nullnull 專 家 視 點 中國農(nóng)業(yè)文摘 農(nóng)業(yè)工程 2021年第6期 隨著第四次工業(yè)革命的快速發(fā)展 信息科學技 術和多領域科學技術深度融合 誘發(fā)新的產(chǎn)業(yè)技術革 命 新一代信息科技與農(nóng)業(yè)的深度融合發(fā)展 孕育了 第三次農(nóng)業(yè)綠色革命 農(nóng)業(yè)的數(shù)字革命 使農(nóng)業(yè)進 入了網(wǎng)絡化 數(shù)字化 智能化發(fā)展的新時代 在農(nóng)業(yè) 數(shù)字革命的推動下 世界農(nóng)業(yè)產(chǎn)生了兩大變革 一是 產(chǎn)生了以智慧農(nóng)業(yè)為代表的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式 讓農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)更加 智慧 更加 聰明 二是促進了農(nóng) 業(yè)數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展 激活了 數(shù)據(jù)要素 的價值潛能 賦能數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村新發(fā)展 已有研究表明 智慧農(nóng)業(yè) 是以信息 知識與裝備為核心要素的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方 式 是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技競爭的制高點 也是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā) 展的重要方向 針對現(xiàn)有研究關于智慧農(nóng)業(yè)科學內(nèi)涵 闡釋不深刻 國內(nèi)外智慧農(nóng)業(yè)前沿科技動態(tài)把握不全 面 未來我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展政策針對性不強等問題 本文擬從系統(tǒng)工程角度對智慧農(nóng)業(yè)內(nèi)涵進行理論闡 釋 進一步結合文獻進展深度剖析國內(nèi)外智慧農(nóng)業(yè)核 心關鍵技術前沿進展 提出未來智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的總體 布局 為今后一段時期內(nèi)我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展提供方向 性指導 1 智慧農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵與特征 1 1 智慧農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵 1 1 1 智慧農(nóng)業(yè)的概念 至今為止 學術界尚未對智 慧農(nóng)業(yè)作出一個確切的定義 一般根據(jù)智慧農(nóng)業(yè)的實 質(zhì)內(nèi)容或應用場景 將其描述為以信息和知識為核心 要素 通過現(xiàn)代信息技術和智能裝備等與農(nóng)業(yè)深度跨 界融合 實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程的信息感知 定量決 策 智能控制 精準投入 個性化服務的全新農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)方式 并且認為智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展從數(shù)字 化到網(wǎng)絡化再到智能化的高級階段 1 1 2 智慧農(nóng)業(yè)相關名詞 目前 學術界的理論探討 中 出現(xiàn)了許多與智慧農(nóng)業(yè)類似或關聯(lián)的名詞術語 如精準農(nóng)業(yè) 數(shù)字農(nóng)業(yè) 智能農(nóng)業(yè)等 這些不同的名 詞概念強調(diào)或側重點有所不同 學者普遍認為 智慧 農(nóng)業(yè)強調(diào)的是通過綜合運用智能技術 提高人類對農(nóng) 業(yè)系統(tǒng)綜合管控能力水平 智能農(nóng)業(yè)強調(diào)的是通過在 機器上運用各類電子技術和控制技術 提高機器裝備 對農(nóng)業(yè)各環(huán)節(jié)的智能化操控能力水平 數(shù)字農(nóng)業(yè)是通 過將農(nóng)業(yè)全要素 全系統(tǒng) 全過程數(shù)字化 進而實現(xiàn) 農(nóng)業(yè)科學決策和數(shù)字化管理 精準農(nóng)業(yè)強調(diào)的是基于 農(nóng)業(yè)動植物和空間環(huán)境等信息的變化而采取的精細投 入管理 筆者認為 雖然這些名詞的含義和側重點不 同 但信息和知識要素的本質(zhì)沒有改變 只是智能化 的程度有所差異 隨著技術水平的不斷發(fā)展 終將走 向智慧農(nóng)業(yè)的目標 1 1 3 從系統(tǒng)工程的角度理解智慧農(nóng)業(yè) 早在 1958 