5G通信技术助力智慧农业的深度发展

徐敬端 王庆 庄靖萱 高燕

摘 要 自2019年5G技术启动以来，各领域都在探索5G的应用。农业在4G时代已逐渐成熟，新兴的智慧农业也已萌芽并取得了一定的成效，但由于4G通信技术的局限性，智慧农业的发展困难重重。未来，5G通信技术将如何助力智慧农业在生产管理上的深度发展？本文在对5G通信技术与智慧农业进行介绍的基础上，从农业物联网、云平台、人工智能三方面论述了5G通信技术助力智慧农业的深度发展。

关键词 5G 智慧农业 物联网 云计算 人工智能

中图分类号：S24 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2020）02-0035-02

农业一直以来都受到国家和地方的高度重视。我国农业种植和收割虽然实现了很大的技术进步，但农业生产管理的精准化和智能化上还有很长的路要走。如今，无线通信网络技术正在经历从4G到5G的跨越性转变，第五代无线通信网络技术无论在传播速度、传播质量还是在传播容量，以及传播范围等方面都有跨越式进步。5G通信技术如何助力智慧农业在生产管理上的深度发展？本文认为，5G通信技术可通过云平台为精准管理提供大数据支撑、保障农业物联网稳定运行、农业生产和管理无人化来为农业提供支撑和保障。

1 5G通信技术简述

第五代移动通信技术（5th-Generation），简称5G，是最新一代蜂窝通信技术。相较于3G、4G，5G的主要优势在于数据传输速率远远高于以往的蜂窝网络，最高可达10Gbit/s，这比4GLTE蜂窝网络快100倍，是名副其实的“大宽带”（eMBB）。其次，5G拥有超高可靠超低时延通信（uRLLC），网络延迟在1毫秒以内，从而有助于保障数据传输的实时性和稳定性。同时，5G可以容纳海量的通信设备连接，构建大规模物联网（mMTC），可实现每平方公里100万台设备同时平稳运行。

2019年6月6日，工业和信息化部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照，标志着中国正式进入5G时代。在农业领域，5G的应用尚处于摸索阶段，但一致公认的是，未来的“5G+智慧农业”模式的发展将实现各种先进设备和农业的结合，让农业生产、管理实现精准化、智能化、便捷化。5G通信网络的普及，也必将为农村、农民、农业企业提供更多智慧农业所需要的基础设施，带动相关产业的蓬勃发展。

2 智慧农业简述

智慧农业是相对于现代农业而言的，现代农业则是相对于传统农业而言的，传统农业是以手工耕作为特征的小规模的个体化的农业，现代农业相比较于传统农业的进步在于农业生产的规模化和机械化，从而使生产效率比传统农业大大提高，智慧农业在现代农业的基础上又实现了一次革命性的进步。这个进步体现在将技术融入农业的耕种、生产、管理、销售甚至耕种前的种子培育的智慧化，种植过程中的实时监控以及收割后的筛选、分析。3G和4G在农业领域有一定应用，主要体现在农业信息的采集以及物联网的构建，有专家提出利用4G无线监控大棚农业的生产过程中的实时环境数据，如空气湿度、温度土壤等，但截至目前应用范围很有限。[1]

智慧农业是将物联网技术运用到农业领域，运用传感器和软件通过移动终端或电脑平台对农业生产和管理进行有效的助推。具体来看，可利用各种智能设备，通过收集农业生产过程中的土壤水分、大气温湿度、二氧化碳、病虫害、作物影像等多方面的信息与数据，实时可控地指导农业生产。可以看到，智慧农业依托部署在农业生产现场的各种传感节点和无线通信网络，将移动互联网、云计算和物联网技术融为一体，是农业生产的高级阶段，是物联网技术在现代农业领域的应用。智慧农业首先催生的是农业物联网，农业物联网技术是实现智慧农业的基础和保障，而智慧农业又是农业物联网不断进步的应用，二者相互联系，相互依存。目前，农业物联网具有实时监测、远程控制、数据查询、信息警告的功能，有利于实现科学栽培、精准操控、进步功率、绿色农业等，可为智慧农业提供有力的技术支持。[2]

3 5G通信技术在智慧农业的应用

3.1 利用云平台，为精准管理提供大数据支撑

5G通信技术的发展，使得信息传输更加便捷与通畅，在农业领域，构建于5G通信技术之上的农业物联网与云计算相互融合的云平台也将可以更快速地实现农业信息传输的便捷通畅，这必然能更加精准地为农业管理提供大数据的支持和决策指导。通过利用引入云平台的智能化设备，可构建智慧农场，打造全新的农业生产与管理模式。[3]

5G的应用通过快速收集农业是农业生产、管理的内外部信息，如：温室大棚温湿度变化、土壤水分及盐碱度变化、国家农业政策信息、区域气候变化信息、相关农产品价格变化等，为农业生产与管理提供大数据分析的基础，从而为农业决策提供依据和指导。在农产品种植初始阶段，专业人员运用5G和物联网技术，实时分析土壤状况，实时调整使农作物种植的土壤环境适宜于农产品的生长。[4]在农产品培育过程中，利用传感器实时监测和调控农作物生长必备的温度、光照、水分等，制定合理的培育方案。全程采用高智能设备，自动完成种植、培育、采摘等流程，借助视频检测系统实时监控农场内的情况和农作物的生长状况。

