智慧农业进入新一代人工智能与3S等技术集成应用时期，诸如：智能传感器技术突破了测土、测产瓶颈，田间作业机器人突破了劳动农民转身为监管人群的瓶颈，高分辨率遥感影像与智能化识别模式突破了大范围农情与灾情快速精确获取的瓶颈，无线网、大数据与云服务突破了自动推送农民急需信息的瓶颈，智能化农业结构优化延伸产业链突破了农民致富瓶颈，现代农业知识机器人提供贴身服务，3S技术集成应用突破了智慧农业管理瓶颈等。总之，新时代智慧农业技术再也不会可望不可即，它一定会提升农业、致富农民。

　　农业机器人让劳动者转身为监管者

　　现代农业知识系统集成了农业产业链各个环节（生产、加工、流通等）的理论知识与实践经验，农业知识机器人能够陪伴您的左右，针对您提出的各类问题随时提供科学解释，全面提升农业经营者智慧；果品采摘机器人既快又避伤残；农机自动驾驶与农机具自动控制系统实现了精准投放与精准收获；测土机器人替代人工挖土与分析测土漫长过程等。总之，农业机器人愈来愈多，服务面愈来愈广，新一代知识型农民将逐步转身为现代农业监管人员与农村高端群体，农民职业备受尊重，农民生活远优于城里打工人群。

　　遥感技术成为农民千里眼

　　国产高分辨率卫星遥感可以获取0.5米地面信息，大范围农作物苗期、成长期、花穗期、成熟期以及自然灾害等实况，依靠影像处理系统与智慧识别模型，有可能在24~32小时内提供各种农情评估、空间分布等信息直接服务农民，例如出苗率、长势、生物量、成熟度等，可以推送到您的手机。同时，还可用无人机完成紧急巡视服务，以及建立智能手机监测网络，依靠WebGIS云端服务，提供4~8小时田间作业指导服务等。

　　大数据云服务推送农民急需信息

　　依靠物联网、大数据与云服务系统，实现农情、灾情、市情等远程监测、快速传输、实时处理，以及日常农事安排、新技术、新农资等农民关切的信息均可及时直接推送到农民、家庭农场、国营农场等经营主体的手机，例如：（1）主动推送农情/灾情/虫情/市情信息；（2）应急巡视提供避灾、抗灾、救灾指导服务；（3）日常生产指导服务（农事安排、远程监控、农机调度与进程监管等）；（4）及时推送市场信息，让农民不再为产品销售难而发愁；（5）咨询推送新技术(生态种植业/健康养殖业/农副产品加工业等)；（6）适时推送新品种/新肥料/新农药。

　　智能化农机装备——农机手转身监管者

　　农业机械化一定是智慧农业的基本前提之一，目前已经突破了拖拉机自动驾驶系统，精准平地系统，还在突破农田投入品（固体、液体）精准投放以及精准收获测产等技术瓶颈，正在走向田间作业可视化管理的实用阶段，其管理功能包括：（1）精准导航，提供最佳垄向开掘导航路径，实现光热资源利用最大化，促进增产；（2）作业记忆，共享多辆农机路程信息，避免重复作业或遗漏；（3）精准平地，确保水田或旱地平整水平，节省灌水量，及时排水，实现节水增产；（4）精准投放，提供精准播种、施肥、喷药等变量专业；（5）精准收获，提供网格级别产量监测与水分饱和度监测；（6）进程监管，提供农机作业进程的实时管理；（7）科学调度，根据成熟度确定收割程序调度农机，提高农机利用效率。

　　智能化农业结构优化——加速产业链延伸

　　借助多目标智慧评估模型以及对弈式智慧操作策略，基于供需平衡进行需求预测，确定结构优化的多个目标和约束条件，充分利用多种作物耕地类型资源，充分发挥决策人员智慧与经验，快速产生年度种植计划方案，或提供3~5年规划种植方案，指导农民、家庭农场、国营农场等农业生产经营主体制定科学合理的年度种植计划，如此，不仅能够降低产品销售难的现象，更为重要的是创建起符合各地实情的产业链，当前最为急需的是各地区的“粮经饲”三元结构优化，确保粮食供需平衡，扩大经济作物，大力发展饲料作物与养殖业，从而可以发展加工业，延伸产业链，实现农业增值与农民致富。

