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★ 武漢智菱物聯(lián)科技有限公司

1　背景

隨著互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通訊、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，城市運(yùn)行的各方面與數(shù)字化已經(jīng)深度融合，并走過了將近20年的過程。城市數(shù)字化已經(jīng)覆蓋了政府、企業(yè)、個(gè)人主體在交通、環(huán)保、水務(wù)、種植、養(yǎng)殖、樓宇、家居、消費(fèi)、停車、房產(chǎn)、教育、醫(yī)療、制造、稅務(wù)等等場(chǎng)景的所有行為過程。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為產(chǎn)業(yè)繁榮發(fā)展、生活健康便捷、治理精準(zhǔn)科學(xué)提供了不可或缺的保障。

農(nóng)業(yè)與農(nóng)村一直以來是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要主題，是國家安全、穩(wěn)定與人民生活品質(zhì)提升的主戰(zhàn)場(chǎng)之一。減小城鄉(xiāng)差距、發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、培養(yǎng)新時(shí)代農(nóng)業(yè)從業(yè)者、振興鄉(xiāng)村是我國的基本國策。農(nóng)村的發(fā)展與治理與城市一樣面臨著產(chǎn)業(yè)、生態(tài)、文化、組織與人才等方面的諸多挑戰(zhàn)。甚至因?yàn)槿丝谀挲g結(jié)構(gòu)、受教育程度、產(chǎn)業(yè)化水平、地域分散、機(jī)械化與現(xiàn)代化程度、自然條件依賴性等因素的影響，政府的農(nóng)業(yè)、農(nóng)村及農(nóng)民工作所面臨的挑戰(zhàn)比城市更加嚴(yán)峻和棘手。

可以預(yù)見，作為現(xiàn)代社會(huì)治理的重要工具，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)于農(nóng)業(yè)農(nóng)村振興與發(fā)展將發(fā)揮更加顯著的推動(dòng)作用。但農(nóng)村相對(duì)城市在資金、產(chǎn)業(yè)、資源、人口素質(zhì)等方面存在著巨大的劣勢(shì)，導(dǎo)致在信息化、數(shù)字化革命如火如荼的今天，城鄉(xiāng)之間出現(xiàn)了嚴(yán)重的數(shù)字化鴻溝。在城市中，政府依托數(shù)據(jù)中心、電子政務(wù)、稅務(wù)系統(tǒng)等數(shù)字化工具開展有效治理；企業(yè)依托電子商務(wù)、制造系統(tǒng)、財(cái)務(wù)系統(tǒng)、人力資源系統(tǒng)管理人、財(cái)、物和訂單；個(gè)人依托線上購物、O2O應(yīng)用、電子支付系統(tǒng)體驗(yàn)著衣食住行等多方面的便利，但農(nóng)業(yè)農(nóng)村在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的普及與應(yīng)用，無論是政府管理部門還是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)主體和農(nóng)民，都存在著較大差距，這些差距制約著治理有效性、科學(xué)性的提高，制約著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)主體的精準(zhǔn)、高效管理與創(chuàng)新，制約著新農(nóng)人打破固有思維，融入創(chuàng)新與發(fā)展的時(shí)代洪流。消除城鄉(xiāng)數(shù)字化鴻溝，應(yīng)當(dāng)成為鄉(xiāng)村全面振興新征程的重要任務(wù)之一。

2　鄉(xiāng)村振興與數(shù)字化路線

鄉(xiāng)村振興工作將是不斷嘗試、評(píng)估、總結(jié)、調(diào)整再嘗試的過程，它與數(shù)字化治理系統(tǒng)技術(shù)路線高度一致，因此可以提出如下建議，科學(xué)推進(jìn)鄉(xiāng)村振興工作的有序開展。

首先將農(nóng)業(yè)農(nóng)村涉及的土地、房屋、道路、設(shè)施、氣象、作物、動(dòng)物、水、肥、藥、飼料、裝備、人員、組織、企業(yè)、院校、政府機(jī)構(gòu)、市場(chǎng)交易等全要素通過移動(dòng)終端、感知網(wǎng)絡(luò)、遙感衛(wèi)星等工具與手段進(jìn)行全面數(shù)字化。

構(gòu)建大數(shù)據(jù)中心，通過不同類型數(shù)據(jù)的相互關(guān)聯(lián)與分析，面向種植與養(yǎng)殖過程，構(gòu)建不同品種、不同環(huán)境、不同生產(chǎn)工具的種植養(yǎng)殖模型；面向一二三產(chǎn)業(yè)多元主體間協(xié)作過程，積累建立信息分發(fā)與交易過程模型；面向農(nóng)產(chǎn)品與服務(wù)市場(chǎng)交易與運(yùn)行過程，建立動(dòng)態(tài)市場(chǎng)預(yù)測(cè)模型；面向地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展與宏觀經(jīng)濟(jì)指標(biāo)變化過程，建立產(chǎn)業(yè)預(yù)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型。

