孙百惠
(黑龙江省农业机械工程科学研究院牡丹江分院,黑龙江 牡丹江 157000)
目前,在农机生产与使用方面,我国在世界上可称之为第一大国家,农机装备产业相关的企业已达8 000多家,农机装备相关的产品产量达到约4 000种[1]。根据农业农村部数据显示,我国农业机械行业市场规模从2016年的2 568亿元增长到2021年的5 310亿元(图1)。不断增长的农机资源给农户务农带来了很多便利,但相应出现因农机信息流通不畅致使农机闲置、农户使用农机不及时等问题。为解决该问题,提出有效利用共享农机,加强智慧农业农机智能技术体系,使农机使用效率最大化,对未来发展趋势有效把握,也对农机生产高品质发展有至关重要的作用。
图1 2016—2021年中国农业机械行业市场规模情况
1.1 农业信息技术的概述
1.1.1 智能化农业信息技术的定义
智能化农业信息技术是计算机、3S技术、农业专家系统、农业自动化技术、人机互动技术等多项技术的集成。该技术能把分散性、局部性的农业技术相互整合;也能在智能应用的情况下透彻地剖析出存在的农业问题,并提供解决方法及建议;培养更多高素质农民及技术性人才,推进农业生产的发展[2]。
1.1.2 智能化农业信息技术的应用
3S技术包括遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)、全球定位技术(GPS)。3S技术在农业生产中的应用已有很多成果,例如,RS能有效对作物的生长周期进行监测,并对产量进行估算;对作物的长势及作物上的病虫害进行监测;对土壤中水量值及分布情况进行监测[3]。GIS能对获取的监测数据进行实时信息分析并得出结论,为农业生产管理者提出科学的指导建议,如基于3S和语音识别技术的土地整合实地调查系统[4]。GPS在农业生产上主要应用于农业机械化耕种,例如,在农业机械上使用定位系统可以对农田从耕到收等机械操作进行精准监控[5]。我国目前3S技术在农业生产上的应用仍在发展阶段,与国外相关农用产品的类别及功能上相差较大,尚未完全满足农民的使用需求。应加大科研力度,有效推进3S技术的可行性发展。
目前,在小麦、玉米等旱地作物的生产管理中,农业专家系统已得到实质的运用,它能对作物耕收不同阶段进行重点自动化管理,其中对作物的施肥灌溉管控更为科学,对病虫害防控更加精准,在农业生产管理上起到促进作用[6]。
农业自动化技术已在部分地区的农业生产中运用,如无土栽培、滴水灌溉、农业收割等,能提高生产效率,降低劳动成本,产生更多的经济收益。我国仍有很多地区因农民对新技术没有全面认识,新技术硬件支撑力度匮乏,依旧使用传统耕作模式。我国应在重点地区建立示范点,以普及该项技术,达到推广应用的目的。
目前,我国存储的农业科技文献数据库拥有不同类别共计100余个,其中农业数据库也占一定比重,如中国农业科技文献数据库[7]。
1.2 共享的概述
共享通常是指把物品或信息与其他人共同享用[8]。共享经济成为现代社会热门领域之一,广泛应用于共享单车、租车、住宿等多个领域。目前,农业生产领域也在拓宽发展空间。例如,农机租赁已成为目前较为常用的一种经营模式,人们将共享经济理念引入到农机租赁市场,派生出共享农机的概念,并开始局部试行,总体取得了较理想的效果[9]。
现阶段,我国已经创建了信息共享网络,有效减少资源浪费,并促进农业生产和乡村振兴战略的实施[10-12]。有效利用共享农机,使农机使用效率最大化,对实现我国农业生产力的提升具有重要意义。
2.1 共享农机在国外农业的现状分析