　　大田农业物联网助推建设现代农业

　　“田联网”助推大田农业管理智能化

　　建立田块级别农情监测网，例如智能手机监测网，可由各地信息员或技术特派员，实施农作物生长期内关键期的近距离拍照与数据上传，依靠无线网和WebGIS平台及时接收照片和数据，实现快速定位、计时、分析与制图等，提供各个地块种植品种和播种日期，出苗率和高度、分蘖数与高度、拔节数与高度、长势与绿色度、开花时间与花蕾数、果实数与千粒重、成熟度与收割时间等大范围农情地图和数据分析，管理人员可以一目了然地了解各地作物长势和指导性意见，实现4~6小时农情管理与决策指挥服务周期。

　　“水联网”助推灌溉与实时排水智能化

　　灌溉农业地区的灌排水网络，尤其是水田地区灌排水系统，通过安装传感器与调控装备，以实现及时灌排水及调控流量，确保田间水分保函度。水联网成为实现远程调控灌排水流量的基础平台，实现节水和保作物生长的双重效果。

　　“机联网”提升智能化农机作业效率

　　即所有农机、运输车辆均装备精确定位和导航装置，实时提供机、车位置，实现远程监控与调度、自助导航与进程管理等，提高机、车运行效率。

　　智慧农业核心技术正在突破

　　自动控制技术

　　自动驾驶系统：提供高精度定位，自动转向、自动导航、重复控制等。

　　农机具自动调控系统：辅助导航功能，能够确保复杂地形环境下农具导航精度，减少农具偏移影响；喷杆调控装置，能提高种子和肥料投放的准确性。

　　田间投放控制系统：即提供区段控制和变量应用控制系统，可以避免种子、肥料的重覆投放，控制物料的应用量，监测种子投放数量或肥料阻断情况。

　　激光平地系统：平整耕地，对于提高旱田或水田作物的光、热、水资源利用率十分重要。基于激光和电液控制技术的国产自动平地控制系统，已经具有精度高，电液控制精准，性能稳定，易于操作，防尘防水，抗震耐用的优点。用于高标准土地平整，精度高达±2cm，以便于节水灌溉，均匀施肥，增加土地产出。

　　智能传感器

　　测产传感器：精确测产传感器能够实时提供收割机运行过程中的产量记录，提供绘制当年产量分布图，达到网格级密度，既为当年计算田块投入产出提供精确产量数据，又为来年精准施肥方案提供网格级产量差异，即利用产量差异来模拟基肥投入模型。

　　测土传感器：精确、快速监测田块内部的土壤差异，包括氮磷钾、微量元素和重金属等污染元素，提供精确施肥、土壤修复与污染防治依据。如果能够在大范围内采用测土机器人完成测土工作，就能快速集成并编制土壤肥力与水分分布图，包括重金属等污染分布图，对于指导各地区农田施肥与污染防治具有十分重要的作用。

　　智慧农场管理方案

　　农场信息管理系统

　　建设数字农田，利用GIS平台，采集田块边界矢量数据，设定田块ID，提供至少三年以上田块种植品种及其投入产出数据，实现田块级别预算、决算与年度效益评价；建设数字农场，依靠无线网、定位导航装置与WebGIS平台，连接整个农场的软件和硬件，使信息在办公室、车辆、手持终端之间准确地传输，从而提高作业效率和决策指挥效率；农场管理人员可以看到实时的车辆位置图，以帮助管理车辆，还可以在车辆进入限制区域时接受报警信息；提供农场综合信息管理方案，包括田间与办公室整套的智慧农业解决方案，以及账目管理、绘制地图、水管理、移动手持电脑等子方案。

　　农田投入品精准投放

　　种子、肥料、农药、水等大田农业投入品，区分为固体与液体两类：基肥与种子相拌为固体状，追肥、农药或水为液体类；依靠田间作业GIS管理方案、农机具自助精准调控装置与作业处方图，实现多机作业路径记忆与共享，避免重复或遗漏，实现精准投放。

　　精准收获解决方案

　　通过精确行间导航与自动驾驶系统，使联合收割机始终行进在行的中间；依靠测产传感器（含水分饱和度测试）收获时收集不同品种的作物产量及含水量数据；制作产量分布图和水分分布图，反演耕地肥力以准备来年施肥方案；使用车辆同步功能，车辆之间共享作业路径信息，还可把数据无线传输到办公室分析。

　　水管理（排灌）系统

　　主要针对水田或灌溉农业地区旱地，依靠水联网实现精准排灌；精准平地与排灌系统建设，确保农田缺水时，实现优化水的使用量；在水过多时，执行排水系统来控制用水量；国外经验可以提高25%产量、减少30%用水量。

　　作者单位：中国科学院地理科学和资源研究所