農(nóng)業(yè)農(nóng)村全面數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)掌控、多維度模型的建立與不斷迭代，為鄉(xiāng)村振興工作帶來詳實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與科學(xué)的決策支撐。通過政策引導(dǎo)、資金支持、文化宣傳、城鄉(xiāng)信息對(duì)接、項(xiàng)目策劃與建設(shè)實(shí)施、企業(yè)及人員的數(shù)字化管理、鄉(xiāng)村基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化運(yùn)維等多種手段，逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)高效發(fā)展、人才精準(zhǔn)培養(yǎng)、環(huán)境友好宜居、組織高效運(yùn)行的治理目標(biāo)。

相信鄉(xiāng)村振興工作與數(shù)字化技術(shù)路線的結(jié)合將不斷催生新思路、新模式、新方法，為鄉(xiāng)村帶來更多的新人才、新企業(yè)、新業(yè)態(tài)、新面貌。

3　面向農(nóng)業(yè)的新一代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將為鞏固拓展脫貧攻堅(jiān)成果與鄉(xiāng)村振興工作起到重要支撐作用，但并不能生硬照搬城市物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建方式，而是根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村環(huán)境、產(chǎn)業(yè)與市場(chǎng)現(xiàn)狀，根據(jù)鄉(xiāng)村振興工作的數(shù)字化技術(shù)路線，結(jié)合先進(jìn)的邊緣計(jì)算、融合化、通用化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、人工智能技術(shù)，創(chuàng)新開發(fā)與建設(shè)具有農(nóng)業(yè)農(nóng)村區(qū)域特點(diǎn)的新型物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與系統(tǒng)。

3.1　鄉(xiāng)村振興對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與系統(tǒng)的需求

鄉(xiāng)村振興工作涉及產(chǎn)業(yè)振興、生態(tài)振興、組織振興、人才振興、文化振興等眾多方面，線程多、場(chǎng)景多、主體多、學(xué)科多，其對(duì)應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與系統(tǒng)需滿足通用化、融合化、邊緣計(jì)算、數(shù)據(jù)統(tǒng)管、應(yīng)用多元的特點(diǎn)，才能真正適應(yīng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)生態(tài)，發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值。

（1）通用化

農(nóng)業(yè)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)場(chǎng)景與主體多元化帶來了過程數(shù)字化要求的不同，例如露天種植、山區(qū)農(nóng)業(yè)、大棚種植、畜牧、自然水體魚類養(yǎng)殖、高密度循環(huán)水魚類養(yǎng)殖、工廠化水培種植、菌類種植等等產(chǎn)業(yè)形態(tài)。為滿足多樣化生產(chǎn)場(chǎng)景，通用化便成為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的重要需求之一。不同環(huán)境、不同防護(hù)要求、不同傳感內(nèi)容、不同控制設(shè)備都需要在通用化物聯(lián)網(wǎng)終端上得以滿足和聯(lián)接。

（2）融合化

面向種植、養(yǎng)殖、農(nóng)機(jī)服務(wù)、精準(zhǔn)施肥、自動(dòng)加工、高效物流、節(jié)能倉儲(chǔ)等不同農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)不僅要具備通用化能力，還需將不同類型數(shù)據(jù)和設(shè)備協(xié)議進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化融合、因地制宜地選擇不同數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行數(shù)字化信息的融合傳輸、跨越不同系統(tǒng)邊界限制完成其融合管理，因此融合化是新一代面向農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的重要需求。

（3）邊緣計(jì)算

新一代面向農(nóng)業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)邊緣并不是簡單地將物理世界數(shù)字化并完成信息的傳輸，在面向大棚種植、精準(zhǔn)施肥、水產(chǎn)養(yǎng)殖、畜牧養(yǎng)殖、蟲情監(jiān)控等場(chǎng)景時(shí)，需要物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的邊緣物聯(lián)網(wǎng)終端根據(jù)科學(xué)種植、養(yǎng)殖、配肥等專業(yè)行業(yè)模型，實(shí)現(xiàn)本地采樣、本地運(yùn)算、本地決策，同時(shí)根據(jù)中心的要求不斷更新和迭代數(shù)學(xué)模型。因此新一代物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)終端應(yīng)當(dāng)基于邊緣計(jì)算架構(gòu)要求，依托云計(jì)算中心的機(jī)器學(xué)習(xí)和算法訓(xùn)練，完成邊緣計(jì)算，精準(zhǔn)管控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施設(shè)備，達(dá)到科學(xué)化種植與養(yǎng)殖的目的。

