禾大科技:如何用数字化技术赋能农业生产性服务组织
2020-03-21


中国农技推广协会数字农业分会举办的“战疫情、保稳定,数字农业在行动”线上公益直播活动中,中国农技推广协会数字农业分会副秘书长、武汉禾大科技有限公司CTO刘世生,从数字农业发展的模式介绍疫情当下,如何用数字化发展解决目前各行各业的问题。


全文实录


主讲人:刘世生      
中国农技推广协会数字农业分会副秘书长
湖北富邦科技股份有限公司副总经理
武汉禾大科技有限公司CTO
分享内容:从技术的角度去看待数字农业,对数字农业的应用场景和先进技术做了详细阐述



01

数字农业概述及行业趋势


历年的一号文件,多次提出数字农业相关概念,我们可以看到从2012年到现在2020年,几乎每一年在一号文件中,关于农业板块都反复提到数字农业相关的概念。

所以从国家层面来看,这个数字农业确实是未来的一个发展方向,这个进程也在不断的加快。

那提到数字农业,在技术的视角是会出来很多词语,比如人工智能、机器人、物联网、5G、精准农业、区块链等等,都是目前数字农业领域的一些新技术。

随着土地流转的趋势,土地托管、半托管的模式越来越普遍。农业生产性服务组织会越来越多,而且也需要越来越专业, 像美国,他们叫精准农业,当然主要是大面积种植。那像中国,这种碎片化的种植模式,随着集约化的发展,我认为,中国的农业生产性服务组织也会不断转变,从单纯的产品销售向农业服务转变。

那么在这个趋势之下,我们想,你现在数字化的一些产品也好,数字化的技术也好,如何去落地种植者。我们认为,通过这些农业生产性服务组织是一种很好的方式。通过这个农业生产性服务组织最后落实到种植者、落实到种植。这些数字化的产品和技术,最终的目的还是想实现对种植的提质增产节本增效。所以我们想的是说,通过数字化的产品和技术赋能农业生产性服务组织,然后来达到这样的一个目的。



02

数字化的产品和技术


一、构建以田块为单元的数据和服务

说到田块的话,一般的划分两个区域,就是一个是大田作物,像比如水稻小麦玉米。另外一类的就是经济作物,像比如说一些果树啊。本质上来讲是都是田块。

那我们的观点就是说,我们认为田块是所有数据和服务的基本单元。刚刚我也讲到了,不管是从土壤做起的一直往上的所有的这些数据都可以通过田把它创建起来,那么不同的数据可以向这个地图的图层一样,一层一层的叠加起来,叠加起来是的价值是非常大的。所以我们提出就是说应该是以前块为单元去构建全面的农业数据,然后提供这个精准化的智慧化的数字化的一个农业服务。


二、数字化农业服务


1、土壤检测技术

我们知道土壤里面的营养元素和组成结构对于我们的作物生长是非常重要的。对于了解或者说更好的种植是很有帮助的。 

  • 土壤检测实验室


基于此的话,这也是禾大科技去做一个土壤检测实验室的原因。他聚焦两个点,第一个就是快速,第二个是低成本,快速和低成本是目前农业生产中很重要的点。因为农业种植目前还不是很赚钱的一个行业。如果你的这个数据成本太高,那它是负担不起的。他的收入负担不起你去获取这个流量数据。农业生产讲究季节性的,而你取土样,肯定是要在收割之后,所以这种快速获取流量数据也是非常重要的。



我们认为未来在中国这种标准化的实验室会应该会越来越多的,而且这种服务也会越来越多来满足我们农业生产需求。因为过去可能是小农户,他不那么关注,但是大基地要更科学的更高效的监测土壤,提高品质,你必须要有更多的数据支撑你去做更准确的一个决策。

  • 取土过程数据化


我们刚刚说获取土壤数据是分两步的。第一步是去田间把土壤采集回来,你肯定不可能把整个田块的土全部取出来,然后去拿去实验室检测。你通用的方法是,比如这块田中,我取部分土样,然后以这个土样来代表这块田的情况。实际上,土壤数据的有效性,30%是有取土过程决定的

