农业设计

1.   总体规划：

理念：在尽可能减少环境负面影响的前提下，合理利用珠海土地资源，满足居民日常的食物需求和农产品需求，保障居民健康饮食，膳食平衡。

需求计算：本世界人口1193人，

根据最新的膳食指南，每人每天营养需求为：主粮400g，蔬菜400g，肉类150g水果100g，奶类及豆类150g.

每年总需求为：主粮174178kg蔬菜174178kg肉类65316.75kg水果43544.5kg奶类及豆类65316.75kg

2.   空间规划

垂直农场综合体：10000m2*10m=100000m3

露天耕地：140000m2*1m=140000m3采用机械化农场，进行粮食种植和收割。

果园：4m*6000m2=24000m3

畜牧业：家畜养殖场和家禽养殖场：10000m2*3m=30000m3

渔业：在近海处设置渔业养殖，定期开展捕捞。

林业：在建设地外围种植适应原生态环境的树木，减少对当地生态环境的影响。

3.   粮食生产

3.1种植业：

3.1.1谷物

1）水稻：选种：选用目前最高产的杂交水稻“湘两优900”和口感较优的“五优稻2号”等，满足居民的多层级需求。亩产900kg（https://baike.baidu.com/item/%E6%B9%98%E4%B8%A4%E4%BC%98900/22114456）

2) 玉米：选种：豫中玉99。亩产600kg（https://news.cnhnb.com/zhuanti/detail/437056/）

3) 土豆：克新18号，亩产达到2500kg（https://www.sohu.com/a/224327149_734701）

4) 小麦：选种： 郑麦9023，平均亩产 450kg（https://www.sohu.com/a/585923660_160386）

3.1.2        蔬菜：

大白菜、鸡毛菜、通心菜、油麦菜、番茄、辣椒、茄子、黄瓜、冬瓜、南瓜、丝瓜等。

3.1.3        水果：

黄杨荔枝、小托山桔、龙眼、葡萄、香蕉、苹果、梨等

蔬菜水果在垂直农场综合体进行种植

3.1.4        经济作物

咖啡、油菜、葵花籽、花生、大豆、豇豆、棉花、亚麻等等

3.2       渔业

青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼、鲮鱼、鲤鱼、花鲈、鮻

3.3       畜牧业

3.3.1    家畜（饲料来源：种植业产品及副产物）

       1）猪

2） 牛：奶牛，肉牛

3） 羊：奶羊，肉羊

3.3.2        家禽

1）鸡：蛋鸡，肉鸡

2）          鸭：蛋鸭，肉鸭

4相关技术

4.1采用来自新加坡的Sky Greens垂直耕作系统，进行蔬菜水果的栽培

• 专利垂直农业系统

Sky Greens专利垂直耕作系统由安装在A形铝框架上的旋转层种植槽组成。框架可高达9米，有38层生长槽，可以容纳土壤或水培的不同生长介质。槽围绕铝框架旋转，以确保植物在通过结构中的不同点时获得均匀的阳光、灌溉和养分，平均每八小时完成一个周期。

• 高产

与传统的单层农场相比，Sky Greens专利垂直农业系统集约化了土地利用，每单位土地面积的产量至少提高了10倍。

• 高品质

这些结构位于受控环境中，可以严格控制输入材料，以实现食品供应、食品安全、粮食安全和食品质量保证。

• 高灵活性

模块化结构由铝和钢制成，坚固耐用，但高度可定制和可扩展。结构可以量身定制，以适应不同的作物、生长介质和自然条件，甚至允许在原来的非耕地上耕种。

• 低能耗

利用自然阳光，无需人工照明。旋转由独特的专利液压水驱动系统提供动力，该系统利用流水和重力的动量来旋转槽。只需要40W的电力（相当于一个灯泡）就可以为一座9米高的塔供电。

• 用水量低

由于植物使用洪水方法灌溉和施肥，因此不需要喷水灭火系统，从而消除了电力浪费以及径流造成的水浪费。旋转 1.7 吨的垂直结构只需要 0.5 升水。水包含在封闭的地下水库中，并被回收和再利用。

• 维护成本低

安装在受保护的环境中可确保系统相对免维护且对人力的依赖性较低。旋转槽和强化的工厂与地块比也意味着高人力效率。

数据来源：https://www.skygreens.com/

4.2 植保无人机

植保无人机不仅仅打农药，而且有数据收集、监测等作用。

植保无人机是用于农林植物保护作业的无人驾驶飞机，主要是通过地面遥控或GPS飞控，来实现智慧农业喷洒药剂作业。无人机植保作业与传统植保作业相比，具有精准作业、高效环保、智能化、操作简单等特点，为农户节省大型机械和大量人力的成本。

