丁小明,李 愷,何 芬,尹義蕾,李 邵(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計研究院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計與智能建造重點實驗室,北京 100016)
為掌握設(shè)施農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展水平,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)業(yè)機械化水平評價第6 部分:設(shè)施農(nóng)業(yè)》NY/T 1408.6-2016,規(guī)定了耕整地、種植、植株調(diào)整與采收、施藥、運輸、灌溉施肥、環(huán)境調(diào)控等7 個方面的指標(biāo),解決了設(shè)施農(nóng)業(yè)機械化水平的評價難題。為了推進設(shè)施農(nóng)業(yè)機械化進一步發(fā)展,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了《關(guān)于加快推進設(shè)施種植機械化發(fā)展的意見》(農(nóng)機發(fā)〔2020〕3 號),提出了推進生產(chǎn)作業(yè)機械化、設(shè)施裝備智能化的具體措施。預(yù)計到2025 年,設(shè)施蔬菜、花卉、果樹、中藥材的主要品種生產(chǎn)全程機械化技術(shù)裝備體系和社會化服務(wù)體系基本建立,設(shè)施種植機械化水平總體達到50% 以上,為“十四五”時期設(shè)施農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展指出了明確的發(fā)展路徑和發(fā)展目標(biāo)。2022 年初,中央網(wǎng)信辦等十部門印發(fā)《數(shù)字鄉(xiāng)村發(fā)展行動計劃(2022-2025 年)》,對“十四五”時期數(shù)字鄉(xiāng)村發(fā)展作出部署安排,提出要充分發(fā)揮信息化對鄉(xiāng)村振興的驅(qū)動引領(lǐng)作用,加快農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化改造,重點推進適用各種作業(yè)環(huán)境的智能農(nóng)機裝備研發(fā),推動農(nóng)機農(nóng)藝和信息技術(shù)集成研究與系統(tǒng)示范。2022年2 月,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布《“十四五”全國農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化發(fā)展規(guī)劃》,提出要發(fā)展智慧農(nóng)業(yè),提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)保障能力,夯實大數(shù)據(jù)基礎(chǔ),強化科技創(chuàng)新,提升農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化支撐能力,明確“十四五”期間,在全國建設(shè)設(shè)施農(nóng)業(yè)國家數(shù)字農(nóng)業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用基地,建立貫通信息采集、分析決策、作業(yè)控制、智慧管理等各環(huán)節(jié)的智慧農(nóng)業(yè)集成應(yīng)用體系。上述政策安排和工作部署將推進數(shù)字化技術(shù)與設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)加速融合,智能感知、智能分析、智能控制等數(shù)字化技術(shù)將加快向設(shè)施農(nóng)業(yè)滲透,設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化將得到快速發(fā)展。
早在2012 年,周濟[1]提出到2020 年,中國機械產(chǎn)品全面應(yīng)用數(shù)控技術(shù),總體升級為“數(shù)控一代”,中國制造業(yè)基本普及數(shù)字化技術(shù),并在若干領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)一定程度的智能化。到2030年,中國機械產(chǎn)品總體升級為“智能一代”。周濟給出的中國機械產(chǎn)品的發(fā)展路徑十分明確,首先實現(xiàn)數(shù)字化,然后實現(xiàn)智能化。李廉水[2]等曾將世界智能制造發(fā)展歷程概括為數(shù)字化制造階段、網(wǎng)絡(luò)化制造階段、智能制造階段等三個階段。劉衛(wèi)國[3]等認(rèn)為數(shù)字化的特征之一是可計算性,可以將許多復(fù)雜多變的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字、數(shù)據(jù),再以這些數(shù)字、數(shù)據(jù)建立起合理的數(shù)字化模型,并轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗卸M制代碼,成為可計算的對象。特征之二是可量化性,可以將任何連續(xù)變化的輸入轉(zhuǎn)化為一串分離的單元,在計算機中用數(shù)字0 和1 表示。數(shù)字化是計算機、多媒體技術(shù)、軟件技術(shù)、智能技術(shù)的基礎(chǔ),是信息化的技術(shù)基礎(chǔ),沒有數(shù)字化技術(shù),就沒有計算機、互聯(lián)網(wǎng),凸顯了數(shù)字化技術(shù)的重要性。