大量的农作物传感器的数据可以实时稳定地上传到云端，不用再担心网络容量小和传输速率低的问题，通过云计算分析得出相应结果。[5]生产與管理人员也可以通过移动终端或电脑平台在云端查询信息，或者当数据出现异常波动且超出预设范围，云端将实时发出信息警告，反馈给生产与管理人员。这一切将取代以往的经验种植，在农作物的灌溉、施肥、防治病虫害等方面都将发挥重要作用，实现精准管理。

3.2 5G通信技术，保障农业物联网的稳定运行

现阶段农业物联网技术虽已有了一定应用，但在实际操作过程中仍然存在不少技术障碍，如物联网传感器数据的质量问题、射频识别的问题、数据传输速率和容量不足的问题等，这些都阻碍着物联网技术在智慧农业生产管理中的应用。而5G通信技术将可化解以上难题，保证农业物联网的平稳运行。[6]

5G通信技术的速率优势、便捷优势、安全优势等都将带动农业物联网的发展。在5G通信技术建设中，大规模天线阵列（Massive MIMO）将可以大大增强空间分辨率，大幅度降低干擾，从而使得频效提升，并且其拥有的毫米波技术将显著提高无线传输的容量和频谱利用率，进而大大提高数据传输的可靠性，使得农业传感器获得的数据可以有效地便捷地进行传输。超密集组网技术（Ultra Dense Network）通过更加“密集化”的无线网络基础设施部署和建设更加密集的站点，可获得更高的频率复用效率，从而在局部热点区域实现百倍量级的系统容量提升，所以农业物联网数据传输容量可以更大。最后，5G通信技术在研究4G网络的安全架构后，增加了无线空口安全等机制，使得其拥有的安全防护机制越来越完善，而且5G通信技术在建筑防盗和高速监控等方面的安全机制也非常完善，将进一步确保农业物联网运行的安全，保障其稳定运行。[7]

3.3 人工智能，实现农业生产和管理无人化

在5G通信技术发展的背景下，人工智能（AI）技术在农业领域的应用也会越来越广泛。从农村现状来看，农村人口外流、农村劳动力减少、社会老龄化、部分农村地区农田荒废等现象不断出现，这也进一步促进了农业生产管理模式的变革，推动了人工智能在农业中的发展。过去4G时代，数据传输不稳定、高时延等问题导致无人驾驶、无人飞机在局域网内不能稳定运行。在5G通信技术的加持下，智能导航驾驶、机器智能化运行可以真正得到应用，无人喷洒飞机、无人播种车、无人收割车、采摘机器人等人工智能将会不断涌现在农业领域。人工智能的应用，不仅解放了以前大量的劳动力，降低了人工成本，同时也提升了农民的科学技术水平，使得农业生产和管理实现智能化运作。[8]

4 结语

农业生产、管理效率的提升，关乎着城市化背景下以及农村环境保护背景下，我国粮食保障的安全问题。在国外，一个大型农场仅需几个农业工人，农业机械化与智慧化程度比较高，而我国很多地方的农业生产、管理、运输、加工等仍以人力为主，效率相比国外低很多，其中原因是多方面的，而通信技术的应用尤其是5G通信技术的应用可以实现跨越式进步。上文分析了在5G通信技术加持下，信息数据传输速率可得到提高，传输容量可得到扩展，连接设备的数量更加庞大，进而使得农业物联网的运行更加稳定，云计算和人工智能的操作更加便捷。5G通信技术将助力智慧农业深度发展，实现农业生产、管理、营销等各方面的精准化和智能化，大大提高农业产出效率。一方面可使现有种植土地得到更有效的利用，另一方面可对不适合于耕种的土地予以绿化，提高植被保护程度，还可以解放生产力，提高低效率产出地区农民以及农业工人的生活水平和素质。[9]

参考文献：

[1] 杜学敏，孙建.农业物联网技术应用及创新发展策略[J]，南方农业，2019（08）.

[2] 郭建军，林丽君，王克强，于凤梅. 5G+智慧农业初探[J]，科技资讯，2019（10）：1+3.

[3] 杨万辉.5G通信技术背景下物联网应用发展[J]，通信设计与应用，2019（12）：121-122.

[4] 吴新胜，吴冬梅，刘峰，等.智能农业物联网应用设计与实践[J]，红河学院学报，2019（05）：139-142.

[5] 严蕾.5G关键技术及其在精准农业中的应用前景[J]，热带农业工程，2016（02）：8-11.

[6] 佚名.“5G+ 农业”将如何改变我们的未来[J]，农家之友， 2019（06）.

[7] 王红育.物联网技术在农业领域中的应用[J].农村经济与科技， 2013（05）：37-38.

[8] 韦孝云，卢缸.面向设施农业的无线传感器网络研究进展[J].现代电信科技，2012（06）：50-55.

[9] 赵春江，李瑾，冯献，等.“互联网+”现代农业国内外应用现状与发展趋势[J].中国工程科学，2018（02）：50-56.