本项目主要是以“数字管理,科技助农”为理念,研究通过基于大数据分析技术的物联网监控系统来建立产量预测模型、病虫害预警模型、环境因素影响检测模型、品质评估模型等,为种植户提供科学的决策依据,帮助其优化种植管理策略,提高产量与品质,降低生产成本。未来,团队将优化数据库,完善监控系统的实时性与准确性,在数字农业管理领域打造一个真正有利于荔浦芋种植的“监控管家”。
根据我们团队深入荔浦乡镇的调查得到,近年来荔浦芋出现了种植面积和产量下降、品种退化、栽培不当、市场竞争乏力。农民普遍缺乏正确的荔浦芋头种植外界因素影响的知识,造成了对农作物和土壤环境的损坏,影响了产量和质量。农村技术性人才稀缺,农业教育传播受阻。这种现象在广西及全国部分地方比较明显。
而在治理这些问题时,农业部门也面临一些困难,比如缺乏足够的资金支持和完善的荔浦芋种植监控与补救工作,人才引进困难,没有积极引进人才等原因使得荔浦芋在种植过程中的生产效率较低,对影响荔浦芋的环境因素监控工作不到位,给荔浦芋的产量和品种带来不利影响。此外,农业部门的专业人员并不具备随时随地为农民传授知识和解决问题的能力,局限性大,且部分地区没有构建专业荔浦芋种植管理和补救的学习教育平台,没有利用互联网这个大平台进行人才引进、农业知识传授填补农业部门单位的人才空缺以及管理、农业教育工作展开困难的问题。同时,农民在开展种植与管理工作时缺乏长期有效的农业知识教授以及长期的学习教育平台,不能在最大程度上使农民准确立刻的了解到荔浦芋种植过程中的各种外界环境需求,导致农民在没有得到农业部门专业人士的帮助和相关平台的学习时种植不合理,农民的需求得不到及时而正确的解决,长此以往,这些问题将会影响中国农业的发展。
目前荔浦地区尚缺乏一个正规、相对完善且广泛的物联网数字种植监控检测系统,而现有的系统存在一些问题:
1、检测指标不够全面。现有的检测多关注农残、重金属、亚硝酸盐等常规指标,以及淀粉、氨基酸等基本营养成分,对一些影响芋头品质和口感的特殊指标,如微量元素含量、风味物质等检测不足,导致难以全面准确地评估芋头品质.
2、病虫害检测有局限 。现有的系统虽有多种检测方法,但对于一些新出现或变异的病虫害,检测系统的识别能力有限,难以及时准确地发现和预警,易使芋头在生长过程中遭受病虫害侵袭,影响产量和品质.
3、数据整合与利用效率低。种植检测数据分散,缺乏统一规范的数据库,不同检测机构和种植户的数据难以共享和整合,无法充分挖掘数据价值,难以为种植决策提供全面科学依据。
4、既懂检测技术又熟悉荔浦芋头种植的专业人才少,种植户对检测系统操作和结果解读能力有限,影响检测系统的推广应用和检测结果的有效利用。
5、对各种外界环境因素影响的检测不够准确细致,例如土壤温度、环境湿度与温度、光照强度等影响因素,导致荔浦芋头产量减少。
因此,未来建立一个一体化的系统,能够提供全面、及时、准确的荔浦芋种植环境监测、实时监控每个荔浦芋头生长过程中的情况,并且能够针对不同地区、不同环境状况、不同荔浦芋的生长情况的特点提供相应的解决方案,将是当前的研究重点和热点。同时,还需要不断完善技术、提高平台的精度和准确度,并加强专家力量,保证平台上的数据与建议及时更新、实用、可靠。
为解决这些问题,建设一个集环境监测、数据采集与传输、可视化数据、直观给出意见措施的一体化服务平台的桂工数字化智能种植检测系统,解决种植难、管理难的问题,为荔浦芋的长足良好发展做好基础。该桂工数字化智能检测系统包括以下几个方面:
1、 环境监测:太阳能智能气象站可实时监测温度、湿度、风速、风向、光照强度、降雨量、大气压等气象数据,为荔浦芋头种植提供气象依据。土壤基础指标数据采集系统能监测土壤湿度、肥力、酸碱度等,便于及时调整土壤条件.
2、生长状况监测:植株生长状况全程 AI 图片数据采集系统可实时采集芋头植株的图像数据,分析其生长趋势。还可监测植株高度、叶片颜色、面积、病虫害情况等,为芋头种植密度、施肥、浇水等提供参考.
3、病虫害监测:通过虫情测报灯等设备诱捕害虫,可远程查看害虫种类和数量,还可结合图像识别技术,及时发现病虫害迹象并预警,为防治提供依据.
4、水肥一体化监测:水肥一体化数据监控与数据采集系统可精确控制和监测水肥供应,根据土壤肥力、气象条件和芋头生长阶段等,实现精准施肥和灌溉,提高水肥利用效率,降低成本.
5、远程监控与管理:通过安装在基地的全天候可视监控系统,管理人员可随时随地通过手机或电脑远程查看芋头种植情况,进行实时管控.
6、数据分析与决策支持:系统将采集到的各类数据进行整合、分析和处理,建立种植模型和决策支持系统,为荔浦芋头的种植、管理、收获、销售等全产业链发展提供决策依据.
之后针对各个方面,进行针对性研究,该系统利用基于CNN的图像识别技术与大数据技术,通过训练深度学习模型,实现对荔浦芋的智能监测和识别。该系统能够以高达93%的准确率识别各种危害荔浦芋生长的外界因素。
同时,我们还研究了如何解决荔浦芋的销售问题,首先可以积极发展互联网销售。与淘宝、京东等国内大型知名电商平台挂钩,达成合作协议,在网络销售平台上打造具有特色的荔浦芋产品销售店铺。签订统购统销合同,建立乡镇一级、县一级、市一级的农产品存储货仓,由政府负责收集周边分散生产商的农产品,集中管理统一发货,降低配送成本。同时也可以发展新型“线上零售”路线。改变传统零售模式,在线上与盒马生鲜、美团优选等次日达销售平台合作,发展新型“线上零售”路线,从而取代单一由生鲜超市批发再向消费者销售的方式。与专业的物流运输公司合作,完善物流配送体系,直接将荔浦芋从挖、存储、运输一站式送到消费者手中,提高产品的运输效率。结合大数据服务对物流信息进行实时的跟踪管理,让产品在运输时的状况透明,可查询、可掌握,确保运输的稳定性和安全性,从而减少运输途中的产品货损,保证荔浦芋质量,帮助荔浦芋树立良好的品牌形象。另外,也可以考虑与周边国家发展跨境电商,将荔浦芋头销往世界各地。
我们团队不仅提供线上荔浦芋检测资源和服务,还在学校、线下活动等形式开展农业教育主题讲座和活动,共计10场以上,引导更多的大学生关注农业、回乡发展成为新时代的“新农人”,促进乡村振兴。
图1 荔浦芋数字化智能监测系统技术路线