智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與未來展望_趙春江.pdf

nullnull 專 家 視 點(diǎn) 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(xué)技 術(shù)和多領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)深度融合 誘發(fā)新的產(chǎn)業(yè)技術(shù)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(jìn) 入了網(wǎng)絡(luò)化 數(shù)字化 智能化發(fā)展的新時(shí)代 在農(nóng)業(yè) 數(shù)字革命的推動(dòng)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(jìn)了農(nóng) 業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展 激活了 數(shù)據(jù)要素 的價(jià)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(shí)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(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn) 也是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā) 展的重要方向 針對(duì)現(xiàn)有研究關(guān)于智慧農(nóng)業(yè)科學(xué)內(nèi)涵 闡釋不深刻 國內(nèi)外智慧農(nóng)業(yè)前沿科技動(dòng)態(tài)把握不全 面 未來我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展政策針對(duì)性不強(qiáng)等問題 本文擬從系統(tǒng)工程角度對(duì)智慧農(nóng)業(yè)內(nèi)涵進(jìn)行理論闡 釋 進(jìn)一步結(jié)合文獻(xiàn)進(jìn)展深度剖析國內(nèi)外智慧農(nóng)業(yè)核 心關(guān)鍵技術(shù)前沿進(jìn)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(shí)期內(nèi)我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展提供方向 性指導(dǎo) 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(xué)術(shù)界尚未對(duì)智 慧農(nóng)業(yè)作出一個(gè)確切的定義 一般根據(jù)智慧農(nóng)業(yè)的實(shí) 質(zhì)內(nèi)容或應(yīng)用場(chǎng)景 將其描述為以信息和知識(shí)為核心 要素 通過現(xiàn)代信息技術(shù)和智能裝備等與農(nóng)業(yè)深度跨 界融合 實(shí)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(zhǔn)投入 個(gè)性化服務(wù)的全新農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)方式 并且認(rèn)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(luò)化再到智能化的高級(jí)階段 1 1 2 智慧農(nóng)業(yè)相關(guān)名詞 目前 學(xué)術(shù)界的理論探討 中 出現(xiàn)了許多與智慧農(nóng)業(yè)類似或關(guān)聯(lián)的名詞術(shù)語 如精準(zhǔn)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(qiáng)調(diào)或側(cè)重點(diǎn)有所不同 學(xué)者普遍認(rèn)為 智慧 農(nóng)業(yè)強(qiáng)調(diào)的是通過綜合運(yùn)用智能技術(shù) 提高人類對(duì)農(nóng) 業(yè)系統(tǒng)綜合管控能力水平 智能農(nóng)業(yè)強(qiáng)調(diào)的是通過在 機(jī)器上運(yùn)用各類電子技術(shù)和控制技術(shù) 提高機(jī)器裝備 對(duì)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(jìn)而實(shí)現(xiàn) 農(nóng)業(yè)科學(xué)決策和數(shù)字化管理 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)強(qiáng)調(diào)的是基于 農(nóng)業(yè)動(dòng)植物和空間環(huán)境等信息的變化而采取的精細(xì)投 入管理 筆者認(rèn)為 雖然這些名詞的含義和側(cè)重點(diǎn)不 同 但信息和知識(shí)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(shù)水平的不斷發(fā)展 終將走 向智慧農(nóng)業(yè)的目標(biāo) 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(fù)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(diǎn) 一是智慧農(nóng)業(yè)由 數(shù)據(jù) 知識(shí) 模型 軟件 硬件等要素相互作用 相 互依賴的若干部分結(jié)合而成 二是智慧農(nóng)業(yè)具有明顯 的結(jié)構(gòu)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(zhǔn)作業(yè) 個(gè)性服務(wù) 四大部分組成 且最終目標(biāo)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(diǎn) 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(shí)施 四是智 慧農(nóng)業(yè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程 智慧農(nóng)業(yè)在應(yīng)用與發(fā) 展上充分體現(xiàn)了學(xué)科交叉融合的特點(diǎn) 而不是信息科 