新华日报：探访5G植物工厂“样板房”、农业数字孪生实验室 畅想未来农业，无人农场将植入“超级大脑”

探访5G植物工厂“样板房”、农业数字孪生实验室

畅想未来农业，无人农场将植入“超级大脑”

新华日报 2022年4月13日 第12版

本报记者 蔡姝雯

你能想象到的未来农业的模样，或许都可以用智慧农业去描绘。

近日，记者探访走在智慧农业前沿的南京国家农高区5G蓝莓植物工厂、智慧稻麦无人农场和江苏省农科院农业数字孪生联合实验室，它们有的已经示范化应用，有的正在产业化推广，有的刚刚启动建设，各种前沿农业科技令人惊叹连连。

科学技术总是走在产业前端，即使仍有许多关键核心技术等待攻克，智慧农业的低成本应用也存在诸多瓶颈，但科研人员们矢志创新的脚步从不停歇。他们坚信，植入“超级大脑”，广阔无垠的农田也可以尽在掌握。

5G植物工厂“样板房” “大脑”指挥智能设备各司其职

4月8日下午，艳阳高照，记者走进位于南京国家农高区“两莓”示范园的5G蓝莓植物工厂“样板房”时，当面迎来阵阵细小的“雨雾”，顿感清凉。“玻璃温室里的‘智慧大脑’一旦感应到温度超过30摄氏度，喷淋设备就会自动启动进行降温。”“两莓”示范园负责人俞小花说，这个“样板房”里种植的都是蓝莓，比较娇气怕热，此刻的温室里，不但喷淋设备在工作，顶部还有四台环流风扇也正吹得起劲，顶开窗也自动打开帮助温室散热，北边的湿帘和南边的风机则遥相呼应进行加湿降温，水肥一体化滴灌设备一旦接到“缺水缺肥”预警也会迅速启动……无人环境下，先进设备接受到“大脑”的指挥后各司其职，智慧农业正在走进现实。

“目前除了采摘和修剪需要人工作业，在5G植物工厂里，水、肥、营养液、光照、温度已经全部可以实现智能控制。”俞小花介绍，温室顶部的阳光板有自动调节光照的功能，并可自动开关；温室上方还有外遮阳、内遮阳和一层保温层，会根据实时温度自动开关；地面上，种植盆底部还布设了“地暖”管道，冬天寒冷时可以给土壤“加温”。“由于生长环境好，即使今年冬天我们没有启动加温系统，‘天后’这个品种预计4月底就能成熟了，比露天种植大概早一周。”俞小花指着一列长到五六十厘米高，已经开花的蓝莓说。

5G蓝莓植物工厂如此智能，它的“智慧大脑”究竟是怎样工作的？记者来到“两莓”示范园的数字农场指挥中心。在这里，数字农业云平台占据了一整面墙。平台按照不同的蓝莓品种和功能，划分了数十个地块，除了5G蓝莓植物工厂“样板房”，更多的是大棚和大田，每个地块都布设了多种传感器。“所谓数字化管理，第一个功能就是数据的获取，你看有红点、绿点、黄点的这些地方，都布设了传感监测设备，可以实时获取作物的土壤、环境、气象各方面的数据，这些数据每隔4个小时上传一次。”平台管理人员介绍。

数字化的第二个功能是分析，把日常监测到的数据，与标准化栽培指标进行智能比对分析，形成综合评分结果，一旦分析到数据不在安全范围内，显示屏就会出现小铃铛闪烁预警。此时就涉及到数字化管理的第三个功能，即应用，数字化的分析结果可以指导农场管理人员实时调整农事活动安排，比如大棚里种的蓝莓，施肥、滴灌、避雨、遮阳、喷淋等，都可以通过远程方式在手机端点击设备开关就可以实现，而5G蓝莓植物工厂除了远程操控的方式，还可以实现自动感应自动控制。

数字技术的加持，对“两莓”精细化、精准化种植提供了详尽的技术参考，形成了标准化栽培的模式，从而实现提质增效。预计今年达产后，示范区蓝莓平均亩产在1000到1500斤左右，比普通农户种植增产20％以上，亩均增收超过万元。

智慧稻麦无人农场 让农机也拥有“高智商”

距离“两莓”示范区15分钟车程的“智慧稻麦无人农场”示范田里，绿油油的小麦长势喜人，十多个大型“神农—稻草人”正兢兢业业地守护着这300多亩良田。“我们的‘稻草人’不单单只是驱鸟，它们装有高清摄像头，可以上下左右360度转动，对农场进行实时观测，旁边是作物生长监测诊断无线终端，用于实时监测作物长势特征、大气、土壤温湿度等状况。”南京神农智慧农业研究院院长、南京农业大学农学院教授汤亮介绍，通过农田物联网设备，监测到的作物、大气和土壤数据将直接传输到云平台服务器，平台根据服务器中的作物模型，以及一系列算法，可在手机上为农户实时提供肥水诊断与调控方案。

