33、水资源管理与农业商品价值链的数字化转型

水资源管理与农业商品价值链的数字化转型

水资源管理

在水资源管理方面，有多种研究和建模方法来确保水资源的有效利用和合理分配。

小流域研究方案

小流域研究方案包含以下主要步骤：
1. 时空层次水平的确定 ：明确研究区域在时间和空间上的层次结构。
2. 形态要素和形态结构分析 ：对流域的形态特征进行研究。
3. 动态和功能特征的阐释 ：了解流域的动态变化和功能特点。
4. 应用开发——管理预测和建议 ：基于前面的研究结果，提出管理方面的预测和建议。

这个步骤可能会根据研究的深度有所不同，但它描述了小流域研究的主要流程。

乌兹别克斯坦的水资源管理建模

从基于关系理论元素的形式逻辑方法的角度来看，对分布式灌溉系统中的水资源管理过程进行建模是很方便的。系统在数学上表示为一个元组：
[M =< ZB; R1, …, Rm >]
其中 (ZB) 是领土 (В) 上的分布式元素集，(R1, R2, …, Rm) 是该集合中的关系。区域 (B) 涵盖了 (Bh)（(h = 1, H)）地区的领土，在这个例子中，是上、下和中奇尔奇克三个地区。(ZB) 由以下部分组成：
[ZB = Z1 ∪ Z2 ∪ Z3]

水资源管理模型的开发阶段

开发灌溉系统的水资源管理模型包括以下几个阶段：
1. 构建区域内对象的模型 ：
[=<

M
I
Q R
R
( );
,
,
Q
h
m
T
1
h

]
其中 (IhТ(Q)) 是具有状态集 (Q = {q1, q2, …, qh}) 的对象集。
2. 确定对象与可能状态集在时间 (Т) 的符合性 ：
[Ψ
→
I
Q
:
,
Q
h
h
T
T
ht
]
其中 (IhТ(Q)) 和 (QhT) 分别是对象集和它们的状态集。
3. 构建当前管理模型 ：
[MT = ⟨IhT (QT) · JhT (EhT), EhT, AhT; R1, …, Rm⟩]
其中 (MT) 是该状态的模型；(IhT (QT)) 是在时间 (Т) 状态由 (QT) 表征的对象集；(JhT (EhT)) 是由许多缺陷 (EhT) 引起的工作集，(AhT) 是材料、资金和工作资源集。
- 工作与缺陷的符合性：
[Ψ
→
E
J
E
:
(
),
E
h
h
h
T
T
T
ht
]
- 缺陷与对象状态的符合性：
[Ψ
→
E
Q
:
,
Q
h
h
T
T
ht
]
- 工作与对象的符合性：
[Ψ
−
J
E
I
Q
:
(
)
(
),
J
h
h
h
T
T
T
T
ht
]
- 资源分配到工作：
[Ψ
→
⋅
⊂
A
I
Q
A
A
:
(
),
,
A
h
h
h
hT
T
T
T
T
0
ht
]
其中 (AhT^0) 是该区域指定的资源集。
4. 开发运营管理模型 ：
- 传输系统节点模型：
[=
+
=
Y
q X
r i
h
,
1, ,
i
i
i
i
]
其中 (qi) 是节点传输函数；(Xi) 是第 (i) 个节点的输入信号；(Yi) 是输出信号；(ri) 是传输错误信号的概率。还包括为分散对象服务的操作员的连接系统模型和操作员数量。
5. 开发管理可靠性模型 ：包括构建分布式对象的数据传输模型，确定分布式灌溉系统的性能，提高分散对象可靠性的结构方法，提高可靠性的运营方法，考虑可靠性确定分布式对象的作用半径。

管理结构分为组织和功能两组。组织结构的元素包括分布式对象的服务点、部门、服务、执行者、地区管理、技术设施等，以及执行目标功能的功能子系统、功能子系统的任务、任务指标、管理功能等。研究管理组织结构的方法是系统分析，它假设将管理系统划分为子系统，直到达到系统的主要指标。分析基于以下数学模型：
[

M
S
R
R
M
I R
R
;
,
,
;
;
,
,
;
s
Y
m
I
h
m
1
1
Y
h
= <

= <

]
[ML = < L1; R1, …, Rm >;]
[Ψ
Ψ
→
→
S
L
I
L
:
;
:
S
Y
I
h
y
h
]

