数字农作智能检测系统及终端设备表现设计

詹文静，赵 宇，姜 宁，陈 晨

（南京林业大学家居与工业设计学院，江苏南京 210037）

1 智能与数字农作

智能化是指事物在网络、大数据、物联网和人工智能等技术的支持下，所具有的能满足人的各种需求的属性[1]。在我国关于智能化的系统研究涉及范围十分广泛，例如住宅智能化系统，其包括家居安防、家居信息服务，家居智能化控制等[2-3]；医院智能化系统，主要实现了医疗现代化、建筑智能化、病房家庭化、其核心是建筑智能化，它涉及到建筑学、护理学、卫生学、生物学工程学等科学领域。在基础科技的支持下，各专业各学科的交叉互融研究也越驱成熟，工业设计类研究者基于用户需求例如对校园食堂餐饮进行智能化研究，以及在家居环境中的电子产品进行智能化提升设计[4]，例如对智能音响的设计研究案例[5]。由此可见，在智能化的发展趋势下，不少传统行业在科技加持下进行着发展和革新。

数字农业是利用智能数据化的信息技术来对农业所涉及的领域或对象进行数字化的设计、表达、控制、管理等，结合遥感技术、地理位置信息系统、全球定位系统、计算机技术、传感技术等与农业领域的地理学、气候学、生态学、植物生理学、土壤科学等有机结合，实现在农业相关的生成过程中对农作物，土壤，气候等微观记录、实时检测、以实现对于作物的生长、发育、营养状态等进行定期的监管，生成科学稳定的生态空间系统，来帮助科学智能管理农作环境，以提高农作产品的质量[6-7]。

针对数字农业化的发展和前景，美国、加拿大、荷兰、英国、法国等发达国家十分重视建立基于农作系统模型的数字化试验管理，在我国为贯彻落实《中共中央国务院关于实施乡村振兴战略的意见》《乡村振兴战略规划（2018-2022年）》《数字乡村发展战略纲要》，加快推行落实农村农业生产的精准化，管理智能化，以农作产业向数据化发展为主线，全面提升农作业生成智能，管理高效，数字化驱动引领农业领域现代化和振兴提供有力支持。

2 智能农作检测系统及项目

图1 智能农作统筹系统

智能农作统筹系统是基于三阶层的整体综合布局管理，一阶层为外在信息，三阶层为内化信息，二阶层是内外信息获取和转换的过程。从三阶层系统中，首先智能终端检测设备作为最小单元的智能原件，其作用在于服务于每个有需求的用户，针对农作种植时需要密切关注的气候变化，土壤，水资源等进行实时的检测和数据收集，设备收集反馈的数据实时反映在手机终端设备上；其次，手机或者电脑作为智能农作统筹系统中的二级层的原件，查看数据、整合数据、分析数据并给出适当科学建议，有利于农作实施者适度的调整灌溉施肥计划，与此同时手机终端设备与气象台连接，接收最新气象信息，做好耕种的预判计划的支撑以及特殊气候预警措施的服务；最后一阶层的数据则来源于外在，其主要涵盖历史农作相关信息，其他外部资源信息如专家最新科学技术，国内外关于种植物的科学辅助内容等。

在终端检测设备中主要模块包含定位模块，即地理位置信息板块：是将关于精准定位，地理信息的数字化地图可视性，以下信息层按其可变性的顺序显示。它们是：地形等高线和斜坡信息，阳光照射倾斜度信息，降水量以及流失等信息，历史性虫病灾害信息等。

终端感应灵敏器，即针对所检测的项目类别的数据收集分析：①水质检测，按照我国农田灌溉水质标准GB5084-92中所制定的水质标准，要求进行实时数据采样记录功能，其检测审查项目可包含含氧量、悬浮物、活性剂、PH值、含磷量、氯、硫、汞等；②土壤检测，按照我国土壤环境质量农用土管控标准GB15618-2018中，关注记录数据样本包含农业土壤中镉、汞、砷、铅、铜、锌等；③植被检测可践行作物生长无损检测模型[8]；④空气检测，其可包含空气湿度，温度，悬浮颗粒物含量等信息；⑤其他，包含实时病虫灾害，恶劣天气等（图1）。

3 技术支持设计可视化

图2 智能农作检测终端设备仪器

图3 农作智能app界面

于种植业而言，今后的研究重点将是提高数字农作关键技术与应用系统的水平，有关农作系统模型的构建表现为由局部到整体，由经验性到机理性，由智能化到数字化，由功能化到可视化的发展态势。如图2所示该检测设备终端包含阳台能充电板，定位感应器自动锁定地理位置信息，周边感应元件可针对水质，土壤，空气等进行实时数据的检测记录和分析，可联动于掌上APP，如图3所示，在手机上或者电脑终端进行数据的实时查看，及数据收集，农作环境监管，农作方案优化分析三位一体。

4 数字农作发展方向

1）构建农业农村基础数据资源体系，统筹建设农业自然资源；加快围绕智能农作为基础的生产数字化改造，其包含推进种植业的信息化，即加快数字农情，构建农业病虫灾害监报系统和一定的数字防御体系。

2）推荐管理数字化转型，从设备至联动人员的管理，需从传统纸质无序行为逐渐转向为可回溯可追踪可预测的智能管理体系。

3）强化关键性技术装备，即本文所研究设计的检测设备，重点针对攻克农业生产环境，动植物生理特征智能感知和模型预判的关键技术，构建符合不同地域不同物种的植被无损生长预估模型，充分利用现阶段定位系统技术，新能源技术，高敏检测仪技术等，集成强化提升农作环境的智能技术装备创新。

4）在农作智慧化发展进程中，需要加强组织领导意识，即统筹协调农业农村部等各级将数字化概念和数据化办公融入整体管理体系中；再者需要政府的大力扶植，特别是关于智能化设备的设计研发等；还需强化科技人才支撑，重点对于该农作智慧项目的领军人才，科技人员，工程师和设计师做高水平的培训和管理。

5 结语

综上所述，数字农作是关于精确定位、实时感知和数据收集分析的过程，以及在整个种植周期的连续统一体中产生决策质量的农作信息。它还与可伸缩性、端到流程和向农业社区的通用操作交付有关。该智能农作检测辅助设备作为一款便利，高效，科学的助农产品，通过收集和分析农业种植所需的各项指标和数据帮助种植者做出更好的决策，从而提升农业生产系统的综合管理水平和核心生产力，实现以农业系统的数字化和自动化带动农业产业的信息化和现代化。