■ 文/陳紅光 楊 娟

智慧農業(yè)是農業(yè)發(fā)展的最新形態(tài)和未來發(fā)展趨勢，也是發(fā)達國家紛紛布局的農業(yè)領域重要新賽道。上海在物聯(lián)網、云計算、大數據、人工智能、農藝農機等領域擁有豐富的積累，其將有助于促進智慧農業(yè)高質量發(fā)展，推進鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施。

在智慧地球（Smart Planet）的理念于2008年被提出后，我國與世界各國同步提出了智慧農業(yè)的概念。隨著新技術的加速涌現與迭代，物聯(lián)網、云計算、大數據、人工智能等技術不斷融入農業(yè)生產各環(huán)節(jié)，智慧農業(yè)概念的內涵與外延在不斷演變，至今尚未有明確的定義。

中央網信辦信息化發(fā)展局、農業(yè)農村部市場與信息化司等七部委組織有關機構編寫的《數字鄉(xiāng)村建設指南1.0》指出，智慧農業(yè)是指通過互聯(lián)網、云計算和物聯(lián)網等技術，依托部署在農業(yè)生產現場的各種傳感節(jié)點和通信網絡，實現農業(yè)生產環(huán)境的智能感知、智能分析、智能決策、智能控制、智能預警、專家在線指導，為農業(yè)發(fā)展提供精細化生產、可視化管理、智能化決策、精準投入產出等支撐，主要包括農業(yè)數據資源建設、農業(yè)生產數字化（種業(yè)數字化、種植業(yè)數字化、林草數字化、畜牧業(yè)數字化、漁業(yè)漁政數字化）、農產品加工智能化、鄉(xiāng)村特色產業(yè)數字化監(jiān)測、農產品市場數字化監(jiān)測和農產品質量安全追溯管理等內容。

智慧農業(yè)是當今世界現代農業(yè)發(fā)展的大趨勢

隨著智慧農業(yè)發(fā)展，農業(yè)及其鄰近產業(yè)由傳統(tǒng)生產方式升級為現代生產方式，朝著綠色農藝機械化、智能化方向發(fā)展，農業(yè)生產規(guī)模擴大，生產成本降低，農產品品質提升。農業(yè)勞動內涵發(fā)生顛覆性變化，由體力勞動向技能型勞動轉變，相關領域高級技術人才向農業(yè)領域遷移，促使生產效率極大提升。

美國、日本以及歐盟國家紛紛出臺政策措施，推進大數據、物聯(lián)網等技術在農業(yè)領域的應用，推動智慧農業(yè)發(fā)展。美國農業(yè)部發(fā)布的《科學藍圖——2020至2025 科研方向》提出，要關注智慧農業(yè)技術在可持續(xù)農業(yè)集約化、適應氣候變化、食品和營養(yǎng)轉換、增值創(chuàng)新、農業(yè)科學等5 個領域的應用。日本在第11 次技術預見提出的社會5.0 中構想了人工智能、數字技術等在未來農業(yè)生產中的應用，如無人裝備、農用機器人等，工作效率將得到極大改善。歐洲，荷蘭、法國等6 個國家啟動了“Smart Agri Food”項目，推進規(guī)?；闹悄苻r業(yè)應用軟件研發(fā)。德國在世界上最早提出工業(yè)4.0，進而采納工業(yè)4.0 的成果提出了農業(yè)4.0，利用物聯(lián)網、大數據、互聯(lián)網等新一代信息技術，推進農業(yè)生產、加工、營銷服務、經營管理等全產業(yè)鏈實現集約化、協(xié)同發(fā)展。根據國際咨詢機構預測，2025年全球智慧農業(yè)市值將達683 億美元。

智慧農業(yè)整合了現代生物技術、信息技術和人工智能，是當前農業(yè)的最新形態(tài)，有以下三大發(fā)展趨勢。一是智能化、集成化。新一代信息技術、衛(wèi)星定位、激光制導等高新技術集成應用，機械化農機具發(fā)展到光機電液一體化、專業(yè)化智能農機裝備，實現耕作、收獲、灌溉、施藥施肥和采摘全程智能化。二是無人化、少人化。智慧農業(yè)不斷推進農業(yè)轉型升級，實現了從小農生產、機械化生產、智慧生產到無人化生產的轉變，無人農場、無人果園由實驗室走向實驗田。三是綠色化。智慧農業(yè)通過推廣使用智慧農藝、智能農機，精準操控有效降低農業(yè)生產和流通過程中化肥、農藥、能源等消耗，通過農產品大數據，可實現農產品的溯源、食品安全監(jiān)督等，推進農業(yè)可持續(xù)綠色發(fā)展。

