inject fresh blood into the agricultural economy. The new mode of intelligent agriculture starts from the crop growth， monitors the whole process of the crop growth， from the induction alarm of insect pests and diseases to the automatic drug delivery and to the difficult problems of the crop can all be solved by using devices or platforms.
Keywords： smart agriculture; automatic induction; automatic drug delivery; medical platform
0 引 言
随着科技的不断发展，传统的农业已经不能满足当今社会飞速发展的要求，因此智慧农业的提出就非常有必要。智慧农业包括的范围很大，本文利用三种方法来设计智慧农业新模式。首先，针对现有的农作物病虫害预警装置在使用时稳定性较差的情况，设计一种新型自动感应报警装置来解决该问题，这样有利于以点带面推动农村农产品全面发展，引导农民致富，促进农民持续增收。其次，针对现有的输药装置输药效率较低，浪费人力的问题，设计了一种大棚种植用农作物自动输药装置，可有效地解决输药浪费资源的问题。最后，为解决农户生产种植中面临的切实问题并实现农作物产量增收，进而推动农户生活质量全面提升，着力依靠互联网、大数据等技术支持，设计与建立智慧农产品问医平台，为解决农业方面的各类问题提供一个农业网上交流平台。
1 目前国内外农业发展状况
中国是一个农业大国，农业发展的好坏在一定程度上影响这个国家的发展。因此，国家出台政策大力支持农业发展，不仅有脱贫攻坚战略，还有全面推进乡村振兴战略、加快农业农村现代化发展战略等来助力农村农业更好地发展。
现阶段中国的农业主要还是以家庭为生产单位的封闭的自我管理的农业种植状态，贫困偏远山区更是因地势、温度等各种自然条件影响使得农业的发展停滞不前。但是随着农业现代化的不断发展推进，我国农业发展逐渐向好，粮食产量稳固增加，即使是在2020年1—7月新冠肺炎疫情蔓延期间我国的农产品贸易仍然保持增长势态，增幅比2019年同期增长6个百分点。贸易逆差扩大三成，比2019年同期增长17个百分点[1]。同时我国还把智慧农业纳入教科书，厚植大学生爱国主义、“大国三农”情怀，努力让“绿水青山就是金山银山”、强农兴农理念入脑入心，增强学生服务农业农村现代化、服务乡村全面振兴的使命感和责任感，为实现国家乡村振兴战略培养高质量应用型人才[2]。注重塑造学生的“大国三农”情怀，引导学生以强农兴农为己任，提升其对开创全面推进乡村振兴、加快农业农村现代化新局面的使命感和责任感，培养学农、知农、爱农的积极践行者，在学生群体中树立榜样示范[3]。我国逐渐把农业发展作为国家发展的重要部分，积极解决目前农业存在的问题，把解决“三农”问题作为农村工作重点，出台了一系列助农惠农政策，包括取消农业税、给予粮食补贴等促进农业发展，提高农民的积极性;还提出了乡村振兴发展战略，运用科技兴国思想促进农业现代化的发展。
而国外的农业发展情况要比国内快得多，像美国、以色列、荷兰等国家很早就重视农业发展的现代化，并且将科技和农业联系起来，使用科学化、标准化、机械化的方法来管理农业，以此来获取更高额的收益。例如美国是规模化大农场种植，并且在发展的过程中经不断改进优化已经形成了一种特定的模式和管理风格[4]。他们分工明确，各司其职，大大提高了工作效率。还有的国家使用农业机器人来进行农业的各种活动，将监测技术、传感技术、图像识别技术和人工智能技术等多项技术于一身的高科技机器人，以及兼有人的部分感知力和四肢行动功能的半自动化设备投入到农业生产中，较好地解决了劳动力不足和劳动力疲劳等问题。国际上以美国为代表的大田智慧农业、以德国为代表的智慧养殖业、以荷兰为代表的智能温室生产以及日本为代表的小型智能装备业，均取得巨大进步，形成了相对成熟的技术与产品，而且还形成了商业化的发展模式，为我国发展智慧农业提供了可借鉴的经验[5]。我们应学习其他国家对农业发展的规划和技术，促进我国农业的不断发展。