通过分析，可以确定控制子系统的元素 (sY ∈ SY)、控制层次的级别 (l∈L) 和对象关系。每种类型对象的常规单位特征使用以下公式确定：
[=
e
X
x ,
i
i
i
]
其中 (ei) 是第 (i) 个对象的特征；(xi) 是第 (i) 个对象类型的参考单位；(Xi) 是第 (i) 个对象的值，由参考单位确定（如渠道部分的长度、排放波速度等）。

在水资源管理的组织结构中，中亚水资源管理的官方结构包括以下垂直层次和相应的水资源管理组织：
|层次|组织|
| ---- | ---- |
|州际层面|中亚州际水协调委员会（ICWC），于1992年2月18日由哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦、乌兹别克斯坦和土库曼斯坦成立。|
|区域流域层面|流域水资源管理协会“阿姆河”、BVI“锡尔河”。部分奥达林斯流域管理包括查尔朱、库尔干秋别、乌尔根奇、努库斯州立大学。锡尔河部门包括古利斯坦、乌奇库尔干、恰尔达拉、奇尔奇克州立大学。|
|国家层面|主要的水资源管理机构，在乌兹别克斯坦是水资源管理部。|
|主要渠道（系统）管理|负责主要渠道的管理。|
|灌溉系统管理|管理灌溉系统。|
|灌溉区部门|负责灌溉区的相关工作。|

水资源管理部还包括国家水检查、“苏韦耶”、“生物计量中心”、“乌萨网站”、“海底通道”、灌溉和水问题科学研究所、教育机构等。

农业商品价值链的数字化转型

在农业领域，利用技术创新对于确保粮食供应安全和连续性、提高生产力和保持竞争力变得至关重要。在农业4.0和数字化时代，物联网、人工智能、卫星技术、云计算、大数据管理、商业智能和数据分析可以从农场到餐桌提供解决方案。

精准农业保障粮食供应安全

精准农业旨在有效利用投入，减少对环境的影响，确保产品质量的一致性。它通过收集和分析与农业相关的空间和非空间数据，刺激融资、生产、贸易、分配等所有相关过程。精准农业的组件包括：
1. 物联网（IoT）
2. 用于植物、土壤和杂草的传感器和遥感
3. 产品监测设备
4. 无人飞行器和地面车辆
5. 变量率应用（VRA）
6. 数字图像处理
7. 地理信息系统（GIS）
8. 全球定位系统（GPS）
9. 大数据分析
10. 数字孪生
11. 基于区块链的解决方案

以下是土耳其农业部门使用的一些实践：
- 智能农业业务 ：指使用技术管理农业业务。近年来，由于成像和遥感系统的发展，无人机（UAV）也在农业部门得到了有效应用。这些应用结合了信息和通信、物联网、机器人、人工智能和大数据，用于检测疾病、水分胁迫和杂草群落；估计产量/成熟度；控制水资源；监测工人。农业无人机市场正在增长，土耳其农业信贷合作社参与的TARNET和农业部农业研究与政策总局的TAGEM联合开发了一种名为ZIHA的国内解决方案。ZIHA项目的目标是开发国家农业技术，用于适当的药物分配，根据天气条件和喷洒特性检查到达目标的药物量。与其他方法相比，ZIHA具有以下优势：
|方法|产品损失|工人健康|用水|
| ---- | ---- | ---- | ---- |
|手动|1%|严重健康问题|10 - 15升|
|拖拉机|3 - 5%|健康问题|20 - 30升|
|ZIHA|无|无|6 - 8升|

物联网设备通过连接和与其他设备和系统交换数据，监控、分析和控制农场的物理特性（如天气条件、湿度传感器、风和压力传感器、土壤温度、动物和机器跟踪系统、灌溉传感器）。

在智能农业业务中，Doktar是一家当地解决方案提供商，它从农田收集农业数据，利用卫星、物联网遥感设备、无人机、实验室分析结果和其他工具，借助农场管理平台、大数据处理、机器学习和统计分析，开发数字和精准农业应用，以提高农业生产力和创新。其提供的数字农业产品包括：
1. 农业信息服务 ：便于轻松获取农业技术信息。
2. 农业传感器站 ：根据现场数据描述洒水或喷雾灌溉的最佳策略。
3. 数字土壤分析 ：通过指定肥料、水和土壤的化学性质，实现快速和盈利的结果。
4. 变量率肥料应用 ：考虑田间差异，达到产量潜力。
5. 作物健康监测 ：通过每日卫星图像跟踪农田健康，识别田间有问题的区域。
6. 农场管理系统 ：通过记录每一项运营和财务活动来跟踪盈利能力。
7. 数字信息素诱捕器 ：实时跟踪害虫。

