智慧农业小镇建设模式研究

实施乡村振兴战略是党的十九大做出的重大决策部署。 发展特色小镇是落实乡村振兴战略的重要内容。当前，发展 特色小镇仍须进一步强化顶层设计。智慧农业小镇的建设能够给农民提供一个更美好的生活和工作环境，为企业创造一 个更有利的商业发展环境，为政府构建一个更高效的城镇运营管理环境，对推动乡村振兴、打造美丽乡村具有重要推动作用。

一、研究背景

智慧农业的典型应用模式是以农业物联 技术感知农业 生产现场数据，通过云计算、大数据等手段进行农业生产 的智能决策。

信息化是充分利用信息技术，开发利用信息资源促进信息交流和知识共享，提高经济增长质量，推动经济 会发展 转型的历史进程。农业信息化是指在农业领域全面发展和应 用现代信息技术，使之渗透到农业生产、经营、管理与服务 以及农村 会、经济、生活等各具体方面的全过程。信息技 术和农业技术集成产生了众多应用程序，这些应用程序几乎 包含农业产业链中所有信息化程序 ，这些信息化程序对 农业现代化的发展起到了巨大的推动作用。因此，发展农业 信息化是智慧农业发展的必要手段。

智慧农业小镇通过互联 、物联 、移动 络、信息进 村入户等基础建设实现农业互联 、农业示范基地、农产品 加工、休闲农业、农村金融、政务服务等一、二、三产业有机融合，一体化发展。因地制宜建设“三区一园一体”，将 农业投入品管控、农业生产、农产品深加工、物流运输、食 品溯源、农产品线上线下销售等环节有效联结，实现农业生 产经营方式、农民生活方式、农村人居环境三大改变 ；实现 基础设施、产业水平、农民收入、农村文明素质四大提升 ； 助推乡镇农民致富、农业增效、农村发展。

“三区一园一体”是智慧农业小镇农业产业内涵，根据 小镇当地种植农产品，建设不同的农业园区，主要包括粮食 生产功能区、特色农产品优势区、休闲农业区、现代农业产 业园和田园综合体。根据当地环境，引导种植结构的调整， 将“互联 + 农业”和“物联 感知”理念和技术贯穿农业 生产、经营、服务全产业链。

国内智慧小镇发展现状

近两年来，我国特色小镇迅速崛起，从传统产业到新兴 产业，从实体企业到金融机构（银行、基金公司、信托公司、 证券公司、保险公司等），从投资者到中介机构……。总体 来看，特色小镇建设正成为当下我国的经济新热点而迅速崛 起。热潮之下，特色小镇已不再是一个普通的经济学概念或 行政学概念，而是一个实实在在的集产业、文化、旅游和 区功能于一体的经济发展引擎。规模化、品牌化、集约化、 产业化方面都有很大的发展空间。

区域基础设施和公共文化服务设施建设投资增长迅速， 为升级建设智慧农业小镇提供了一定的基础条件，但信息技 术与农业结合产生的问题亦不在少数。模式创新多、可复制 推广少，考虑到环境、人才、成本、政策等因素，很难大量 推广应用。新兴技术应用范围、应用效果有待提高，物联 、 大数据、云计算、机器学习、传感器、AI 等部分技术在信息技术行业已经比较成熟，但移植到农业领域中很多技术的应用效果难以令人满意。从农业大数据技术来看，农业大数据的重要性得到了普遍认可，但目前农业历史数据资源整合较为困难，实时数据感知获取受资金、技术、人才等 诸多因素限制，大数据处理技术中的数据挖掘和智能分析有 待进一步提升。从农业云计算技术来看，数据获取、数据存储、数据处理和数据应用在“云”的硬件、软件和服务方面， 农业云计算和其他领域云计算无差别。由此可以判断，农业 云计算和工业云计算基本同步。较小的农业数据量，较 低的数据化程度与农业农村信息化水平制约了农业云计算的 应用前景。

在规模化、品牌化、集约化方面取得一定成绩的小镇， 在产业化方面略显不足。主要影响因素包括生产方式更传统， 以小农经济或合作 为主，流通环节落后，品质提升、品牌 推广力度不足，深加工行业欠缺，农业观光、体验、休闲等 第三产业开发欠佳等。