（4）數(shù)據(jù)統(tǒng)管

為避免出現(xiàn)城市數(shù)字化治理系統(tǒng)發(fā)生的信息孤島問題，新一代面向農(nóng)業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)具備數(shù)據(jù)統(tǒng)管的能力。系統(tǒng)應(yīng)將政府、產(chǎn)業(yè)、個(gè)人、市場(chǎng)、科研等場(chǎng)景與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和結(jié)構(gòu)化，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一、科學(xué)、有序的接入、存儲(chǔ)、管理與分發(fā)。

（5）應(yīng)用多元

新一代面向農(nóng)業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)在數(shù)據(jù)統(tǒng)管的基礎(chǔ)上，面向多元化農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)主體、政府和科研單位構(gòu)建多元化應(yīng)用體系，以滿足不同數(shù)據(jù)與應(yīng)用需求，發(fā)揮系統(tǒng)數(shù)據(jù)互通優(yōu)勢(shì)提升用戶粘性，形成“用得多就數(shù)據(jù)多、數(shù)據(jù)多就用得好”的良性循環(huán)。

3.2　面向農(nóng)業(yè)的新一代物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

面向農(nóng)業(yè)的新一代物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包含AIoT終端、感知核心網(wǎng)、數(shù)據(jù)中臺(tái)、開發(fā)者平臺(tái)和應(yīng)用倉庫五大核心構(gòu)建或組成部分。

（1）系統(tǒng)架構(gòu)

面向農(nóng)業(yè)的新一代物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)呈現(xiàn)出“3+1”架構(gòu)形式，即邊緣計(jì)算物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中臺(tái)、應(yīng)用倉庫加開發(fā)者平臺(tái)，如圖1所示。

圖1 新一代物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

上述架構(gòu)將物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中臺(tái)與多元化應(yīng)用倉庫解耦并分層建設(shè)、部署和應(yīng)用。當(dāng)任何一個(gè)系統(tǒng)需要進(jìn)行迭代與替換時(shí)，都不會(huì)對(duì)其他系統(tǒng)產(chǎn)生影響。另外，任何一個(gè)層級(jí)中的并列單元都可以無差別地共享訪問其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源。

（2）AIoT終端

AIoT終端是新一代物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)邊緣側(cè)的核心裝置，又稱為邊緣計(jì)算終端（Edge Computing Terminal）。邊緣計(jì)算終端需具備多樣化本地設(shè)備物理接入端口、傳感器與控制器驅(qū)動(dòng)與解析能力、邊緣計(jì)算算力、邊緣算法配置和迭代能力、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力、多種通信鏈路融合能力、中心化運(yùn)維與管理能力以及多樣性環(huán)境防護(hù)與適應(yīng)能力，如圖2所示。具備上述能力的AIoT終端能夠適應(yīng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)主體差異化場(chǎng)景、差異化感知與控制內(nèi)容、差異化智能分析與智能作業(yè)需求，最終實(shí)現(xiàn)面向農(nóng)業(yè)的新一代物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通用化、融合化、邊緣智能需求。

圖2 AIOT終端實(shí)現(xiàn)通用化、融合化、邊緣計(jì)算需求

（3）感知核心網(wǎng)

感知核心網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的中核心服務(wù)之一，感知核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)AIOT終端的海量聯(lián)接與高并發(fā)訪問，管理AIOT終端邊緣計(jì)算腳本的分發(fā)與迭代，通過不同傳感器與控制器驅(qū)動(dòng)腳本的配置以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的即插即用，通過中心化的設(shè)備狀態(tài)管理實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的高效與低成本運(yùn)維。核心網(wǎng)的建設(shè)為鄉(xiāng)村萬物互聯(lián)構(gòu)建了堅(jiān)實(shí)的平臺(tái)基礎(chǔ)，環(huán)境數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、生態(tài)數(shù)據(jù)、城鎮(zhèn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、自然災(zāi)害數(shù)據(jù)均可集中接入、分發(fā)和管理，為數(shù)字化技術(shù)路線服務(wù)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略推進(jìn)打下基礎(chǔ)。

（4）數(shù)據(jù)中臺(tái)

數(shù)據(jù)中臺(tái)是新一代物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的大腦，它以大數(shù)據(jù)構(gòu)架為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備統(tǒng)接、數(shù)據(jù)統(tǒng)管、能力統(tǒng)建的三項(xiàng)功能；實(shí)現(xiàn)行業(yè)業(yè)務(wù)與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)解耦，使物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、應(yīng)用倉庫與之集成和對(duì)接更加簡單、便捷。數(shù)據(jù)中臺(tái)支持海量數(shù)據(jù)的高效儲(chǔ)存和統(tǒng)一管理，通過與應(yīng)用倉庫的聯(lián)接為鄉(xiāng)村治理和企業(yè)決策提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支撐。