另一个私营部门解决方案ImeceMobil不仅交换农业部门信息，还集成了银行系统，用于农业贷款、农业保险和相关服务，无需前往分行。此外，它还增加了“请求报价”功能作为投标机制。

区块链技术近年来变得非常重要，并且正在发展成为一种制度化组织可以受益的形式。物联网将区块链技术集成到农业部门，实现了农业食品供应链中控制机制的自动化。通过区块链的金融科技解决方案框架，可以实现农业商品价值链的数字化，确保合同创建、转移和赎回（销毁）过程的安全。

综上所述，水资源管理和农业商品价值链的数字化转型都需要利用先进的技术和科学的方法，以应对日益增长的挑战，实现可持续发展。

graph LR
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    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px;

    A([开始]):::startend --> B(小流域研究方案):::process
    B --> B1(时空层次水平确定):::process
    B --> B2(形态要素和结构分析):::process
    B --> B3(动态和功能特征阐释):::process
    B --> B4(应用开发 - 管理预测和建议):::process
    A --> C(乌兹别克斯坦水资源管理建模):::process
    C --> C1(系统数学表示):::process
    C1 --> C2(ZB组成):::process
    A --> D(水资源管理模型开发):::process
    D --> D1(构建对象模型):::process
    D --> D2(确定对象与状态符合性):::process
    D --> D3(构建当前管理模型):::process
    D --> D4(开发运营管理模型):::process
    D --> D5(开发管理可靠性模型):::process
    A --> E(农业商品价值链数字化转型):::process
    E --> E1(精准农业保障粮食供应安全):::process
    E1 --> E11(精准农业组件):::process
    E1 --> E12(土耳其农业实践):::process
    E --> E2(区块链技术应用):::process
    E2 --> E21(物联网集成区块链):::process
    E2 --> E22(金融科技解决方案框架):::process
    D3 --> D31(工作与缺陷符合性):::process
    D3 --> D32(缺陷与对象状态符合性):::process
    D3 --> D33(工作与对象符合性):::process
    D3 --> D34(资源分配到工作):::process
    E12 --> E121(智能农业业务):::process
    E121 --> E1211(无人机应用):::process
    E121 --> E1212(物联网设备应用):::process
    E121 --> E1213(Doktar解决方案):::process
    E121 --> E1214(ImeceMobil解决方案):::process
    F([结束]):::startend
    B4 --> F
    D5 --> F
    E22 --> F

这个流程图展示了水资源管理和农业商品价值链数字化转型的主要流程和关键步骤，从开始到各个具体的研究和应用阶段，最后到结束。它清晰地呈现了整个过程的逻辑关系，有助于理解各个部分之间的联系和顺序。

水资源管理与农业商品价值链的数字化转型

区块链在农业商品价值链中的应用框架

在农业商品价值链数字化转型中，区块链技术有着独特的应用框架，能够为整个链条带来新的变革。

区块链技术在农业中的优势

区块链技术具有去中心化、不可篡改、可追溯等特点，这些特点使其在农业商品价值链中具有显著优势。
- 去中心化 ：去除了传统价值链中的中间环节，减少了信息传递的层级，降低了交易成本，提高了交易效率。
- 不可篡改 ：保证了数据的真实性和可靠性。在农业生产中，从种子采购、种植过程到产品销售，每一个环节的数据都被记录在区块链上，无法被篡改，为消费者提供了可信赖的产品信息。
- 可追溯 ：消费者可以通过扫描产品上的二维码，追溯产品的整个生产过程，了解产品的来源、种植方式、使用的肥料和农药等信息，增强了消费者对产品的信任。

基于区块链的金融科技解决方案框架

为了实现农业商品价值链的数字化，基于区块链的金融科技解决方案框架应运而生。该框架主要包括以下几个方面：
1. 合同创建 ：利用区块链技术创建智能合同，确保合同的条款和条件在各方之间透明可见，并且自动执行。例如，当农产品达到一定的质量标准时，智能合同会自动触发付款流程，提高了交易的效率和安全性。
2. 合同转移 ：在农产品的交易过程中，合同的转移可以通过区块链技术实现快速、安全的操作。每一次合同转移都会被记录在区块链上，确保交易的可追溯性。
3. 合同赎回（销毁） ：当合同履行完毕后，区块链会自动记录合同的赎回（销毁）信息，确保交易的完整性。