据了解，植保无人机防治病虫害能减轻农民田间劳动强度，减少环境污染，提高防治效果。每架可负载8-10公斤农药，在低空喷洒农药，每分钟可完成一亩地的作业，其喷洒效率是传统人工的30倍，特别是对地形环境恶劣，人工作业有困难的地方，无人机更是凸显其优势。

4.3 激光除草机器人

 由初创公司Carbon Robotics研发设计，看起来就好像一辆拖拉机，重约4吨。其内部配备了八台150瓦的二氧化碳激光器，它们足够切割任何金属。并且，还有十二个高分辨率相机，可以扫描地面上的农作物。同时，AI超级计算机可以毫秒为单位的精细度，将混入其中的杂草标记出来。然后，它就会发射激光，从而把杂草除掉。值得一提的是，它还配有自动驾驶系统，并有四轮驱动转向功能。也就是说，它能够自己在地里干活，不需要人来看着它，时速为大约8公里每小时。据统计，每小时可消除10万多棵杂草，而一天就可以除草大约120亩。

4.4 激光除虫

微软CTO Nathan Myhrvold联合创建的Intellectual Ventures 公司近日在美国弗罗里达周农业部的站点安装了一种除虫设备——激光栅栏（PF)，它可以利用摄像机探测入侵的飞虫，然后用激光把这些飞虫射下来。

PF使用了相机和光学器件的组合来创建100米范围内的近红外光墙壁，任何飞入该区域的飞虫都将会被识别，根据列入的害虫名单，PF会用激光把识别出来的害虫杀死。

经过测试，PF每秒可以杀死20只害虫。该项目技术主管Arty Makagon说，“这种对人眼安全的、不可见的、红外激光灭虫灭得很干脆，激光束的能量刚刚好够杀死昆虫，毫不浪费。”他指着被灭虫设备干掉的虫子说。“没有一点痕迹，没有裂开的伤口。”

4.5 水稻种植全程机械化(https://www.163.com/dy/article/EB72JR1F0512X0T3.html)

4.6 水肥一体化技术

       这项技术的优点是灌溉施肥的肥效快，养分利用率提高。可以避免肥料施在较干的表土层易引起的挥发损失、溶解慢，最终肥效发挥慢的问题；尤其避免了铵态和尿素态氮肥施在地表挥发损失的问题，既节约氮肥又有利于环境保护。所以水肥一体化技术使肥料的利用率大幅度提高。据华南农业大学张承林教授研究，灌溉施肥体系比常规施肥节省肥料50%~70%；同时，大大降低了设施蔬菜和果园中因过量施肥而造成的水体污染问题。由于水肥一体化技术通过人为定量调控，满足作物在关健生育期“吃饱喝足”的需要，杜绝了任何缺素症状，因而在生产上可达到作物的产量和品质均良好的目标。

4.7 智能农业监控系统

       智能农业无线监控系统是一种结合了计算机自控技术、智能传感技术等高科技手段的资源节约型高效设施农业技术，它主要是根据环境的温度、湿度、二氧化碳含量、光合有效辐射以及土壤状况等因素，来控制温室内的各项指标，以创造出适合作物生长的最佳环境。很显然如何能够准确、稳定、方便的得到这些环境信息就成为整套系统的关键。随着近几年短距离无线通信的发展，新兴的无线传感网技术为智能农业系统中的传感环节提供了有力的技术保障。

使用现在新兴的无线传输技术和高精度的传感器，根据农业生产劳作的特点，本着定位、定时、定量的原则实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统，其基本涵义是根据作物生长的土壤性状，调节对作物的投入，即一方面查清田块内部的土壤性状与生产力空间变异，另一方面确定农作物的生产目标，进行定位的“系统诊断、优化配方、技术组装、科学管理”，调动土壤生产力，以最少的或最节省的投入达到同等收入或更高的收入，并改善环境，高效地利用各类农业资源，取得经济效益和环境效益。

       智能监控系统由无线数据采集传感器、开关控制器、数据网关、电脑和网络服务器组成，结构如下图。网关与采集器和控制器采用Zigbee传感网技术进行无线连接，每个网关下面可同时连接上百个终端设备，且所有终端自动组网，同步工作。网关与PC或网络服务器则通过以太网或移动通讯网络连接。网关在系统中处于核心地位，所有传感器采集的数据都要汇集到监控中心，所有对终端的控制指令也都要通过监控中心向下发送。监控内置了强大的操作系统，可对网络和数据进行维护和储存。电脑通过网线或局域网直接登陆网关后，可进行系统设置、采集网络管理、查看数据、绘制图表、导出数据等操作。监控中心同时具备网络服务器功能，支持多用户同时登陆网络服务器对监控数据进行查看。+

