智慧農業的支撐技術簡介目錄第一節支撐技術概述第二節遙感技術與智慧農業第三節物聯網與智慧農業第四節大數據與智慧農業第五節人工智能與智慧農業第一節支撐技術概述遙感技術、傳感技術、物聯網技術和區塊鏈技術擴展了獲取農業數據的范圍、提升了數據的可靠性和數據采集的效率；大數據技術和云計算技術使得數據的分析更加高效；人工智能技術和虛擬與增強現實技術提升了數據的應用能力和水平。第一節支撐技術概述圖2-1

智慧農業的主要支撐技術一、遙感技術定義：應用各類主動或被動探測儀器不與探測目標相接觸，從衛星、飛機等平臺來記錄地面目標物的電磁波特性，通過分析來揭示物體的特征性質及其變化的綜合性探測技術。一套完整的遙感系統：由遙感器、遙感平臺、信息傳輸設備、接收裝置以及圖像處理設備等組成。遙感技術一般集成于物聯網技術中，以農田為觀測對象，可用于監測作物生長過程、加強作物生長田間管理等。二、傳感技術信息技術的三大支柱：通信技術、計算機技術、傳感技術定義：能感受被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。智能傳感器是指其對外界信息具有一定檢測、自診斷、數據處理以及自適應能力，是微型計算機技術與檢測技術相結合的產物。在種植業應用上，傳感器可以很精確地對各項指標進行測量，土壤濕度、土壤養分含量、光照度等進行檢測，以確定種植計劃、進行精準種植和管理。三、物聯網技術定義：通過智能傳感器、射頻識別、激光掃描儀、全球定位系統、遙感等信息傳感設備及系統和其他基于“物—物”通信模式的短距無線自組織網絡，智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理物品。應用：監測農業生態環境監管農產品質量智能節水灌溉四、大數據技術定義：采用統計學理論和方法，通過對海量數據進行精細化分析、聚類、總結，找出有價值的目標數據資源，分析繁雜事務中的本質關系，通過比較不同層次、維度、歷史和現代數據，找出有規律性的東西，得出有價值的結論。具體技術：大數據采集、大數據預處理、大數據存儲及管理、大數據分析及挖掘、大數據展現和應用；應用：大數據檢索、大數據可視化、大數據應用、大數據安全等。關鍵技術在農業領域均有具體的展現和應用。以精準農業生產為例，大數據技術作用于農業生產的流程為：田間傳感器測量土壤和周圍空氣的濕度與溫度——控制中心收集并處理實時數據——分析決策。五、云計算技術定義：一種提供資源的網絡，它以互聯網為中心，在網站上提供快速且安全的計算服務與數據存儲。從不同農業經營主體來看，云計算扮演著不同的角色。農業企業需要存儲和處理農作物養殖和種植、生產加工、倉儲物流和銷售管理等數據。地縣級農業管理部門需要存儲和處理農業情況監管數據，以及對企業級各環節的監管數據、報表數據等。省級農業部門作為云數據中心，處理來源于企業級、地縣級的數據，存儲和處理如氣象、災情預測診斷及應急反應、農業資源的評估與管理等數據。六、人工智能技術定義：模擬人的感知能力、思維規律和過程（如學習、推理、思考、規劃等）而構建的具有一定智能的人工系統。在農業領域，人工智能技術應用面廣，貫穿于農業生產的全過程，主要應用方向如下：農作物選種和土壤分析農作物田間管理農作物產量和價格預測七、區塊鏈技術定義：一個記錄一系列事件的鏈式清單，這些記錄（被稱為“區塊”）之間通過加密算法連接在一起，后一個記錄包含了前一個記錄的所有信息。