通過中國知網檢索“智慧農業(yè)”關鍵詞（中英文）可知，2009—2021年共發(fā)表各類文獻4 523 篇（見圖1）。從圖中可見，2009年僅發(fā)表1 篇文獻，2021年達到1 133 篇，發(fā)表文獻數量呈現快速增長態(tài)勢，表明智慧農業(yè)研究成果快速增長。

中央一號文件推進我國智慧農業(yè)發(fā)展

我國現代農業(yè)起步較晚，自然條件復雜，農業(yè)機械化尚落后于世界平均水平，智慧農業(yè)處于初級階段，智慧農業(yè)應用滲透率還不到1%，整體技術水平與發(fā)達國家相差15年左右。在我國政府高度重視和大力支持下，我國智慧農業(yè)近年來發(fā)展迅速，已成為我國實現鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要抓手，推動我國從農業(yè)大國發(fā)展成為農業(yè)強國。

圖1 2009—2021年發(fā)表的智慧農業(yè)文章數

2016年以來，每年中央一號文件均提到智慧農業(yè)。中共中央辦公廳、國務院辦公廳先后印發(fā)的《數字鄉(xiāng)村發(fā)展戰(zhàn)略綱要》《鄉(xiāng)村建設行動實施方案》提出，發(fā)展智慧農業(yè)，深入實施“互聯(lián)網+”農產品出村進城工程和“數商興農”行動，構建智慧農業(yè)氣象平臺。我國在常用環(huán)境類農業(yè)傳感器、農業(yè)遙感技術、農業(yè)無人機、農機北斗導航、農業(yè)大數據與智能算法等領域技術研發(fā)和應用取得了長足進步，部分產品實現國產替代。前瞻產業(yè)研究院發(fā)布的數據顯示，2020年我國智慧農業(yè)的市場規(guī)模約為268 億元，到2025年我國農業(yè)數字經濟規(guī)模將達1.26 萬億元，占農業(yè)增加值比重將達到15%。

Kaczmarz迭代算法是一種針對過采樣線性等式系統(tǒng)設計的迭代型算法,適用于求解大規(guī)模線性等式系統(tǒng).由于其具有使用簡單、速度快、內存占用率低等優(yōu)點,已被廣泛應用于數字信號處理、醫(yī)學成像等應用領域.在求解線性一致等式系統(tǒng)Ax=b時,Kaczmarz迭代算法循環(huán)遍歷矩陣A的所有行,并將當前迭代x投影至由矩陣A中當前選擇行所對應的超平面上,即

新一代信息技術跨界助推智慧農業(yè)快速發(fā)展

物聯(lián)網、大數據、人工智能等新一代信息技術與農業(yè)生產經營深度融合，不斷提升智慧農業(yè)生產資源的利用水平，提升農業(yè)經營管理的效率。

●物聯(lián)網：實現感知、傳輸和控制三大作用

物聯(lián)網技術是實物和互聯(lián)網間的一種有效連接形式，通過傳感器、全球地理信息系統(tǒng)、激光掃描儀等感知層裝備，快速、實時獲取農業(yè)生產管理所需要的溫濕度、光照、土壤肥力等信息，通過網絡層和應用層實現對農業(yè)動植物生長環(huán)境的實時監(jiān)控、操作和互聯(lián)互通等。物聯(lián)網技術通過實時監(jiān)控掌握農業(yè)動植物的實際生長狀態(tài)，實時智能調整生長環(huán)境，解決實際生長過程中的各種問題，提高農產品的生產效率和品質。當前，農業(yè)傳感器的核心關鍵技術仍由美國、日本以及歐洲發(fā)達國家掌握。

美國在物聯(lián)網應用于智慧農業(yè)領域處于領先地位。美國以物聯(lián)網帶動了農業(yè)全產業(yè)鏈條發(fā)展，實現了農業(yè)領域全新變革。近年來，我國越來越多的農業(yè)企業(yè)參與農業(yè)傳感器研發(fā)生產，但傳感器在穩(wěn)定性、可靠性等方面仍存在不小差距，產品競爭力較弱，核心元器件大多依靠進口。

