5G技術(shù)在農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用研究

葛麗瑋（黑龍江省農(nóng)墾管理干部學(xué)院）

5G是國際電訊聯(lián)盟確定的第五代通信標準。5G具有超高速率、超大連接、超低時延三大特性。5G每秒是以Gb為單位進行傳輸?shù)模?～10Gb），是4G的10～100倍；每平方公里可接入100萬個設(shè)備，是4G的5～10倍；空口時延1ms，是4G的五分之一。4G是圍繞人對信息的需求，5G不只是人與人之間的連接，還實現(xiàn)了人與物、物與物之間的萬物互聯(lián)。5G將在各方面超越4G，實現(xiàn)真正意義的融合性網(wǎng)絡(luò)。5G技術(shù)開啟了從消費向生產(chǎn)全面滲透的進程。5G將成為社會信息流動的主動脈、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的加速器、數(shù)字社會建設(shè)的新基石。絡(luò)實時將測量模型送到云端與原始理論模型快速對比，使得檢測時間從2天降低到3～5min，顯著提升檢測效率。

一、5G的應(yīng)用場景

（一）5G增強型移動寬帶（eMBB）

主要面向移動互聯(lián)網(wǎng)流量爆炸式增長，為移動互聯(lián)網(wǎng)用戶提供更加極致的應(yīng)用體驗，支持超高流量密度、超高移動性、超高連接數(shù)密度場景，如辦公室、體育場、高鐵等。

現(xiàn)在高清視頻4K需要66Mbps的帶寬，8K需要120Mbps帶寬，只有5G能勝任。2019年8月18日，全球首臺“5G+8K”超高清視頻全業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)播車在北京落成，8月20日進行了籃球世界杯8K超高清直播。工業(yè)方面，杭州汽輪機集團打造5G三維掃描檢測系統(tǒng)，通過激光掃描技術(shù)精準快速掃描物體表面，并生成三維模型，流量帶寬超過200Mbps，通過5G網(wǎng)

（二）5G高可靠低時延通信（uRLLC）

主要面向遠程醫(yī)療、AR/VR、無人機、自動駕駛等對時延和可靠性具有極高要求的垂直行業(yè)應(yīng)用需求。2019年3月16日上午，全國首例基于5G的遠程人體手術(shù)，帕金森“腦起搏器”植入手術(shù)在海南解放軍總醫(yī)院成功完成。位于海南的醫(yī)生，通過5G網(wǎng)絡(luò)實時傳送的高清視頻畫面，遠程操控手術(shù)器械，歷時3個小時為身處北京的患者完成了手術(shù)。對降低患者醫(yī)療成本、下沉優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源具有重要意義。

5G構(gòu)建了智慧教育創(chuàng)新模式，實現(xiàn)了信息技術(shù)與教學(xué)應(yīng)用的深度融合，如遠程教學(xué)、全息應(yīng)用、AR/VR教學(xué)。通過AR/VR可以進行醫(yī)療培訓(xùn)、軍事對抗、跳傘、射擊等項目訓(xùn)練，體育競技培訓(xùn)如虛擬高爾夫、沖浪等都可以在AR/VR場景中實現(xiàn)，還可以對各種機械、地形進行虛擬仿真實驗。

（三）5G海量機器通信（mMTC）

5G大連接形成更廣闊和開放的物聯(lián)網(wǎng)，主要面向智慧城市、智能家居、智慧農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標的應(yīng)用需求。青島港在每個自動岸橋吊車上布置30多個高清攝像頭，圖像通過5G上傳到邊緣平臺再到控制臺，5G終端上行速率100Mbps，網(wǎng)絡(luò)時延最低13ms，滿足位置精度和低時延的遠程控制要求，在全球港口中首次實現(xiàn)從碼頭到運輸車輛的全自動收箱作業(yè)，工作效率提高了30%。

二、5G在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展將為農(nóng)民和農(nóng)業(yè)企業(yè)提供智慧農(nóng)業(yè)所需要的基礎(chǔ)設(shè)施，5G將被運用到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，對農(nóng)業(yè)活動進行跟蹤、監(jiān)測和分析。5G的傳輸速度是4G的幾十倍甚至上百倍，讓智慧農(nóng)業(yè)各環(huán)節(jié)實現(xiàn)全方位的提速與升級。5G在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在八個方面。

