《智慧土肥建設方法研究與實踐探索》從智慧農業(yè)的內涵與特征出發(fā),系統(tǒng)性地分析了智慧土肥的地位與作用、發(fā)展基礎及發(fā)展愿景;進而基于土肥業(yè)務發(fā)展的智慧化需求出發(fā),提出了智慧土肥的總體框架、技術體系,并對智慧土肥建設中的核心業(yè)務系統(tǒng)進行了需求分析和設計。然后,《智慧土肥建設方法研究與實踐探索》結合各地區(qū)、各領域的智慧土肥實踐經驗,對智慧土肥的建設方法進行了研究,分析了智慧土肥建設的組織架構、推動策略、投入模式、標準規(guī)范建設策略、系統(tǒng)建設與整合策略以及應用實施策略,以期為智慧土肥的推動與建設提供參考。
趙永志,中共黨員,推廣研究員,北京市土肥工作站黨支部書記、站長。曾任北京市農業(yè)局辦公室副主任等職務,F(xiàn)兼任現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)技術體系北京創(chuàng)新團隊土肥水功能研究室主任、崗位專家,北京“12316農業(yè)服務熱線”首席專家,中國(北京)土壤學會、農學會、植物營養(yǎng)學會、農業(yè)經濟法研究會、農技推廣協(xié)會等9個專業(yè)學會的理事或副理事長,《中國農技推廣》、《中國當代創(chuàng)新人才》、《科技創(chuàng)新引領跨越發(fā)展》、《北京農業(yè)》等農業(yè)科技期刊編委,農業(yè)部耕地質量建設與管理專家指導組成員、《中國品牌農業(yè)產業(yè)聯(lián)盟》專家顧問委員會副主任及《京郊日報》專家顧問等。2000年以來,主持部、市級重點科技項目30多項,獲部、市級科技成果獎14項,其中一等獎5項,二等獎7項,實用發(fā)明專利4項,主持多項農業(yè)標準制定,在國家級重點刊物上發(fā)表論文40多篇、出版技術專著和培訓教材9部,科技培訓聲像教材15部,多次被局級以上單位或部門授予先進工作者稱號。2010年被評為北京市先進工作者、中國時代改革創(chuàng)新百佳先鋒人物、科技成果管理與研究科技影響力人物、科學中國人年度人物。2011年被評為中國文化傳播發(fā)展時代影響力人物、科技成果管理與研究科技影響力人物、中國金橋獎先進工作者。
1983年畢業(yè)于北京農業(yè)大學農學系,一直從事農業(yè)科技研究推廣與農業(yè)科技管理工作。2000年以來,主持部市級重點科技項目30多項,獲部市級科技成果獎23項,其中一等獎6項、二等獎10項、實用發(fā)明專利4項,主持或參與多項農業(yè)標準制定,在國家級重點刊物發(fā)表論文70多篇、出版技術專著12部。多次被局級以上單位或部門授予先進工作者稱號,2009年被評為中國土壤肥料60年具有影響人物;2010年被評為北京市先進工作者、中國時代改革創(chuàng)新百佳先鋒人物、科技成果管理與研究科技影響力人物、科學中國人(2010)年度人物;2011年被評為時代先鋒——中國優(yōu)秀共產黨人、中國文化傳播發(fā)展時代影響力人物、中國金橋獎先進個人、北京市科普先進工作者;2012年被評為北京市農委系統(tǒng)優(yōu)秀共產黨員、全國十大優(yōu)秀推廣專家、中國農業(yè)技術推廣協(xié)會先進個人、2012自主創(chuàng)新杰出人物;2013年被評為全國十大優(yōu)秀土肥專家,中國科技創(chuàng)新人物,中國科技創(chuàng)新卓越成果獎,中國“三農”新聞人物,全國糧食生產突出貢獻農業(yè)科技人員,北京市有突出貢獻的科學、技術、管理人才。
第一章 緒言
第一節(jié) 信息技術與農業(yè)智慧化
一、智慧農業(yè)提出的背景
二、智慧農業(yè)的內涵
三、智慧農業(yè)的特征
四、智慧農業(yè)發(fā)展的基礎與挑戰(zhàn)
第二節(jié) 智慧農業(yè)建設與土肥智慧發(fā)展
一、土肥工作是現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的基礎工作
二、智慧農業(yè)是土肥智慧發(fā)展的基礎