根據(jù)上述數(shù)字化、信息化和智能化的定義可以基本判斷,中國設(shè)施農(nóng)業(yè)機械正處于向全面普及數(shù)字化技術(shù)發(fā)展的重要時期,在環(huán)境調(diào)控、水肥一體化、采摘、嫁接等少數(shù)幾個環(huán)節(jié)已經(jīng)有了一定的智能化研究成果,但仍未到廣泛應(yīng)用階段。所以,本文以設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化為研究出發(fā)點,評價中國設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平,更具現(xiàn)實意義。本研究在團隊制定的設(shè)施農(nóng)業(yè)機械化水平評價指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上提出設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化評價指標(biāo)體系,有利于評價中國設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平發(fā)展現(xiàn)狀,也有利于評價現(xiàn)有設(shè)施農(nóng)業(yè)機械化水平的發(fā)展質(zhì)量,通過評價助力設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化高質(zhì)量發(fā)展。
數(shù)字技術(shù)[4](Digital Technology)是指借助一定的設(shè)備將各種信息,包括圖、文、聲、像等,轉(zhuǎn)化為電子計算機能識別的二進制數(shù)字“0”和“1”后進行運算、加工、存儲、傳送、傳播、還原的技術(shù)。國家標(biāo)準(zhǔn)《網(wǎng)絡(luò)化制造技術(shù)術(shù)語》GB/T 25486-2010 規(guī)定了數(shù)字化就是以數(shù)字形式表示(或表現(xiàn))本來不是離散數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。具體來說,也就是將圖像或聲音等轉(zhuǎn)化為數(shù)字碼,以便這些信息能由計算機系統(tǒng)處理與保存。在信息化時代,數(shù)字化已經(jīng)變成信息化程度的一個重要指標(biāo)。設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化就是在耕整地、種植、植株調(diào)整與采收、施藥、運輸、灌溉施肥、環(huán)境調(diào)控等各個作業(yè)裝備上應(yīng)用數(shù)字化技術(shù),實現(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)作業(yè)裝備的數(shù)字化。
設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平是在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中,主要作業(yè)項目使用具備數(shù)字技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備所覆蓋的程度。設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平反映了數(shù)字化技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中實際作用的大小,表明使用具備數(shù)字化技術(shù)的機械化生產(chǎn)方式替代傳統(tǒng)機械化生產(chǎn)方式達到的程度。
設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化評價指標(biāo)的設(shè)置與量化,是對設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化的應(yīng)用效果進行科學(xué)評價與分析的過程。因此,評價指標(biāo)體系的設(shè)置從產(chǎn)業(yè)實際需求出發(fā),遵循科學(xué)全面可行的原則,以適應(yīng)設(shè)施多種類型、裝備配套及管理水平。具體指標(biāo)設(shè)置原則如下。
(1)前瞻性和導(dǎo)向性。指標(biāo)設(shè)定充分考慮對現(xiàn)階段設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化發(fā)展成效評價的需要,也充分預(yù)判對未來一段時期設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化發(fā)展的影響。
(2)系統(tǒng)性和完整性。指標(biāo)設(shè)定充分考慮設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所涉及的大多數(shù)重要生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié),指標(biāo)相對獨立但又有一定的相關(guān)性,全面反映設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化發(fā)展現(xiàn)狀。
(3)可比性和可操作性。指標(biāo)設(shè)定充分考慮在不同時期和發(fā)展階段上具有一定的可比性,定量化、數(shù)據(jù)易獲得,對那些應(yīng)設(shè)定但又難以獲得可靠統(tǒng)計數(shù)據(jù)的指標(biāo)少設(shè)或不設(shè)。
