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        基于知識圖譜分析的我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與提升對策研究

        2020-11-20 06:31:44林偉君黃紅星莫里楠
        廣東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2020年12期
        關(guān)鍵詞:智慧農(nóng)業(yè)研究

        林偉君,高 飛,黃紅星,莫里楠

        (廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與農(nóng)村發(fā)展研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南都市農(nóng)業(yè)重點實驗室,廣東 廣州 510640)

        移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)的興起以及與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的融合應(yīng)用,引領(lǐng)我國農(nóng)業(yè)邁入“農(nóng)業(yè)4.0”時代,即智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的新階段。世界主要發(fā)達國家和地區(qū)的政府相繼推出了智能農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)、未來農(nóng)業(yè)等發(fā)展計劃,發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)是全球共識。我國也高度重視智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展,近年國務(wù)院及有關(guān)部委發(fā)布了《促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》《推進農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)發(fā)展的實施意見》《數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃(2019—2025年)》等一系列文件,表明數(shù)字技術(shù)與農(nóng)業(yè)農(nóng)村深度融合已成為數(shù)字鄉(xiāng)村動力源,智慧農(nóng)業(yè)是未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向和競爭焦點,也是我國農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的方向。越來越多的學(xué)者把目光聚焦在智慧農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)李道亮教授[1]認(rèn)為,智慧農(nóng)業(yè)是以最高效率利用各種農(nóng)業(yè)資源,最大限度減少農(nóng)業(yè)能耗和成本,最大限度減少農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境破壞以及實現(xiàn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的整體目標(biāo),以全面感知、可靠傳輸和智能處理等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐和手段,以自動化生產(chǎn)、最優(yōu)化控制、智能化管理、系統(tǒng)化物流和電子化交易為主要生產(chǎn)方式的高產(chǎn)、高效、低耗、優(yōu)質(zhì)、生態(tài)和安全的一種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展模式與形態(tài)。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院周國民研究員[2]認(rèn)為,智慧農(nóng)業(yè)是充分利用現(xiàn)在的信息技術(shù),包括更透徹的感知技術(shù)、更廣泛的互聯(lián)互通技術(shù)和更深入的智能化技術(shù),促使農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)更高效、更智慧、更聰明,以使農(nóng)業(yè)系統(tǒng)達到農(nóng)產(chǎn)品競爭力強、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、和諧農(nóng)村、有效利用農(nóng)村能源和環(huán)境保護的目標(biāo)。目前,智慧農(nóng)業(yè)態(tài)勢研究多從概念角度出發(fā),對國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀對比,闡述我國智慧農(nóng)業(yè)體系建設(shè)、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新現(xiàn)狀,并提出對策建議。對文獻計量、可視化分析較少,對智慧農(nóng)業(yè)研究前沿與熱點分析不足,因此,本文采用知識圖譜可視化方法對我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與前沿?zé)狳c進行分析并提出對策建議,為推進智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展提供參考。

        1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

        1.1 數(shù)據(jù)來源

        以中國知網(wǎng)中文期刊為檢索數(shù)據(jù)源,采用高級檢索,將檢索年限設(shè)定為“2000—2020年”,檢索主題為“智慧農(nóng)業(yè)”,類別選擇為所有期刊,檢索發(fā)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)相關(guān)文獻最早發(fā)表時間為2009年。對檢索到文獻進行篩選對比,去除報紙、通訊消息等無效文獻,得到2009—2020年智慧農(nóng)業(yè)主題相關(guān)文獻866篇。

        1.2 研究方法

        1.2.1 文獻分析法 根據(jù)研究需要,利用中國知網(wǎng),收集智慧農(nóng)業(yè)主題相關(guān)文獻,通過歸納、整理、分析,了解智慧農(nóng)業(yè)研究現(xiàn)狀,為本文撰寫提供理論指導(dǎo)。

        1.2.2 可視化分析法 使用CitespaceV文獻分析工具,對檢索到的866篇文獻進行數(shù)據(jù)分析,繪制我國智慧農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域知識圖譜。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展歷程

