5G技术在智慧农业中的应用研究

白维维　张昌桢　李俊杰

关键词：5G；物联网；智慧农业

中图分类号：TP393 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）02-0106-03

1 引言

近年来，我国农业现代化全面发展，新型智慧化农业作为农业现代化发展的重要方向之一，也发展迅速。随着我国5G移动通信技术的商用及普及，必将给智慧农业发展带來一些新的机遇。智慧农业在现代化信息技术的支撑下实现对农业生产过程的智能化管理，如精准化种植，实时监测等，能够有效提高农业生产效率，帮助农业从业者减轻经验化种植及自然灾害带来的不确定性，那么5G作为最新的移动互联网技术在智慧农业中扮演着怎样的角色，又将如何推动智慧农业全方面发展[1-2]。

2 农业发展现状

2.1 传统农业

我国的传统农业历史十分悠久，在秦汉时期就已逐步形成一套传统的农业技术。中国的传统农业特点是因地制宜，主要通过精耕细作来提高土地利用率。我国传统农业的形成与封建地主经济制度有关，在农艺和产量上，我国传统农业也曾代表古代世界的最高水平。但与现代农业相比，传统农业的精耕细作，使得农业结构相对单一，生产规模、生产技术等相对落后。受自然气候影响较大，几乎没有抵御自然灾害的能力。在农产品销售环节，未能形成农业产业链，农产品销售通道不畅，影响农业从业者经济收入。因此，随着人口激增、土地短缺，传统农业已经无法满足现代人们对农产品产量及品质的需求。为满足人们的需求，需要补足传统农业的不足，通过技术手段将传统农业逐渐转变为现代农业、智慧农业。

2.2 智慧农业

智慧农业是现代信息化发展的产物，是农业与信息技术的有机结合。实际上，所谓智慧农业就是充分利用现代化信息技术，通过安装性能各异的海量传感器及图像采集设备等，同时利用现代通信网络实现对农业生产环境的感知、分析、决策等[3] 。

随着经济的快速发展，我国作为农业大国，农业也在飞速发展，伴随着现代信息技术的发展，我国现代化农业迎来了春天。作为未来农业发展重要方向之一智慧农业，是我国不断提升农业现代化的重要途径之一。近些年在国家相关政策的扶持，我国智慧农业发展也取得了一些成效。但是因为区域发展不平衡等问题，在全国的普及度还不够。

未来智慧农业发展必将是大势所趋，同时也是传统农业升级的最主要方向。在网络基础设施快速发展的基础上，必须加快我国农业智能化发展。充分利用信息化快车带动农业经济发展，使智慧农业更加精准、智能、高效。

3 5G技术在智慧农业中的应用

3.1 5G技术

5G技术即第五代移动通信技术（5th GenerationWireless Systems），是最新一代的移动互联网技术，是前序移动通信技术的延伸，相比较3G、4G等移动通信技术而言，5G技术在传输速率、设备连接数、传输时延、网络安全、灵活部署等方面都有着更进一步的提升[4]。

在5G发展愿景中提出了5G的三大应用场景分别是海量机器类应用场景（mMTC）、增强移动带宽应用场景（eMBB）以及超高可靠低时延应用场景（uRLLC）。海量机器类应用场景（mMTC）主要面向的是海量设备连接的需求。增强移动带宽应用场景（eMBB）则主要面向的是大范围的网络覆盖以及大数据流量传输需求。超高可靠低时延应用场景（uRLLC）则主要面向对网络延时、网络传输安全要求较高的应用需求。

俗话说“4G改变生活，5G改变社会”。在5G时代，将彻底打破人与事物之间的界限，实现人与人、人与物、物与物之间随时、随地的通信。真正做到万物互联。所有的事物都存在于一个共同的数字传输体系中，相互之间通过5G以最优化的形式传递信息。