學(xué)技術(shù)的簡(jiǎn)單應(yīng)用和堆砌 在學(xué)理性問題上 不僅要 融合農(nóng)業(yè)科學(xué) 信息科學(xué)和工程科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的基 本原理 理論和方法 還必須處理好技術(shù) 經(jīng)濟(jì) 社 會(huì) 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(shí)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(jìn)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(jìn)生產(chǎn)力要素組合 后導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的變革 結(jié)合智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)特 點(diǎn)與應(yīng)用場(chǎng)景 智慧農(nóng)業(yè)作為先進(jìn)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(shù) Biotechnology BT 這是智慧農(nóng)業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ) 二是信息技術(shù) 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(diǎn)中國農(nóng)業(yè)文摘 農(nóng)業(yè)工程 2021年第6期 依賴先進(jìn)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(dòng)強(qiáng)度 智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)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(duì)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(dòng)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(shù) 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(jī)器人 農(nóng)業(yè)智能裝備等技術(shù)將實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)工具的轉(zhuǎn)型升級(jí) 數(shù)字化技術(shù)將使我們更加清 晰地認(rèn)識(shí)和把握農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)象及其與各生產(chǎn)要素 環(huán) 境要素 技術(shù)措施等的相互作用關(guān)系 1 2 2 智慧農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)特征 數(shù)字經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為當(dāng)今 世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力 2020年我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī) 模達(dá)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(yù)計(jì) 2035年中國數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模 150萬億元 占 GDP比重 55 達(dá)到發(fā)達(dá)國家平均水 平 智慧農(nóng)業(yè)可以創(chuàng)造數(shù)字經(jīng)濟(jì) 澳大利亞 The Yield 公司利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)為養(yǎng)殖場(chǎng)提供精準(zhǔn)信 息服務(wù) 年產(chǎn)值近 5億美元 2020年我國農(nóng)產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò) 零售額達(dá)到 6 107億元 農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)總量達(dá)到 6 920 億元 預(yù)計(jì) 2025年我國農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模將達(dá)到 1 26 萬億元 新發(fā)展格局下 利用信息技術(shù)大力發(fā)展智慧 農(nóng)業(yè) 通過構(gòu)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(jì)鴻溝 同時(shí)更孕育著巨 大規(guī)模的農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)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(shì) 近 10來 美國 英國 德國 加拿大 日本 韓國等農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家高度關(guān)注智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展 從國 家層面進(jìn)行戰(zhàn)略部署 積極推進(jìn)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(jī)器人 農(nóng)業(yè)區(qū)塊鏈等智慧 農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展 2015年 加拿大聯(lián)邦政府 預(yù)測(cè)與策劃組織發(fā)布了 MetaScan3 新興技術(shù)與相 關(guān)信息圖 指出土壤與作物感應(yīng)器 傳感器 家 畜生物識(shí)別技術(shù) 農(nóng)業(yè)機(jī)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(dòng)了 基于智能機(jī) 械 智能 