三、智慧土肥是智慧農業(yè)的有機組成部分
四、智慧土肥是土肥信息化的高級階段
第三節(jié) 土肥智慧化發(fā)展的基礎
一、網絡基礎
二、數(shù)據基礎
三、業(yè)務系統(tǒng)基礎
四、新技術應用示范基礎
第四節(jié) 土肥智慧化發(fā)展的愿景
第二章 土肥業(yè)務智慧化需求分析
第一節(jié) 土肥業(yè)務概述
一、土肥工作對象與內容
二、土肥基本業(yè)務框架
第二節(jié) 土肥智慧業(yè)務需求分析
一、作物生長及需肥水規(guī)律智慧管理
二、耕地質量及肥力智慧管理
三、作物、肥、水關系動態(tài)控制與管理
四、土肥投人品智能監(jiān)管
五、智慧土肥決策
六、土肥信息智慧服務
第三節(jié) 土肥智慧技術需求分析
一、土肥業(yè)務的技術過程分析
二、土肥智慧支撐技術需求分析
第三章 智慧土肥關鍵技術
第一節(jié) 關鍵技術體系框架
第二節(jié) 物聯(lián)網
一、物聯(lián)網的提出
二、物聯(lián)網的內涵
三、物聯(lián)網的技術架構
四、物聯(lián)網的關鍵技術
五、物聯(lián)網在土肥中的應用
第三節(jié) 土肥信息采集技術
一、土肥信息傳感器技術
二、土肥圖像信息采集技術
三、遙感技術
四、土肥個體信息識別技術
五、衛(wèi)星導航信息采集技術
六、地理信息系統(tǒng)技術
第四節(jié) 土肥信息傳輸技術
一、無線傳感網絡技術
二、移動通信技術
三、信息傳輸技術在土肥領域的應用
第五節(jié) 土肥信息處理技術
一、大數(shù)據技術
二、云計算技術
三、計算機視覺信息處理技術
第六節(jié) 自動控制技術
第七節(jié) 智慧支撐技術
一、預測預警技術
二、模型技術
三、專家系統(tǒng)技術
四、知識推理技術
五、本體及其應用
第四章 智慧土肥總體框架
第一節(jié) 建設原則
第二節(jié) 智慧土肥應用總體框架
一、智慧土肥層次框架
二、智慧土肥多級應用框架
第三節(jié) 感知終端架構設計
一、傳感設備布點基本方法
二、信息采集節(jié)點設計
第四節(jié) 傳輸網絡架構設計
一、智慧土肥傳輸網絡基本框架
二、無線傳感網絡架構設計
第五節(jié) 智慧土肥應用支撐平臺設計
一、智慧土肥應用支撐平臺定位與框架
二、傳感設備接入管理系統(tǒng)
三、傳感設備編碼賦碼系統(tǒng)
四、傳感設備基礎信息管理系統(tǒng)
五、智慧土肥信息交換管理系統(tǒng)
六、智慧土肥信息整合系統(tǒng)
七、智慧土肥信息位置服務系統(tǒng)
八、認證授權管理系統(tǒng)
九、云存儲系統(tǒng)基本功能
第五章 智慧土肥核心應用系統(tǒng)需求與設計
第一節(jié) 作物生長及需肥水規(guī)律智慧管理系統(tǒng)
一、概述
二、業(yè)務需求
三、系統(tǒng)結構及功能
第二節(jié) 耕地質量及肥力智慧管理系統(tǒng)
一、概述
二、業(yè)務需求
三、系統(tǒng)構成及功能
第三節(jié) 作物、肥、水關系動態(tài)控制與管理系統(tǒng)
一、概述
二、智能灌溉子系統(tǒng)
三、智慧施肥子系統(tǒng)
第四節(jié) 農業(yè)投入品(肥料)智能監(jiān)管系統(tǒng)
一、概述
二、總體框架
三、系統(tǒng)與功能設計
第五節(jié) 智慧設施農業(yè)系統(tǒng)
一、概述
二、業(yè)務需求
三、系統(tǒng)架構
四、功能設計
第六節(jié) 智能決策系統(tǒng)
一、概述
二、業(yè)務需求
三、主要模型
四、處理過程與系統(tǒng)結構
第六章 智慧土肥建設方法¨
第一節(jié) 智慧土肥建設的總體思路
第二節(jié) 智慧土肥建設的組織架構
第三節(jié) 智慧土肥推動策略
第四節(jié) 智慧土肥投人模式
第五節(jié) 智慧土肥標準規(guī)范建設
一、智慧土肥標準規(guī)范體系框架
二、智慧土肥標準建設策略
第六節(jié) 智慧土肥系統(tǒng)建設與整合策略