年 毛澤東同志曾提出 農(nóng)業(yè)八字憲法 土 肥 水 種 密 保 管 工 這一論斷深刻闡釋了農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)的系統(tǒng)性 復雜性 智慧農(nóng)業(yè)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的 重要體現(xiàn) 也兼具系統(tǒng)工程的特點 一是智慧農(nóng)業(yè)由 數(shù)據(jù) 知識 模型 軟件 硬件等要素相互作用 相 互依賴的若干部分結合而成 二是智慧農(nóng)業(yè)具有明顯 的結構功能特性 無論是智慧種植 智慧養(yǎng)殖 還是 智慧加工物流 智慧農(nóng)業(yè)均由 信息獲取 智能決策 精準作業(yè) 個性服務 四大部分組成 且最終目標均 在于追求高質(zhì)量 高效率 高效能 方便快捷和人性 化 三是智慧農(nóng)業(yè)具有 1 1 2 的特點 即農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)全產(chǎn)業(yè)鏈的智慧化管理效果大于產(chǎn)業(yè)鏈單環(huán)節(jié)的智 慧管理效果 因此 智慧農(nóng)業(yè)要全鏈條實施 四是智 慧農(nóng)業(yè)是一個復雜的系統(tǒng)工程 智慧農(nóng)業(yè)在應用與發(fā) 展上充分體現(xiàn)了學科交叉融合的特點 而不是信息科 學技術的簡單應用和堆砌 在學理性問題上 不僅要 融合農(nóng)業(yè)科學 信息科學和工程科學等相關學科的基 本原理 理論和方法 還必須處理好技術 經(jīng)濟 社 會 管理 環(huán)境和政策等多要素的集成優(yōu)化 這也是 決定智慧農(nóng)業(yè)實施效果的重要方面 1 2 智慧農(nóng)業(yè)的特征 1 2 1 智慧農(nóng)業(yè)具備先進的生產(chǎn)力特征 從系統(tǒng)工程 的角度可以將智慧農(nóng)業(yè)理解為先進生產(chǎn)力要素組合 后導致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的變革 結合智慧農(nóng)業(yè)技術特 點與應用場景 智慧農(nóng)業(yè)作為先進的生產(chǎn)力融合了 三大生產(chǎn)力要素 BT IT IE 一是農(nóng)業(yè)生物技術 Biotechnology BT 這是智慧農(nóng)業(yè)的技術基礎 二是信息技術 Information technology IT 即主要 智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與未來展望 趙春江 DOI 10 19518 11 2531 s 2021 0136 nullnull專 家 視 點中國農(nóng)業(yè)文摘 農(nóng)業(yè)工程 2021年第6期 依賴先進的信息科技增加人的智慧 提升農(nóng)業(yè)裝備 的智能化水平 為農(nóng)業(yè)賦能 三是農(nóng)業(yè)智能化裝備 Intelligent equipment IE 主要是輔助或替代人 操作 減少生產(chǎn)經(jīng)營者的勞動強度 智慧農(nóng)業(yè)技術是 直接的生產(chǎn)力 通過與農(nóng)業(yè)各生產(chǎn)力要素 農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 者 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工具 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對象 滲透融合 起到 生產(chǎn)力 倍增器 的作用 大幅度提高農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn) 率 智慧農(nóng)業(yè)也是未來最活躍的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力 互聯(lián) 網(wǎng) 農(nóng)業(yè)人工智能 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù) 區(qū)塊鏈等技術 將 提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者決策和管理行為的智能化 農(nóng)業(yè)傳感 器 農(nóng)業(yè)機器人 農(nóng)業(yè)智能裝備等技術將實現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)工具的轉(zhuǎn)型升級 數(shù)字化技術將使我們更加清 晰地認識和把握農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對象及其與各生產(chǎn)要素 環(huán) 境要素 技術措施等的相互作用關系 1 2 2 智慧農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟特征 數(shù)字經(jīng)濟已經(jīng)成為當今 世界經(jīng)濟發(fā)展的主要驅(qū)動力 