4.8 智能化畜牧养殖(https://zhuanlan.zhihu.com/p/159817982)

4.8.1 智能饲喂

将智能饲喂终端、传感器与养殖数据分析系统结合，根据猪只日龄、背膘和当前生产需求制定群体采食计划，通过各类传感器探测猪只的采食活动和食槽剩料，结合下料数据和饲喂控制器实现精准水料投放，提高猪只采食适口性，降低人猪接触频次，最大化采食量的同时减少饲料浪费和剩料，从而实现精准饲喂。

4.8.2 智能估重

       智能估重系统是由摄影仪、交换机、硬盘录像机、智慧引擎运算服务器和手机APP软件组成，系统通过安装在猪舍栏位上方的摄影仪实时采集猪只影像，利用光纤传输到硬盘录像机并上传至运算服务器，服务器对接收到的影像进行智能分析和处理。通过摄影仪将每个栏位的猪只影像实时上传到后台智慧运算服务器，采用智能估重算法，对数据进行内容分析和数据对照，结合AI摄像机采集的猪只影像，智能化分析猪只的平均体长体宽，根据猪只的体重密度预估出平均体重，准确率高达95% 。

4.8.3 智能盘猪

智能盘猪系统是由摄影头、交换机、硬盘录像机、智慧引擎运算服务器和手机APP软件组成。通过安装在猪舍栏位上方轨道机器人实时采集猪只影像，通过照片、视频等影像资料，将猪只照片、影像等资料，利用光纤传输到硬盘录像机并上传至运算服务器，服务器对接收到的影像进行智能分析和处理，让用户可以远程在手机上随时随地查看猪只数量，准确率高达98%。

4.8.4 智能测膘

       智能测膘是手持智能测膘仪，通过无线或蓝牙连接手机，主要是通过精准测膘可以看到猪只的背膘厚度，观察到每层背膘界膜反射的超声信号，通过观察图像，养户可以获得更加可靠的测定值，对每层的肉膘情况进行检测，更加精准，准确度更高；然后经过蓝牙数据传输，让数据管理更加便捷。

4.9 智能化畜禽养殖

　智慧养鸡管理系统，基于物联网技术发展而来，旨在利用云平台、大数据、A技术，建立起来的智能型自动监控系统。主要目的是实现高效管理、自动化控制、无人巡视，为养殖行业的良性发展提供的技术支持。

       （https://baijiahao.baidu.com/s?id=1727341001232428060）

5数据计算

总空间：294000立方米 总能耗：1664865kwh 人均1396kwh

5.1粮食需求：根据中国人推荐膳食结构，每人每天摄入谷类应在300~500g，取400g。0.4kg*1153*365=168338kg.  本世界采用的水稻种类产量按年亩产900kg记，提供50%的谷类；玉米产量按亩产900kg记，提供20%的谷类；土豆产量按4000kg记，提供20%的谷类。小麦按照450kg计算，提供10%的谷类，则需的有效耕地面积为168338*（0.5/900+0.2/600+0.2/2500+0.1/450）= 133672平方米

5.2蔬菜瓜果需求：按照垂直农业单位面积产量为同等面积普通栽培的十倍计算：3*10*10000=300000kg -；果园内产量为：2500/667*6000=22489kg

5.3 家畜需求：猪38kg/年/人 每头猪约110kg/6月 需养殖约206头 计算库存：每年养殖量为220只；

                      牛6kg/年/人 每头牛约1000kg/1.5年 养殖肉牛10只，牛奶需求量14.4kg/年 奶牛4000kg/年 养殖奶牛5只

                      羊6kg/年/人 每头羊约50kg/9月 养殖110头肉羊，羊奶需求量1kg/年，羊年均产奶450kg/年，养殖奶羊5只

5.4 家禽需求：鸡：10kg/年/人 每只鸡2kg/2月，养殖1100只肉鸡；鸡蛋：12.8kg/年/人 每只鸡35kg/年 养殖450只蛋鸡；

                      鸭：5kg/年/人 每只鸭2kg/2月，养殖525只肉鸭；鸭蛋：2kg/年/人 每只鸭15kg/年 养殖170只蛋鸭

能耗计算：垂直农业60w/10m2共60kw；监控设备10w/台，每台监控范围20m2总计监控面积，130kw 无人机使用：约50w/台需要5台每天飞行4小时，共365kwh每年 后台数据处理系统计算30kw；激光设备每年约10000kwh;机械化农具（收割机、播种机等等）：每年约10000kwh；渔船：每年约100000kwh；林业砍伐及运输：约100000kwh