（一）智慧農(nóng)場

利用5G網(wǎng)絡(luò)的高速率、大連接這兩個特點，幫助農(nóng)業(yè)實施大規(guī)模的機器服務(wù)。集中控制環(huán)境傳感器、播種機、無人機等監(jiān)測設(shè)備并實時發(fā)送數(shù)據(jù)，最終達到精耕細作、準確施肥、合理灌溉的目的。山東淄博禾豐智慧農(nóng)場是由山東理工大學(xué)打造的全國首個示范性生態(tài)無人農(nóng)場，主要應(yīng)用于小麥和玉米的耕種收等環(huán)節(jié)，特點是開發(fā)了基于5G網(wǎng)絡(luò)的自走式噴罐車，集成了5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，寬達300米，可以橫跨整個地塊進行作業(yè)，實現(xiàn)了對小麥的無人精準高效灌溉，同時基于5G網(wǎng)絡(luò)的無人機在農(nóng)機管理系統(tǒng)的控制下，可以對農(nóng)場500畝農(nóng)田自動開展噴藥作業(yè)。

（二）智慧農(nóng)機

智慧農(nóng)機在4G時已經(jīng)能夠進行物聯(lián)網(wǎng)的連接與通訊，但5G最大的特點就是高速率、低時延，如農(nóng)機的狀態(tài)信息采集、故障定位、作業(yè)監(jiān)控等都能夠?qū)崟r在線顯示。監(jiān)控中心能實時知道農(nóng)機故障發(fā)生的原因，及時進行修理，同時能指導(dǎo)多臺農(nóng)機協(xié)同作業(yè)。低時延的好處就是能及時作出路線決策，提高播種或收獲的速度，讓作業(yè)更加精準。農(nóng)業(yè)機械的另一個方面就是農(nóng)業(yè)機器人，主要分為兩類：一是行走機器人；二是機器手機器人。機器人主要是根據(jù)視覺識別技術(shù)，對植物進行識別、定位，然后種植、采摘。5G技術(shù)使機器人接受指令速度更快，能傳輸高清圖片和視頻，推動機器人視覺識別技術(shù)的發(fā)展。5G使可接入機器人的數(shù)量增加，可遠程操控多個機器人進行工作，提高了作業(yè)效率。

（三）智慧林業(yè)

5G智慧林業(yè)，利用5G網(wǎng)絡(luò)視頻、無人機等監(jiān)測設(shè)備，進行森林巡檢，實現(xiàn)了森林資源、森林病蟲害、野生動植物、森林防火等監(jiān)測，以及為工作人員和游客提供向?qū)c救援服務(wù)。

（四）智慧畜牧

5G智慧畜牧可以提高畜牧養(yǎng)殖生產(chǎn)效率，降低養(yǎng)殖成本，防止牲畜疫情和牲畜丟失，保護畜牧生態(tài)。在四川省阿壩州中外技術(shù)人員利用5G無人機技術(shù)，給牛脖子戴上5G終端，運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來管理牦牛，給高原牧民的傳統(tǒng)放牧工作帶來了巨大變化。

（五）智慧漁場

5G智慧漁場利用網(wǎng)絡(luò)高清攝像頭和水下攝像系統(tǒng)等監(jiān)測設(shè)備，對漁場進行實景監(jiān)測、水產(chǎn)品生長情況監(jiān)測和精準投餌等應(yīng)用，提高水下作業(yè)安全性，節(jié)約人力成本。威海愛倫灣國家級海洋牧場在2019年5月完成了5G信號區(qū)域全覆蓋，開展了5G全景監(jiān)控應(yīng)用，通過架設(shè)的全景高清攝像裝備、5G水下攝像系統(tǒng)，實現(xiàn)了對牧場24小時的全景監(jiān)控，管理人員通過手機在辦公室或家中就可以觀察水產(chǎn)品生長情況，水下觀測距離可達10米。同時游客也可以佩戴VR眼鏡，觀看現(xiàn)場直播，體驗海洋之美。借助5G技術(shù)還可實現(xiàn)海帶育苗等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能化控制，使海洋牧場“無人值守”成為可能，促進了海洋牧場生產(chǎn)方式的智慧升級。

（六）5G聯(lián)網(wǎng)無人機

無人機對網(wǎng)絡(luò)信號的時延性要求很高，5G網(wǎng)絡(luò)賦予無人機超高清視頻傳輸、遠程聯(lián)網(wǎng)和自主飛行等重要能力，5G技術(shù)使無人機機群協(xié)同作業(yè)和24小時不間斷工作成為可能，在農(nóng)業(yè)、安防、電力等行業(yè)有巨大發(fā)展空間。植保無人機體積小、重量輕，飛行操控靈活，對不同地塊、作物都有良好的適用性。在平臺端可以遠程操控聯(lián)網(wǎng)無人機，進行下達任務(wù)、自主設(shè)計航線、實時回傳噴灑數(shù)據(jù)、作業(yè)完畢自動返航等功能設(shè)置。植保無人機減少農(nóng)藥使用量在20%以上，節(jié)省用水量在90%以上，提高農(nóng)藥利用率在30%以上。無人機旋翼產(chǎn)生的穩(wěn)定風場可以穿透到作物底部，霧化效果好，可達到葉片的背面。