它的本質是一個記錄在參與者之間執行和分享的事件（如交易）的分布式數據庫或者公共賬本；該公共賬本中記錄的每一次事件都需要經過多數參與者的確認，同時一旦被記錄下來就不能被修改或者刪除。特定：具有去中心化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、集體維護、公開透明等。三個發展階段：區塊鏈1.0、區塊鏈2.0、區塊鏈3.0分類：區塊鏈根據應用范圍可以分為公共區塊鏈、聯盟區塊鏈和完全私有區塊鏈。八、虛擬與增強現實技術（一）虛擬現實技術定義：利用高性能計算機系統通過虛擬現實產生器重構一個三維虛擬的數字化世界，借助近眼顯示、感知交互、渲染處理、網絡傳輸和內容制造等新一代信息與通信技術，通過多種傳感和體感終端控制設備，如頭戴式顯示器、運動追蹤器等與三維虛擬世界中的虛擬人和事物進行交互。在農業中的應用主要有三個方面：虛擬植物、虛擬動物、虛擬農機設計與制造。八、虛擬與增強現實技術（二）增強現實技術定義：在虛擬現實技術的基礎上發展而來的，是一種計算機生成的數字內容與現實世界實時融合的技術。將用戶完全沉浸在合成環境中，使用戶可以看到疊加在現實真實空間上的增強了的三維虛擬對象世界。農業領域中的實際應用:使用混合定位相關技術進行現場勘查；手勢、動覺管控的增強現實技術應用接口；數據信息訪問服務的廣泛存在；增強現實技術應用的內容感知；容易攜帶的增強現實技術移動設備。第二節遙感技術與智慧農業一、遙感技術概述（一）遙感技術的概念遙感的定義：是指從高空或外層空間接收來自地球表層各類地物的電磁波信息，并通過對這些信息進行掃描、傳輸和處理，從而對地表各類地物和現象進行遠距離控測和識別的現代綜合技術。遙感技術的定義：指不直接與探測目標接觸，而使用儀器探測目標的特征信息，提取探測對象有用資料的現代高新技術。一、遙感技術概述（二）遙感技術的特點1.觀測范圍大，綜合性、宏觀2.觀測手段多，技術先進，獲取的信息量大3.獲取信息快，更新周期短，可動態監測4.獲取信息受限制條件少，用途廣，效益高一、遙感技術概述（三）遙感系統的分類1.按遙感電磁輻射源分類2.按遙感平臺分類3.按傳感器的探測波段分類4.按遙感資料的獲取方式分類5.按波段寬度及波譜的連續性分類6.按遙感的應用領域分類二、遙感衛星技術的發展狀況（一）遙感衛星技術的發展歷程第一代遙感衛星：以膠片成像為主要技術。第二代遙感衛星：以電荷耦合元件、互補金屬氧化物半導體、紅外陣列等光電傳感為主要技術。第三代遙感衛星：以高分辨率為主要技術特征，在空間分辨率、時間分辨率和光譜分辨率上獲得重大進步。未來的第四代遙感衛星，將以精細觀測、智能處理、協同互連、高時效應用為主要特征，具備更高的時效性、精確性和泛在性。二、遙感衛星技術的發展狀況（二）遙感衛星系統的發展趨勢1.探測要素和譜段全面提升，綜合觀測能力逐步提高2.空間分辨率和光譜分辨率逐步優化，精細觀測水平持續提升3.多視角觀測能力不斷增強，衛星星座發展迅速三、遙感技術在農業中的應用遙感技術已成為及時掌握農業資源、作物長勢、農業災害等信息的最佳手段。特別是關于糧食安全的全局性重大戰略問題，遙感技術對及時、客觀、準確地獲取作物面積、長勢、產量等信息顯得尤為重要。（一）農作物種植面積監測利用植被獨特的光譜反射特性和空間特征，通過選取作物遙感監測的最佳時期，應用多時相、多分辨率、不同成像方式的遙感數據源提取不同作物的光譜信息，從而識別作物類型和種植結構。