我國智慧農業(yè)發(fā)展概況與前景

劉 晶

（中國農業(yè)機械化科學研究院集團有限公司，北京 100083）

0 引言

隨著農業(yè)智能化技術的不斷發(fā)展，智慧農業(yè)成為目前關注的焦點。智慧農業(yè)應用現代信息技術，將計算機與網絡技術、物聯網技術、音視頻技術、3S 技術（遙感技術、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)）、無線通信技術、大數據、云計算、人工智能及5G 等融于一體，可以實現農業(yè)環(huán)節(jié)可視化遠程診斷、遠程控制、災變預警、信息感知等智能控制和管理，不斷提升農業(yè)管理水平。

智慧農業(yè)可以有效解決現階段農業(yè)發(fā)展中存在的問題和不足，提升區(qū)域經濟水平，促進農業(yè)可持續(xù)發(fā)展。我國將智慧農業(yè)列入重點發(fā)展領域，自2015 年以來，國家出臺了一系列扶持政策，智慧農業(yè)得到快速發(fā)展。本文從政策環(huán)境、研究概況方面總結我國智慧農業(yè)發(fā)展概況，介紹智慧農業(yè)主要應用領域和特征，分析發(fā)展前景。

1 發(fā)展概況

1.1 政策環(huán)境

2016 年，“智慧農業(yè)”被首次寫入中央1 號文件，標志著發(fā)展智慧農業(yè)成為國家戰(zhàn)略，以互聯網、大數據、云計算和人工智能等為特征的智慧農業(yè)成為推動我國農業(yè)產業(yè)結構升級、助力鄉(xiāng)村振興的重要手段。2018 年9 月，中共中央、國務院印發(fā)《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃（2018－2022 年）》，提出大力發(fā)展數字農業(yè)，實施智慧農業(yè)工程和“互聯網+”現代農業(yè)行動，鼓勵對農業(yè)生產進行數字化改造，加強農業(yè)遙感、物聯網應用，提高農業(yè)精準化管理水平。2019 年12 月，農業(yè)農村部、中央網絡安全和信息化委員會辦公室印發(fā)《數字農業(yè)農村發(fā)展規(guī)劃（2019?2025 年）》，提出到2025 年，數字農業(yè)農村建設取得重要進展，有力支撐數字鄉(xiāng)村戰(zhàn)略實施；建立健全5G 引領的智慧農業(yè)技術體系；建設天空地一體化的農業(yè)農村觀測網絡基礎設施和應用體系，實現對農業(yè)生產和農村環(huán)境等全領域、全過程、全覆蓋的實時動態(tài)觀測。2021 年6 月1 日，《中華人民共和國鄉(xiāng)村振興促進法》正式實施，“智慧農業(yè)”首次被寫入法律，該法明確提出“推進生物種業(yè)、智慧農業(yè)、設施農業(yè)、農產品加工、綠色農業(yè)投入品等領域創(chuàng)新，建設現代農業(yè)產業(yè)技術體系，推動農業(yè)農村創(chuàng)新驅動發(fā)展”。

1.2 研究進展

我國智慧農業(yè)的起步較晚，目前多數處于研究階段，未能真正應用于農業(yè)生產。李道亮[1]從物聯網及智慧農業(yè)的內涵角度，提出了農業(yè)物聯網的體系架構和關鍵技術，在科學分析農業(yè)物聯網技術應用現狀的基礎上，提出了促進我國農業(yè)物聯網發(fā)展的對策與建議。賀玉芳[2]將北斗衛(wèi)星導航技術應用到智慧農業(yè)中，既能促進智慧農業(yè)的發(fā)展，又可對北斗導航衛(wèi)星產業(yè)的發(fā)展起到很好的促進作用。張文宇等[3]以“鐘模型”和CCSODS（crop cultivational simulation-optimization-decision making system）為基礎，對模型進行調整和擴充，對系統(tǒng)進行升級和重構，構建了智慧農業(yè)平臺，充分發(fā)揮了模型在物聯網和智慧農業(yè)中的作用，為多學科模型融合提供了借鑒。胡鴻雁等[4]從關聯創(chuàng)新、研究范式、數據體系、產業(yè)融合的角度對智慧農業(yè)發(fā)展體系進行了研究。陳煥軒等[5]研究了智慧農業(yè)技術在棉花生產管理中的應用，包括表型監(jiān)測技術、人工智能技術、大數據技術和物聯網技術等，并進行了總結與展望。劉昊等[6]針對5G背景下大規(guī)模智慧農業(yè)傳感器網絡通信節(jié)點在三維空間內部署時，存在高能耗、高成本及節(jié)點脫節(jié)等問題，提出了一種基于維諾圖與飛蛾撲火算法結合的節(jié)點優(yōu)化部署策略，提升了通信網絡節(jié)點的生存周期。