無人機水稻直播在南方比較普及，每天可播300～600畝，是地面機械的3～5倍，同時省去育秧、運秧、插秧多道工序。無人機可以根據(jù)種子的大小調(diào)節(jié)噴頭的大小，根據(jù)需要，成行成列地噴撒種子。無人機還可以噴撒顆?；屎娃r(nóng)藥，針對顆粒密度與質(zhì)量的不同，可以自動調(diào)整藥箱參數(shù)，提供高效智能的施肥、施藥方案。

無人機搭載一系列的遙感設(shè)備，可以拍攝作物的生長情況。遙感圖片結(jié)合大數(shù)據(jù)進行分析，可以實現(xiàn)作物監(jiān)測、施肥建議、病蟲害預(yù)測等功能。不同農(nóng)作物反射紅外線的光譜不同，可以測算出農(nóng)作物的面積。通過紅外光譜和高清照片可以分析病蟲害的情況。

森林管理方面，在林場的周圍布設(shè)5G無人機地面站，覆蓋范圍大約是100公里。在無人機上搭載一些設(shè)備，如光學(xué)相機、高清攝像機等，來監(jiān)測植被生長情況、森林覆蓋情況，通過大數(shù)據(jù)分析樹的品種、成活率，給出補種建議，也可以對森林發(fā)生的病蟲害進行預(yù)測，提出防治建議。森林消防方面，日常根據(jù)需要可以規(guī)劃巡檢路線，有異常無人機會自動報警。如果森林起火，可以派無人機查看火情火勢，火后可以利用無人機對起火點進行識別。

（七）遠程農(nóng)業(yè)直播

目前鄉(xiāng)村旅游發(fā)展迅猛，節(jié)假日通常人流如織，5G與4K、8K等視頻直播技術(shù)的結(jié)合，助力鄉(xiāng)村旅游。鄉(xiāng)村可以在手機端遠程展示項目實景，帶游客提前感受美麗鄉(xiāng)村，讓游客提前了解景區(qū)的特色，提前規(guī)劃好行程。手機端還可以實時觀測區(qū)域客流量，如果客流量較大要實施限流措施。

5G直播可實現(xiàn)萬人同步在線學(xué)習，在農(nóng)技傳播、農(nóng)民培訓(xùn)、農(nóng)業(yè)知識普及等方面應(yīng)用廣泛，同時借助VR、AR等設(shè)備，農(nóng)業(yè)專家可實行遠程技術(shù)指導(dǎo)。利用5G大寬帶優(yōu)勢，還可以進行電商直播、認養(yǎng)農(nóng)業(yè)。

（八）數(shù)字鄉(xiāng)村

通過高速率、低時延的移動5G網(wǎng)絡(luò)整個鄉(xiāng)村的視頻信息可以實現(xiàn)實時回傳，并借助遠距離高清監(jiān)控設(shè)備做到對重點區(qū)域的精準管控，預(yù)防各類災(zāi)害。2019年7月，浙江省蕭山俞村實現(xiàn)5G信號全覆蓋，在村內(nèi)建起300個微基站，率先打造5G數(shù)字鄉(xiāng)村，借助“5G+智慧路燈+數(shù)字管理”打造鄉(xiāng)村數(shù)字化發(fā)展示范樣本。利用智慧燈桿上裝的高清攝像頭，可以清晰監(jiān)測到村內(nèi)的情況，實時把村內(nèi)的畫面?zhèn)鬏數(shù)酱逦瘯臄?shù)字平臺或工作人員的手機上。村里通過“智慧醫(yī)療”制定了免費檢測、專線呼叫、送診上門等專項服務(wù)，消除鄉(xiāng)村“健康盲點”。同時還建立了買手直播商學(xué)院、錦鋰產(chǎn)業(yè)園，為探索鄉(xiāng)村數(shù)字產(chǎn)業(yè)提供了全新理念和模式。

三、結(jié)語

5G在農(nóng)業(yè)發(fā)展中所起到的作用是高速與高效。在5G的加持下，農(nóng)業(yè)豐富的數(shù)據(jù)類型與應(yīng)用場景不斷進行深度融合，給農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來了無限可能性。5G提升了農(nóng)機、無人機的控制精度，使農(nóng)機協(xié)同作業(yè)和24小時不間斷工作成為可能；進一步提高了數(shù)據(jù)傳輸分析的速度、精確度；解決了傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)的容量問題，讓智慧農(nóng)業(yè)各環(huán)節(jié)實現(xiàn)全方位的提速與升級。未來我國農(nóng)業(yè)將實現(xiàn)智能化提升，打造數(shù)字農(nóng)業(yè)體系，穩(wěn)步向智慧農(nóng)業(yè)邁進，鑄就“中國糧食，中國飯碗”的高品質(zhì)體系。