三、遙感技術在農業中的應用（二）農作物長勢監測與產量估算長勢遙感監測主要方法：統計監測方法、年際比較法和長勢過程監測法單產估算主要方法：統計方法、遙感方法和模型方法（三）農業災害遙感監測農業干旱和旱情；洪水；農作物病蟲害檢測（四）農業定量遙感定量獲取葉面積指數、土壤含水量等農作物生長的關鍵生物理化參數，為作物生長模型、數據同化系統及作物估產等研究提供可靠的輸入參數。四、遙感技術在智慧農業中發揮的作用（一）農作物生長全周期的監測監測不同生育階段的作物長勢；判斷農作物的健康狀況，及時通報苗情。（二）農產品生產全要素的監測對農作物生長中的水、土、氣、種、肥、藥、廢棄物和生物多樣性監測（三）農產品生產全過程的監測產前：選種決策產中：提供準確的產量和品質信息預報及施肥決策配方；產后：利用遙感空間數據，構建關聯網、圖譜庫鏈接到農業終端管理業務平臺，實現農業綠色消費的信息調節、智能調度、智慧預警。第三節物聯網與智慧農業一、物聯網概述（一）國外物聯網的發展歷程1982年，卡內基梅隆大學的程序員將可口可樂自動售貨機接入互聯網，讓他們在購買前可以檢查機器是否有冷飲。人們普遍認為這是最早的物聯網設備之一；2005年，國際電信聯盟發布題為“ITUInternetReports2005:TheInternet

ofThings”的報告，首次對物聯網做出明確定義并將物聯網所應用的技術從單一RFID技術擴展到傳感技術、納米技術、智能終端技術等。一、物聯網概述（二）國內物聯網的發展歷程1999年，中國科學院開始進行針對傳感網的研究；2009年，溫家寶總理在無錫視察時提出“感知中國”理念；2009年，中國的第一顆物聯網核心芯片——“唐芯一號”研制成功；2010年，《政府工作報告》將“加快物聯網的研發應用”明確納入重點振興產業；2013年，《國務院關于推進物聯網有序健康發展的指導意見》印發；2017年，《工業和信息化部辦公廳關于全面推進移動物聯網（NBIoT）建設發展的通知》印發。一、物聯網概述（三）物聯網關鍵技術1.射頻識別技術2.無線傳感器網絡3.智能嵌入式技術4.納米技術5.信息處理技術6.通信技術7.安全技術二、農業物聯網的發展農業是物聯網技術的重點應用領域之一，也是物聯網技術應用需求最迫切、難度最大、集成性特征最明顯的領域。（一）農業物聯網的概念定義：農業物聯網是借助適用于農業應用的感知設備對農業環境、動植物生命、農產品追溯等信息進行感測、處理，節點自組織連接（也可能與互聯網連接），進行信息交換與通信，以實現對農業相關對象感知與管理的一種物聯網。農業物聯網是計算機、互聯網、移動通信等信息技術在農業領域的高度集成和具體應用，是農業信息化、智能化的必要條件。二、農業物聯網的發展（二）農業物聯網技術層級1.感知層2.傳輸層3.處理層4.應用層應用層設施種植畜禽養殖農產品質量溯源……處理層云計算數據挖掘模式識別預測預警智能決策……傳輸層感知層二維碼標簽與識讀器RFID傳感器M2M終端……PAN網絡LAN網絡WAN網絡大田種植Bluetooth，

IrDA，HomeRF，ZigBee，UWBEthernet，WiMAX，WLAN，CANGSM，GPRS，CDMA，4G/5G，FSTN圖2-2農業物聯網技術層級示意三、物聯網對智慧農業的支撐（一）農業生產環境監控動植物生長環境數據：光、溫、水、土、氣相對封閉環境（設施種植、水產養殖、畜禽養殖）與復雜自然環境（大田種植）（二）動植物生命信息監控植物：表觀信息（苗情長勢、病蟲害等）、內在指標（葉綠素含量、光合作用速率等）動物：身長、體重、體溫、運動量、進食量等三、物聯網對智慧農業的支撐（三）農機作業監控自動導航、傳感器與3S技術結合對農機作業生產信息采集、實時測控、遠程控制和調度等（四）農產品質量溯源條形碼技術、電子數據交換技術、RFID電子標簽技術等畜禽類產品（耳標等身份識別）、植物類產品（包裝識別等）第四節大數據與智慧農業一、大數據（一）大數據的含義定義：數據科學家一般至少從三個維度上定義大數據：體量（volume）、多樣性（variety）、速度（velocity）。