        對2009—2020年智慧農(nóng)業(yè)主題文獻發(fā)文量進行統(tǒng)計,結(jié)果(圖1)表明,我國智慧農(nóng)業(yè)研究發(fā)文量整體呈增長趨勢,智慧農(nóng)業(yè)研究發(fā)展歷程可分為緩慢增長期和快速增長期兩個階段。

        緩慢增長期:2009—2015年,年發(fā)文量緩慢增長。這一階段,移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)發(fā)展不夠成熟,計算機技術(shù)沒有普遍運用,與農(nóng)業(yè)結(jié)合不夠密切,智慧農(nóng)業(yè)研究相對較少。

        快速增長期:2016—2020年,年發(fā)文量快速增長。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,5G網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、云服務(wù)等新基建日益完善,應(yīng)用不斷升級,積累農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù),開拓智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用場景成為農(nóng)業(yè)發(fā)展亟待解決的問題。尤其是2019年,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了《數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃(2019—2025年)》,智慧農(nóng)業(yè)研究得到廣泛關(guān)注,發(fā)文量劇增。

        圖1 2009—2020年我國智慧農(nóng)業(yè)相關(guān)研究年發(fā)文量分布Fig. 1 Distribution of annual release quantity of papers on intelligent agriculture in China from 2009 to 2020

        2.2 研究機構(gòu)分析

        2.2.1 計量分析 科研機構(gòu)發(fā)文量是其研究力量的體現(xiàn),通常研究機構(gòu)的學(xué)術(shù)實力越強,其發(fā)文量越多。從文獻統(tǒng)計(表1)來看,我國智慧農(nóng)業(yè)研究發(fā)文量排名前9位的機構(gòu)共發(fā)表論文133篇,僅占發(fā)文總量的15.36%。由此可見,目前我國智慧農(nóng)業(yè)研究機構(gòu)分布廣泛,并沒有形成具有絕對學(xué)科優(yōu)勢的科研機構(gòu)。

        表1 智慧農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域主要科研機構(gòu)Table 1 Main scientific research institutions in the research field of intelligent agriculture

        2.2.2 共現(xiàn)分析 采用CitespaceV軟件進行研究機構(gòu)共現(xiàn)分析,繪制科研機構(gòu)共現(xiàn)圖譜(圖2)。由圖2可知,連線代表機構(gòu)與機構(gòu)之間的合作,連線越粗則機構(gòu)合作越密切,可以看出我國智慧農(nóng)業(yè)研究的主力是農(nóng)業(yè)大學(xué)和科研院所,其中,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)科研力量較強。

        我國智慧農(nóng)業(yè)研究機構(gòu)分布廣泛,機構(gòu)內(nèi)部跨學(xué)科合作相對較多,如中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)信息研究所、農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所、農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所、南京土壤研究所存在合作關(guān)系,中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院、國家保護耕作研究院和水利與土木工程學(xué)院存在合作關(guān)系。但機構(gòu)間合作不足,目前大部分科研機構(gòu)處于獨自研究狀態(tài),缺乏密切合作。這種狀態(tài)不利于資源共享,也增大了研究成果的推廣和轉(zhuǎn)化的阻力。

        2.3 關(guān)鍵詞分析

        2.3.1 計量分析 文獻關(guān)鍵詞是對文章主題的高度凝練,通過分析關(guān)鍵詞,可以了解智慧農(nóng)業(yè)研究熱點問題。智慧農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次由多到少依次是智慧農(nóng)業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、農(nóng)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)+、人工智能、Zigbee、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、云計算等(表2)。從關(guān)鍵詞中心性可以分析得出,2012年開始,智慧農(nóng)業(yè)研究熱點集中在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)的融合發(fā)展等方面。2017年,人工智能也逐漸成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究熱點。

        表2 智慧農(nóng)業(yè)研究主要關(guān)鍵詞Table 2 Main Keywords of intelligent agriculture research

        2.3.2 共現(xiàn)分析 將2009—2020年以“智慧農(nóng)業(yè)”為主題的866篇文獻數(shù)據(jù)導(dǎo)入CitespaceV軟件進行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析,選擇出現(xiàn)頻次5次以上的關(guān)鍵詞,得到智慧農(nóng)業(yè)關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜(圖3)。圖3顯示,在關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜上節(jié)點有396個,連線有455條,節(jié)點大小代表關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次,即字體越大,關(guān)鍵詞頻次越多。