2020年我國數(shù)字經(jīng)濟規(guī) 模達到 39 2萬億元 占 GDP比重的 38 6 據(jù)中國信 息通信研究院數(shù)據(jù) 預計 2035年中國數(shù)字經(jīng)濟規(guī)模 150萬億元 占 GDP比重 55 達到發(fā)達國家平均水 平 智慧農(nóng)業(yè)可以創(chuàng)造數(shù)字經(jīng)濟 澳大利亞 The Yield 公司利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術為養(yǎng)殖場提供精準信 息服務 年產(chǎn)值近 5億美元 2020年我國農(nóng)產(chǎn)品網(wǎng)絡 零售額達到 6 107億元 農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟總量達到 6 920 億元 預計 2025年我國農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟規(guī)模將達到 1 26 萬億元 新發(fā)展格局下 利用信息技術大力發(fā)展智慧 農(nóng)業(yè) 通過構建農(nóng)業(yè)新業(yè)態(tài) 發(fā)展農(nóng)村新興產(chǎn)業(yè) 不 僅有利于縮小城鄉(xiāng)數(shù)字和經(jīng)濟鴻溝 同時更孕育著巨 大規(guī)模的農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展?jié)摿?2 國外智慧農(nóng)業(yè)布局 發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 近 10來 美國 英國 德國 加拿大 日本 韓國等農(nóng)業(yè)發(fā)達國家高度關注智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展 從國 家層面進行戰(zhàn)略部署 積極推進農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng) 農(nóng)業(yè)傳 感器 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù) 農(nóng)業(yè)機器人 農(nóng)業(yè)區(qū)塊鏈等智慧 農(nóng)業(yè)關鍵技術的創(chuàng)新發(fā)展 2015年 加拿大聯(lián)邦政府 預測與策劃組織發(fā)布了 MetaScan3 新興技術與相 關信息圖 指出土壤與作物感應器 傳感器 家 畜生物識別技術 農(nóng)業(yè)機器人在未來 5 10年將顛覆 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式 日本 2015年啟動了 基于智能機 械 智能 IT的下一代農(nóng)林水產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造技術 項目 核 心內(nèi)容是 信息化技術 智能化裝備 2017年 歐 洲農(nóng)機工業(yè)學會提出了 農(nóng)業(yè) 4 0 Farming4 0 計 劃 強調(diào)智慧農(nóng)業(yè)是未來歐洲農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向 2018 年 美國科學院 美國工程院和美國醫(yī)學科學院聯(lián)合 發(fā)布 面向 2030年的食品和農(nóng)業(yè)科學突破 報告 重 點突出了傳感器 數(shù)據(jù)科學 人工智能 區(qū)塊鏈等 技術發(fā)展方向 積極推進農(nóng)業(yè)與食品信息化 美國 NSTC 國家人工智能研發(fā)戰(zhàn)略計劃 中 將農(nóng)業(yè)作 為人工智能優(yōu)先應用發(fā)展的第10 個領域 資助農(nóng)業(yè)人 工智能科技的中長期研發(fā) 美國農(nóng)業(yè)部 2018 2022 年戰(zhàn)略規(guī)劃 中 突出了農(nóng)業(yè)人工智能 自動化與 遙感技術的應用 根據(jù)國際咨詢機構 Research and market 分析 2019年全球智慧農(nóng)業(yè)市值 167億美 元 2027年將達到 292億美元 2021 2027年全球智 慧農(nóng)業(yè)市值年復合增長率 Compound annual growth rate CAGR 將達到 9 7 目前 國際上以美國為 代表的大田智慧農(nóng)業(yè) 以德國為代表的智慧養(yǎng)殖業(yè) 以荷蘭為代表的智能溫室生產(chǎn)以及以日本為代表的小 型智能裝備業(yè) 均取得巨大進步 形成了相對成熟的 技術與產(chǎn)品 而且還形成了商業(yè)化的發(fā)展模式 為我 國發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)提供了可借鑒的經(jīng)驗 2 1 農(nóng)業(yè)傳感器 傳感器作為智慧農(nóng)業(yè)的信息之源 在推動智慧 農(nóng)業(yè)發(fā)展中具有舉足輕重的作用 目前 農(nóng)業(yè)傳感器 主要包括農(nóng)業(yè)環(huán)境信息傳感器 