以下是一个简单的基于区块链的金融科技解决方案框架的流程：
1. 生产者在区块链平台上创建农产品的生产信息，包括种植时间、地点、使用的肥料和农药等。
2. 采购商在区块链平台上发布采购需求，与生产者进行匹配。
3. 双方达成交易后，通过区块链创建智能合同。
4. 农产品在运输和销售过程中，每一个环节的信息都会被记录在区块链上。
5. 当消费者购买农产品时，可以通过扫描二维码查看产品的详细信息。
6. 交易完成后，区块链自动记录合同的赎回（销毁）信息。

流程步骤	操作内容
1	生产者创建生产信息
2	采购商发布采购需求
3	双方创建智能合同
4	记录运输和销售信息
5	消费者查询产品信息
6	合同赎回（销毁）

数字化转型面临的挑战与应对策略

虽然数字化转型为水资源管理和农业商品价值链带来了诸多机遇，但也面临着一些挑战，需要采取相应的应对策略。

数字化转型面临的挑战

• 技术难题 ：在水资源管理中，构建复杂的数学模型和开发先进的管理系统需要专业的技术人才和大量的研发投入。在农业领域，精准农业的组件如物联网、大数据分析等技术的应用也存在技术门槛。
• 数据安全与隐私 ：随着数字化程度的提高，数据的安全和隐私问题变得尤为重要。在区块链应用中，虽然其本身具有一定的安全性，但仍然需要防止黑客攻击和数据泄露。
• 资金投入 ：数字化转型需要大量的资金投入，包括购买设备、开发软件、培训人员等。对于一些小型企业和农户来说，资金短缺是一个重要的障碍。
• 人才短缺 ：数字化转型需要既懂技术又懂农业和水资源管理的复合型人才。目前，这类人才相对短缺，限制了数字化转型的进程。

应对策略

• 加强技术研发 ：政府和企业应加大对相关技术的研发投入，鼓励科研机构和高校开展相关研究，提高技术水平。
• 保障数据安全 ：建立完善的数据安全和隐私保护机制，采用加密技术、访问控制等手段，确保数据的安全。
• 多元化资金支持 ：政府可以出台相关政策，提供财政补贴和贷款支持。同时，鼓励社会资本参与，如设立产业基金等。
• 人才培养与引进 ：加强高校相关专业的建设，培养复合型人才。同时，引进国外先进的技术人才和管理经验。

未来展望

水资源管理和农业商品价值链的数字化转型是未来的发展趋势。随着技术的不断进步和应用的不断深入，我们可以期待以下几个方面的发展：
- 更高效的水资源管理 ：通过更加精确的模型和实时监测系统，实现水资源的合理分配和高效利用，减少水资源的浪费。
- 更安全的农产品供应 ：利用区块链技术和精准农业技术，实现农产品的全程可追溯，为消费者提供更加安全、健康的农产品。
- 产业融合发展 ：水资源管理和农业产业将与金融、科技等行业深度融合，形成更加完整的产业链，推动农业经济的发展。

graph LR
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    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px;

    A([开始]):::startend --> B(区块链在农业中的优势):::process
    B --> B1(去中心化):::process
    B --> B2(不可篡改):::process
    B --> B3(可追溯):::process
    A --> C(基于区块链的金融科技解决方案框架):::process
    C --> C1(合同创建):::process
    C --> C2(合同转移):::process
    C --> C3(合同赎回（销毁）):::process
    A --> D(数字化转型面临的挑战):::process
    D --> D1(技术难题):::process
    D --> D2(数据安全与隐私):::process
    D --> D3(资金投入):::process
    D --> D4(人才短缺):::process
    A --> E(应对策略):::process
    E --> E1(加强技术研发):::process
    E --> E2(保障数据安全):::process
    E --> E3(多元化资金支持):::process
    E --> E4(人才培养与引进):::process
    A --> F(未来展望):::process
    F --> F1(更高效的水资源管理):::process
    F --> F2(更安全的农产品供应):::process
    F --> F3(产业融合发展):::process
    G([结束]):::startend
    B3 --> G
    C3 --> G
    E4 --> G
    F3 --> G

这个流程图展示了区块链在农业商品价值链中的应用、数字化转型面临的挑战、应对策略以及未来展望的主要内容和逻辑关系。从开始到各个具体方面的分析，最后到结束，清晰地呈现了整个思考过程。

综上所述，水资源管理和农业商品价值链的数字化转型是一个复杂而长期的过程，需要政府、企业和社会各方的共同努力。通过充分利用技术创新，我们可以实现水资源的可持续利用和农业的高质量发展，为保障粮食安全和促进经济增长做出贡献。