IT的下一代農(nóng)林水產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造技術(shù) 項(xiàng)目 核 心內(nèi)容是 信息化技術(shù) 智能化裝備 2017年 歐 洲農(nóng)機(jī)工業(yè)學(xué)會(huì)提出了 農(nóng)業(yè) 4 0 Farming4 0 計(jì) 劃 強(qiáng)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(xué)院 美國工程院和美國醫(yī)學(xué)科學(xué)院聯(lián)合 發(fā)布 面向 2030年的食品和農(nóng)業(yè)科學(xué)突破 報(bào)告 重 點(diǎn)突出了傳感器 數(shù)據(jù)科學(xué) 人工智能 區(qū)塊鏈等 技術(shù)發(fā)展方向 積極推進(jìn)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(jì)劃 中 將農(nóng)業(yè)作 為人工智能優(yōu)先應(yīng)用發(fā)展的第10 個(gè)領(lǐng)域 資助農(nóng)業(yè)人 工智能科技的中長(zhǎng)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(dòng)化與 遙感技術(shù)的應(yīng)用 根據(jù)國際咨詢機(jī)構(gòu) 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(dá)到 292億美元 2021 2027年全球智 慧農(nóng)業(yè)市值年復(fù)合增長(zhǎng)率 Compound annual growth rate CAGR 將達(dá)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(jìn)步 形成了相對(duì)成熟的 技術(shù)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(yàn) 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(dòng)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(dòng)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(jī)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(shù) 新 材料和新工藝不斷突破 已由簡(jiǎn)單的物理量傳感走向 化學(xué) 生物信息的快速感知 納米等新材料技術(shù)的發(fā) 展使得傳感器向著微型化 智能化 多樣化的趨勢(shì)發(fā) 展 如美國正在發(fā)展利用激光誘導(dǎo)光譜技術(shù)測(cè)量土壤 養(yǎng)分和重金屬含量 利用微納米技術(shù)研制可進(jìn)入動(dòng)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(lǐng)域處于 領(lǐng)先地位 壟斷了感知元器件 高端農(nóng)業(yè)環(huán)境傳感 器 動(dòng)植物生命信息傳感器 農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)在線檢測(cè)設(shè) 備等相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品 未來 5 10年 研發(fā)準(zhǔn)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(diǎn)領(lǐng)域 這類傳感器不僅可以實(shí)現(xiàn)一次連續(xù) 監(jiān)測(cè)多個(gè)環(huán)境和動(dòng)植物生命信息的特征參數(shù) 也可以 對(duì)環(huán)境 生物及非生物脅迫等進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè) 具備在 植物和動(dòng)物發(fā)病之前檢測(cè)疾病的能力 有助于實(shí)現(xiàn)各 種食品和農(nóng)業(yè)學(xué)科相關(guān)指標(biāo)的快速檢測(cè)和監(jiān)測(cè) 比 如 柔性納米傳感器能夠簡(jiǎn)單便捷的貼附安裝于動(dòng)植 物組織不規(guī)則表面進(jìn)行信息的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè) 微納米尺度 nullnull 專 家 視 點(diǎn) 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(dòng)植物等生物體內(nèi) 并進(jìn)入生命體新 陳代謝的循環(huán)系統(tǒng)中 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)植物生命體的生物 信息 納米傳感器陣列具有多功能探測(cè)與分析能力 匹配強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理 存儲(chǔ)與分析能力以及傳感網(wǎng) 絡(luò) 具備復(fù)雜數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程分析處理能力 能夠讓監(jiān)測(cè)結(jié) 果更加精準(zhǔn) 2 2 農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)智能 國際上通過圖像識(shí)別 機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù) 將農(nóng) 業(yè)領(lǐng)域大量結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù) 天氣 土壤 動(dòng) 植物生長(zhǎng)發(fā)育 市場(chǎng)數(shù)據(jù) 社交媒體等 轉(zhuǎn)化為知 識(shí) 并提供智能決策 實(shí)現(xiàn)部分或全部替代人工決 策 在節(jié)省時(shí)間 增加安全性的同時(shí)減少潛在的人為 錯(cuò)誤 大幅度提高決策的科學(xué)性和準(zhǔn)確性 得益于強(qiáng) 有力的基礎(chǔ)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(rèn)知計(jì)算與 農(nóng)業(yè)知識(shí)發(fā)現(xiàn) 