一、當前智慧土肥系統(tǒng)建設模式
二、智慧土肥系統(tǒng)整合策略
第七節(jié) 智慧土肥應用實施策略
一、區(qū)域試驗策略
二、因地制宜策略
三、地域推進策略
四、階段性推進策略
第七章 智慧土肥的萌芽
第一節(jié) 土肥智慧技術研究情況
一、土肥信息采集技術研究情況
二、作物監(jiān)測技術研究情況
三、傳感網絡技術研究及應用
四、預測模型與預測方法研究情況
五、精準與變量技術研究情況
第二節(jié) 智慧土肥系統(tǒng)研究與建設情況
一、土肥信息自動監(jiān)測系統(tǒng)建設情況
二、作物生長及需肥智能監(jiān)測系統(tǒng)建設情況
三、自動控制系統(tǒng)建設情況
四、智能施肥系統(tǒng)建設情況
五、設施農業(yè)智慧化應用系統(tǒng)建設情況
六、決策與智慧支持系統(tǒng)建設情況
第三節(jié) 區(qū)域智慧土肥實踐進展情況
一、省級實踐案例
二、市級實踐案例
三、區(qū)縣級實踐案例
第四節(jié) 基于云服務的智慧土肥系統(tǒng)構建與應用探索
一、概述
二、土壤養(yǎng)分采集布點策略分析
三、智慧施肥推薦系統(tǒng)
第八章 土肥智慧發(fā)展展望
第一節(jié) 智慧土肥技術發(fā)展的趨勢
第二節(jié) 當前智慧土肥建設中急需解決的問題
第三節(jié) 智慧土肥發(fā)展近期面臨的主要任務
參考文獻
(1)農業(yè)發(fā)展本身面臨的挑戰(zhàn)
、俎r產品數(shù)量需求壓力加大解決好13億人的吃飯問題始終是我國的頭等大事,我國人口不斷增多,耕地面積不斷減少,農業(yè)生態(tài)惡化的趨勢還沒有根本遏制,保障農產品供給安全的壓力持續(xù)加大,改變這一狀況的根本出路是轉變農業(yè)發(fā)展方式,利用信息技術改造傳統(tǒng)農業(yè),提高農業(yè)資源利用率和勞動生產率,確保國家農產品供給安全。
、谵r產品質量安全形勢嚴峻農產品質量安全是保障人民群眾身心健康和生活質量的前提,是提高政府公信力的重要方面,也是增強農業(yè)競爭力不可或缺的元素。近年來,農產品質量安全問題頻發(fā),已成為影響社會和諧穩(wěn)定及公共安全的重要問題。監(jiān)測手段不足,信息技術應用不夠是原因之一,迫切需要利用現(xiàn)代信息技術對農產品從生產到餐桌進行全產業(yè)鏈質量監(jiān)管。
、坜r業(yè)生態(tài)環(huán)境亟待改善農業(yè)生態(tài)安全是國家生態(tài)安全的重要組成部分,是實現(xiàn)農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基本前提。近年來,我國耕地、草原的農藥、化肥污染以及水域的富營養(yǎng)化問題十分突出,保護和修復生態(tài)環(huán)境,保障農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,迫切需要利用現(xiàn)代信息技術開展耕地質量、草原生態(tài)系統(tǒng)和漁業(yè)水域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、分析、評價、預警及科學管理與調控。
、苻r業(yè)規(guī);潭炔桓咿r業(yè)生產規(guī)模化是智慧農業(yè)得以推廣的前提,也是現(xiàn)代農業(yè)技術和設備進一步應用與推廣的重要條件。在市場經濟條件下,小規(guī)模生產在農產品價格和成本方面,往往處于劣勢,農戶無力采用先進的技術和更新市場信息,無法參與激烈的市場競爭,使農業(yè)生產被壓在商品價值鏈的低端。這種小規(guī)模的農業(yè)生產模式嚴重影響了智慧農業(yè)的發(fā)展。