2 现阶段存在的问题
目前有些农业地区已经正式批准成立了专门的农病虫害早期防治工作领导协调小组，但是病虫害早期防治的相关专业技术装备建设力量不够雄厚，任务极其繁重，成效也并不显著。此外现在市场上的一些预警装置在使用时稳定性较差，特别是在户外风大时使用很容易被吹倒，给使用造成困难，有效解决这种病虫害给当地农作物生长带来的不良影响是当前最紧迫的任务，加快研究防治措施，增加农作物产量，增加农业收益，才是我们根本的目标。
根据调查，目前农业大部分都在使用人工输药的方式，市面上的输药机器比较少，并且价格昂贵，这样的输药方式不仅浪费人力，而且还效率非常低，有些农作物在没有喷洒上药物时就已经变质，这样的喷药效率非常不利于农作物的生长。农户方面，农村人口老龄化日趋严重，青壮年劳动力大量外出，劳动力严重不足;家庭式的生产经营模式，生产种植机械化与智能化程度偏低，导致生产效率低下;偏远地区的农业发展信息滞后，缺乏科学合理的农业技术指导，不利于农业的发展创新;对于恶劣天气、自然灾害的威胁，缺乏科学有效的应对策略，面对灾害的防御能力不足。农业专业人才方面，越来越多的农业专业的高校毕业生选择考取公务员，或者进入农业科研单位，或者选择了其他的就业方向，最终导致农业人才分配严重失调。农资企业方面，企业通过产品说明会、下乡薄利营销、电视广告宣传等传统营销手法已无法吸引广大消费人群，传统的营销手法很难在市场上起到积极作用。导致传统农资企业发展潜力大打折扣，企业发展面临严峻形势。
3 实现智慧农业涉及技术
3.1 农作物病虫害自动感应报警装置设计
农业病虫害测报工作，防控防治工作不仅仅是推进我国现代农业安全防治生产的关键一步，还是我国现代农业未来的发展方向。在绿色农作物的开发生产以及种植过程中，农作物病虫害及时防治工作是农业提高产量和改善农作物生产质量的重要技术保障，我国要真正培育出高产、高效和高质量的绿色农作物，必然少不了对各种农作物病虫害进行及时测报，为了有效解决病虫害给当地农作物生长带来的不良影响，必须要加快防治措施，于是设计了农作物病虫害自动感应报警装置，以有效地减少此类问题的发生。
该农作物病虫害自动报警装置包括报警装置本体，所述报警装置本体包括中空底座，中空底座的顶部内壁上固定安装有两个电动伸缩杆，两个电动伸缩杆的底部分别固定连接有温度传感器和湿度传感器，中空底座的底部开设有两个穿孔，所述中空底座的左右两侧均开设有第一转动槽，两个第一转动槽内均转动安装有第一安装杆，两个第一安装杆的外侧均固定安装有两个第一稳定板，中空底座的前后两侧均开设有第二转动槽。增加使用的稳定性，避免倾倒，结构简单，使用方便。本装置通过设置底座、固定管、万向轮、电机、球机、灭虫灯、报警模块、闪光灯、蜂鸣器、壳体、从动锥齿轮、主动锥齿轮、限位板、活动管、螺纹杆、MCU、通信模块、温度传感器、开口、蓄电池、湿度传感器、电动伸缩杆和开关的配合使用，解决了现有农作物病虫害人工检测方式浪费人力的问题。图1为此报警器装置结构示意图，图2是正视剖面结构示意图。
3.2 一种大棚种植用农作物自动输药装置
现在普通的农业一般利用大棚进行种植，大棚种植技术是一种比较常见的技术，它具有较好的保温性能，深受人们喜爱，因为在任何时间都可以提供反季节的农作物。大棚种植需要使用输药装置向农作物喷洒药物，而现有的输药装置输药效率较低，浪费人力，因此我们提出了一种大棚种植用农作物自动输药装置，用来解决上述问题。此装置设有移动座，移动座的顶部固定安装有水箱，并设有两个连接管，两个连接管的顶端均固定连通有中空杆，两个中空杆上均固定连通有多个喷头，所述水箱上设有抽液装置;移动座的底部固定安装有两个固定板，两个固定板上转动安装有两个车轮轴，两个车轮轴的两端均固定安装有车轮，移动座上设有动力装置，水箱的顶部设有加药口，本输药装置可以根据农作物的高度对喷头的高度进行调整。
农作物自动输药装置具有很多优点，例如：可以转动调节杆使与调节杆螺纹连接的升降杆竖直移动，进而根据农作物的高度对喷头的高度进行调整;通过两个推拉杆带动两个活塞往复运动，通过四个单向阀的设置，使药液进行单向流通，当活塞往复运动时，通过两个抽液管对药液进行抽取，由两个出液管排出，药液经两个连接管进入两个中空杆内，最后由多个喷头喷出;车轮轴带动车轮转动，进而使移动座进行移动，节省人力;可以根据农作物的高度对喷头的高度进行调整，同时方便进行移动，节省人力，两边同时喷洒可以增加喷洒效率。图3为大棚种植农作物自动输药装置的示意图，图4为装置的正视剖面结构示意图。