農(nóng)業(yè)可視交互服務(wù)引擎等技術(shù) 算 法 模型等方向處于國際領(lǐng)先地位 如美國位于新澤 西州的紐瓦克垂直農(nóng)場(chǎng) 利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析溫度 濕度 二氧化碳及作物長(zhǎng)勢(shì)信息 與傳統(tǒng)農(nóng)場(chǎng)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(xué)利用大數(shù)據(jù) 技術(shù)和人工智能技術(shù) 加快氣候適應(yīng)性植物的育種研 究 或?qū)⒅厮芪磥磙r(nóng)場(chǎng) 綜合判斷 未來大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng) 的知識(shí)決策替代人工經(jīng)驗(yàn)決策 知識(shí)決策主導(dǎo)的智能 控制替代簡(jiǎn)單的時(shí)序控制 將從育種到產(chǎn)品銷售的整 個(gè)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈得以廣泛應(yīng)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(yīng)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(jí) 標(biāo)識(shí) 包裝等 已經(jīng) 或正在實(shí)現(xiàn) 機(jī)器換人 或 無人作業(yè) 大幅度 提高了勞動(dòng)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(jī)器人 可準(zhǔn) 確識(shí)別成熟的蘋果并且可以以平均 1個(gè) 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(jī)器人 可以準(zhǔn)確識(shí)別雜草并通過機(jī)械手臂對(duì)雜草進(jìn) 行除草劑噴灑 農(nóng)藥使用量可降低 20倍 農(nóng)業(yè)相關(guān)成 本節(jié)約 30 愛爾蘭 MagGrow開發(fā)的農(nóng)藥噴灑機(jī)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(hào)文件 中 每年均強(qiáng)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(hào)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(dòng)通信網(wǎng)絡(luò) 5G 智慧氣象等在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng) 用 同時(shí)明確實(shí)施數(shù)字鄉(xiāng)村試點(diǎn)工程 2021年 中央 一號(hào)文件 指出 推動(dòng)農(nóng)村千兆光網(wǎng) 第五代移動(dòng) 通信 5G 移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)與城市同步規(guī)劃建設(shè) 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(dòng)新一代 信息技術(shù)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(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和 2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要 中提出 加強(qiáng)大中型 智能 化 復(fù)合型農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)應(yīng)用 完善農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新 體系 創(chuàng)新農(nóng)技推廣服務(wù)方式 建設(shè)智慧農(nóng)業(yè) 3 1 2 農(nóng)村信息化促進(jìn)了智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展 目前 我 國互聯(lián)網(wǎng)和 4G村級(jí)覆蓋率達(dá) 98 以上 根據(jù)中國互 聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心 CNNIC 第 48次 中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā) 展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告 截至 2021年 6月 我國網(wǎng)民規(guī)模 達(dá) 10 11億 農(nóng)村網(wǎng)民規(guī)模達(dá) 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(gè)百分點(diǎn) 城 鄉(xiāng)互聯(lián)網(wǎng)普及率差距進(jìn)一步縮小至 19 1個(gè)百分點(diǎn) 根 據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部信息中心的報(bào)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(dá) 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(dá)到 23 8 其 中 作物種植信息化水平為 17 48 設(shè)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)?；?