智慧农业灌溉系统国产化替代可行性研究

作者: 于金伙 邓艳桃2

智慧农业灌溉系统国产化替代可行性研究0

0 引言

当前,全球正面临着水资源缺乏与生态环境恶化的严峻挑战,解决这种生态危机是每个国家都应面对的难题。农业是水资源消耗的主要领域之一,传统人工灌溉效率低下,其效率与可持续性已经成为全球关注的焦点。《“十四五”全国农业农村信息化发展规划》(以下简称《规划》)指出,到2025年,智慧农业技术、产品初步实现产业化应用,农业生产信息化率达到 27% 。《规划》还明确推进了推进智能化育苗、生长环境和作物本体自动监测、环境远程调控、水肥药精准管理、智能植保、自动收获等技术应用的具体措施。与此同时,物联网、边缘计算与人工智能技术的融合为农业智能化提供了新机遇。近年来,智能灌溉系统已成为提升农业发展水平的关键,智能灌溉系统通过科学的灌溉管理与差异化策略进行精准灌溉和节水增效,在全球范围内得到了大规模的应用。然而,我国在高端传感器、智能控制系统等关键技术领域,仍然受制于人,智慧农业无线通信方式也基本采用Zigbee、LoRa等国外技术。采用国外技术不但成本高,也可能带来信息安全风险,国产化替代成为亟待解决的问题。因此,开展智慧农业灌溉系统国产化替代的可行性研究,探索具有自主知识产权的国产化替代方案,对于提升我国农业信息安全、促进农业技术的自主可控、推动农业的产业升级都具有重大意义。

1智慧农业灌溉系统的定义、关键技术及技术差异

1.1 定义

智慧农业灌溉系统是指利用新一代通信技术、物联网技术与人工智能技术等技术手段,对农业灌溉过程进行智能化控制与科学管理的技术系统。智慧农业灌溉系统的核心是精准感知、智能决策和精准执行。该系统通过在田间布设不同类型的传感器,实时监测土壤熵情和作物生长状态,并结合当地气象条件,通过边缘智能控制系统进行大数据分析,利用人工智能算法得到智能化执行方案。边缘智能控制是指将计算、存储和应用服务等功能下沉到网络边缘的设备或节点上,实现数据的实时处理和分析。在智慧农业灌溉系统中,边缘智能控制的应用可以提高系统的响应速度和数据处理能力,降低数据传输延迟和带宽需求。自前,我国已经在边缘智能控制方面取得了一些研究进展,为智慧农业灌溉系统的国产替代提供了有力支持。

1.2 关键技术

智慧农业灌溉系统的关键技术包含物联网技术、信息通信技术、智能控制算法3大类。物联网是智慧农业灌溉系统的基础,它通过大量传感器节点实现对农田的全面监测,监测数据包括王壤摘情、养分含量等作物生长参数,灌溉系统则根据实时作物生长数据和历史趋势,实现灌溉方案的持续优化,从而不断提高灌溉效率。信息通信技术在智慧农业灌溉系统中发挥着至关重要的作用。其中,灌溉系统的科学决策依赖数据的收集和分析,而数据的收集、传感器节点与灌溉系统的交互都离不开先进的通信技术。基于通信技术,用户进行远程监控和管理,大大提高了便捷性和灵活性。智能控制算法是该系统的核心技术,是智慧农业灌溉系统的关键组成部分。通过高精度的传感器,智能控制算法在分析实时数据的基础上,根据作物生长模型,自动调整灌溉策略,实现精准灌溉]

1.3技术差异

国内外智慧农业灌溉系统存在较大差距。国外智慧农业起步较早,尤其是美国和以色列等国家的智慧农业技术较为先进,其智慧农业装备产品在全球的市场份额处于领先地位。美国通过研发精准灌溉技术,实现了灌溉水量的精准控制,大大提高了灌溉效率;以色列则是通过节水技术和智能灌溉系统,在干旱地区实现了农业的可持续发展。国内智慧农业起步较晚,但近年来在国家的大力支持下取得了长足的发展。目前,我国智慧农业灌溉系统研发侧重在精准灌溉、高效节水和智能化控制等方面。我国还积极推进智能化控制系统的研发与探索,以提高灌溉效率和降低人工成本。