5G在智慧农业中的应用将有利于海量生长环境参数的采集及传输，将前端采集数据通过云计算、云存储对数据进行运算、存储，并通过大数据技术分析为农户、企业等提供决策意见。通过对农业生产环节的控制，能有效降低农业生产成本，提高对农业资源的利用率，减轻生态环境破坏，形成信息化、智能化的农业生态系统，使得农业发展更加精准化、高效化、智慧化[5-6]。

3.2 5G智慧农业网络体系结构

5G智慧农业系统应包括前端数据采集、远程视频监控、远程智能控制、智能数据分析云平台、智能用户终端等五部分。如图1所示。

如图1所示，前端数据采集模块主要通过部署海量传感器，获取农作物生长环境数据，以实现对农业生产过程的监测。而远程视频监控系统则通过多个摄像头的实时图像传输，实现对农作物生长状况、果实成熟度、病虫害情况等远程监测。由终端数据采集、远程视频监控采集到的数据，通过5G网络与智能数据分析云平台相连，5G网络高速率、低延时、高可靠性等优点保障了数据传输质量。智能数据分析云平台通过对数据的分析得出分析结果及解决方案。又通过5G网络传输给智能用户终端，用户在终端上可以根据云平台给出的种植方案，通过远程智能控制系统对生产过程进行操控，实现智能化决策的执行[7]。

3.3 5G 技术在智慧农业网络体系结构中的应用

3.3.1 前端数据采集

前端数据采集主要是通过海量传感器采集各种生长数据，包括二氧化碳、土壤酸碱度、土壤湿度、环境温度、气象情况等。海量传感器的接入对网络连接有一定的要求，而5G三大应用场景中的海量机器类通信（mMTC）则主要面向的是海量设备连接的需求。因此，5G技术的应用，对智慧农业中生产环境数据的采集提供了强有力的技术支撑，为后续智能数据分析云平台的分析提供了数据保障。

3.3.2 远程视频监控

在智慧农业应用中，远程视频监控对图像分辨率要求较高，如果视频清晰度不够，将无法实现对数据的正确分析。因此，传统的视频监控系统分辨率显然已无法达到这种需求，对此需要一种新的远程视频监控系统，该系统应具有更高的清晰度和精确度以及更好的实时控制性能。以满足对数据的精确提取。5G 三大应用场景中增强移动带宽应用场景（eMBB）则主要面向的是大范围的网络覆盖以及大数据流量传输需求。正好满足这一需求。因此，以5G技术为基础部署的远程视频监控屏系统，能更有效地提升远程视频监控系统的精确性、实时性以及智能性。

3.3.3 智能数据分析云平台

在5G技术的支撑下，各种农业信息的传输更加高效、便捷，各类农业信息的高度整合有利于解决传统农业中信息传输时效慢、信息共享不足等缺点，极大的提升农业信息综合利用率。在传统农业中，种植主要靠经验，粗放的经营方式主要建立在传统经验之上，这就导致农业生产管理過程中，会存在非常多的不确定因素。然而，在5G技术的支撑下，传统经验将逐步被海量的农业生产数据所取代。通过对各系统传输来的数据进行整合，再利用大数据技术进行综合计算分析，为农业生产者及管理者提供更加精确的数据服务，使农业管理更加智能、高效。

3.3.4 远程智能控制

远程智能控制系统主要是利用智能数据分析云平台对各类农业生产信息数据的分析，做出决策，并通过对自动化控制设备的控制实现决策执行。而5G 中超高可靠低时延应用场景（uRLLC）则主要面向对网络延时、网络传输安全要求较高的应用需求。这与远程智能控制系统的需求不谋而合。在5G技术的支撑下，使得农业自动化更加精确、可靠。

3.3.5 智能用户终端

智能用户终端面向农业生产管理者及消费者，一方面可以通过智能用户终端查看农作物生长实时数据、农作物生产环境参数变化等。还能获取种植建议，查看数据服务，根据建议决策操控远程智能控制设备，实现远程智能种植。对于消费者而言利用智能用户终端可以实现农产品溯源，提高了农业食品安全保障。在5G网络的保障下，才能实现随时、随地、高可靠、低时延的通信服务保障。