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)模化比重分別為 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(chǎng) 龍頭企業(yè)的數(shù)量達(dá) 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(dòng)力 3 1 4 智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新取得明顯進(jìn)步 通過對(duì)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(xiàn)檢索表明 智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)研究活躍程度 相 關(guān)學(xué)術(shù)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(diǎn)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(jī)器人等方向 近年來 我國智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)取得長(zhǎng) nullnull專 家 視 點(diǎn)中國農(nóng)業(yè)文摘 農(nóng)業(yè)工程 2021年第6期 足進(jìn)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(shí)現(xiàn)國內(nèi)生產(chǎn) 2 農(nóng)業(yè)遙 感技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)情監(jiān)測(cè) 估產(chǎn) 以及災(zāi)害定量化 評(píng)損定級(jí) 3 農(nóng)業(yè)無人機(jī)應(yīng)用技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先 廣泛用于農(nóng)業(yè)信息獲取 病蟲害精準(zhǔn)防控 4 肥水 一體化技術(shù) 側(cè)深精準(zhǔn)施肥技術(shù) 智能灌溉技術(shù) 精 準(zhǔn)施藥技術(shù)廣泛應(yīng)用于規(guī)?；a(chǎn) 5 農(nóng)機(jī)北斗導(dǎo) 航在農(nóng)業(yè)耕種管收全程得到廣泛應(yīng)用 自主產(chǎn)權(quán)技術(shù) 產(chǎn)品成為市場(chǎng)主導(dǎo) 對(duì)國外產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了全替代 6 設(shè)施園藝超大型智能溫室技術(shù) 植物工廠技術(shù)等也取 得了很大進(jìn)步 基本上可以實(shí)現(xiàn)自主技術(shù)自主生產(chǎn) 此外 我國在農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)和農(nóng)業(yè)人工智能應(yīng)用方 面 在大數(shù)據(jù)挖掘 智能算法 知識(shí)圖譜 知識(shí)模型 決策等也進(jìn)行了廣泛的研究 3 1 5 智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)在全國范圍內(nèi)均得到初步應(yīng)用 在東北 西北 黃淮海平原等大田生產(chǎn)領(lǐng)域 通過廣 泛應(yīng)用遙感監(jiān)測(cè) 專家決策系統(tǒng)和農(nóng)機(jī)北斗導(dǎo)航作業(yè) 等技術(shù) 實(shí)現(xiàn)大田精準(zhǔn)作業(yè) 在設(shè)施養(yǎng)殖領(lǐng)域 主要 應(yīng)用包括動(dòng)物禽舍環(huán)境監(jiān)測(cè) 動(dòng)物個(gè)體形態(tài)與行為識(shí) 別 精細(xì)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(shè)施 園藝領(lǐng)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(cè) 水肥一體化技術(shù) 設(shè)施食用 菌產(chǎn)業(yè)也廣泛應(yīng)用了信息技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)量和品質(zhì)的控 制 在農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息服務(wù)領(lǐng)域 通過機(jī)器學(xué)習(xí) 時(shí)空 大數(shù)據(jù)挖掘 知識(shí)圖譜構(gòu)建 語音智能識(shí)別等技術(shù)的 應(yīng)用 實(shí)現(xiàn)個(gè)性化精準(zhǔn)服務(wù) 3 2 我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)與問題 3 2 1 我國農(nóng)田地塊規(guī)模小 耕地細(xì)碎化問題突出 美國的農(nóng)場(chǎng)規(guī)模平均 200hm 2 以上 平均每個(gè)農(nóng)民經(jīng)營 面積超過 113hm 2 歐盟國家農(nóng)場(chǎng)面積大于 20hm 2 的占 82 農(nóng)場(chǎng)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(dǎo)致我國智 慧農(nóng)業(yè)技術(shù)投入的邊際效益低 經(jīng)營主體應(yīng)用積極性 不高 3 2 2 我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平比較低 實(shí)施智慧農(nóng)業(yè)離 不開農(nóng)機(jī)裝備支撐 近年來我國加大力度支持與推 廣全程 全面機(jī)械化 2020年底我國主要糧食作物 耕種收綜合機(jī)械化率達(dá)到了 71 丘陵山區(qū)農(nóng)作物耕 種收綜合機(jī)械化率為 49 設(shè)施園藝綜合機(jī)械化率為 32 畜牧養(yǎng)殖機(jī)械化率為 35 水產(chǎn)養(yǎng)殖機(jī)械化率 為 30 然而 受農(nóng)機(jī)產(chǎn)品需求多樣化 機(jī)具作業(yè)環(huán) 境復(fù)雜等因素影響 與發(fā)達(dá)國家相比 我國目前的農(nóng) 機(jī)化和農(nóng)機(jī)裝備的智能化水平仍有 10 20個(gè)百分點(diǎn)的 差距 尤其是部分農(nóng)機(jī)裝備農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)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(chǔ)設(shè)施薄弱 農(nóng)村寬帶網(wǎng)絡(luò)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(luò)覆蓋 信號(hào)不穩(wěn)定 5G基站少 通訊費(fèi)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(yīng)用 