摘要：郭威, 吴华瑞, 郭旺, 顾静秋, 朱华吉. 特色农产品设施环境下品质智能管控技术研究现状与展望[J]. 智慧农业(中英文), 2024, 6(6): 44-62. DOI: 10.12133/j.smartag.SA202411017
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郭威, 吴华瑞, 郭旺, 顾静秋, 朱华吉. 特色农产品设施环境下品质智能管控技术研究现状与展望[J]. 智慧农业(中英文), 2024, 6(6): 44-62. DOI: 10.12133/j.smartag.SA202411017
GUO Wei, WU Huarui, GUO Wang, GU Jingqiu, ZHU Huaji. Research Status and Prospect of Quality Intelligent Control Technology in Facilities Environment of Characteristic Agricultural Products[J]. Smart Agriculture, 2024, 6(6): 44-62. DOI: 10.12133/j.smartag.SA202411017
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特色农产品品质调控发展趋势
从特色设施羊肚菌和设施番茄的全生育期、多要素、多场景的品控现状来看，特色番茄整体的智能化管控、智能化决策和智能化应用相比羊肚菌更为成熟，在设施环境数据采集、作物生理数据采集、生产现场影像与生长数据分析、全生育期肥水灌溉与环境管控决策，以及产后的智能化分级技术体系完备，巡检机器人、植保机器人、采摘机器人等新型智能装备服务体系逐步成熟，能够较为稳定地进行工厂化生产。特色羊肚菌由于产业发展时期相对较短、种植区域设施基础条件较差，智能化生产尚处于初级阶段，作业装备、生长模型、管控模型，以及产品分级体系需要针对品种、生产目标进一步研究，因此在特色农产品品质智能调控思路和做法中可以看出：第一，通过综合地分析、调研，明确了通用的系统架构，自数据采集至数据传输存储共享到场景化应用，能够提供足够的架构支撑；第二，将番茄的影像监测、环境数据采集体系迁移至羊肚菌生产中，充分使用技术的通用性，针对羊肚菌的个性化需求通过装备、农艺、信息融合的方式进行适配；第三，将特色农产品品种、生产模型、农业技术知识、品质决定因子等通过知识图谱的形式进行有效组织，形成智能知识服务范式，并在多周期生产过程进行迭代，能够有效地将现有的数据、模式、技术迁移到广大的中西部农产品智能化生产中。
着眼未来，面向中西部特色羊肚菌、番茄、柑橘、绿茶、油菜等为代表的多品类多品种的情况，通过数字化生产与智能化品质控制赋能产业有以下趋势。
1 设备设施轻简化，数据采集简单化
针对中国中西部农业生产现状，机械装备需要做到高精度、高性能的同时，还要做到成本低廉、质量可靠、简单易用，以迎合广大农户生产和生活的现状，否则，数字化品质的智能调控将难以实现。以设施生产环境内的管控设备、水肥灌溉设备为例，其设备组装、软硬件集成、人机交互，都要做到尽可能的轻简，以便中西部中老年种植、养殖的主力人员能够顺利使用。设施调控的基础是空气环境、农作物表型、土壤等数据的采集，在数据内容上，需要结合生产、加工、消费者全产业链品质控制的需求，定好采集数据项，在方式上，数据采集尽量做到采集方式自动化、简单化，管控模型需要与装备农艺进行深度融合，充分发挥多要素的耦合监测模式的优点，以保障特色农产品品质生产过程控制，服务对象方面要做到多元化，不同类型人员可以获取不同维度的数据，方能为产业数字化、数字产业化的可持续发展模式提供设备和数据的基础支撑。
2 智能技术场景化，服务模式多样化
新一代人工智能技术冲击着农业生产模式，数字化技术与生产场景贴合度更加高，在设施环境调控逐渐由传统基础的环境参数监测、指令反馈和逻辑单一的决策控制转变为更多计算参数、鲁棒性更好的智能模型和更轻便的智能装备，伴随着物联网服务、云平台服务、人机交互服务技术的迭代，植物的茎秆、叶片、果实的精细化监测成为可能，基于计算机视觉的病害、虫害、草害的智能识别成为可能，精准水肥灌溉、植保机器人、采摘机器人、嫁接机器人、巡检机器人层出不穷，不仅丰富了智能化生产场景和模式，同时能够充分地降低生产人员劳动强度、设施生产管理人员效能，在部分场景下，如基于光谱的蔬菜、果品内部缺陷检测，高温环境下的自动消毒，通过人体关键点结合摄像头自动记录农事作业，能够处理生产人员无法直接观测和可能对人体有害的作业步骤，服务模式的多样化将为设施特色农作物全产业链智能化品质控制提供高效手段。
3 品质管控在线化，数智生产规模化
特色农产品品质管控将由传统的采收加工环节为主转变为模型-作物-信息融合的全生育期的过程在线化管理的新模式，通过设施环境下的全过程智能管控，从土壤管理至定植，田间管理至采收，环境数据、作物生理数据、表型数据、农事生产数据、投入品数据、机械及智能装备作业数据、设施及水肥药投入过程装备状态和管控数据均实现了在线化，海量的数据资源通过融合专家经验、作物品种特性、环境互作机制，结合多年来的生产验证，衍生出面向外观、口感高价值的在线精细化品质管控模型参数。在单链条数据的基础上，从垂直链条面向多设施、跨园区甚至跨地域，会形成数值生产规模化效应，比如以千栋设施番茄生产为例，基于监测参数在同一时期的化肥投入类型、投入量以及后续的投入时间和量将为区域化肥生产提供决策依据，其他品种和环节亦然，播种期决定着种苗投入的续期，采收期决定着存储和物流的需求，管理的规模越大，其集群效益越明显，数智规模化生产将为全局提供资源配置优化和产业结构完善的重要抓手。
4 多元要素融合化，数据要素价值化
在设施特色农产品数字化生产的过程中，涉及到农业机械装备、作物栽培农艺和以传感器为主的监测信息，积累的生产数据、环境数据、农业技术数据、农业投入品数据、匹配生产场景的智能模型虽然有用，但很难有更加高维度的语义信息，通过多学科专家会商把脉，与一线生产人员、种植大户深度沟通，有效地将“农机”“农艺”“信息”三大要素面向生产目标的高价值进行组织，面向生产过程的精细化进行融合，形成新一代农业的“生产要素”，通过数字资产认证、碳足迹记录与量化、海量关联数据价值评估，让种植人员的资产价值不仅在“田”间，同时在“云”端，设施智能化品控的多要素融合与数据要素的有效组织将成为发挥设施生产新质生产力价值的重要资源。
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