7月15日-7月20日，河北工业大学人工智能与数据科学学院智农团队一行18人以“智慧农业：用数字优化农业生态链”为题前往张家口市崇礼区开展社会实践活动，先后实地走访了“崇河绿色蔬菜基地”、“万家乐蔬菜有限公司”、“‘莓好庄园’草莓示范基地”、“农田花海庄园“、“华田绿色生态庄园”、“益丰园区”六大农业种植示范基地。他们着眼于智慧农业领域，调研当地农业发展中存在的问题，针对农业基地负责人、农民普遍反应的问题提出了技术性解决方案，一是用工困难、成本高的问题；二是土壤中微量元素无法及时检测补充，土壤中含有病菌无法检测，导致农作物产量低、质量差的问题；三是温度、湿度无法准确调控引起农作物病害问题；四是杂草频繁生长，吸收土壤养分，影响作物产量和品质的问题。
7月21日-27日，实践队员带着发现的问题回到学校，与学院专业教师郝小可博士、朱叶博士进行了深入探讨、研究，提出了以下针对崇礼智慧农业发展的解决方案。
控制设备成本、研发科技设备——用机械化改善人力资源缺乏
目前崇礼区蔬菜种植多停留在人工作业上，占用了大量劳动力，而用工难、用工成本高是当地种植业面临的普遍问题。在这样的背景下，农业机械化被放在了智慧农业的首要位置。走访中，“莓好庄园”草莓示范基地孟经理的介绍，目前日韩、欧美国家草莓机械化发展水平较高，很多关键环节基本实现了机械化，一些国家开始推广应用草莓采摘机器人，节省了大量劳动力，但引进国外先进技术价格昂贵、成本较高，无力引进。实践队员了解到，多数年轻的农业基地负责人希望将机械化设备应用于种植过程。
崇礼区农业实际情况，实践队员思考，如果能够有效控制设备成本，研发一款操作简单有效的智慧农业设备，如除草设备、采摘设备等，能够满足智慧农业机械化的需求，可以有效解决目前农业用工难问题。
“传感设备—控制系统—执行设备”——多方位智能化助力农田管理
土壤营养成分、温度、湿度、光照等农作物生长所需要素监测困难，农民只能凭借经验，人工控制各种农业设备，导致种植过程中容易产生农作物病害，且人工需求高。针对以上问题，团队提出了“传感设备—控制系统—执行设备”一体化的解决方案，以实现智能滴灌、自动卷帘、智能施肥。
首先由传感设备（如土壤成分监测仪，温度、湿度传感器等）采集大棚内数据信息，再通过局域网将实时监测到的数据上传至控制系统，控制系统将事先设定好的各种指标的阈值（如土壤湿度，棚内温度，棚内光照等）与采集的数据进行比对，如果监测到的指标数据不在指定安全阈值之内，控制系统则控制远端设备采取相应的措施（如启动滴灌系统）。
各种设备之间的通讯采用如下方式实现：
在有线传输方面，首先基于以太网技术，搭建起种植基地的局域网，使各种设备之间实现互联，然后利用Modbus协议实现各种传感设备与RTU（远程终端控制系统）之间的的数据通信。ModBus网络是一个工业通信系统，由带智能终端的可编程序控制器和计算机通过公用线路或局部专用线路连接而成，可应用于各种数据采集和过程监控。ModBus协议具有标准，简单，应用广泛，免费开放，通用性强等优点。
如果采用无线传输，团队提出了基于Zigbee技术实现各个设备间的无线通讯以及控制系统对于各种设备的控制。Zigbee技术是一种短距离、低功耗、低价格的无线通讯技术，主要适用于自动控制和远程控制领域。
基于以上两种方式实现各种采集设备、控制系统、执行设备的实时互联，从而可以做到对农作物的实时监测，自动化，精细化培育，有效减少劳动力成本，增加农作物产量。
图像识别、数据共享——用数字优化农业生态链
针对杂草清除困难的问题，团队提出了如下解决方案：采用集成有图像识别技术的除草设备实现杂草的清除。图像识别包含实时图像采集和通过数据集建立起的分类模型，根据模型对实时图像进行分类。在清除杂草过程中，通过摄像设备采集图像，然后通过分类模型对图像进行分类，从而定位杂草，最终将杂草清除。
图像识别技术作为人工智能的一个重要领域，离不开利用机器学习等智能算法对大量数据的深度学习和处理，需要有一个数据积累的过程，而数据积累则是一个长期的过程。
传统农业依托大数据、物联网等现代技术不断改进是未来发展的方向。未来，如果全国范围内的农业种植基地可以实现互联与数据共享，从而建立一个全国范围内的农作物数据库，记录各种农作物的各个阶段对环境的要求，为农业研究提供源源不断的数据来源，能够实现农作物整个生长周期的精细化管理，这无疑将极快地推动全国农业的发展。
结合当今农业现代化的发展进程和团队在崇礼的走访经验，实践队员相信农业数据在智慧农业上具有重要价值。利用团队现有技术经验，研发低成本小型设备，改善人力资源缺乏的现状，搭建蔬菜农业信息管理平台，实现利用“传感设备—控制系统—执行设备”一体化技术进行农田管理。农田筑梦，智慧助农，实践队员也将继续前进。相信在团队的努力下，他们能够用技术助力奥运蔬菜基地，切实为当地农业发展做出贡献。
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