        (1)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)研究豐富。由圖3可知,物聯(lián)網(wǎng)是節(jié)點字體較大的關(guān)鍵詞,其研究數(shù)量豐富。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是智慧農(nóng)業(yè)的重要組成部分,是“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的具體應(yīng)用[3]。與物聯(lián)網(wǎng)共現(xiàn)的高頻關(guān)鍵詞有傳感網(wǎng)絡(luò)、Zigbee、環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)大棚、大數(shù)據(jù)環(huán)境等。物聯(lián)網(wǎng)需要在在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理和服務(wù)的過程及相關(guān)領(lǐng)域,部署不同類型的傳感器形成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),以便于全方位獲取信息。從現(xiàn)有研究來看,傳感器是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù),目前我國缺乏具有自主產(chǎn)權(quán)的傳感器,高端傳感器的核心部件(激光器、光柵等)制約了智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展[4]。Zigbee是較常提到的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,其功耗低、成本低、復(fù)雜度低可廣泛用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域[5]。Zigbee技術(shù)多應(yīng)用于的農(nóng)業(yè)大棚智慧系統(tǒng),通過模糊耦合算法對作物生長進行預(yù)測[6]。此外,通過物聯(lián)網(wǎng)采集的數(shù)據(jù),經(jīng)過云計算構(gòu)建農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模型,病蟲害識別模型,采用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)遠程監(jiān)控,同時開發(fā)智能手機App,便于用戶進行精細化的管理操作[7-8]。

        圖2 科研機構(gòu)共現(xiàn)圖譜Fig. 2 Co-occurrence graph of scientific research institutions

        (2)數(shù)據(jù)是智慧農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵生產(chǎn)要素。大數(shù)據(jù)是智慧農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域重要關(guān)鍵詞,中心性為0.57,與其共現(xiàn)的高頻詞有云計算、5G、區(qū)塊鏈、信息共享等。從現(xiàn)有研究來看,數(shù)據(jù)資源分散、質(zhì)量不高、挖掘不足是目前智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。我國農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)起步較晚,缺乏系統(tǒng)性的數(shù)據(jù)資源積累,農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)收集困難,農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)管理條塊分割,數(shù)據(jù)流動性差,難以共享復(fù)用。同時,農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)來源復(fù)雜,質(zhì)量不高、異構(gòu)性突出,也為數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析增加了難度。但隨著5G網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、云服務(wù)等新基建日益完善,我國農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展迅速。通過推動數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展,增強農(nóng)業(yè)天空一體化數(shù)據(jù)獲取能力,培育新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營主體,解決復(fù)雜的大數(shù)據(jù)與農(nóng)民個性化服務(wù)不對稱的問題,以推動我國智慧農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

        (3)人工智提升農(nóng)業(yè)智慧化水平。在智慧農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域,人工智能是近些年出現(xiàn)的主要關(guān)鍵詞,中心性為0.06,與其共現(xiàn)的關(guān)鍵詞有大數(shù)據(jù)、自動化、日本、美國、無人機等。人工智能屬于智慧農(nóng)業(yè)新興的研究方向,目前研究相對較少?,F(xiàn)有文獻以綜述較多,通過與美國、日本等發(fā)達國家的農(nóng)業(yè)人智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的對比,說明人工智能是我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展新機遇。人工智能的發(fā)展依托于互聯(lián)網(wǎng)、云計算、5G網(wǎng)絡(luò)、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)的發(fā)展,智能檢測與診斷、機器人是學(xué)者比較關(guān)注的研究方向。近年來,重大動植物疫病蟲害發(fā)生頻率和程度都有所增加,將人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、機器人、5G等技術(shù)應(yīng)用到動植物疫病蟲害監(jiān)測預(yù)警與診斷中,對我國農(nóng)業(yè)市場穩(wěn)定和糧食安全有重要作用。

        圖3 關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜Fig. 3 Co-occurrence graph of keywords