二、目 标

探索目标 通过智慧农业小镇建设规划，探索农业信息化建设模式， 在推动互联 与产业特色融合，因地制宜、凸显特色、以经 济效益为中心，经济、 会和生态三大效益并举，统筹规划 及阶段推进方面进行了一些模式探索。

建设思路 农业特色智慧小镇将以田园综合体建设为抓手，以三产 融合发展为着力点推进工业化、城镇化、农业现代化进程， 突出项目建设、城镇化建设及农民增收等重点工作，推广“绿 色生态食品”效应，打造一、二、三产业融合发展的载体， 拉伸农业产业链，做大绿色生态食品深加工，将特色产品升 级为特色产业，打造集现代农业、休闲旅游、循环农业、创 意农业、农事体验于一体的田园综合体和乡村旅游综合体， 实现“村庄美、产业兴、农民富、环境优”的目标，提升群 众生活舒适度和幸福感。

农业特色智慧小镇建设模式为一个平台、二个中心、N 个 系统 ：（1）一个平台是指构建一个农业信息化综合服务云平台， 集服务平台、管理平台、产业平台、运营平台为一体的智慧 小镇运行体系 ；（2）二个中心是建设农业大数据中心和运营管控中心， 为建设农业特色智慧小镇奠定软件、硬件基础，并为小镇运 营、管理和决策提供支持 ；（3）N 个系统是若干个应用系统，涵盖农业生产、生态 环境监测、交通气象服务等方面。

3 技术支撑架构设计

3.1 平台与中心设计

（1）建设一个云服务平台。政府、企业、农户、专家等 人员和农业服务都在一个大的农业信息化综合服务平台上运 行，实现政府决策、指挥调度、大田监测、生产管理、设施 监控、远程诊断、远程控制、专家系统、产品追溯、信息查询、 视频监控等服务功能，并可对综合服务平台用户进行统一认证和管理、提供决策服务和农业生产专业指导。为政府部门 提供农业种植的宏观数据情况、农业视频图像监测、农业指 挥调度服务，通过远程农业专家为小镇的农业生产活动提供 精准的诊断指导。

（2）建设一个农业大数据中心。基于私有云运维模式提 升系统灵活性与数据独立性。承担物联 系统数据的采集、 存储和分析等功能，为农业信息化综合云服务平台和应用系 统提供必要的硬件设备、软件支撑系统和数据服务接口。

（3）建设一个运营管控中心。为智慧小镇的运营、管理 和决策提供支持。

3.2 云服务平台

小镇特色农业信息化云服务平台致力于向用户提供一个 综合性的应用管理与服务平台，结合现代化信息手段，将小 镇互联 农业建设范围内各子系统与服务系统整合到统一的 平台下，使整个小镇的监控管理系统有机整合，通过农业大 数据中心对各子系统的数据进行对接处理，从而更有效的对整个小镇农业进行科学管理。该平台主要实现信息采集录入、生产环境监测、远程视频监控、标准生产管理、远程专家诊断、 远程智能控制、产品安全追溯、农情信息发布、农技指导咨 询等信息和服务功能。对农作物生产种植、加工、追溯等环 节进行资源整合，并进行统一调配，通过视频和传感设备达 到各环节的实时监管。平台功能如图所示。

3.3 云数据中心 农业特色智慧小镇云数据中心基于私有云运维模式，承 担物联 系统数据的采集、存储和分析等服务功能，建立基 于农业物联 和互联 的农业生产数据采集体系，以及农业 相关业务数据、专题数据、可视化数据等，形成农业大数据， 提供大数据分析服务，并为农业综合云服务平台和应用系统 提供必要的硬件设备、软件支撑系统和数据服务接口。云数 据中心结构如图 2 所示。

3.4 智慧农业应用系统设计

3.4.1 水肥一体化自动灌溉系统 水肥一体化自动灌溉系统是建立在灌溉水利学基础之 上，由水肥一体化智能监控系统与灌溉系统相结合，根据作 物的需水、需肥规律和土壤水分、养分状况设定配方施肥比 例，将肥料和灌水一起适时、适量、准确地输送到作物根部 土壤，供给作物吸收，帮助生产者足不出户实现水肥一体化 监测、控制和管理，达到节水、省肥、增产的目的。系统由 监控平台、数据采集终端、灌溉控制器、视频监控、施肥一 体机、过滤系统、电磁阀、流量计、压力传感器、田间水管 线等组成，可应用于大田、温室、大棚、果园等种植灌溉作业。