（5）開發(fā)者平臺(tái)

開發(fā)者平臺(tái)是新一代物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)生命力的來源。當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行于政府機(jī)構(gòu)、企業(yè)主體、科研機(jī)構(gòu)、消費(fèi)市場(chǎng)等循環(huán)主體中，海量數(shù)據(jù)將吸引更多新主體、新技術(shù)、新應(yīng)用和新商業(yè)模式的進(jìn)入，開發(fā)者平臺(tái)為這些創(chuàng)新元素提供開放性的架構(gòu)和開放性的生態(tài)，多元化主體和創(chuàng)新思維通過該平臺(tái)將新業(yè)態(tài)嫁接新一代物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)之上，形成蓬勃發(fā)展的以數(shù)字化為基礎(chǔ)的鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)新面貌，進(jìn)一步吸引優(yōu)質(zhì)資本、人才和產(chǎn)業(yè)落地鄉(xiāng)村。

（6）應(yīng)用倉庫

應(yīng)用倉庫是新一代信息化系統(tǒng)的價(jià)值體現(xiàn)。在應(yīng)用倉庫中包含智能化種植、養(yǎng)殖管理系統(tǒng)、農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)、農(nóng)產(chǎn)品電商、農(nóng)機(jī)服務(wù)O2O應(yīng)用、基層黨組織建設(shè)與管理、農(nóng)業(yè)企業(yè)工商稅務(wù)管理、農(nóng)業(yè)務(wù)工招聘管理、農(nóng)產(chǎn)品加工智能制造系統(tǒng)、農(nóng)村飲用水管理系統(tǒng)、農(nóng)村面源污染監(jiān)測(cè)與防治、病蟲害監(jiān)測(cè)與防治、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)與防治、村鎮(zhèn)環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)管理平臺(tái)、村鎮(zhèn)交通管理系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)建設(shè)項(xiàng)目管理系統(tǒng)、政府政務(wù)管理系統(tǒng)等。應(yīng)用倉庫搭建于數(shù)據(jù)中臺(tái)大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，為應(yīng)用主體提供數(shù)據(jù)傳遞、分析、呈現(xiàn)、統(tǒng)計(jì)、預(yù)警和策略管理等功能，與此同時(shí)也源源不斷地產(chǎn)生過程數(shù)據(jù)回流數(shù)據(jù)中臺(tái)，形成產(chǎn)業(yè)主體間、政府企業(yè)間、市場(chǎng)與供應(yīng)間的數(shù)據(jù)共享與交換。

4　社會(huì)價(jià)值

目前，基于邊緣計(jì)算物聯(lián)感知系統(tǒng)已經(jīng)開始在鄉(xiāng)村數(shù)字化治理，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化發(fā)展，生態(tài)環(huán)境治理等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

在鄉(xiāng)村數(shù)字化治理方面，通過部署物聯(lián)感知系統(tǒng)使得管理部門實(shí)時(shí)了解農(nóng)用變壓器、排水泵機(jī)、防汛設(shè)施、港渠水庫、道路橋梁、危房、地質(zhì)災(zāi)害等設(shè)施設(shè)備狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與防汛用電、基層防汛動(dòng)態(tài)、地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、交通管網(wǎng)妥善情況的綜合監(jiān)測(cè)與預(yù)警；為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活的安全保障提供有效的數(shù)字化系統(tǒng)工具，大大提升鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級(jí)政府?dāng)?shù)字化治理水平。

在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化發(fā)展方面，通過部署物聯(lián)感知系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖、畜牧養(yǎng)殖、農(nóng)機(jī)服務(wù)、農(nóng)產(chǎn)品加工等場(chǎng)景關(guān)鍵信息的數(shù)字化，打通政府、農(nóng)業(yè)科學(xué)院所、農(nóng)業(yè)企業(yè)、農(nóng)民間的數(shù)據(jù)鴻溝，形成生產(chǎn)作業(yè)、技術(shù)服務(wù)、補(bǔ)貼引導(dǎo)等有機(jī)聯(lián)動(dòng)，為農(nóng)業(yè)主體的精細(xì)化、科學(xué)化生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐與信息手段。

在生態(tài)環(huán)境治理方面，通過部署物聯(lián)感知系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)村飲用水水質(zhì)、污水治理設(shè)施工況、氣象環(huán)境、土壤墑情及地下水水位、森林植保等方面信息的數(shù)字化采集與分析。全面感知、評(píng)估生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，分析生態(tài)環(huán)境變化趨勢(shì)，制定生態(tài)環(huán)境治理工作規(guī)劃。

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年6月刊