、蒉r業(yè)發(fā)展的綜合化機械水平有待提高農業(yè)發(fā)展的機械化是智慧農業(yè)發(fā)展的重要物質基礎。2013年,我國農作物耕種收綜合機械化水平達到59.5%,農業(yè)機械化水平有了大幅度的提高。但是農業(yè)發(fā)展綜合機械化水平仍然面臨困難。由于地區(qū)之間、民族之間經濟和自然條件等方面的差異,農業(yè)綜合機械化水平發(fā)展不平衡;農業(yè)機械化結構不合理;農業(yè)機械化面臨的自然資源緊缺和生態(tài)環(huán)境的破壞等,這些問題嚴重影響了未來農業(yè)發(fā)展的方向。
。2)農業(yè)信息化發(fā)展環(huán)境存在的問題
、僬J識不到位由于我國農業(yè)農村信息化發(fā)展處于起步階段,一些地方農業(yè)部門尚未認識到加快推進農業(yè)農村信息化的重要性和緊迫性,尚未認識到發(fā)展農業(yè)農村信息化是轉變農業(yè)發(fā)展方式,實現(xiàn)城鄉(xiāng)統(tǒng)籌,促進農民增收的重要手段,導致一些地方對發(fā)展農業(yè)農村信息化的積極性不高,投入力度不夠,措施不力。智慧農業(yè)發(fā)展迫切需要一批高素質的農業(yè)科研人員和農業(yè)科技推廣人
、谡卟幻鞔_農業(yè)農村信息化是一項惠及億萬農民的公益性事業(yè),亟待各項政策扶持。我國目前尚沒有專門針對農業(yè)農村信息化的政策法規(guī),各地缺乏面向農業(yè)企業(yè)、農民專業(yè)合作社、農民的各種優(yōu)惠政策,導致各地發(fā)展農業(yè)農村信息化的動力不足。
、蹤C制不靈活我國農業(yè)農村信息化發(fā)展尚沒有形成長效的運營機制,政府、農業(yè)企業(yè)、電信運營商以及IT企業(yè)等主體在農業(yè)農村信息化推進過程中的角色定位不夠明確,政府不夠主動,企業(yè)不夠積極。如何建立并完善農業(yè)農村信息化工作的長效運營機制是當前我國農業(yè)農村信息化推進工作面臨的一大難題。
、芄芾聿灰(guī)范我國農業(yè)農村信息化建設多頭并進,為信息化的發(fā)展注入了生機與活力,但也不可避免地出現(xiàn)了條塊分割、各行其道的局面,信息孤島現(xiàn)象嚴重。同時,由于缺乏相應的農業(yè)農村信息化標準規(guī)范,導致農業(yè)農村信息化推進工作職責不明、管理不力,運行不暢,建設無序。
。3)農業(yè)信息技術應用存在的問題
、偌夹g不成熟目前,我國農業(yè)信息技術產品主要產自高校和科研院所的實驗室,科研成果轉化率和產業(yè)化率不高,集成示范應用力度不夠,農業(yè)生產經營信息化所需的低成本、高質量的信息技術產品嚴重滯后,阻礙了我國農業(yè)信息技術的應用與推廣。取得廣泛應用的技術條件還不成熟,目前物聯(lián)網技術發(fā)展勢頭良好,但仍處于起步階段,技術研發(fā)和標準均需突破。雖然隨著寬帶技術、3G技術、智能終端的普及,突破了物聯(lián)網應用瓶頸,物聯(lián)網技術已在食品溯源、環(huán)境監(jiān)控、設施農業(yè)等方面得到應用。但真正實現(xiàn)物聯(lián)網技術在智慧農業(yè)中的廣泛應用還有差距。目前,物聯(lián)網技術在農業(yè)領域應用涵蓋了農業(yè)資源利用、農業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、農業(yè)生產經營管理和農產品質量安全監(jiān)管,并在政策扶持、技術研發(fā)、示范應用、人才培養(yǎng)等方面積累了一定的經驗。但農業(yè)物聯(lián)網技術應用總體還處于初步應用階段,存在關鍵技術產品及集成體系成熟度較低、農業(yè)物聯(lián)網應用標準規(guī)范缺失、有效的運營機制和模式尚未建立、專業(yè)人才缺乏等問題,迫切需要國家開展農業(yè)物聯(lián)網技術應用示范項目,加快建設應用示范基地,深入開展相關技術研發(fā)和集成創(chuàng)新,探索產業(yè)化應用模式,制定農業(yè)物聯(lián)網應用標準規(guī)范,推進物聯(lián)網技術在農業(yè)領域的規(guī);藴驶、產業(yè)化應用。
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