关于智能农业的全面白皮书报告是必不可少的！

到2050年，预计世界人口将增加近20亿，从而导致食品需求迅速增加。最近的预测表明，尽管有一些进展，但世界仍然落后于实现“零饥饿”的目标。社会经济和福祉影响将影响粮食安全。弱势群体将遭受营养不良。为了满足不断增长的人口的需求，农业需要现代化，智力和自动化。通过采用现有技术，传统农业可以转变为有效，可持续和环保的智能农业。在本研究论文中，作者介绍了智能农业，技术趋势，可用数据集，网络选项和挑战的应用。通过不同的应用领域，我们探索了如何基于农业互联网建立农业信息物理系统。整体上还讨论了农业4.0。我们专注于启用自动化和提供数据完整性和安全性的分布式分类帐技术（DLT）等技术，例如人工智能（AI）和机器学习（ML）。在对不同体系结构进行深入研究之后，我们提出了一个基于数据处理位置的智能农业框架。我们将智能农业的开放研究问题分为两个群体作为未来的研究工作，从技术观点和网络观点。 AI，ML，区块链作为DLT和硬件安全性，基于物理上未串通的功能（PUF）属于技术组，而与网络相关的攻击，虚假数据注入和类似的威胁属于网络研究问题组。

智能农业概述

预计到2050年，世界人口预计将达到97亿，到本世纪末可能达到110亿。基于这些预测，全世界的食品消费量预计将迅速增加。为未来的人群增加所需的粮食生产是一项艰巨的任务。只有通过可持续和智能的农业才能增加粮食供应。目的是到2030年消除世界各地的饥饿。但是，目前，我们还没有实现这一目标[2,3]。如今，全球8亿人营养不良。人口增加在这个问题中起着重要作用。更多的人意味着更多的食物。到2050年，为了满足世界人口的需求，需要增加70％的粮食生产。其他一些因素使此事恶化：

智能农业概述

为了减轻这些问题，食品和农业产业欢迎“农业4.0”，这是一场绿色而聪明的技术，以技术为核心。图1是智能农业的概述。如果我们回顾工业革命，我们会发现它实际上始于新石器时代和青铜时代，当时人们将木材和岩石用作工具，然后将金属用作农业工具。但是工业1.0始于使用蒸汽机。大规模生产和用电的使用具有开创性的行业2.0。行业3.0伴随着自动化和信息技术的使用，而行业4.0通过人工智能，大数据（BD），物联网（IoT），机器人技术等连接机器和节点。也发生了平行的农业革命 - 首先发生 - 首先是农业系统的土著工具。农业3.0和农业智能农业4.0 [5]。农业4.0是由多种技术的融合来定义的，例如物联网，人工智能，区块链，无人机的使用（UAV），纳米技术和机器人技术，如图2所示

智能农业4.0

为什么我们需要明智的农业？

使用图2所示的技术，传统的手动劳动和低生产力农业正在转变为可持续，聪明，高效和环保的农业。老式的旧世界农业正在转变为“聪明”的农业。新术语正在出现 - “智能农业”，“数字农业”和“精确农业”。 “智能农业”是“智能农业”的另一个名称。在“智能农业”中，重点是访问数据并应用此数据以优化复杂的系统，以提高产品质量标准和产量，同时减少人力。

“精确农业或农业”和“数字农业”主要是“智能农业”的前身[6]。当农业的目标是在不同技术的帮助下优化，精确和自定义特定领域的解决方案或作物时，它属于“精确农业或农业”的标签。 “数字农场”是这两个的结合。本文将讨论解决“农业4.0”问题的“智能农业”及其未来。

图3显示了智能农业比传统农业的巨大优势。他们是：

智能农业建筑

物联网最近促进了农业产业的发展。使用不同的技术，协议和标准。根据应用程序，相关层的数量在实现体系结构中有所不同。文献提出了三层[7、8、9]，四层[10、11]，五层[12]，六层[13]和七层[14]的智能农业体系结构。这些体系结构中使用了不同的名称和观点。我们采用一个共同的体系结构根据过程发生的位置（发生距离）以及它们如何连接来定义层。这种智能农业体系结构如图4所示。我们使用三个主要级别来描述体系结构。这些层通过两个连接层连接。我们将它们分为两个子层，因为这两个连接层与不同的技术连接不同的层。连接层在每个层之间建立了一个桥梁，并且是智能农业体系结构的核心层，每个层都可以同步工作。

基于农业互联网的农业信息物理系统（A-CPS）

物联网是通过与其他设备和系统连接并共享数据的物理事物，设备和唯一识别的对象的网络。物理系统中物联网的实施已经诞生了信息物理系统（CPS）。 CPS是物理实体和软件或计算能力的混合系统。这是定义行业的现代方式。智能城市和智能村庄包括一个或多个CP，例如智能健康，智能农业，智能能源，智能运输，智能公民，可再生能源等。A-CPS是智能农业的核心。它彻底改变了农业。物联网（IOMT）形成了医学信息物理系统（H-CP），而IOAT则形成A-CPS [6]。 IOAT是一个数据驱动的系统。通过连续的数据收集，处理和度量使工作流程更有效。图7（a）显示了这样的迭代系统工作流程，使农民在发现任何问题时就可以立即采取行动。这个周期包括五个阶段：

智能农业应用

本节将讨论智能农业的应用领域。图8显示了一些智能农业的应用领域，例如作物管理，智能灌溉，牲畜监测，害虫控制等。图10显示了智能温室，无人机，自动拖拉机，水培系统等的应用领域。

明智的农业挑战

传统农业通过智能农业过程现代化。但是，为了实现大规模应用技术，仍然需要解决许多挑战。这些问题与本节讨论的各个方面有关。图12显示了智能农业面临的一些主要挑战。

智能农业技术

2021将其标记为行业5.0 ERA的开始。正是在适当的时候，各行各业的行业都欢迎数字，智能，绿色和可持续的生态系统来满足-19挑战。它重新定义了“人”和“机器” [85]之间的关系。在农业中，行业5.0时代将加速农业5.0的到来。如图14所示，主要的AI/ML和DLT将与FL，无人机，农业机器人和替代农业进行协调发展。本节将在本节中讨论两种主要技术。

综上所述

在当今世界，我们比以往任何时候都更加强调“使食物成为您的药物”，因为高质量的食物可以提高我们的免疫力。农业，粮食安全和粮食供应连锁店的研究变得更加重要。本文详细介绍了智能农业的当前研究趋势。它讨论了该领域的最新技术趋势，挑战和开放研究问题。作者认为，这项工作将为智能农业的技术，挑战和研究问题提供一个整体思想。技术进步以及信息和通信技术的快速发展已将传统农业转变为聪明，聪明和自动化的农业。智能农业通过引入可持续的绿色农业，减少农药和肥料的使用，并优化自然资源的使用来减少碳足迹。很快，农业产业将欢迎“农业5.0” [232]。这将在保持系统的环境可持续性的同时提高产量。发展中国家还将遵循发达国家的趋势。人类将以前所未有的经济和生态效率生产和分发食物[233]。

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