        2.3.3 研究前沿分析 對檢索到的“智慧農(nóng)業(yè)”為主題的文獻數(shù)據(jù)進行關(guān)鍵詞突變分析,時間切片設(shè)置為1年,得到智慧農(nóng)業(yè)研究前沿詞圖(圖4)。圖4中,紅色線條代表突變詞語出現(xiàn)和消失的年份,突變強度代表學(xué)術(shù)界對該主題的關(guān)注強度。在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,主要的突變詞匯有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)+。無線傳感網(wǎng)絡(luò)是最早出現(xiàn)的突變詞匯,突變強度為3.25,從現(xiàn)有研究來看,該主題研究更側(cè)重于特定應(yīng)用環(huán)境內(nèi),無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)和傳輸模式的構(gòu)建。物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)的年份稍晚,突變強度為4.24,從概念上看,物聯(lián)網(wǎng)是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的延伸,除了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的布置,大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)、云計算等新一代信息技術(shù)的應(yīng)用也必不可少。物聯(lián)網(wǎng)為人與物、物與物的信息交換創(chuàng)造了一個平臺[5],從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)營者對生產(chǎn)過程更精心的管理與控制。2016年,現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)+成為智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究熱點,突變強度分別為3.01和4.04。這一階段互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展更為成熟,智能手機普及率大大提高,“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展方向成為學(xué)者關(guān)注重點。從時間線上看,無線傳感網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)+等關(guān)鍵詞出現(xiàn)后,一直是學(xué)術(shù)界高關(guān)注度的研究主題。由此可以推斷,我國智慧農(nóng)業(yè)仍處于探索階段,但隨著科技的發(fā)展,其內(nèi)涵和科技水平在不斷豐富、提升。

        圖4 智慧農(nóng)業(yè)研究前沿詞圖Fig. 4 Frontier words of intelligent agriculture research

        2.4 關(guān)鍵詞聚類分析

        對關(guān)鍵詞進行聚類分析,并以時間線視圖聚類進行展示(圖5)。對聚類的標(biāo)簽與內(nèi)涵進行分析,將智慧農(nóng)業(yè)研究分為4個方面:智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展態(tài)勢與路徑、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)和農(nóng)業(yè)信息化應(yīng)用。

        由圖5可知,智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展態(tài)勢與路徑包括聚類0(農(nóng)業(yè))和7(問題),從2009年開始出現(xiàn),2012年后發(fā)文量快速增長。智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展態(tài)勢與路徑研究通過文獻整理研究智慧農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀,預(yù)測農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢,并提出發(fā)展路徑。2009—2015年,研究主要集中在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)如何進行信息化建設(shè),提出利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),采集數(shù)據(jù),改造農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營等過程,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)生產(chǎn)、智能控制,提升農(nóng)業(yè)機械化水平[6]。2016—2020年,學(xué)術(shù)界對智慧農(nóng)業(yè)有了更深刻的認(rèn)識,提出互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)概念,通過互聯(lián)網(wǎng)、5G等新一代信息技術(shù)的應(yīng)用推進一、二、三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展,使農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)獲得提升。

        農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)包括聚類1(物聯(lián)網(wǎng))、3(Zigbee)和4(物聯(lián)網(wǎng)技術(shù))。物聯(lián)網(wǎng)是智慧農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域的核心概念,從2011年開始出現(xiàn),至今仍是研究的重點。早期學(xué)術(shù)界關(guān)注特定區(qū)域范圍(溫室大棚、大田區(qū)域、具體山區(qū))無線傳感器網(wǎng)絡(luò)布置、Zigbee無線通訊協(xié)議的使用、單片機[9]的設(shè)置等方面。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進步,遙感技術(shù)、5G網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)的應(yīng)用使物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模擴大,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理中能夠發(fā)揮更重要的作用。但從現(xiàn)有研究來看,與傳感器開發(fā)相關(guān)文獻發(fā)文量較少,國產(chǎn)傳感器與進口傳感器在精確度、耐用度上還有明顯差距,尤其是傳感器的核心部件(激光器、光柵等)我國獨立研發(fā)能力較差。