動植物生命信息傳感 器 農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)與安全信息傳感器 農(nóng)機工況與作業(yè) 傳感器等 近年來 農(nóng)業(yè)傳感器新原理 新技術 新 材料和新工藝不斷突破 已由簡單的物理量傳感走向 化學 生物信息的快速感知 納米等新材料技術的發(fā) 展使得傳感器向著微型化 智能化 多樣化的趨勢發(fā) 展 如美國正在發(fā)展利用激光誘導光譜技術測量土壤 養(yǎng)分和重金屬含量 利用微納米技術研制可進入動植 物生命體新陳代謝循環(huán)系統(tǒng)中的傳感器等 總體判 斷 美國 德國 日本等國家在農(nóng)業(yè)傳感器領域處于 領先地位 壟斷了感知元器件 高端農(nóng)業(yè)環(huán)境傳感 器 動植物生命信息傳感器 農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)在線檢測設 備等相關技術產(chǎn)品 未來 5 10年 研發(fā)準確 精密 便攜的傳感器和生物傳感器將是各國農(nóng)業(yè)傳感器創(chuàng)新 發(fā)展的重點領域 這類傳感器不僅可以實現(xiàn)一次連續(xù) 監(jiān)測多個環(huán)境和動植物生命信息的特征參數(shù) 也可以 對環(huán)境 生物及非生物脅迫等進行持續(xù)監(jiān)測 具備在 植物和動物發(fā)病之前檢測疾病的能力 有助于實現(xiàn)各 種食品和農(nóng)業(yè)學科相關指標的快速檢測和監(jiān)測 比 如 柔性納米傳感器能夠簡單便捷的貼附安裝于動植 物組織不規(guī)則表面進行信息的精準監(jiān)測 微納米尺度 nullnull 專 家 視 點 中國農(nóng)業(yè)文摘 農(nóng)業(yè)工程 2021年第6期 的傳感器可植入動植物等生物體內(nèi) 并進入生命體新 陳代謝的循環(huán)系統(tǒng)中 實時監(jiān)測動植物生命體的生物 信息 納米傳感器陣列具有多功能探測與分析能力 匹配強大的數(shù)據(jù)處理 存儲與分析能力以及傳感網(wǎng) 絡 具備復雜數(shù)據(jù)遠程分析處理能力 能夠讓監(jiān)測結 果更加精準 2 2 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)智能 國際上通過圖像識別 機器學習等技術 將農(nóng) 業(yè)領域大量結構化和非結構化數(shù)據(jù) 天氣 土壤 動 植物生長發(fā)育 市場數(shù)據(jù) 社交媒體等 轉(zhuǎn)化為知 識 并提供智能決策 實現(xiàn)部分或全部替代人工決 策 在節(jié)省時間 增加安全性的同時減少潛在的人為 錯誤 大幅度提高決策的科學性和準確性 得益于強 有力的基礎研究水平和能力 美國 荷蘭 以色列 日本等國家在農(nóng)業(yè)數(shù)字模型與模擬 農(nóng)業(yè)認知計算與 農(nóng)業(yè)知識發(fā)現(xiàn) 農(nóng)業(yè)可視交互服務引擎等技術 算 法 模型等方向處于國際領先地位 如美國位于新澤 西州的紐瓦克垂直農(nóng)場 利用大數(shù)據(jù)技術分析溫度 濕度 二氧化碳及作物長勢信息 與傳統(tǒng)農(nóng)場相比 每 0 093m 2 用水減少 95 肥料減少 50 農(nóng)藥零投 入 年產(chǎn)量高出 390倍 意大利 Tuscia大學利用大數(shù)據(jù) 技術和人工智能技術 加快氣候適應性植物的育種研 究 或?qū)⒅厮芪磥磙r(nóng)場 綜合判斷 未來大數(shù)據(jù)驅(qū)動 的知識決策替代人工經(jīng)驗決策 知識決策主導的智能 控制替代簡單的時序控制 將從育種到產(chǎn)品銷售的整 個農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈得以廣泛應用 2 3 農(nóng)業(yè)智能裝備 美國 德國 英國 日本等國家的農(nóng)業(yè)智能裝 備研究與應用發(fā)展迅速 主要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié) 包 括果蔬嫁接 移栽 施藥 采摘 畜禽飼喂 清糞 奶牛擠奶 農(nóng)產(chǎn)品在線分級 標識 包裝等 已經(jīng) 或正在實現(xiàn) 機器換人 或 無人作業(yè) 大幅度 提高了勞動生產(chǎn)效率和農(nóng)業(yè)資源利用效率 如美國 Abundant Robotics公司開發(fā)的蘋果采摘機器人 可準 確識別成熟的蘋果并且可以以平均 1個 s的采摘速度 連續(xù)工作 24h 瑞士 EcoRobotix公司開發(fā)的田間除草 機器人 可以準確識別雜草并通過機械手臂對雜草進 行除草劑噴灑 農(nóng)藥使用量可降低 20倍 農(nóng)業(yè)相關成 本節(jié)約 30 愛爾蘭 MagGrow開發(fā)的農(nóng)藥噴灑機器人 使用永久性稀土磁體產(chǎn)生電磁荷 可解決農(nóng)藥漂移問 題 農(nóng)藥的使用量減少了 65 75 3 我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與問題 3 1 我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 