4 5G 技术对智慧农业发展的影响

4.1 推动智慧农业信息化建设

在农业生产过程中，农业管理非常重要，而智慧农业信息化的建设对农业管理智能化有着非常重要的意义。在现有的农业信息系统基础上，通过安装海量无线传感器设备及高清摄像设备等，能够采集到大量的实时数据，通过5G技术的引入，能够有效推动云计算、云存储等云服务的完善。5G高速率、低时延、高可靠性等特性促进了农业信息化朝着信息更开放、功能更完备的方向发展。同时在智能数据分析云平台的支持下，可以深耕农产品价值，促进市场资源的回流，为农村现代化建设提供信息资源。除此之外，5G技术与农业信息化的融合，能够有效推动农业产业的优化与改革，一方面，在智慧化、精准化的基础上，可以减少劳动力成本，提高生产效率，另一方面又可以推动生产、加工、销售、服务为一体的现代农业产业链的革新，同时可以推动休闲观光农业、农村生态旅游等新兴产业的发展。

4.2 提高农业数据使用效率，促进大数据技术的发展

5G技术在信息传输方面的优势使得数据能够高速、快捷、高效地传输至智能数据分析云平台，大大的提高了数据传输的精确性、实时性以及可靠性。尤其在远程视频监控方面，5G能够提供8k分辨率的视频图像传输，能够实现农作物成长状况及生长环境的实时高精度传输，为后续数据分析提供更加精确、更加高质量的数据支撑服务。有了农业生产过程中的大量数据后，可在智能数据分析云平台上进行全方面生长要素分析，为抗灾、抗病虫害等提供决策，降低农业生产成本，提高农业生产抗风险能力。除此之外，还可以通过大数据分析市场需求，提前规划生产，使农业生产更精准、更高效。

4.3 促进农产品溯源，提升食品安全保障

5G技术的使用使得智慧农业更加公开，在5G技术的应用下，可以将物联网、移动互联网、RFID等技术应用于农业种植、采摘、存储、流通、销售等各环节，使农业生产更加公开，推动农产品质量溯源体系的构建。消费者可以通过终端查询农产品的源头，掌握农产品的生产及销售过程，无疑是对食品安全的一种有力保障。除此之外，监管部门也可以利用溯源系统提供的数据进行安全监测，落实安全生产责任，形成全方位的安全监管机制，为消费者提供更加安全放心的农产品。

4.4 推动农业产业新模式，促进农产品销售

5G技术的使用不仅能够催生巨大数据搜集、信息平台建设等技术服务需求，同时也打开了更大的农资产品销售空间。随着时间的推移，主流消费群体正在发生变化。他们相比于以前的消费者有着全新的消费理念，喜欢追求创新、爱分享、爱社交。同时，他们也是互联网时代的“原住民”，对科技的接纳速度快、意愿强。意味着未来“农村网络零售额”还会持续增长。随着5G移动通信网络的建设，加之直播等内容生态的丰富，农村电商处于“天时、地利、人和”的时期。不论从消费者、技术还是宏观环境的层面来看，都具备了爆发的可能。新的农业产业模式从规模上，从体量上，从发展速度上都会碾压传统农业产业模式，新的机会永远是更大的。农产品网络零售额也会有较大的提升空间。

5 结束语

未来，我国发展智慧农业是一个重要的趋势和方向，“十四五”规划提出要发展智慧农业，目标是用电脑强化人脑、用机器替代人力、用自主替代进口，实现生产智能化、作业精准化、管理数字化和服务网络化。只有农业走向数字化，才能更高效地提升农业发展，促进农业转型升级。

5G技术与智慧农业的融合，在精确种植、农产品溯源、智能化管理、农业产业升级等方面都有十分积极的作用，也必将促进农业生产、经营、管理和服务的高质量发展。