        農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)包括聚類2(云平臺)和5(大數(shù)據(jù))。數(shù)據(jù)是智慧農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵生產(chǎn)要素,以往農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)布局規(guī)劃多依靠歷史產(chǎn)業(yè)發(fā)展和專家經(jīng)驗判斷等方式?jīng)Q定,缺少對地區(qū)資源、環(huán)境等因素的科學(xué)分析。通過數(shù)據(jù)資源積累,建立科學(xué)的產(chǎn)業(yè)布局模型,能夠更加客觀的提出規(guī)劃建議,為農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革提供指導(dǎo),提高農(nóng)業(yè)發(fā)展質(zhì)量。建設(shè)大數(shù)據(jù)平臺,打造數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村,推進農(nóng)業(yè)數(shù)字化、智慧化發(fā)展,是學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)同的觀點。

        農(nóng)業(yè)信息化應(yīng)用包括聚類6(農(nóng)業(yè)信息化)和8(農(nóng)產(chǎn)品)。從現(xiàn)有文獻來看,農(nóng)業(yè)信息化應(yīng)用主要包括企業(yè)信息管理系統(tǒng)、電子商務(wù)、冷鏈物流、農(nóng)產(chǎn)品溯源、作物生長模擬、病蟲害識別、無人機等。目前,大部分農(nóng)業(yè)企業(yè)已經(jīng)開始信息化建設(shè),建立內(nèi)部局域網(wǎng),開發(fā)管理平臺,實現(xiàn)對企業(yè)內(nèi)部資源的統(tǒng)籌管理?;ヂ?lián)網(wǎng)、智能終端的普及,淘寶、京東等電商平臺運營機制的完善,使農(nóng)業(yè)電子商務(wù)得到飛速發(fā)展,給農(nóng)民和企業(yè)帶來新的銷售渠道,解決農(nóng)產(chǎn)品銷售鏈條“最初一公里”問題[10]。區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的也使現(xiàn)有的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)更加完善,促進了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全水平的提升。而作物生長模型、病蟲害識別等領(lǐng)域處于研發(fā)探索階段,從發(fā)表文獻來看,與智能算法相關(guān)的研究較多;無人機開始在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中進行應(yīng)用,例如大田施肥、用藥等環(huán)節(jié),但更精準(zhǔn)的避障、控制算法仍在研究[11-12]。

        圖5 智慧農(nóng)業(yè)研究關(guān)鍵詞聚類圖譜Fig. 5 Clustering graph of keywords in intelligent agriculture research

        3 我國智慧農(nóng)業(yè)研究現(xiàn)狀

        3.1 信息管理系統(tǒng)和電子商務(wù)為農(nóng)企帶來更高效益

        現(xiàn)代農(nóng)業(yè)企業(yè)隨著網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)成本的降低和智能手機應(yīng)用,積極建設(shè)企業(yè)信息管理系統(tǒng),打通公司內(nèi)部數(shù)據(jù)鏈路,通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù),決策支撐市場運營,精準(zhǔn)營銷;建設(shè)公司內(nèi)控系統(tǒng),通過質(zhì)量安全管控、物流管控全系統(tǒng)保證產(chǎn)品質(zhì)量;打造農(nóng)業(yè)公共服務(wù)云平臺,通過微信號、農(nóng)業(yè)App為農(nóng)民提供病蟲害信息服務(wù)。電子商務(wù)是當(dāng)今農(nóng)業(yè)經(jīng)營中不可缺少的一環(huán),通過電子訂單方式,開發(fā)農(nóng)產(chǎn)品銷售新渠道,為企業(yè)和農(nóng)民帶來新商機,提高收入。