3 1 1 高度重視智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展 近 10年的 中央一 號文件 中 每年均強調(diào)了信息科技助力農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn) 代化的內(nèi)容 其中 2020年 中央一號文件 提出 要加快物聯(lián)網(wǎng) 大數(shù)據(jù) 區(qū)塊鏈 人工智能 第五 代移動通信網(wǎng)絡 5G 智慧氣象等在農(nóng)業(yè)領域應 用 同時明確實施數(shù)字鄉(xiāng)村試點工程 2021年 中央 一號文件 指出 推動農(nóng)村千兆光網(wǎng) 第五代移動 通信 5G 移動物聯(lián)網(wǎng)與城市同步規(guī)劃建設 發(fā) 展智慧農(nóng)業(yè) 建立農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)體系 推動新一代 信息技術與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營深度融合 此外 中華 人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和 2035年遠景目標綱要 中提出 加強大中型 智能 化 復合型農(nóng)業(yè)機械研發(fā)應用 完善農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新 體系 創(chuàng)新農(nóng)技推廣服務方式 建設智慧農(nóng)業(yè) 3 1 2 農(nóng)村信息化促進了智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展 目前 我 國互聯(lián)網(wǎng)和 4G村級覆蓋率達 98 以上 根據(jù)中國互 聯(lián)網(wǎng)絡信息中心 CNNIC 第 48次 中國互聯(lián)網(wǎng)絡發(fā) 展狀況統(tǒng)計報告 截至 2021年 6月 我國網(wǎng)民規(guī)模 達 10 11億 農(nóng)村網(wǎng)民規(guī)模達 2 97億 農(nóng)村地區(qū)互聯(lián)網(wǎng) 普及率為 59 2 較 2020年 12月提升 3 3個百分點 城 鄉(xiāng)互聯(lián)網(wǎng)普及率差距進一步縮小至 19 1個百分點 根 據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部信息中心的報告 2019年全國縣域數(shù) 字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展總體水平達 36 0 其中 東部地區(qū) 為 41 3 中部地區(qū)為 36 8 西部地區(qū)為 31 0 我 國 2019年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化水平總體上達到 23 8 其 中 作物種植信息化水平為 17 48 設施栽培信息化 水平為 41 0 畜禽養(yǎng)殖信息化水平為 32 8 水產(chǎn) 養(yǎng)殖信息化水平為 16 4 3 1 3 農(nóng)業(yè)規(guī)模化經(jīng)營為智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了條件 根據(jù)第三次全國農(nóng)業(yè)普查 2016年耕地規(guī)?；戎貫?28 6 而生豬 家禽養(yǎng)殖規(guī)?；戎胤謩e為 62 9 和 73 9 目前 我國土地流轉(zhuǎn)占比 40 以上 農(nóng)民 專業(yè)合作社 家庭農(nóng)場 龍頭企業(yè)的數(shù)量達 300萬家 以上 為智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了載體和需求的驅(qū)動力 3 1 4 智慧農(nóng)業(yè)技術創(chuàng)新取得明顯進步 通過對中國 知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫和 Web of Sciences 數(shù)據(jù)庫 2008 2018 年發(fā) 表的文獻檢索表明 智慧農(nóng)業(yè)技術研究活躍程度 相 關學術論文數(shù)量 排名前 5的國家依次為 美國 中 國 巴西 西班牙 德國 研究的熱點聚焦在農(nóng)業(yè)傳 感器 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)和人工智能 農(nóng)業(yè)智能控制與農(nóng)業(yè) 機器人等方向 近年來 我國智慧農(nóng)業(yè)技術取得長 nullnull專 家 視 點中國農(nóng)業(yè)文摘 農(nóng)業(yè)工程 2021年第6期 足進步 主要表現(xiàn)在 1 一般性環(huán)境類農(nóng)業(yè)傳感器 光 溫 水 氣 基本實現(xiàn)國內(nèi)生產(chǎn) 2 農(nóng)業(yè)遙 感技術廣泛應用于農(nóng)情監(jiān)測 估產(chǎn) 以及災害定量化 評損定級 3 農(nóng)業(yè)無人機應用技術達到國際領先 廣泛用于農(nóng)業(yè)信息獲取 病蟲害精準防控 4 肥水 一體化技術 側深精準施肥技術 智能灌溉技術 精 準施藥技術廣泛應用于規(guī)?