水肥一体机是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术。借 助压力灌溉系统将可溶性固体肥料或液体肥料配兑而成的肥 液与灌溉水混合，并根据作物的需水、需肥规律和土壤水分、 养分状况，设置周期性水肥计划，均匀、准确地将水肥输送 到作物根部土壤。

3.4.2 农情智能监测系统设计 大田种植农情智能监测系统主要是对农业生产种植过 程中的“四情”（墒情、苗情、病虫情、灾情）进行全程监 测，对大田作物各生育阶段的长势长相进行动态监测和趋势 分析，对大田作物生产、田间管理进行快捷高效的调度指挥， 提高精细生产和田间管理能力，及时发现生产中存在的问题， 制定大田作物田管技术对策，提出田管意见或建议，更好地 开展技术指导，促进增产增收。

系统功能主要通过智能监测站、农技人员上传速测仪和实验室数据、农户上传实景数据实现。本系统中的农情信息 包含土壤墒情、农田小气候、作物长势、病虫情、土壤养分 情况。其中土壤墒情和农田小气候可通过农田智能监测站进 行在线监测，作物长势、病虫情可通过人工拍摄图片、高清 相机、孢子捕捉仪和虫情测 灯检测并通过平台 / 手机 APP 上 或者通过实景观测，土壤养分含量可通过速测仪器进行 监测并通过平台或手机 APP 上 。另外，校准数据可通过实 验室化验实现对监测数据的校准，并通过平台上 。

3.4.3 温室大棚环境监控系统 温室大棚环境监控系统利用现代信息技术和物联 技术 让温室大棚变得“智慧”，即准确掌握温室大棚内农作物生 育进程和生长动态，对温室大棚内农作物的生长环境以及农 作物各生育阶段的长势长相进行动态监测和趋势分析，提高 温室大棚精细化种植生产能力，及时发现种植生产中存在的 问题，制定温室大棚内农产品精细化技术对策，提出温室大 棚精细化种植生产意见或建议，更好地开展技术指导，促进 企业及农户增产增收。系统适用于蔬菜、水果、食用菌等各 类温室大棚种植的精细化种植管理。

系统根据不同类型温室大棚和生产管理要求，结合温室 大棚作物种植特点、分布特点，运用传感器 络实时采集农 业生产过程中的温度、湿度、光照、二氧化碳、土壤墒情等 环境因子信息，全面掌握温室作物种植过程信息，为温室大 棚智能化管控提供辅助决策指导，实现农业生产的精细化管 理与精准化作业。

3.5 生态环境监测系统设计

3.5.1 大气环境监测系统 由于人类 会、生产活动向大气中排放大量的有害物质， 使一定范围内的大气中存在一种或数种污染物质。当其达到 一定数量（浓度）并持续一定时间时，破坏了大气正常组成 的物理、化学和生态平衡体系，影响工农业生产，对人体、动植物产生不利影响和危害。引起大气污染的主要有害物质 包括含硫化合物、含氮氧化剂、含碳化合物、颗粒物等。

大气环境监测系统在区域内布点设置子站（子站数量根 据当地情况而定），安装环境监测设备，实时监测大气环境。 监测设备将监测的数据实时传送到当地监控中心，中心可通过系统实时监测终端监测辖区内分布的各监测点的实时动态 数据并记录，建立监测系统数据库。根据历史记录数据和分 析结果预测、预 辖区环境污染状况及发展趋势，为有效控制辖区内环境状况提供科学依据。

3.5.2 土壤污染监测系统 土壤污染是指各种外来物质进入土壤并累积到一定程 度，超过土壤本身的自净能力而导致土壤性状变劣、质量下 降的一种现象。土壤污染物大致可分为无机污染物和有机污染物两大类。无机污染物主要包括酸、碱、重金属、盐类及 放射性元素铯、锶的化合物，含砷、硒、氟的化合物等 ；有 机污染物主要包括有机农药、酚类、氰化物、石油、合成洗 涤剂以及 3，4- 苯并芘与城市污水、污泥及厩肥带来的有害 微生物等。有害物质或其分解产物在土壤中逐渐积累通过“土 壤→植物→人体”或通过“土壤→水→人体”途径间接被人 体吸收，危害人体健康。