        3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和流通場景中得到廣泛應(yīng)用

        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、設(shè)施農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)養(yǎng)殖、產(chǎn)品溯源、倉儲配送等領(lǐng)域,為農(nóng)業(yè)從業(yè)者帶來許多便利。環(huán)境監(jiān)測通過各種無線傳感器實時采集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的溫濕度、光照、CO2濃度等參數(shù),利用視頻監(jiān)控農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境,采集數(shù)據(jù),便于農(nóng)民實時了解大田信息,發(fā)現(xiàn)和及時解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題。設(shè)施農(nóng)業(yè)在環(huán)境監(jiān)測的基礎(chǔ)上,按照農(nóng)作物生長的各項指標(biāo),精確遙控農(nóng)業(yè)設(shè)施自動開啟或關(guān)閉,實現(xiàn)智能化、自動化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[13-15]。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于魚苗培育過程,可以使用PC或移動端進行水質(zhì)監(jiān)測、自動投喂、水氧含量控制,降低了魚苗培育環(huán)節(jié)的工作量,提高了生產(chǎn)效率[16-17]。畜禽養(yǎng)殖過程中,通過環(huán)境監(jiān)控、電子耳標(biāo)、電子腳環(huán)等技術(shù)和產(chǎn)品,實時監(jiān)測畜禽生理指數(shù),采集畜禽核心體溫、活動量等體征,實現(xiàn)精準(zhǔn)養(yǎng)殖,保證畜禽產(chǎn)品品質(zhì)。此外,通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品溯源,保證生產(chǎn)、加工流通、市場消費全環(huán)節(jié)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全[18]。

        3.3 國有傳感器能夠滿足絕大多數(shù)場景下的數(shù)據(jù)需求

        傳感器是智慧農(nóng)業(yè)各個應(yīng)用場景中最重要的設(shè)備。已有文獻表明,在大田環(huán)境監(jiān)測、設(shè)施農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)養(yǎng)殖等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,企業(yè)仍以我國生產(chǎn)的傳感器為主。雖然與國外傳感器相比,國產(chǎn)傳感器在測量精度、使用年限方面存在劣勢,但價格便宜,更換成本低。目前,農(nóng)業(yè)企業(yè)對智慧產(chǎn)品的需求大多為環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測,對于土壤營養(yǎng)成分以及個體信息監(jiān)測方面應(yīng)用還不多,國產(chǎn)傳感器已能滿足大多數(shù)場景下的環(huán)境數(shù)據(jù)(如空氣溫濕度、光照、土壤水分、溶氧量、CO2等)監(jiān)測與采集的需求[19]。

        3.4 植保無人機與智能農(nóng)用裝備普及

        近年來興起的無人機技術(shù),已在農(nóng)業(yè)遙感測繪、病蟲害防控、農(nóng)情監(jiān)測等方面開展應(yīng)用。植保無人機等農(nóng)用裝備已經(jīng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到普及。使用植保無人機大大降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。此外,使用植保無人機等智能農(nóng)用裝備農(nóng)藥噴灑更及時、高效、精準(zhǔn),能以最快時間控制病蟲害的擴散,保證病蟲害的防治效果。

        3.5 智慧農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)仍需攻關(guān)

        智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)中的智慧經(jīng)濟,需要充分應(yīng)用現(xiàn)代化信息技術(shù)成果。目前,智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展在環(huán)境監(jiān)測技術(shù)、電子商務(wù)應(yīng)用方面已經(jīng)較為成熟,但農(nóng)業(yè)信息智能分析決策技術(shù)、云服務(wù)技術(shù)、農(nóng)業(yè)知識智能推送、農(nóng)機導(dǎo)航及自動作業(yè)、植物病蟲害和畜禽疫病識別與跟蹤等關(guān)鍵技術(shù)仍需攻關(guān)。

        4 存在問題

        從以上分析結(jié)果來看,我國智慧農(nóng)業(yè)仍處于探索階段,信息技術(shù)的應(yīng)用使農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)得到提升,農(nóng)業(yè)從業(yè)者在生產(chǎn)經(jīng)營過程中可以精準(zhǔn)、便捷地進行控制與管理,但仍存在一些問題制約智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