农业信息化在世界各国发展迅速,特别是在农业技术先进国家。例如,在日本,计算机已广泛应用于农业、作物育种、作物病虫害防治、农业天气报告、农业操作、农产品加工等。在美国,农民参与大众信息流,拥有访问数据库的权限,数据库联通政府信息中心、大学、研究机构和图书馆,可以得到最新的价格波动数据、种子改良、新型农业机械和防治植物病虫害等信息。计算机可以帮助农场分析何时应种植何种作物,以及哪种耕作模式是最好的,然后农场就可以获得最大的产出和收益。在芬兰,有几家主要的FMIS商业供应商,即Wisu和农业公司,两者都有插件或相关软件,可用于农场管理的各种专业[13]。
2013—2017年,印尼政府资助印尼农民的农业机械急剧增加,以促进实施农业机械化,考虑到农民的稻田分散在村庄地区,其中一个村庄的农业机械可能会过度利用,而另一个村庄仍未充分利用。Desrial等[14]设计一个农业机械服务的在线应用程序,以优化农业机械的利用,该应用程序是在手机常用的Android操作系统下开发的。该研究的方法遵循系统开发生命周期,包括调查、系统分析、设计、实现、安装和测试步骤。在该应用程序中有三个子系统,即面向操作员、机械供应商和机械用户的系统。该应用程序包含机械数据管理、订单管理和机械服务调度等多个功能。在用户应用程序中,机械供应商可轻松地输入和读取诸如现场位置、机械类型、订单时间和位置支持地图等详细数据。
A B Kresna等[15]研究的基于机器人设计和开发的信息系统,可用于定位拖拉机的分布,该应用程序使用Android和谷歌地图API设计,由Firebase谷歌支持,并存储在Firebase云。使用Java作为语言程序,使用PHP MySQL作为数据基础。设计并发布了一个基于机器人的应用程序,即“GIS拖拉机”,用于绘制拖拉机的分布地图。所开发的系统维护方便,管理员可以实时更新数据,任何人都可以通过登录程序访问数据。GIS拖拉机应用程序已在Android操作系统4.0～10.0上成功测试,使每个人都能找到有关拖拉机分布的信息。
2.2 共享农机在国内农业的现状分析
作物从耕到收的过程中,大型农用机械通常只在每个阶段的集中时间段使用,运用共享农机,能提高闲置设备利用率,并为无法购买高昂价格机械的农民群体提供服务,既能提高农机使用率,又能降低农民经济负担[16]。基于物联网技术、云平台技术和智能农业技术的农机管理系统,将大大提高大型农机的利用率,降低农业生产成本,解放大量农村劳动力,最终为中国工业化和城镇化的进步做出贡献[17]。
目前,共享农机模式已经在部分地区得到了小规模的应用。例如2017年,收啊收共享农机网的出现,可视为我国最先产生的共享农机平台,它为内蒙古局部地区的秋收工作提供设备保障,不仅实现了高效收割,还有效降低了作业成本[18]。2017年,德州市力维机械有限公司在新疆、甘肃、宁夏、青海等省区推出的植保装备的共享服务,取得了良好的效果,并准备在全国范围进行推广。2018年,在内蒙古乌兰浩特市葛根庙镇友谊嘎查村推行了共享农机的活动,主要包括两类机型,即大型播种机和撒肥机,用于满足当地春耕的农机使用需求,有效节约了人工成本和设备成本,这项技术为农户提供了便利,受到了当地村民的认可。
目前,共享农机试点地区所投放的设备主要包括播种机、收获机、喷药机等,个别试点还提供了旋耕机、喷药设备等,基本是以大田作业机械为主。但应该看到,目前共享农机的试点地区多是作业面积相对较大、耕地较为紧凑的区域,因此投放大型设备相对更有竞争力,但对于土地作业面积小、耕地分布零散的地区而言,这样单一的投放模式并不适用。
共享农机设备供应方的规模普遍较小,受到农业生产的特点及地域限制,其业务覆盖区域基本只局限在村镇,很难有效扩大,如果服务的地域跨度过大,势必会增加其维护和运营成本,导致运营单位的规模趋向零散化而难以扩大规模,但也促使各单位在处理市场变化时更加灵活、迅速。
随着农业信息技术在农业发展中的应用,农业生产方式正在由传统向智能转变。共享农机应用是对农业生产中使用的农业机械进行共享管理,是现代农机化生产的现实需求。
3.1 为共享农机数字化管理和合理布局提供支持
