邯郸“智慧农场”应用场景建设获得新突破
□张安兵
目前，智慧农场作为未来农业的一种全新模式，正引领全球农业领域的“新赛道”，对加速推进我国农业现代化、建设农业强国，意义重大。近期，河北工程大学、邯郸职业技术学院、邯郸学院组成的“数智农业”监测科研团队，针对智慧农场建设中面临的土壤墒情动态监测与预警、病虫害的快速监测与识别、干旱等灾情的精准判定等多个技术挑战，融合空天地一体化监测技术，展开了系统性全方位攻关，研究成果突破多项技术瓶颈，打造并建成了邯郸市数字孪生农场无人机监测应用实践场景。
智慧农场是建设农业强国的必然趋势
近年来，国家在建设数字中国、实施乡村振兴等重大战略中，把发展智慧农业作为重要内容，对加快发展智慧农业，发展智慧农田和智慧种植提出要求、作出明确部署，要求建设基于物联网、大数据、智能控制、卫星定位的智慧农田管理测控系统，加快信息技术与农机农艺深度融合，推动智能感知、分析、控制等技术和装备在大田种植集成应用，推动生产全程机械化、田间管理在线化，实现墒情、苗情、虫情、灾情“四情”实时监测，提升农田产出效率。
当前，以生物技术和信息技术为特征的新一轮农业科技革命正在孕育大的突破，各国都在抢占制高点。我国同样高度重视并出台多项支持政策，随着国家政策的不断出台和物联网、大数据、空间信息、人工智能、5G、区块链、机器人等新一代信息技术及空天地一体化监测技术的快速发展，通过农业资源、环境、设施装备等农业生产要素的在线化、数据化和网络化，实现对农业生产经营管理的全面感知、定量决策、智能控制、精准投入和专业化服务能力和水平逐步提升，国内的无人智慧农场技术研发能力和场景建设水平得到快速提升，技术趋于成熟。当前，我国北京、山东、福建、黑龙江、安徽、江苏等省都开始从政府层面推动建立无人智慧农场。
河北省邯郸市是农业大市，但农业种植规模化程度低，标准化农田覆盖率不高，设施农业建设水平低，产业链短，智慧监测和管理覆盖面少，水资源较为匮乏，农业灌溉用水调度难，从事农业种植人口锐减，劳动力不足。党的二十大报告指出要“全方位夯实粮食安全根基”。尽快解决“谁来种地”“怎么种地”等问题，关系到粮食安全和农业高质量发展能否顺利实现。结合邯郸市实际和传统农业优势，尽快研究和布局建设少人无人化智慧农场是邯郸市农业弯道超车的一次契机。在此大背景下，该智慧农业监测研究团队，围绕农业智慧监测亟需解决的技术问题，提出农作物类型提取、作物长势、灌溉、干旱滞后性定量估算及病虫害识别与监测等多个创新性算法，丰富和完善了基于无人机的数字孪生农场智慧监测技术体系。
智慧农业监测研究团队关键技术突破
该智慧农业监测科研团队，从事专业涵盖农田水利、农作物耕作栽培、多传感器组合监测技术、地理信息、摄影测量与遥感、软件开发及自动化等，在无人机飞行器研发、遥感分类、信息提取、模型构建等方面研究经验丰富，互补性强，团队已完成相关国家自然科学基金课题5项，省部级项目8项，横向课题20余项，突破多项技术瓶颈，实现了农作物多源融合精准监测和全生长过程管理，系统解决了快速大范围识别地面上种什么和生长健康与否诊断问题，实现了墒情科学监测与智能管理。专家认为，这些成果突破传统凸多边形端元提取思想，将光谱识别从一维空间扩展到多维空间，定义了两类新的端元识别参数，做到了端元识别精度的大幅提升，实现了视频监控目标的空间化，拓展了视频监控的应用范畴，研发了视频与遥感目标识别耦合技术，解决了大范围样本数据快速获取问题，提高了农作物精准识别和长势分析。
此外，该研究团队解决了农作物病虫害大面积快速识别难、定位难的问题，研发了虫情快速监测信息系统。面向无人机巡航的视角，采用云边协同技术，提出一种融合无人机与边缘计算的玉米病虫害智能识别与定位方法。基于农作物物候信息特征，提出基于广义DEM等影像分类算法，充分考虑气象因素对农作物影响的滞后性，提出农作物干旱滞后定量计算算法，构建了农作物干旱反演模型及评价标准，实现了农作物旱情快速响应，研发了对应的立体化监测应用系统，初步实现了全时全域立体协同监控。
打造了数字孪生农场无人机监测应用场景
该团队以邯郸市邱县古城营镇流转的土地5000亩为现场实验测试区，在该试验区埋设土壤墒情监测传感器、布设了视频监控、无人机自动化管理、物候监测传感器等装置，基于团队多项技术研究成果，研发了数字孪生农场智慧化监测系统，建立了农作物智能监测数据处理中心，建成了无人化智慧农业监测应用场景。该应用场景结合辅助的农田墒情监测体系与产量评估系统，可为农作物新产品、新技术提供中试和验证，对于农作物新产品、新技术的开发与推广有重要的应用价值。
该应用场景可推广应用于农作物种植方式类似的河北南部平原（七个地级市大部分区域）102个县市及周边山东、河南等地区，潜在市场巨大；成果将能进一步服务于国土和农业部门农作物种植调整优化、农业用水科学配置、农作物的智慧管理及精准农补核查和投放，从提升农业科学化角度看具有重要的应用价值。专家鉴定，这项成果总体达到国内领先水平，其中在视频跨域自适应目标检测算法方面达到国际领先水平。
通过智能化，可以破解农产品作为非标产品带来的机械化生产的难题，从而大幅度提高农业的机械化、自动化水平，提升农业劳动生产率，打造更加智慧和智能的现代化农业创新应用场景，更有效促进实现乡村振兴。
（作者系邯郸职业技术学院党委书记、院长）