        4.1 農(nóng)業(yè)從業(yè)者素質(zhì)低

        農(nóng)村人口“老齡化”“空心村”的現(xiàn)象呈加劇趨勢。農(nóng)業(yè)從業(yè)人員中小學(xué)、初中文化程度的比例偏大,農(nóng)業(yè)從業(yè)人員科技文化素質(zhì)整體偏低;從年齡結(jié)構(gòu)來看,40歲以上農(nóng)業(yè)從業(yè)人員占60%,而農(nóng)村青壯年大多從事非農(nóng)行業(yè)。農(nóng)村人口加速向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移是必然趨勢,但農(nóng)村人口有序轉(zhuǎn)移是一個復(fù)雜、漸進的過程,須保持與農(nóng)村活力同步協(xié)調(diào)?,F(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息技術(shù)及設(shè)施裝備雖然是解決現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中問題的“利器”,但在客觀上也要求勞動者要有較高的科學(xué)文化素質(zhì)和管理水平。

        4.2 智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)人才缺乏

        智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)人才匱乏,加大了農(nóng)業(yè)信息普及難度,智慧農(nóng)業(yè)科技成果的傳遞與實施也難以落實[20-21]。在數(shù)量上,高校報考農(nóng)業(yè)相關(guān)專業(yè)人員數(shù)量非常有限。在質(zhì)量上,農(nóng)業(yè)信息化人才知識結(jié)構(gòu)不合理。智慧農(nóng)業(yè)涉及專業(yè)廣泛,包括生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)信息、計算機技術(shù)等,但現(xiàn)有人才主要來自于農(nóng)學(xué)、信息工程、經(jīng)濟管理等專業(yè)。由于專業(yè)設(shè)置的學(xué)科針對性弱、知識面窄,導(dǎo)致農(nóng)業(yè)與信息化不能很好地接軌,造成智慧農(nóng)業(yè)人才質(zhì)量不高。另外,由于家庭觀念、社會激勵機制方面的影響,高校涉農(nóng)專業(yè)畢業(yè)生“學(xué)農(nóng)不愛農(nóng)”現(xiàn)象不少,高校培養(yǎng)的農(nóng)業(yè)人才希望“跳出農(nóng)門”,加劇了農(nóng)業(yè)人才缺乏的問題。

        4.3 建設(shè)主體角色定位不準(zhǔn)確,運行管理機制不完善

        智慧農(nóng)業(yè)的前期發(fā)展需要不斷地進行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和資金投入。我國積極發(fā)展智慧農(nóng)業(yè),由政府出資建設(shè)了不少農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)平臺,每年政府都要撥放平臺運維資金,進行平臺維護和繳納網(wǎng)絡(luò)費用,無形中增加了政府的財政負(fù)擔(dān)。在智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中,建設(shè)主體角色定位不準(zhǔn),運行管理機制不完善問題十分凸顯。準(zhǔn)確定位政府、企業(yè)之間關(guān)系,保持產(chǎn)業(yè)鏈正常運轉(zhuǎn)是智慧農(nóng)業(yè)良性發(fā)展的保證。

        4.4 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不健全,數(shù)據(jù)分析利用不足

        目前,農(nóng)業(yè)傳感器、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用十分廣泛[22]。通過平臺與各類傳感器,科研機構(gòu)與農(nóng)業(yè)企業(yè)收集了大量的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)。但由于缺少統(tǒng)一的信息資源標(biāo)準(zhǔn)體系,我國不同地區(qū)、不同部門的農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)差異較大,信息資源未能很好地分類,共享整合困難。同時,數(shù)據(jù)深度挖掘不充分,對數(shù)據(jù)應(yīng)用多局限于農(nóng)產(chǎn)品成熟采摘以及一些智能控制,并沒有通過建立模型發(fā)掘數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián),商業(yè)化程度低,不能準(zhǔn)確把握農(nóng)民的信息需求,數(shù)據(jù)服務(wù)針對性不強。

        4.5 智能設(shè)備運維成本高,經(jīng)濟效益不明顯

        智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展離不開傳感器開發(fā)與應(yīng)用。從文獻中了解到,國產(chǎn)傳感器設(shè)備壽命短,后期維護成本過高。然而與之相對的是,智能設(shè)備的使用雖然提高了生產(chǎn)效率,但單位面積帶來的經(jīng)濟效益并不明顯,這導(dǎo)致農(nóng)民與企業(yè)滿足現(xiàn)狀,減少對智慧農(nóng)業(yè)的投入,從而限制智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