2智慧农业灌溉系统国产化替代的可行性分析

研究聚焦于智慧农业灌溉系统国产化替代问题,从技术基础、市场需求、成本效益、风险挑战等多个维度进行深入分析,结合国内智慧农业灌溉系统的发展现状、技术特点、市场应用情况等方面,总结成功经验与存在问题,对智慧农业灌溉系统国产化替代进行全面可行性分析。

2.1技术基础与创新能力

通过加大研发投入、促进产学研用深度融合等措施,我国在智慧农业灌溉系统领域的自主创新能力不断提升。随着众多的科研机构和企业引进与吸收国外智慧农业灌溉系统先进技术,并在此基础上进行自主创新,不断开展智慧农业灌溉系统的研发工作,我国在物联网、大数据、传感器等关键技术领域已经取得了一系列重要成果。在传感器技术方面,我国已经研发出了多种精度高、抗干扰能力强、稳定性好的土壤熵情传感器、温度传感器等设备;在物联网技术方面,我国已经建立了较为完善的物联网基础设施体系,为智慧农业灌溉系统的应用提供了有力支持。

2.2市场需求与政策支持

在市场需求方面,国产替代市场广阔。智慧农业灌溉系统因灌溉精准、高效节能等优点而广受欢迎,特别是在干旱地区,智慧农业灌溉系统的应用效果更加显著。随着我国农业产业的不断发展,水资源缺乏问题也日益严峻,农业生产对提升灌溉效率和水资源利用率的需求日益迫切。因此,智慧农业灌溉系统国产化替代市场前景广阔,发展潜力巨大。

我国政府为了推动智慧农业发展,出台了大量利好政策。《数字乡村发展行动计划(2022—2025年)》(以下简称《计划》)明确提出实施“智慧农业创新发展行动”,要求加快推动智慧农业发展。《计划》从基础设施建设、技术推广应用、人才培养等方面提出了具体措施,为智慧农业的发展提供了全面的政策支持。《农业现代化示范区数字化建设指南》为农业现代化示范区的数字化建设提供了详尽的指导,包括智慧农业园区的建设内容、技术要求、实施步骤等方面。《关于加快推进农业机械化和农机装备产业转型升级的指导意见》也强调,要推进智能农机与智慧农业、云农场建设等融合发展。

市场需求与政策导向的协同作用,推动了智慧农业灌溉系统国产化替代的发展。当前,我国农业生产智能化的跨越式发展,为智慧农业灌溉系统国产化替代提供了广阔的市场空间。同时,政府出台的利好政策也为智慧农业灌溉系统国产化替代提供了大力支持。这将推动智慧农业灌溉系统国产化替代的快速发展。



本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装
原版页码:xckj20242236.pd原版全文

2.3 成本效益分析

与国外进口系统相比,我国智慧农业灌溉系统存在建设成本与运维成本低的优势。一方面,我国是制造业大国,在生产制造成本方面具有天然优势,能够提供更高性价比的智慧农业灌溉产品;另一方面,国内具有人力资源优势,因此智慧农业灌溉系统运维成本也相对较低。此外,国内企业具有本土化优势,更了解我国的市场需求和用户使用习惯,能够提供更加个性化的服务。因此,智慧农业灌溉系统国产化替代具有更高的性价比和竞争力,具有重大的经济和社会价值。

2.4 风险与挑战

2.4.1 技术成熟度与稳定性存在一定风险

尽管我国在智慧农业领域取得了一定的技术积累和创新成果,但与国外相比仍存在一定差距,具体体现在技术成熟度和稳定性方面。

2.4.2 品牌认知度相对较弱

我国智慧农业灌溉系统市场基本被国外大品牌占据,国内品牌的竞争力相对较弱,市场占有率也处于弱势。

2.4.3人才培养方面存在不足

智慧农业灌溉系统相关技术存在多学科交叉融合,需要具备跨学科知识的专业人才进行研发与维护。然而,我国在相关领域的人才培养仍存在短板。因此,加强人才培养建设,是智慧农业灌溉系统国产化替代的必由之路

3 国内外典型案例

广州技象科技基于TPUNB的水肥一体化系统是国内智慧农业灌溉系统的典型案例。TPUNB作为我国自主研发的超窄带通信技术,具备超低功耗、覆盖范围广与高安全性的优势,能够满足智慧农业灌溉系统对通信技术的全部要求,为智能灌溉系统国产化替代提供了新路径。基于TPUNB的水肥一体化系统具有安装方便、后期维护成本低等特点。技象科技通过自主创新,成功研发出了一系列具有自主知识产权的智慧农业产品,在市场上获得了良好反响。同时,技象科技还积极参与国际竞争与合作,在多个国家建立了产品应用示范点。