土壤污染监测系统利用便携式土壤重金属速测仪对各类 土壤进行多元素分析，根据量子力学原理进行土壤重金属含 量的定性区分和定量分析。对测量结果进行信息化系统管理、 分析、评价，完成区域内土壤重金属污染监测数据的更新、 查询、统计分析和制图制表等工作。

3.5.3 水质在线监测系统 水质在线监测系统以在线自动分析仪为核心，运用现代 自动监测技术、计算机应用技术、现代通讯技术、专用分析 软件所组成的一个综合性在线监测系统，能够实时、连续监 测和远程控制，及时掌握重要水域、水源、水体的水质状况， 预警预 重大水质污染事故。同时，其还可在发生水质污染 时及时通 政府相关部门，启动相应的应急预案，确保水资 源安全。

3.5.4 秸秆焚烧视频监控系统 秸秆焚烧视频监控系统通过在区域范围内的制高点安装 高清、全方位的数字摄像机对烟雾和火苗进行跟踪监测而实 现，此举对提高群众的环境保护意识具有较好的指导意义。

3.6 交通气象服务系统设计

建设由若干个不同要素、不同特点的气象传感器组成的 交通气象监测站，对公路沿线的气温、相对湿度、风向风速、 能见度、雨量、路面状况（路面温度、湿滑程度）以及天气 现象等进行监测，构建公路气象监测预警系统，着重监测局 部地段、关键地段的异常气象状况和道路路面状况变化，并 将监测信息及时传送到监控中心，为管理部门提供实时的决 策科学依据 ；在恶劣或极端气象条件下能及时发出警示信息， 以多种方式告知管理人员和驾乘人员，以提高公路的安全行车水平。

3.7 效益分析

3.7.1 经济效益

（1）缩短生长周期，优化产品质量。通过智能化检测控制系统，使温室温度、湿度、光照等要素时刻控制在允许偏 差之内，确保温室中的各项环境要素处于农作物生长最佳状 态，从而使农作物较好地生长发育，缩短生长周期，运行于 经济节能状态。农产品产量和品质均有较大提升，产品销价 提高，达到增收目的。

（2）带动小镇经济发展。一方面，通过打造自身特有品 牌，借助线上电商平台、线下市场、新型菜市场、生态超市 交易，促使产品销售量上升 ；另一方面，通过农村休闲旅游、 农业民宿、农家乐、文旅产业等方式盈利。

（3）节省大量劳动力。农业物联 实现了环境调控的自 动化，自动采集种植环境数据（空气温湿度、土壤温湿度、 光照强度、室内二氧化碳含量）和视频图像信息，并发送到 计算机，为技术员提供及时、准确的植物生长环境信息，发 现病虫害后准确判断大棚即时环境条件，实现相关技术参数 的自动实时存储 ；大幅提升管理效率，实现人力资源、生产 资源的双重减负。

（4）新型农民培训。农业特色小镇的建设完成和智能化 农业设备将吸引媒体和同行业人员的关注，建设新型农民实 训基地，开展新型农民培训，按比例将总体培训费用中的部 分收益作为培训收益。

（5）节能效益。可通过智能系统提升温室大棚内温湿度 控制精度，但温湿度变化与设施节能紧密相关，普通温室大 棚由于未安装智能传感器系统，往往出现温湿度过高或过低 现象，浪费水、电、燃油等。而采用物联 系统的智能温室 其湿度、温度精度和分辨率都达到较高水平，监控外部参数， 按照设定自动调节温湿度，耗能量节省超 20%。

3.7.2 会效益

（1）体现了科技兴农。提高农户从业水平，为农户增产 增收提供有效途径。在建设实施过程中，现代市场经济意识 和先进的生产经营观念将逐步渗透到人民群众的意识之中， 广大农民群众的生产观念和经营观念将得到更新和进步，市 场意识和竞争能力得到锻炼和提高。

（2）保持城乡 会稳定。按照“供给侧改革”思路，在 小镇以特色农业作为产业引擎，建设大型农业基地，将当地 及周边农民就地转化为现代农业工人，既保留乡村的淳朴， 同时又为它重新注入经济活力，把城市的财富持续输入乡村， 加入乡村经济生态的闭环，消除城乡二元对立，提高生活水 平，增加农民就业机会，吸收闲置劳动力。