；a(chǎn) 5 農(nóng)機北斗導 航在農(nóng)業(yè)耕種管收全程得到廣泛應用 自主產(chǎn)權技術 產(chǎn)品成為市場主導 對國外產(chǎn)品實現(xiàn)了全替代 6 設施園藝超大型智能溫室技術 植物工廠技術等也取 得了很大進步 基本上可以實現(xiàn)自主技術自主生產(chǎn) 此外 我國在農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)技術和農(nóng)業(yè)人工智能應用方 面 在大數(shù)據(jù)挖掘 智能算法 知識圖譜 知識模型 決策等也進行了廣泛的研究 3 1 5 智慧農(nóng)業(yè)技術在全國范圍內(nèi)均得到初步應用 在東北 西北 黃淮海平原等大田生產(chǎn)領域 通過廣 泛應用遙感監(jiān)測 專家決策系統(tǒng)和農(nóng)機北斗導航作業(yè) 等技術 實現(xiàn)大田精準作業(yè) 在設施養(yǎng)殖領域 主要 應用包括動物禽舍環(huán)境監(jiān)測 動物個體形態(tài)與行為識 別 精細飼喂 疫病防控等 特別是近年來 大范圍 非洲豬瘟發(fā)生后 高度智能化的樓房養(yǎng)豬發(fā)展迅速 此外 我國南方的智慧水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展也很快 在設施 園藝領域 目前所有的現(xiàn)代玻璃溫室和 40 的日光溫 室普遍采用了環(huán)境監(jiān)測 水肥一體化技術 設施食用 菌產(chǎn)業(yè)也廣泛應用了信息技術進行產(chǎn)量和品質(zhì)的控 制 在農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息服務領域 通過機器學習 時空 大數(shù)據(jù)挖掘 知識圖譜構建 語音智能識別等技術的 應用 實現(xiàn)個性化精準服務 3 2 我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的特點與問題 3 2 1 我國農(nóng)田地塊規(guī)模小 耕地細碎化問題突出 美國的農(nóng)場規(guī)模平均 200hm 2 以上 平均每個農(nóng)民經(jīng)營 面積超過 113hm 2 歐盟國家農(nóng)場面積大于 20hm 2 的占 82 農(nóng)場面積為 100hm 2 的占 52 而我國農(nóng)田小地 塊 碎片化程度高 經(jīng)營面積 3 4hm 2 以下的小農(nóng)戶占 比 95 以上 而耕地面積卻占我國總耕地面積的 80 以上 小農(nóng) 小地塊的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營方式導致我國智 慧農(nóng)業(yè)技術投入的邊際效益低 經(jīng)營主體應用積極性 不高 3 2 2 我國農(nóng)業(yè)機械化水平比較低 實施智慧農(nóng)業(yè)離 不開農(nóng)機裝備支撐 近年來我國加大力度支持與推 廣全程 全面機械化 2020年底我國主要糧食作物 耕種收綜合機械化率達到了 71 丘陵山區(qū)農(nóng)作物耕 種收綜合機械化率為 49 設施園藝綜合機械化率為 32 畜牧養(yǎng)殖機械化率為 35 水產(chǎn)養(yǎng)殖機械化率 為 30 然而 受農(nóng)機產(chǎn)品需求多樣化 機具作業(yè)環(huán) 境復雜等因素影響 與發(fā)達國家相比 我國目前的農(nóng) 機化和農(nóng)機裝備的智能化水平仍有 10 20個百分點的 差距 尤其是部分農(nóng)機裝備農(nóng)機農(nóng)藝結合不夠緊密等 制約了我國智慧農(nóng)業(yè)的大規(guī)模發(fā)展 3 2 3 農(nóng)村基礎設施薄弱 農(nóng)村寬帶網(wǎng)絡雖然到村 但到農(nóng)戶的比例低 到農(nóng)業(yè)園區(qū)的少 4G網(wǎng)絡覆蓋 信號不穩(wěn)定 5G基站少 通訊費用高等問題限制了 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地信息化產(chǎn)品的應用 農(nóng)村信息采集終端 應用少 物聯(lián)網(wǎng)基礎設施薄弱 以及農(nóng)田氣象 耕地 質(zhì)量 土壤墑情 水文等監(jiān)測點偏少 缺乏專業(yè)的信 息化設備運維隊伍 使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營主體獲取信息 難且成本高 3 2 4 智慧農(nóng)業(yè)技術有效供給不足 智慧農(nóng)業(yè)技術有 很多 但由于缺乏基礎研究和技術創(chuàng)新 核心的農(nóng)業(yè) 傳感器和智能決策的算法模型 以及高端農(nóng)業(yè)智能裝 備缺乏 不能滿足實施智慧農(nóng)業(yè)的需求 其中 農(nóng)業(yè) 智能控制與農(nóng)業(yè)機器人關鍵技術及核心零部件 如國 際標準總線 負載動力換擋 無級變速 視覺系統(tǒng)及 識別算法 