農(nóng)村信息采集終端 應(yīng)用少 物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)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(cè)點(diǎn)偏少 缺乏專業(yè)的信 息化設(shè)備運(yùn)維隊(duì)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(shù)有效供給不足 智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)有 很多 但由于缺乏基礎(chǔ)研究和技術(shù)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(shí)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(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)及核心零部件 如國 際標(biāo)準(zhǔn)總線 負(fù)載動(dòng)力換擋 無級(jí)變速 視覺系統(tǒng)及 識(shí)別算法 精密伺服電機(jī) 多自由度關(guān)節(jié) 柔性執(zhí)行 器件等 遠(yuǎn)落后于美國 德國 日本等發(fā)達(dá)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(chǎng)占 有量超過進(jìn)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(jìn) 口 高端產(chǎn)品幾乎全部依賴進(jìn)口 缺乏針對(duì)我國農(nóng)戶 和小地塊的技術(shù) 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(duì)技術(shù)與應(yīng)用模式也是多 樣的 但對(duì)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(shù)產(chǎn)品一樣大規(guī)模復(fù)制推廣 效益低 導(dǎo) 致企業(yè)研發(fā)主體不愿意 不敢投入 3 2 5 政策與機(jī)制問題 政府投入力度不夠 無論是 對(duì)于技術(shù)研發(fā)主體還是生產(chǎn)經(jīng)營應(yīng)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(yīng)用 運(yùn)維成本高 對(duì)于高新技術(shù)申請(qǐng)政府補(bǔ)貼程序復(fù)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(duì)我國智慧農(nóng)業(yè)的展望 當(dāng)前 我國正處于向第 二 個(gè)一百年奮斗目標(biāo)邁 進(jìn)的歷史關(guān)口 大力發(fā)展智慧農(nóng)業(yè) 對(duì)變革傳統(tǒng)農(nóng)業(yè) nullnull 專 家 視 點(diǎn) 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(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要作用 對(duì) 全面推進(jìn) 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(xí)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(shí)指出 大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)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(shí)期乃至 2035年我國推動(dòng)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展 的重要建設(shè)內(nèi)容 發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)正面臨良好的機(jī)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(xué) 農(nóng)業(yè) 農(nóng)業(yè) 2 0 機(jī)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(shí)代 在新 發(fā)展格局下 積極應(yīng)對(duì)更加嚴(yán)峻的人口 資源 環(huán)境 與市場(chǎng)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(dòng)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(shí)代 三農(nóng) 工作的 重點(diǎn) 也是建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國的客觀要求 4 1 未來我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展目標(biāo) 以提高主要農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率 資源利用 率和土地產(chǎn)出率為目標(biāo) 重點(diǎn)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(jī)器人等智 慧農(nóng)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)和產(chǎn)品 實(shí)現(xiàn)技術(shù)產(chǎn)品自主化 集成建立 信息感知 定量決策 智能控制 精準(zhǔn)投 入 個(gè)性化服務(wù) 的智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系 建成智 慧農(nóng) 牧 漁 場(chǎng) 建立農(nóng)產(chǎn)品智慧供應(yīng)鏈 實(shí)現(xiàn)農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)智能化 管理數(shù)字化 服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化 農(nóng)產(chǎn)品流 