        5 我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展對策建議

        5.1 規(guī)劃引領(lǐng),加大支持,完善基礎(chǔ)條件

        我國智慧農(nóng)業(yè)研究總體還處于初期探索的起步階段,雖然取得了一定的成果,但在推廣應(yīng)用過程中,還面臨著建設(shè)和運維成本高、帶動效益不明顯等方面的問題[23]。因此,智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要政府的合理規(guī)劃和正確引導(dǎo),研究制定智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的“分步走”計劃,出臺扶持智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的政策措施,出臺稅收優(yōu)惠政策,加大科研經(jīng)費投入和相關(guān)設(shè)施裝備的補貼力度,鼓勵和引導(dǎo)研發(fā)機構(gòu)、涉農(nóng)企業(yè)等市場主體積極參與智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)。

        同時,政府要加大寬帶、移動通信網(wǎng)絡(luò)、云服務(wù)器等信息化基礎(chǔ)設(shè)施投入,為智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展提供更先進、更優(yōu)惠、覆蓋范圍更廣的通信網(wǎng)絡(luò)和云服務(wù)器資源;組織和鼓勵有實力的企業(yè)建設(shè)智慧農(nóng)業(yè)公共服務(wù)平臺和大數(shù)據(jù)中心,為智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用推廣過程中的數(shù)據(jù)存儲、處理、計算、分析等提供基礎(chǔ)公共服務(wù)。

        5.2 政府牽頭,多方聯(lián)合,建立智慧農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系

        在智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的起步階段,政府聯(lián)合行業(yè)協(xié)會、科研機構(gòu)、大型企業(yè)等主體,加快制定智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)體系,有利于保證數(shù)據(jù)快速傳遞和共享,確保不同場景下各類智能設(shè)備緊密配合,各環(huán)節(jié)服務(wù)有效銜接,推動智慧農(nóng)業(yè)向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、高效化方向發(fā)展。智慧農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系的制定應(yīng)有適度超前意識,標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)包括:元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、交換共享標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)、軟件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)等。

        5.3 提高自主研發(fā)能力,發(fā)展農(nóng)業(yè)智能裝備

        加強高精度傳感器和先進農(nóng)業(yè)智能裝備的技術(shù)攻關(guān)力度,提高環(huán)境傳感器的準(zhǔn)確性、可靠性、節(jié)能性和耐用性,提高農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集質(zhì)量。大力發(fā)展植保無人機、農(nóng)機自動駕駛、智能機器人等技術(shù),加快研發(fā)適宜廣東丘陵山地、設(shè)施農(nóng)業(yè)、畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖等不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場景的農(nóng)用智能裝備,不斷提升農(nóng)業(yè)智能裝備核心零部件自主研發(fā)能力[24]。

        5.4 加速現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)農(nóng)村領(lǐng)域的深度融合

        一是建設(shè)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺,提高農(nóng)業(yè)政務(wù)管理水平和應(yīng)急處置能力;二是推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能與農(nóng)產(chǎn)品流通業(yè)深度融合應(yīng)用;三是集成區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、標(biāo)簽識別等技術(shù),建設(shè)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈全程溯源系統(tǒng);四是建設(shè)植物工廠和智慧牧場,推動高效高值農(nóng)業(yè)發(fā)展;五是推動虛擬現(xiàn)實、3D動畫等技術(shù)在農(nóng)技培訓(xùn)、科普教育和休閑農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

        5.5 加強人才培養(yǎng),提高智慧農(nóng)業(yè)從業(yè)人員素質(zhì)

        智慧農(nóng)業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的深度融合所產(chǎn)生的一個全新產(chǎn)業(yè),需要大量具備農(nóng)業(yè)和信息技術(shù)專業(yè)知識的復(fù)合型人才[25]。高等院校和專業(yè)培訓(xùn)機構(gòu)應(yīng)加大對智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域人才的培養(yǎng)和培訓(xùn)力度,加快智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域人才隊伍建設(shè),培養(yǎng)一批能夠熟練運用智慧農(nóng)業(yè)相關(guān)設(shè)備和技術(shù)的新型職業(yè)農(nóng)民。

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