把取土的这个过程进行数字化,就显得非常必要了。因为你有30%的准确率是通过这个取土决定的,那么数字化的流程可以保障你的整个过程是准确有效的,包括你在哪取,通过GPS定位在哪取,怎么样的分布,你在取土过程中,通过这种一些信息化的技术,比如说二维码,实现追溯等。把整个东西进行数字化起来。那么这样的话,你拿到的一个数据是更加准确更加有效的,也能为您的生产提供更有效的指导。


  • 全程数字化流程和指导—土库


你要做一个比较大面积的取土,就不能用传统的取土方式。你可能要经过第一步进行取土的规划,再APP取土,然后到实验室去检测,再到数据发布应用,他是一个更加全面的一个过程。那么从规划到数据的应用要进行实现数据的可追溯,确保整个数据的有效真实,也确保整个过程科学。


基于土库的标准数字化取土流程,提供专用取土APP软件和标准取土工具,实现从取土规划、现场取土、实验室检测、数据建档到成果输出的全程可追溯,保障取土质量,确保土壤数据的科学性、真实性、准确性。非专业取土人员也能轻松操作。目前与巴彦淖尔农牧局合作,依靠整个土库系统,在内蒙古巴彦淖尔完成百万亩盐碱地的土壤普查工作。 

  • 高精度土壤普查—土壤CT检测 SoilOptix


掌握的土壤数据越多,你对田块土壤状况更精准。但也会带来一些成本上的问题。一方面你取土的人工成本很高,第二个你土壤检测的成本很高。

基于这样一个困难,或者说这样一个挑战,能不能有一种方式可以拿到更高分辨率。因为我们知道直接去土里采样,把土取回来送到实验室,这种成本很高。能不能有一种方式能够更加高效的获取非常高的分辨率的,这就是土壤扫描车。


该设备采用国际领先的高精度快速地勘系统,分辨率比现有国家标准高出2万余倍,每亩可检测56组的土壤数据,具有“快”、“密”、“准”、“省”的特点。

快速。在合适地理条件下,理论上单日可获取达3000-4000亩土壤数据。

精密。该技术可获取数据高达56组/亩,每组数据可包含20余项理化指标,分辨率远超现有国家数据。

准确。准该技术独有的人工智能大数据挖掘算法确保了分析数据的准确率。

节省。该技术相比传统人工分析,可节省大量大力、物力、财力,数据更新周期短,大幅降低各类数据使用者的成本。

通过高精度的土壤数据,我们可以实现种植分区管理、变量播种、变量施肥、精准控制等一系列更精准的种植管理。


  • 打造小二土库,建构土壤数字地图


结合这些高科技技术,我们最终打造出小二土库,建构土壤数字地图。在土壤这个底层数据的获取上做到了精准、高效、科学、真实、便捷


数字化的技术需要一个平台去把它管理起来,然后通过数字化的方式把它触达到用户,每一个人都能够享受到这个数据给他带来的价值为他的种植决策服务。

2、作物营养模型

作物营养方案,就是作物所需的营养,因为它的作物的整个组成是有各种的元素组成的,氮磷钾为主嘛,还有包含刚刚其他的一些各种元素。那么作物的营养它的整个方案其实也可以进行数字化。

比如你要理解土壤的情况,你要结合土壤情况,你还结合这些肥料,这些相互的作用。然后包括这种相互的结合,也包括这个作物根系所处的一个微生物环境,也包括一些农事管理的方法,那么这些东西必须数字化之后,把所有的东西统统中综合考虑,才能达到这样的效果。


目前,我们与隆平粮社打造基于作物营养模型的水稻示范田,就是通过这样的数字化的方式,结合作物、土壤所需,去构造的这种作物营养方案,确实效果也是非常好的。每亩减肥10公斤,亩平增产8.1%,试验效果达到了减肥增效的目标。同时,稻谷精密率提高7.0%,镉有少量降低,真正实现改善农产品品质,打造品质原粮的目标。