通智慧化 農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息服務(wù)個(gè)性化 推進(jìn)知識(shí)替代 經(jīng)驗(yàn) 機(jī)器替代人工 培育農(nóng)業(yè)智能裝備 農(nóng)業(yè)信息 服務(wù) 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(shí)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(jì)占農(nóng)業(yè) GDP比重由目前的 8 提高到 15 為實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略 實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng) 村現(xiàn)代化提供強(qiáng)有力的科技支撐 4 2 未來智慧農(nóng)業(yè)重點(diǎn)任務(wù) 4 2 1 攻克農(nóng)業(yè)高可靠專用傳感器 重點(diǎn)研究以光 學(xué) 電化學(xué) 電磁學(xué) 超聲 圖像等方法為基礎(chǔ)的農(nóng) 業(yè)傳感新機(jī)理 研發(fā)敏感器件 光電轉(zhuǎn)換 微弱信號(hào) 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(shù)產(chǎn)品壟斷 4 2 2 研制農(nóng)業(yè)智能測(cè)控終端 重點(diǎn)研發(fā)基于芯片可 進(jìn)行邊緣計(jì)算的高端智能終端 農(nóng)情田間調(diào)查 農(nóng)田 巡檢 農(nóng)機(jī)作業(yè)質(zhì)量監(jiān)控 設(shè)施種養(yǎng)殖 設(shè)施畜禽 設(shè)施果蔬 設(shè)施水產(chǎn) 環(huán)境監(jiān)控 冷鏈儲(chǔ)運(yùn)環(huán)境監(jiān)控 等低成本智能測(cè)控終端 加速技術(shù)產(chǎn)品替代國外同類 產(chǎn)品進(jìn)程 4 2 3 研發(fā)高端智能農(nóng)機(jī)裝備 突破場(chǎng)景感知技術(shù) 研制負(fù)載動(dòng)力換擋 無級(jí)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(jī) 機(jī)械除草機(jī)器人 大載荷無人植保機(jī) 農(nóng)產(chǎn)品分 揀分級(jí)機(jī)器人 農(nóng)產(chǎn)品冷庫裝卸機(jī)器人 授粉機(jī)器 人 畜舍巡檢作業(yè)機(jī)器人等 4 2 4 構(gòu)建主要農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)云平臺(tái) 重點(diǎn)突破農(nóng) 業(yè)知識(shí)圖譜構(gòu)建 虛擬現(xiàn)實(shí) 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(wù)等核心關(guān)鍵技術(shù) 促進(jìn)大數(shù)據(jù) 和農(nóng)業(yè)深度融合 4 2 5 建設(shè)智慧農(nóng) 牧 漁 林 場(chǎng) 重點(diǎn)突破農(nóng)業(yè) 無人自主系統(tǒng)復(fù)雜工況感知 智能決策 任務(wù)與路徑 規(guī)劃 多機(jī)協(xié)同智能控制 自主作業(yè)裝備等核心技 術(shù) 建設(shè)無人化或少人化的智慧農(nóng)場(chǎng) 4 2 6 構(gòu)建主要農(nóng)產(chǎn)品智慧供應(yīng)鏈系統(tǒng) 重點(diǎn)突破智 慧冷鏈數(shù)據(jù)深度感知 保質(zhì)儲(chǔ)運(yùn)智能化和可信區(qū)塊鏈 技術(shù) 開發(fā)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈需求智能匹配系統(tǒng) 保質(zhì)儲(chǔ) 運(yùn)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(yīng)鏈區(qū)塊鏈信用評(píng)價(jià)系統(tǒng)和冷鏈物流智慧監(jiān)管服務(wù) 平臺(tái) 助力農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)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(qiáng)政府支持 突破 重點(diǎn)核心技術(shù) 實(shí)現(xiàn)自立自強(qiáng) 圍繞重點(diǎn)領(lǐng)域 重點(diǎn) 產(chǎn)業(yè)實(shí)施一批智慧農(nóng)業(yè)重大項(xiàng)目工程 總結(jié)可復(fù)制 可推廣的模式與經(jīng)驗(yàn) 2 制定相關(guān)補(bǔ)貼政策 對(duì)智 慧農(nóng)業(yè)技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用主體給予政策性補(bǔ)貼 減 免以智慧農(nóng)業(yè)為核心業(yè)務(wù)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(fèi)用 3 加強(qiáng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 建設(shè)與數(shù)據(jù)資源共享 尤其重點(diǎn)加強(qiáng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 產(chǎn)品 標(biāo)準(zhǔn) 市場(chǎng)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)制定 對(duì)于進(jìn)入國內(nèi)市場(chǎng) 的外國企業(yè)產(chǎn)品 要求其提供數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn) 同時(shí)建 立國家認(rèn)可的第三方檢測(cè)平臺(tái) 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(jī)制 作者系中國工程院院士 國家農(nóng)業(yè)信息化工 程技術(shù)研究中心研究員 摘編自 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2021 6 1 7