运用农业信息技术,将农机数据存入共享农机平台,便于生产经营者进行查阅,尤其对大型农场和农机合作社,以便于在农忙前做好农机的任务分配。
例如,近年来许多国内外的学者对农业机械设备调度平台的技术可行性和方案设计进行了广泛的研究,2021年Hou Tianlong等[19]提出的调度平台将结合IOT技术实现露天田农业机械智能调度的技术。这不同于以往学者的研究方向。露天作业调度平台适用范围更广,此外,移动平台比传统的PC端更容易学习,操作方便,价格便宜,有利于农民接受。
3.2 为共享农机监管和作业补贴提供参考
共享农机平台加入农业信息技术,能对农机定位、作业实况、完成进度等进行智能评估,有利于对农机的监管及农机作业补贴。
例如,2020年Wang Yang等[20]研发设计了一款名为ISOBlue HD的开源平台,用于收集丰富的农业机械数据。通过正确的标记、融合和处理数据,能够识别机器状态和农业物流。在2019年小麦收获期间,ISOBlue HD被部署在一台联合收割机上,同时捕获6 900万CAN帧、23万个GPS点和437 GB视频数据,重点关注84 h后的收割状态和操作员的行动。对收集的数据分析表明,可以推断出收获物流(路径、速度、初始状态、材料转移)和传感器数据语义。
3.3 为共享农机安全管理及溯源提供依据
将农业信息技术应用到共享农机上,有利于农机服务和租赁作业的开展,有利于对农机资源合理调配,对农业机械使用率及实际收益均有促进作用。可实现对农机产品共享的全程跟踪,对农机产品追本溯源,对农机市场中农机的安全使用提供保障,促进农机市场优质发展。建立一套可追溯的高效信息系统,可以使人们更加方便、快捷地了解到农机使用过程的每一环节情况,从而增加了农机信息的透明度。
3.4 为农产品相关利益人的经济管控提供保障
农业信息技术能在农业生产中对农用相关参数进行科学有效的预测分析,精准计算出科学用度并实现智能化作业,为农产品相关利益人提供精准技术保障,并达到降低劳动成本,保障经济效益的目的。
4.1 建立标准化完善化的共享农机平台
共享农机平台的实现,需以互联网为媒介,以信息技术为支持,使农机提供方与需求方联系起来,一同助推农机的有效发展,让农机得到最大化运用。农机科研院所、农业高校及政府等应联合建设农机共享平台,并规范数据标准及合理数据共享,使农业生产同农机大数据充分结合,并应用于农业生产中。
4.2 建立健全共享农机可持续系统及其指标体系
共享农机可持续系统仍处于构建状态,闲置资源和使用方之间的利益互动具有复杂性,解决此类情况的关键在于建立可持续系统及其指标体系。因此,科研院所、农业高校及农业行业专家需积极研究探索并建立健全共享农机可持续系统,建立相应指标体系,为农业部门提供有效的农机发展数据支撑,为政府部门提供农机闲置资源利用方案,以促进地方农业农机经济效益发展。
4.3 建立完善的政府监管制度体系
共享农机作为一种新型商业模式,一切还在探索中。因其具有多重属性,既是交通工具,又是劳动工具,既是经营者的私有商品,又是租赁者的租借商品。在推广过程中暴露出来的交接问题、事故伤害责任人认定问题、使用过程中的燃料及维护问题都是目前权责归属不清晰所造成的。因此,共享农机既需要尽快得到政府部门有效的政策支持和行业监管,也需要更加准确清晰的法律解释和规范约束,还需要参与者自觉规范自己的行为,建立责任意识。
目前,我国在农机装备的自动化、信息化、智能化等方面的技术研究与应用,仍处在起步阶段,而共享农机作为一种具有经济性、效率性的创新市场形式,具有很大发展空间。共享农机必然是智能农机现代化发展的助力军,它能弥补当前农机租赁市场存在的缺陷;实现小区域里的互惠互利;能大范围的合理调配;借助农业信息技术进行资源整合;为促进我国农业生产模式向现代农业方向发展的可行性提供助力保障。
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