3、数字配肥机:精准肥料,定制化输出


有了配方,我们又会遇到一个挑战,就是说可能我们在市场中是不容易轻易买到的,因为要结合土壤,结合作物,结合种植习惯,所以基于这个,我们自主研发了数字配备机这样一个产品,基于土壤数据,作物模型数据输出的精准的配方,能够定制化的输出,能够定制化的生产出来


通过不同的斗进不同的氮磷钾,然后不同的营养元素,最后通过现场的生产去输出一种定制化的肥料,然后来实现精准施肥,实现这样减肥增效的目的。当然这个配肥机其中最关键的东西还是云端的平台,需要数据支撑,包括作物模型,这个才是最重要的。这边它本质上来讲,只是一个非常简单的生产设备而已,是一个听从指令的一个设备,那真正决定的决策它应该怎么样的,那是来自于其他的数据支撑,以及来自于这个云端的作物模型。

4、营养母粒

提到减肥增效,要减的肯定是大量元素NPK,过去一直过施的东西。增效的话,肯定要结合作物土壤的情况,然后去补充一些它所需的一些营养元素,然后才能实现这个目的。那因此的话,除了NPK之外,这个加x就显得非常重要。就说除了NPK之外,还要再补的那个东西显得非常重要。所以营养母粒也是由此而诞生的,营养母粒是营养一个载体。

通过长效速效的整个结合,去有效的实现这样的最大化的效能,就是这个可以降下来,这个稍微增加一点点的,成本上基本上没有差别,可能成本还更低。但是它的效果却完全不一样,真正能够做到这个肥料的减肥增效。所以营养母粒是帮助我们实现节本增效。结合作物的情况,结合土壤的情况,我已经知道一个怎么样了,所以这个要通过它来补充进去。


5、遥感监测:天地空一体化数据

播了种、施了肥不知道效果如何,能不能实时监测生长过程?遥感就能很好的解决这个问题,不管无人机遥感也好,卫星遥感也好,它能够有效的大面积的去跟你观测你的作物的整个生长情况。也就说在整个生长中,整个过程它都可以去持续监测,比人的视角更好。通过这个卫星无人机的这种数据的解析,可以动态的监测地面作物的生长情况,及时解译生长状况的信息,所以是非常有效的一个手段。


1)卫星遥感

其实卫星它相当于在上面拍照片,不断的拍你地面上的情况,特别是你的作物的情况。然后我们通过计算机,通过遥感技术,通过算法,通过结合作物的情况,我们可以推演出一些跟农业种植相关的一些应用,比如说这个作物的长势,通过卫星持续观测,经过计算机的处理,我就能知道你的作物长得好不好,包括你的地表的温度的情况。


目前我们在新疆,为新疆棉花超高产(450-540公斤)项目提供卫星遥感、土壤检测等数据采集技术,为辐射全疆的农业工作站和拥有500亩以上连片农田的农户服务,到达棉花高产目的。已为当地农户提供土壤检测报告、当前棉花长势监测报告及植被覆盖检测报告,及时掌握作物长势。


2)田小二APP实时输出遥感监测数据

目前我们在自主研发的免费农业APP—田小二APP实现了遥感数据的输出,让普通的农户也能轻易的获取到自家田块的遥感情况


3)无人机遥感:高分辨率遥感影像,病虫害检测、数量统计等

除了这个卫星遥感之外,无人机遥感也有一些它的应用场景。包括无人机做一些植物的一个数量统计,你种了很多果树,到底是多少,你通过无人机在空中一飞,那么它经过算法处理,就可以得到相应的数据。为我们的这个决策指导提供非常高效的指导服务。而且它是一个动态的,会持续的输出。所以这个遥感技术对于这种动态监测确实是有非常好的一种方式。通过遥感技术给农业服务、去研发、应用,那这一块也是我们数字农业中非常重要的一部分。


4)小二遥感大数据平台

基于这些遥感应用的大数据云平台,比如说像作物的分布、产业分布,比如说湖北省现在的这个种植面积是怎么样子的,长势的监测、产能预估等等一些相关的应用都可以通过通过平台去更好的大面积的服务。