精密伺服電機 多自由度關節(jié) 柔性執(zhí)行 器件等 遠落后于美國 德國 日本等發(fā)達國家 是 目前我國智慧農(nóng)業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié) 在傳感器方面 盡 管我國農(nóng)業(yè)環(huán)境信息傳感器和儀器儀表的國內(nèi)市場占 有量超過進口產(chǎn)品 但在精度 穩(wěn)定性 可靠性等方 面與國外產(chǎn)品差距巨大 核心感知元器件主要依賴進 口 高端產(chǎn)品幾乎全部依賴進口 缺乏針對我國農(nóng)戶 和小地塊的技術 難以滿足我國廣大小農(nóng)戶的需求 此外 農(nóng)業(yè)的生態(tài)多樣性 對技術與應用模式也是多 樣的 但對于研發(fā)主體 投入大量資金研發(fā)后 卻不 能像工業(yè)技術產(chǎn)品一樣大規(guī)模復制推廣 效益低 導 致企業(yè)研發(fā)主體不愿意 不敢投入 3 2 5 政策與機制問題 政府投入力度不夠 無論是 對于技術研發(fā)主體還是生產(chǎn)經(jīng)營應用主體 缺乏廣泛 的優(yōu)惠支持政策 企業(yè)稅收高 人力成本高 應用 運維成本高 對于高新技術申請政府補貼程序復雜 通道不暢 以上這些均從某種程度上影響了我國智慧 農(nóng)業(yè)快速發(fā)展 4 對我國智慧農(nóng)業(yè)的展望 當前 我國正處于向第 二 個一百年奮斗目標邁 進的歷史關口 大力發(fā)展智慧農(nóng)業(yè) 對變革傳統(tǒng)農(nóng)業(yè) nullnull 專 家 視 點 中國農(nóng)業(yè)文摘 農(nóng)業(yè)工程 2021年第6期 生產(chǎn)方式 大幅度提高農(nóng)業(yè)資源利用率和生產(chǎn)效率 實現(xiàn)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要作用 對 全面推進 鄉(xiāng)村振興 加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化 具有重大意義 2018年 9月 25日 習近平總書記在黑龍江農(nóng)墾建三江 國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)考察時指出 大力推進農(nóng)業(yè)機械 化 智能化 給農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化插上科技的翅膀 作為 十四五 時期乃至 2035年我國推動農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展 的重要建設內(nèi)容 發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)正面臨良好的機遇 縱觀我國農(nóng)業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變歷程 我國農(nóng)業(yè)在經(jīng)歷了 人力和畜力為主的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè) 農(nóng)業(yè) 1 0 生物 化學 農(nóng)業(yè) 農(nóng)業(yè) 2 0 機械化農(nóng)業(yè) 農(nóng)業(yè) 3 0 之后 正 在大步伐邁入智慧農(nóng)業(yè) 農(nóng)業(yè) 4 0 的新時代 在新 發(fā)展格局下 積極應對更加嚴峻的人口 資源 環(huán)境 與市場的多重約束 探尋通過現(xiàn)代信息科技大幅度提 高農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率 資源利用率和土地產(chǎn)出率的中國 特色智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展道路 既是新時代 三農(nóng) 工作的 重點 也是建設社會主義現(xiàn)代化強國的客觀要求 4 1 未來我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展目標 以提高主要農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的勞動生產(chǎn)率 資源利用 率和土地產(chǎn)出率為目標 重點突破農(nóng)業(yè)傳感器 農(nóng)業(yè) 大數(shù)據(jù)和人工智能 農(nóng)業(yè)智能控制與農(nóng)業(yè)機器人等智 慧農(nóng)業(yè)關鍵核心技術和產(chǎn)品 實現(xiàn)技術產(chǎn)品自主化 集成建立 信息感知 定量決策 智能控制 精準投 入 個性化服務 的智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系 建成智 慧農(nóng) 牧 漁 場 建立農(nóng)產(chǎn)品智慧供應鏈 實現(xiàn)農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)智能化 管理數(shù)字化 服務網(wǎng)絡化 農(nóng)產(chǎn)品流 通智慧化 