无人农场的“高智商”，高度依赖于5G、大数据、物联网、云计算和人工智能等信息技术的发展进步，正是有了这些高科技，农作物、装备、环境资源等生产要素才得以在线化、数据化。

汤亮告诉记者，除了农田物联网设备外，研究院还研发了“农田感知与智慧管理系统”，高效集成包括物联网监测、无人机监测和卫星遥感监测在内的“星—机—地”作物长势监测数据与智慧农作模型，能实现稻麦生长全程快速感知、水肥精确管理以及产量品质预测预警，“不久前，我们刚通过无人机对这300多亩的大田进行了精细化施肥。”这些稻麦精确管理技术给出的定量化栽培调控方案，能节省氮肥10%以上、增产5%—12%。

无人农场的本质是实现机器对人的替换，因此机器必须具有“思考能力”，具有生产者的判断力、决策力和操作技能。如何与农机公司、无人机企业等合作研发智能农机装备，让真正的“高智商”农机服务于大田，南京神农智慧农业研究院正在积极探索。

“我们把自主研发的智慧农作装备技术搭载在农机上，农机装上‘大脑’后，在工作时就能随机应变，比如无人小麦精确播种施肥机，可以根据地块的肥沃程度，自主调整播种稀疏度。”汤亮说，目前研究院已合作研发出无人小麦精确播种施肥机、稻麦智能无人收获机、机载式作物变量追肥作业系统以及多功能农田巡检机器人等农机产品。

数字孪生让农业生产“先知先觉” 创新技术、降低成本仍是关键

“智慧农业是信息农业发展的新阶段，其核心目标是实现农业的数字化、装备化、智能化、无人化，为农业增效、农民增收、农村增绿。”江苏省农业科学院农业信息研究所研究员曹宏鑫介绍，智慧农业包括信息感知、信息传输、信息处理和控制三大技术体系，农业模型则是信息处理和控制的定量化核心技术之一。“目前不少企业正在进行无人农场商业化落地，他们的导航技术、感知技术等做得非常的好，但就缺乏一个‘智慧大脑’，我们研究的一些关键技术，特别是农业模型技术，正是无人农场所需要的核心技术。”

而随着现代信息技术与农业的深度融合发展，科研人员正在探索通过数字孪生技术，让农业生产“先知先觉”。去年9月，省农科院信息所与江苏原起智慧科技有限公司正式启动共建“农业数字孪生联合实验室”，打造数字版的“克隆农场”。

未来的“克隆农场”长什么样？除了利用仿真技术，搭建虚拟三维立体空间，还原真实的农业生产场景外，它还要实现农场里面所有现实要素与虚拟世界元素的相互映射，形成数字孪生体。“比如数字孪生概念下的虚拟植物，我们正在进行实践，在功能—结构植物模型基础上，融合更多的环境和基因要素，构建生长环境、外形结构和内在机理都能真实还原物理实体的数字虚体。”农业数字孪生联合实验室常务副主任张文宇展望道，“随着虚拟植物研究的不断深入，我们还可以模拟基因和环境间的交互，比如植物和土壤的交互，比如空间竞争等等，甚至可以拓展到生态系统。”

在张文宇看来，和工业数字孪生一样，农业数字孪生也包含了农业生产从“数化”到“共智”的几个方面。“我们以往研究的农业模型是‘数化’、农业物联网是‘互动’、农业系统模拟是‘先知’、农业大数据和人工智能是‘先觉’，而今后元宇宙也许能实现‘共智’。”未来，农业数字孪生可对农业生产的各个环节和要素进行感知、分析、预测和决策，重要的是，它不局限于对局部现状的监控，更着力在系统性的对历史数据进行深度挖掘以及对未来趋势的模拟预测，从而把智慧农业带入高质量、可持续发展的新阶段。

放眼未来，农业科研人员的愿景是，发展智慧农业，让“风里来，雨里去，一年四季离不开庄稼地”的农民，摇身变为动动手指就能控制农田的“科技达人”；但同时他们也是务实而审慎的，“目前我们还只是走在智慧农业的初级阶段，无论是技术创新还是低成本应用，智慧农业都还有很长的路要走。”曹宏鑫表示，技术总是走在产业前端，智慧农业的发展要进行超前的技术储备，我们还需要攻克多方面的关键核心技术，相信终有一天，我们的创新技术会落地生根、开花结果。