6、物联网+5G


物联网技术在很多行业中已经不断在应用,农业物联网,现在这些年发展也是非常快的。通过物联网技术,我们可以实时的去掌握田间的数据,相当于我们在田间放了一个眼睛,可以时时知道你田间的情况,或者你大棚里面的情况;另外还解放双手,对田间进行控制,比如要灌溉那个区域,也不需要跑到现场去,现在通过手机进行操纵就可以。


5G+物联用技术的应用,首先5G网络的覆盖会触达到人们生活的边边角角。因为只有触达到边边角角,才能真正实现万物互联的这样一个目的。,其次5G最大的特点就是低功耗。像NB-IOT等等一些新的技术,他们的主要特点就是功耗很低。

物联网传感器

在农业物联网中,传感器有很多种类,第一个就是土壤墒情,主要是获取土壤温湿度及土壤电导率EC/PH值;第二类就是环境气候,主要是获取田间气象情况,包括空气温湿度、大气压力、光照度、降雨量及二氧化碳的浓度等等数据;第三类就是作物生长,主要是获取作物生长状况,包括叶面温湿度、茎水势传感器,同时也还高清摄像头,主要目的是监测作物整个生长周期的一些状态,提供作物生长模型,配合水肥一体化进行精准灌溉。

设施智能控制系统

设施智能控制系统,使用的也是非常多,包括现代化的果园,像滴灌系统、施肥系统也都在用这种远程的控制设备。那么在设施农业中就非常普遍了。通风系统、温控系统、遮阳系统、以及其他方面的东西都可以通过互联网控制。


7、两标一品化运营

实现品牌化运营,我们提出两标一品运营理念,那么什么叫两标一品呢?首先就是你的品牌要树立起来。一定要有高品质的产品,而且是持续的高品质的产品,你才能把品牌树立起来。也就是说,你的产品必须为标准,像工业品一样永远是很标准的。这个品牌树立起来是比较容易的,消费者也容易接受的。所以你要品牌化运营必须要标准化的产品。其次要有标准化的产品,那产品种植肯定要标准化起来。如果都是凭经验种植,随性的去做这个事,没有一套很标准化、流程方法去做这个事,很难达到输出标准化的产品的,所以两标一品指的就是标准化的种植,标准化输出标准化的产品,最后实现品牌化


三、数字农场

数字化的数字农场,就是把所有模型和程序进行数据化,设备控制进行智能化,然后把很多流程进行标准化。构建这样一个数字农场会是两标一品的一个基础设施。如果有这样的数据农场,那么后面的标准化种植标准化产品以及品牌,无疑是可以得到很有效的支撑的。

  • 作物数据监测并进行数字化呈现,实时获取传感器数据
  • 水肥一体化控制,向作物提供精准的水分和养分,并降低成本
  • 动态作态模型,提供作物灌溉、营养、农事操作的模型,输出更高质量的产品
  • 精准决策管理系统,云端数据大脑,为种植提供决策数并管理农场

1、滴灌系统

滴灌系统,与传统的漫灌不一样,现在稍微标准化一点的果园都在用滴管系统,管中滴水出称为滴头。在滴灌系统中,它不是直接漫灌出去,而是通过这个滴头一点一点输送出来的。

2、水肥一体化系统

水肥一体化系统组成由水源、过滤系统、施肥控制系统、EC/PH监测系统及田间控制系统组成,系统将水分和养分通过管道精准输送到作物的根部。高效的实施精准灌溉,节约用水,有效的保护水资源。
禾大水肥一体化智能灌溉系统可以帮助生产者很方便的实现自动的水肥一体化管理。系统由上位机软件系统、区域控制柜、分路控制器、变送器、数据采集终端组成。通过与供水系统有机结合,实现智能化控制。



3、茎水势传感器-saturas

水,其实对于作物的影响也非常重要的,有时候它是比其它因素更加重要。如果作物没有水,那么这个作物肯定是长不好,那么它的品质肯定也不好,也会影响农户的销量。

那么我们怎么知道作物是否缺水呢?通过我们的一项技术,就是我们叫茎水势传感器,通过检作物的根茎来判断作物对水的需求,就能够去做驱动灌溉设施,以便提供产品品质。所以说茎水势传感器也是我们精准灌溉系统中很重要的一个基础设施。