農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息服務個性化 推進知識替代 經(jīng)驗 機器替代人工 培育農(nóng)業(yè)智能裝備 農(nóng)業(yè)信息 服務 農(nóng)產(chǎn)品可信流通等新產(chǎn)業(yè) 到 2025年 智慧農(nóng) 業(yè)實現(xiàn)跨越發(fā)展 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化水平由目前的 20 提高到 40 農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟占農(nóng)業(yè) GDP比重由目前的 8 提高到 15 為實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略 實現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng) 村現(xiàn)代化提供強有力的科技支撐 4 2 未來智慧農(nóng)業(yè)重點任務 4 2 1 攻克農(nóng)業(yè)高可靠專用傳感器 重點研究以光 學 電化學 電磁學 超聲 圖像等方法為基礎的農(nóng) 業(yè)傳感新機理 研發(fā)敏感器件 光電轉(zhuǎn)換 微弱信號 處理等核心零部件 研制一批高精度農(nóng)業(yè)傳感器 打 破國外技術產(chǎn)品壟斷 4 2 2 研制農(nóng)業(yè)智能測控終端 重點研發(fā)基于芯片可 進行邊緣計算的高端智能終端 農(nóng)情田間調(diào)查 農(nóng)田 巡檢 農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量監(jiān)控 設施種養(yǎng)殖 設施畜禽 設施果蔬 設施水產(chǎn) 環(huán)境監(jiān)控 冷鏈儲運環(huán)境監(jiān)控 等低成本智能測控終端 加速技術產(chǎn)品替代國外同類 產(chǎn)品進程 4 2 3 研發(fā)高端智能農(nóng)機裝備 突破場景感知技術 研制負載動力換擋 無級變速 支持高效作業(yè)的柔性 執(zhí)行器件和智能操控系統(tǒng) 研制大馬力自主駕駛拖拉 機 機械除草機器人 大載荷無人植保機 農(nóng)產(chǎn)品分 揀分級機器人 農(nóng)產(chǎn)品冷庫裝卸機器人 授粉機器 人 畜舍巡檢作業(yè)機器人等 4 2 4 構建主要農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)云平臺 重點突破農(nóng) 業(yè)知識圖譜構建 虛擬現(xiàn)實 農(nóng)業(yè)協(xié)同決策 數(shù)字孿 生 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)云服務等核心關鍵技術 促進大數(shù)據(jù) 和農(nóng)業(yè)深度融合 4 2 5 建設智慧農(nóng) 牧 漁 林 場 重點突破農(nóng)業(yè) 無人自主系統(tǒng)復雜工況感知 智能決策 任務與路徑 規(guī)劃 多機協(xié)同智能控制 自主作業(yè)裝備等核心技 術 建設無人化或少人化的智慧農(nóng)場 4 2 6 構建主要農(nóng)產(chǎn)品智慧供應鏈系統(tǒng) 重點突破智 慧冷鏈數(shù)據(jù)深度感知 保質(zhì)儲運智能化和可信區(qū)塊鏈 技術 開發(fā)農(nóng)產(chǎn)品供應鏈需求智能匹配系統(tǒng) 保質(zhì)儲 運智能調(diào)控系統(tǒng) 質(zhì)量安全區(qū)塊鏈追溯系統(tǒng) 農(nóng)產(chǎn)品 供應鏈區(qū)塊鏈信用評價系統(tǒng)和冷鏈物流智慧監(jiān)管服務 平臺 助力農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展 4 3 智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的政策建議 1 要統(tǒng)籌各類政府資源 加強政府支持 突破 重點核心技術 實現(xiàn)自立自強 圍繞重點領域 重點 產(chǎn)業(yè)實施一批智慧農(nóng)業(yè)重大項目工程 總結可復制 可推廣的模式與經(jīng)驗 2 制定相關補貼政策 對智 慧農(nóng)業(yè)技術產(chǎn)品研發(fā)和應用主體給予政策性補貼 減 免以智慧農(nóng)業(yè)為核心業(yè)務的企業(yè)稅收 減免農(nóng)村地區(qū) 互聯(lián)網(wǎng)接入和數(shù)據(jù)傳輸通訊費用 3 加強技術標準 建設與數(shù)據(jù)資源共享 尤其重點加強數(shù)據(jù)標準 產(chǎn)品 標準 市場準入標準等標準制定 對于進入國內(nèi)市場 的外國企業(yè)產(chǎn)品 要求其提供數(shù)據(jù)接口標準 同時建 立國家認可的第三方檢測平臺 此外 政府部門要在 一定范圍內(nèi)開放農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù) 建立共享機制 作者系中國工程院院士 國家農(nóng)業(yè)信息化工 程技術研究中心研究員 摘編自 華南農(nóng)業(yè)大學學報 2021 6 1 7