特征：體量巨大、多樣性強和更新速度快，這三個維度被合稱為3V。有學者增加了真實性（veracity）和價值性（value）等維度，從3V發展為5V。也有學者在3V和價值性的基礎上，增加了復雜性（complexity）這個維度，從而提出大數據具有4V1C特質。一、大數據（二）大數據發展概況1.國外發展情況2008年，著名學術期刊Nature發表了一個關于大數據的專輯Bigdata:Datawrangling；2012年，美國政府發布了《大數據研究和發展倡議》，旨在應用大數據來提高分析問題的能力；并對其前景進行預測。2.國內發展情況到2012年，我國不少行業、地區開始重視大數據；2015年，全國首個大數據交易所——貴陽大數據交易所正式掛牌運營并完成首批大數據交易。一、大數據（三）大數據帶來的思維轉變1.利用全部數據而非抽樣數據2.不追求數據的精確性，但重視數據的多樣性、豐富性3.對數據之間的相關性分析，勝于對因果關系的探索二、農業大數據（一）農業大數據的內涵定義：農業大數據指與農業有關的大數據及大數據理論、技術和方法在涉農領域的應用，具體指將大數據理論、技術和方法應用在農業或涉農領域而獲取的據集合。分類：從產業領域上來講從地域范圍上來講從分析層次上來講從專業學科上來講二、農業大數據（二）農業大數據資源1.生物基因數據資源2.氣象數據資源3.地理數據資源4.生產投入產出數據資源5.供應鏈與市場數據資源二、農業大數據（三）農業大數據的基本應用通過生物基因數據，探索動植物基因與表現特征或功能之間的關聯，從而縮短育種時間、增強育種的可預期性，促進動植物精準育種。氣象和地理數據提供的信息，實現對土地質量與適應性的準確評價、病蟲害與自然災害的監測與預警、水肥精準管理等。農業生產投入產出數據能夠用于宏觀和微觀層面的生產布局與經營決策，供應鏈與市場數據有利于保障市場的穩定供給和農產品質量安全。綜合運用各類農業大數據，能夠通過科學配置資源提高農業生產經營效率，同時降低對生態環境的影響，實現經濟效益和生態效益的平衡。（一）農業大數據驅動智慧農業（二）農業大數據在智慧農業中的應用構建農業產業信息地圖實現生產過程智能管控農業生產風險預警準確把握農產品市場需求動態實施農產品質量安全追溯（三）智慧農業充實農業大數據三、農業大數據與智慧農業的關系農業大數據農業產業信息地圖農產品質量安全追溯農產品市場需求動態農業生產測預警生產過程智能管控圖2-3農業大數據在智慧農業中的應用第五節人工智能與智慧農業一、人工智能概述（一）人工智能的含義定義：作為一個科學領域，人工智能是一門通過計算機程序及其相關硬件設備來實現人類智能的新興技術科學；作為一個具體的研究對象，人工智能指的是由人制造的機器所表現出來的智能，與人類或動物所具有的“自然智能”相對。分類：強人工智能和弱人工智能。核心：機器學習。新的研究方向：深度學習，它被引入機器學習使其更接近于最初的目標——人工智能。一、人工智能概述（二）人工智能的發展歷程起步發展期反思發展期應用發展期低迷發展期穩步發展期蓬勃發展期二、農業人工智能（