3.3 农产品智慧问医平台
智慧问医服务平台最关键的效用就是在农户—农医—农资三者之间建立起了有效链。农户在现实生产种植中面临的农业难题，依靠农产品问医平台可以实现“农户—农医”直接对话，有效地实现“问题提出、在线诊断、提供解决方案和信息反馈”等系统性管理。运用互联网大数据等新兴技术丰富完善平台数据，针对全国各地农户提出的生产种植问题，及时、准确地对接农业医生或专业学者进行诊断解答（付费、免费两种方式），提出可行性解决方案。从而实现农户“不懂就问，有问必答，答必有效”的网上问诊模式。农户通过自己问题的解决情况，为农医进行相对应的评价。此外，农户还可以浏览到全国各地最新的农业资讯，最先进的种植技术或农业小妙招，开阔农户的思维，提升农户的眼界，在耳濡目染中贯彻现代化的农业生产方式。农学专业人才可以入驻平台成为农业医生，对于农民用户发来的各种农业相关问题，结合自身专业知识与经验，以互联网大数据为依托，科学高效给予用户解决方案，同时该平台可以解决部分农业人才就业问题。农医通过农户评价机制，提升自身的专业等级，增加自身权威性，从而提升咨询费用，提升个人价值。线上咨询与线下“一对一”帮扶可同时展开，对于刚刚毕业的农学专业大学生、研究生，线下帮扶可以快速增加实践经验，增长自身专业素质，提高自身专业水平与可信度，为成为一名合格农医打下坚实基础。农资企业可以申请成为平台合作商，为平台提供相应的研发经费与运行经费。这样农资企业可以得到平台的宣传与推荐。平台给予入驻农资企业线上渠道，使得农资企业的产品可以直接通过平台进行售卖，在拓宽农资企业销售渠道的同时，也增加了企业的宣传力度，提高了品牌效益。
智慧问医服务平台还将对三方安全提供保障，严格审核登记注册的农户、农资与农医，让农户咨询放心，买得放心。在平台研发之前我们还进行了实地调研，通过调查问卷和访谈的方法收集了农户、农医、农资三方对智慧问医服务平台的建议，并且了解到他们对于智慧问医服务平台发展持支持态度，但也有一些疑惑与顾虑，这些我们都会纳入后续研发中，对平台不断地进行完善。农产品智慧问医服务平台，将农户—农医—农资有效的链接在一起，解决了三者间所面对的不同矛盾，扬长而避短，开拓了一种互联网大数据支持下的新型服务平台，未来将会是时代趋势下不可或缺的重要部分。图5、图6为智慧问医平台的部分展示图。
4 结 论
智慧农业新模式在当今时代下是非常具有可行性的，农作物病虫害自动感应报警装置不仅可以节省人力，还可以自动感应报警，可大大解决农作物在生产过程中遇到的病虫害问题。大棚种植用农作物自动输药装置可提高喷洒药物的效率，还节约人力资源，可保障农作物的生长。农产品智慧问医服务平台以互联网为核心、大数据为基础，线上解决农业问题并提供相关资讯，突破了地域的限制，让农民能够直接与农医人员进行沟通交流，农户能够自主地选择询问的层次，更有效地解决农业问题。目前只是对智慧农业模式进行的构想，还需要不断改进装置的实用性，并深入地探索智慧农业，真正地将农业与科技互联。
参考文献：
[1] 李蔚青.2020年1—7月中国农产品贸易监测 [J].世界农业，2020（10）：127-129.
[2] 张坤朋，郭卫云，王兴云，等.新农科背景下植物生理学课程思政教学探索 [J].安阳工学院学报，2021，20（4）：103-104+122.
[3] 曹辉，贾明方，孙夏，等.《智慧农业》课程教学中课程思政元素挖掘与融入[J].安徽农业科学，2021，49（22）：274-276.
[4] 韩雪梅.国外现代农业发展模式与经验借鉴 [J].农业知识，2018，（19）：37-39.
[5] 赵春江.智慧农业的发展现状与未来展望 [J].中国农业文摘-农业工程，2021，33（6）：4-8.
作者简介：曹相东（1989—），男，汉族，山东德州人，讲师，硕士研究生，研究方向：农村经济发展;曹景怡（2000—），女，汉族，山东淄博人，本科在读，研究方向：工业工程;张亚静（2001—），女，汉族，山东青岛人，本科在读，研究方向：工业工程;孔蕾（1999—），男，汉族，山东济宁人，本科在读，研究方向：工业工程。