3.7.3 生态效益

农业物联 系统的应用在一定空间用不同功能的传感器、探测头准确采集设施内作物肥、水、温、光等环境因子， 根据作物对因子的需求，将这些因子协调到最佳状态，能够 有效减少生产过程中化肥、农药的施用量，减少环境压力。通过节约水资源、降低能耗、减少农药使用次数从而减少了 对环境及水体的污染，提高农产品质量，从源头解决食品安全问题。同时，项目实施过程中，对水质及土壤质量进行定 时检测，保护和改善农业生态环境，保障农业生产持续、稳定、 健康发展，生产绿色、生态、环保的农产品。 农业特色智慧小镇利用自身的生态资源打造休闲农业 区，赋予休闲旅游、体验旅游、亲子游等更加多元化的旅游 功能，对提高居住环境绿化水平有很大的促进作用。

通过生态环境监测系统建设和对中低产田的综合治理可 以有效改善气候条件，涵养水源，控制水土流失，增加土壤 肥力，促进生态环境的良性循环，提高抗自然灾害能力。通过有效增加基本农田数量和中低产田改造，实现防风固沙、 防止水土流失、恢复生态环境、净化空气、调节地方小气候及生物多样性的目的

4 农业信息化带来的变革

（1）提高农业生产经营效率 ：基于精准的农业传感器进 行实时监测，利用信息化技术进行多层次分析，并将分析指 令与各控制设备联动完成农业生产、管理。智能机械代替人 的农业劳作不仅解决了农业劳动力日益紧缺的问题，减少人 力物力的投入，更实现了农业生产高度规模化、集约化、工 厂化，提高了农业生产对自然环境风险的应对能力，使弱势 的传统农业成为具有高效率的现代产业，大幅提高农业生产 效率，提升农产品品质。

（2）提升农产品附加值 ：在生产管理环节实现精准灌溉、 施肥、施药等，在保证绿色健康的同时提升农产品品质 ；在 运输环节，确保温湿度等储藏环境因子平衡 ；在销售环节， 通过电子码为进入市场的每一批次产品赋予“身份证”，消费者可以随时随地追溯农产品的生产过程，实现农产品从 田间到餐桌全生命链条的质量安全监管 ；从农产品安全保障 和提升农产品品质两方面增加农产品附加值，提升客户满 意度。

（3）有力变革农业管理和服务模式：管理部门依靠公共服务平台的数据和分析服务进行科学决策，改变盲目性较强 的行政手段管理。农业生产者可以从公共服务平台上随时随 地获取所需的数据分析结果和专家指导服务，驱动农业管理 和服务模式进入“智慧时代”。

（4）彻底转变农业生产者、消费者观念和组织体系结构。：完善的农业科技和电子商务 络服务体系使农业相关人员足 不出户就能够远程学习农业知识，获取科技和农产品供求信 息 ；专家系统和信息化终端为农业生产者指导农业生产经营 方式，改变了单纯依靠经验进行农业生产经营的模式，彻底 转变了农业生产者和消费者认为传统农业落后、科技含量低的观念。另外，智慧农业阶段，农业生产经营规模越来越大， 生产效益越来越高，迫使小农生产被市场淘汰，必将催生以 大规模农业协同为主体的农业组织体系。

（5）有效实现产品质量监管，防止产品质量问题对 会 造成不良影响：无论企业还是政府部门都在不断加大力度推 动生产、流通领域建立质量安全追溯体系。

智慧农业小镇的建设实施不会对乡镇的环境产生污染和 生态平衡造成破坏，且有益于环境保护。自 20 世纪 70 年末， 因化肥、农药、除草剂、农膜的大量使用，使农田里充满了 各种污染物，耕地肥力明显下降。因此必须通过发展现代农 业，将农田等生产单位和周边的绿色生态环境视为整体，并 通过对其物质交换和能量循环关系进行系统、精密计算，保障农业生产的生态环境在可承受范围内减少农业生产对环境 造成的负担，确保农业生产的可持续增长，将平安城市、雪 亮工程与农业信息化相结合，配合生态环境监测控制、水利 和林业覆盖面积监测，实现未来数字乡镇化管理，从而打造 真正的美丽农村。

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