魯旭濤等[7]研究設計了基于智慧農業(yè)技術的網絡化水田作物精準灌溉系統(tǒng)，對江蘇省水稻田進行仿真，結果表明，灌溉設備動作頻次降低26.67%，灌溉量減少40.82%，排水量減少33.89%，節(jié)約了水資源。孟冉等[8]報道了農業(yè)遙感技術在作物識別與制圖、病蟲害監(jiān)測、草害監(jiān)測、作物關鍵理化參數反演及產量監(jiān)測預測等方面的研究進展和應用，探討了未來發(fā)展方向和趨勢。侯佳辛等[9]研究了視覺識別技術在農作物生產、農產品加工和農產品銷售中的應用，視覺識別技術為現代化農業(yè)低耗高效生產及農產品優(yōu)質高產的實現提供了可能。王志強等[10]研究了數字孿生體在產品生命周期中的作用，介紹了6 種不同的數字孿生應用類別，結合農業(yè)生產管理特點設計了數字孿生系統(tǒng)的實施模型結構，并針對金銀花采摘應用場景對數字孿生系統(tǒng)的結構進行了詳細設計。馬士明[11]設計了一種新型智慧農業(yè)大棚系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用物聯網相關技術，由智能網關、ZigBee 無線收發(fā)節(jié)點、智能手機終端、傳感器和執(zhí)行器等組成，實現了用戶通過手機APP 登錄服務器等方式瀏覽大棚內各指標參數及控制相關執(zhí)行器件進行操作等主要功能。

2 主要特征及應用領域

2.1 主要特征

智慧農業(yè)的發(fā)展具備農業(yè)信息獲取數字化、農業(yè)管理決策科學化、農業(yè)裝備控制智能化、農業(yè)要素投入精準化和農業(yè)信息服務個性化等特征，呈現“大集成、大數據、大協同”的共性特點。從系統(tǒng)工程的角度分析，智慧農業(yè)具有先進的生產力特征。智慧農業(yè)將物聯網、人工智能、農業(yè)大數據、區(qū)塊鏈等技術融合在一起，將農業(yè)生產者、生產工具、生產對象等滲透結合，實現減少勞動力、降低勞動強度、減少生產成本和提高農戶收益等目的，是未來最活躍的農業(yè)生產力。從經濟學的角度分析，智慧農業(yè)具有顯著的經濟特征。目前，在世界范圍內，數字經濟發(fā)展迅速，并且即將成為世界發(fā)展的主要驅動力。近年來，無論是國外還是國內，農業(yè)數字經濟總量逐年上升，未來幾年，我國的農業(yè)數字經濟總量規(guī)模仍將不斷擴大。智慧農業(yè)通過不斷創(chuàng)新農業(yè)產業(yè)結構，發(fā)展新興產業(yè)，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.2 應用領域

與智慧農業(yè)相關的技術包括物聯網技術、云計算技術、大數據技術和3S（GIS、GPS、RS）技術等，這些技術主要應用在現代化生產、農產品質量安全溯源、溫室大棚環(huán)境監(jiān)測、農業(yè)信息化管理、農田灌溉和農藥噴灑（無人機作業(yè)）和農機操作智能控制等方面。

（1）在現代化農業(yè)生產方面，主要包括農藥精準噴灑、無土栽培、災害預警、智能作業(yè)控制、數據采集等。

（2）在農產品安全溯源方面，主要包括產品質量檢測、品質認證、質量跟蹤及生產環(huán)境監(jiān)測，每個產品都有唯一的標識信息，通過信息可以對產品提供更好的服務。

（3）在溫室大棚室環(huán)境監(jiān)測方面，通過融合物聯網技術、傳感器技術、無線通信技術、智能控制等先進技術，可實時對溫室中的溫度、濕度、光照、營養(yǎng)成分及氣體等諸多因素進行檢測和控制，為作物高產提供保障。

（4）在農業(yè)信息化管理方面，智慧農業(yè)主要應用在農村電商平臺、物資采購平臺和物流運輸平臺等，便于農產品相互流通。

（5）在使用無人機技術進行農產品灌溉和農藥噴灑方面，不僅可以實現精準作業(yè)，還達到高效環(huán)保和降本增效的目的。

（6）在農機操作智能控制方面，不僅提高了工作效率，還降低了作業(yè)成本。

3 發(fā)展前景

智慧農業(yè)是農業(yè)現代化生產力的具體體現，近年來，國家非常重視智慧農業(yè)的發(fā)展，出臺了很多支持政策。同時，互聯網的快速發(fā)展也助推智慧農業(yè)逐步走向成熟，互聯網、大數據、人工智能等新技術正逐步應用到農業(yè)現代化生產中，傳統(tǒng)農業(yè)方式已經逐步轉變?yōu)楦弋a、高效、低耗、優(yōu)質、生態(tài)和安全的智慧農業(yè)模式。

趙春江[12]指出，未來我國智慧農業(yè)發(fā)展是以提高主要農業(yè)產業(yè)的勞動生產率、資源利用率和土地產出率為目標，重點突破農業(yè)傳感器、農業(yè)大數據和人工智能、農業(yè)智能控制與農業(yè)機器人等智慧農業(yè)關鍵核心技術和產品，實現技術產品自主化；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”的智慧農業(yè)產業(yè)技術體系，建成智慧農（牧、漁）場，建立農產品智慧供應鏈，實現農業(yè)生產智能化、管理數字化、服務網絡化，農產品流通智慧化、農業(yè)農村信息服務個性化，推進知識替代經驗、機器替代人工，培育農業(yè)智能裝備、農業(yè)信息服務、農產品可信流通等新產業(yè)。

4 結束語

智慧農業(yè)在協調資源、提高效率、降低成本等方面具有較大優(yōu)勢。作為一種新的經濟形態(tài)和農業(yè)生產模式，智慧農業(yè)的發(fā)展不僅符合綠色、生態(tài)、環(huán)保的理念，也可以不斷優(yōu)化產業(yè)布局，有效促進傳統(tǒng)農業(yè)向現代化農業(yè)方式轉變。在各種利好政策的支持下，以及計算機、物聯網等信息技術的驅動下，智慧農業(yè)未來的發(fā)展具有更大潛力。