指標(biāo)選取需要全面、科學(xué)、合理地反映中國設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化發(fā)展現(xiàn)狀,指標(biāo)明確且具備區(qū)分度,指標(biāo)的內(nèi)容解釋符合現(xiàn)階段設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。
設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化指標(biāo)體系設(shè)一級指標(biāo)1個,二級指標(biāo)7 個。①一級指標(biāo)為設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平;②二級指標(biāo)根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)分別為耕整地數(shù)字化水平、種植數(shù)字化水平、植株調(diào)整與采收數(shù)字化水平、施藥數(shù)字化水平、運輸數(shù)字化水平、灌溉施肥數(shù)字化水平、環(huán)境調(diào)控數(shù)字化水平。為了便于比較,各指標(biāo)權(quán)重與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)業(yè)機械化水平評價第6部分:設(shè)施農(nóng)業(yè)》NY/T 1408.6-2016 保持一致,具體見表1。評價指標(biāo)及統(tǒng)計數(shù)據(jù)解釋見表2。
表1 評價指標(biāo)體系
表2 評價指標(biāo)及統(tǒng)計數(shù)據(jù)解釋
設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平按式(1)計算:
根據(jù)NY/T 1408.6-2016,設(shè)施農(nóng)業(yè)機械化水平按式(2)計算:
B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7 分別為耕整地機械化水平、種植機械化水平、植株調(diào)整與采收機械化水平、施藥機械化水平、運輸機械化水平、灌溉施肥機械化水平和環(huán)境調(diào)控機械化水平。
選取北京市房山區(qū)D1、昌平區(qū)D2、大興區(qū)D3、平谷區(qū)D4、海淀區(qū)D5 等5 個生產(chǎn)基地作為評價對象,對5 個基地的設(shè)施農(nóng)業(yè)機械化水平和設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平進行了評價分析,結(jié)果見表3~4。
表3 五個生產(chǎn)基地設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平/%
表4 五個生產(chǎn)基地設(shè)施農(nóng)業(yè)機械化水平/%
本研究在中國設(shè)施農(nóng)業(yè)機械化水平評價指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上,提出了中國設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平評價指標(biāo)體系,闡述了設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平的定義,確定了各個指標(biāo)設(shè)定的原則和具體內(nèi)容,并在北京的五個生產(chǎn)基地進行了初步驗證。驗證結(jié)果表明,指標(biāo)容易理解,統(tǒng)計數(shù)據(jù)易獲得,指標(biāo)體系具有可行性。通過分析五個基地的機械化和數(shù)字化水平,北京市典型設(shè)施農(nóng)業(yè)園區(qū)的機械化水平平均為42.72%,數(shù)字化水平僅為8.81%,數(shù)字化水平低于機械化水平33.96%。從各環(huán)節(jié)看,機械化水平評價結(jié)果中只有植株調(diào)整與采收機械化水平1 個環(huán)節(jié)為0,而數(shù)字化水平評價結(jié)果中只有灌溉施肥數(shù)字化水平和環(huán)境調(diào)控數(shù)字化水平不為0,灌溉施肥數(shù)字化水平較高,達到了37.78%,其余5 個環(huán)節(jié)均沒有數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用。從機械化作業(yè)質(zhì)量看,耕整地機械化水平雖然高達100%,但數(shù)字化水平為0。由此可見耕整地機械沒有數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用,作業(yè)質(zhì)量主要依靠農(nóng)機手,勞動強度依然很大,作業(yè)質(zhì)量不高;環(huán)境調(diào)控是設(shè)施農(nóng)業(yè)的一個顯著標(biāo)志,機械化水平為46.01%,而數(shù)字化水平為7.45%,環(huán)境調(diào)控主要基于經(jīng)驗判斷,基于模型的環(huán)控系統(tǒng)應(yīng)用比例較低。通過分析比較看出,現(xiàn)階段設(shè)施農(nóng)業(yè)機械化水平評價結(jié)果雖然反映了各個環(huán)節(jié)使用機械作業(yè)的程度,但卻不能反映各個環(huán)節(jié)機械化發(fā)展質(zhì)量,數(shù)字化技術(shù)、智能化技術(shù)應(yīng)用情況得不到真實體現(xiàn),全面開展設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平評價很有必要,符合現(xiàn)階段設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化、智能化發(fā)展的需要。