目前,我们在山东烟台进行了试验示范。使用茎水势传感器的与未使用茎水势传感器的对照区整体对比,示范区的果树树势明显更旺盛,树叶大小、厚度、颜色等明显优于对照区,挂果量更多,果实更大。在示范区内选择5棵果树,每棵树取五个苹果,果实平均直径为80.79mm;对照区1区、对照区2区各选择5棵果树,每棵树取五个苹果,果实平均直径分别为71.2mm和74.99mm。按照当地的市场行情,栖霞苹果个大越值钱,果径分别为70mm、80mm、90mm的苹果价格区别很大。与对照区比较而言,示范区内个大的苹果更多些,因此卖价会更高。总体而言,示范区比对照区苹果每亩平均要增产10%左右,增收20%--30%。



4、无人机采摘产品

果实成熟采摘需要大量的劳动力,这是目前经济作物中常见的现象,费工费人费时。为了解决劳动力短期的问题,我们可以通过低成本的无人机进行采摘。它是基于AI识别技术的领域,自动识别作物上哪里有果子,然后进行采摘并分拣放置。目前测试阶段已经过了,正进入商业化阶段。




5、水果早期AI识别估产

农户对作物的品质最为关心,通过品质的优劣来带动经济收入,调整销售策略,普遍的做法都是在果实快成熟的时候进行甄别,那么我们是有另一项技术,通过作物早期的生长变化来进行估产呢?

跟大家分享的一项技术,就是水果早期AI识别估产技术,通过传感器在田间进行扫描,能够把果实的整个产量分布进行一个获得。在果实很小很小的时候。通过AI技术及图像识别的技术,就能够精准的判断出那里有没有果子,然后能把数量分布全部获得。最后在一方面影响种植管理决策,另外一方面还可以为其他措施方面提供保障。



03

总结


通过以上数字化技术和产品的介绍,关于我们禾大科技,我们正是以土壤这个数据为入口,从下往上的入口,也就是土壤数据为入口,然后以田块去构建数字农业服务,赋能农业服务组织合作。由原来的非服务为主的农业公司,然后向服务转型公司、合作社基地等等,包括一些经销商,农资店升级变成服务型升级,通过数字化的技术去赋能,然后去实现这样一个视角,具体就是这样一个思路。



同时,我们深入农业基层,构建禾大科技数字农业服务中心/站,形成集高科技农业技术的研发、生产、培训、服务于一体的健康农业体系,在土壤检测、智慧配肥机、营养母粒、农资店管理软件和病虫害AI识别、农技专家服务等方面不断投入研发,实现为农资店升级转型提供完整的软硬件服务,将不断积累的农业数据和技术输出到农业产业链中,赋能传统的农资渠道商,助力农资行业转型升级。


今天的整个分享中,都是基于我对这个农业行业的理解,实际上数字农业这个方向是非常广泛的,它涉及的面是非常多的,在不同的领域,各方面也都是不同的。我相信只要大家努力,我觉得我们都是可以做到的,而我们也一直这么做,这也是我们在中国农业技术推广协会下面成立数字农业分会的初衷,是希望能够把整个行业中围绕数字农业相关的企业等等,都能够一起加入进来,然后我们一起去共享经验,一起去进步。然后为中国的数字农业一起去建设。所以欢迎更多相关的企业、合作社、种植基地,都能够加入到进来,为我们中国的现代化农业做贡献吧!





武汉禾大科技有限公司于2015年创立,以3S技术(遥感RS、地理信息系统GIS、全球定位系统GPS)、农业大数据技术、物联网技术和人工智能技术为基础,建设禾大智慧农业平台,为农业生产者提供数字土壤地图、智慧配肥服务、增值肥料、遥感动态监测、农业物联网的一体化服务,帮助农业生产从土壤到作物,从播种到收获,实现作物种植管理的数字化、智能化和标准化。