以色列耐特菲姆公司的节水滴灌技术是国外智慧农业创新驱动的典型案例。滴灌技术通过滴头将水直接输送到植物根部实现精准灌溉,大幅提高了水资源的利用率[2]。节水滴灌技术的核心优势是对灌溉量的精准控制,并实现水肥一体化的智能化管理。与传统灌溉方式相比,耐特菲姆公司的灌溉系统可以节约 智慧农业灌溉系统国产化替代可行性研究1 的用水量,效果显著。与此同时,灌溉量的精准控制也大幅提高了肥料的利用率,从而降低了对环境的污染[3]

技象科技的成功案例,说明我国相关企业在智慧农业领域关键技术方面具有良好基础,与耐特菲姆等先进企业相比的差距主要是市场占有率和技术积累。

4结论与建议

研究通过对智慧农业灌溉系统国产化替代的可行性进行深入分析,得出了以下主要结论:一是国产化替代在技术基础、市场需求、成本效益等方面具有可行性;二是国产化替代有助于促进我国农业可持续发展;三是国产化替代需要所有参与者的共同努力和支持。研究结合我国当前情况,提出以下建议。

4.1加强农业灌溉技术创新与研发

政府有关部门应加快农业农村大数据开发应用,推进智慧农业发展;企业应加大研发投入力度。政府应加大支持力度,完善农业科技创新体系,创新农技推广服务方式,大力发展智慧农业。例如,鼓励开展智慧农业灌溉系统关键核心技术攻关和相关产品研发,促进产学研用深度融合。

4.2完善政策支持体系

智慧农业的发展,需要政策先行。在自主可控的大趋势下,政府更应积极支持国产化替代,出台智慧农业灌溉系统国产化替代的激励政策。这关系到我国智慧农业的发展大计,甚至关系到我国的粮食安全。

4.3 应用示范项目与市场推广

智慧农业灌溉系统国产化替代示范项目是展示智慧农业突出优势的窗口。实施小批量的国产化替代示范项目的建设和推广,可以凸显国产化替代方案的差异化优势,同时可以提高国产化替代方案的知名度,进而推动灌溉系统国产化替代方案的大规模应用和快速发展。

4.4加强人才培养与技术支持

针对智慧农业灌溉领域专业人才缺乏问题,政府部门及相关机构应加大专业人才培养力度,培养一批具备智慧农业知识背景的专业人才,以满足智慧农业发展需求;同时,鼓励高校、科研机构与企业开展合作与交流,加速人才培养进程。相关部门应建立完善的人才培养体系,保障智慧农业灌溉系统国产化替代的稳定发展。

5智慧农业灌溉系统国产化替代的展望

随着新一代信息通信技术的发展与物联网技术的快速迭代,智慧农业灌溉系统相关技术与装备发展迅速。一是边缘智能计算技术得到广泛应用,灌溉系统的系统响应速度大幅提高4,数据处理能力快速增长。二是人工智能算法不断优化,硬件性能不断提升,提高了智能灌溉系统的决策能力和执行效率。三是传感器技术和智能控制算法持续优化,提高了智能灌溉系统的精度和稳定性5。这些技术的发展为智慧农业灌溉系统国产化替代提供了有力支持。

智慧农业灌溉系统国产化替代具有广阔的市场前景,国内对智慧农业灌溉系统国产化替代的需求也在不断增加。随着市场需求的激发与激励政策的逐步出台,智慧农业灌溉系统国产化替代将迎来前所未有的发展机遇。

参考文献:

[1]吴阳,陈曦,谭飞.设施农业精准水肥灌溉技术研究[J].无线互联科技,2022,19(19):127-129.

[2]陈媛媛,游炯,幸泽峰,等.世界主要国家精准农业发展概况及对中国的发展建议J.农业工程学报,2021,37(11):315-324.

[3]黄昆.水肥一体化技术在荷兰豆上的应用成效[J].农业与技术,2018,38(14):19,21.

[4]慕蓉蓉.基于物联网的智能节水灌溉系统研究与应用[J].农业与技术,2024,44(6):12-14.

[5]廉文利.基于物联网的智能节水灌溉系统设计[J].仪器仪表与分析监测,2023(1):35-36.



本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装
原版页码:xckj20242236.pd原版全文

经典小说推荐

杂志订阅

友情链接