●數據成為重要生產要素

數據是現代科技的基礎，也是我國科技發(fā)展中的短板所在。農業(yè)大數據是指運用大數據理論、技術和方法，開展農業(yè)及相關產業(yè)領域的數據采集、存儲、加工、分析工作，用于指導、服務農業(yè)生產經營活動。

我國發(fā)布的《“十四五”大數據產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出，開啟大數據產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展新賽道，聚力數據要素多重價值挖掘，搶占大數據產業(yè)發(fā)展制高點。“東數西算”工程等重大項目必將促進我國農業(yè)大數據快速發(fā)展。農業(yè)大數據是智慧農業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的重要方向，它必將有利于補足我國農業(yè)領域的歷史欠賬和短板，促進我國農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)重塑，助力綠色農業(yè)高質量發(fā)展。

●人工智能：智慧農業(yè)的大腦

我國在人工智能領域國際科技論文發(fā)表量和發(fā)明專利授權量居世界第二，部分領域核心關鍵技術實現重要突破。在農業(yè)領域，我國人工智能的應用后發(fā)急追，總體上還不占優(yōu)勢，但在部分領域，如無人機植保等領域已取得突破，處于世界前列。

以機械裝備為載體的智慧農業(yè)技術集成應用是智慧農業(yè)發(fā)展的關鍵，也是智慧農業(yè)的重要體現形式。上海在導航定位、機械設計制造等技術方面走在全國前列，未來應將智慧農業(yè)技術的研發(fā)作為重要發(fā)展方向。

上海智慧農業(yè)處于國內前列

《上海市國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標綱要》《上海市推進農業(yè)高質量發(fā)展行動方案（2021—2025年）》都提出推進智慧農業(yè)發(fā)展?！渡虾Ｊ卸际鞋F代農業(yè)發(fā)展專項》把“智慧農業(yè)建設”作為重要支持方向。在農業(yè)農村部全國縣域農業(yè)農村信息化發(fā)展水平評價中，上海農業(yè)信息化水平位居全國第三。上海交通大學發(fā)布的《中國都市現代農業(yè)發(fā)展報告》指出，上海農業(yè)現代化評價指數和都市現代農業(yè)發(fā)展指數等獲得全國第一。

同時，上海農業(yè)面臨環(huán)境壓力大、產業(yè)發(fā)展空間小，產業(yè)鏈條短、經濟效益低、產品市場競爭弱、勞動力不足且從業(yè)人員老齡化嚴重等問題。發(fā)展智慧農業(yè)是上海高水平推進都市綠色現代農業(yè)發(fā)展的重要抓手，它可以有效緩解當前上海農業(yè)面臨的多種問題。

上海智慧農業(yè)重點發(fā)展方向

●智慧種業(yè)

種業(yè)是農業(yè)的“芯片”，是現代農業(yè)的基礎和起點。近年來，我國種業(yè)取得了長足進步，但還存在部分作物種子對外依存度高、同質化問題突出、種子品質不高、單產量低等“卡脖子”問題。上海應進一步發(fā)揮上?？萍颊w優(yōu)勢，加強新一代信息技術、生物技術在種源農業(yè)的應用，加強種質創(chuàng)新支持力度，發(fā)展植物表型技術，從而挖掘特色種質資源，加快培育優(yōu)質種質資源，特別是加強適宜機械化采收種質資源的培育，為國家打好種業(yè)翻身仗作出上海貢獻。

●大數據平臺

圍繞“一圖知三農、一庫匯所有、一網管全程”目標，上海農業(yè)農村部門與有關部門對接，匯聚上海農業(yè)農村的生產、管理、服務等信息，率先構建了以“一圖一庫一網”為基礎的上海農業(yè)數字底座。目前，“一圖一庫一網”建設還存在系統(tǒng)兼容對接問題、與真實地塊之間建立映射關系費時費力問題等。上海應以“一圖一庫一網”為基礎，加強市區(qū)鎮(zhèn)資源整合，打破部門間數據圍墻，制定統(tǒng)一標準，強力打造統(tǒng)一的智慧農業(yè)大數據平臺，夯實上海智慧農業(yè)數字底座。

●智慧農場

上海市已建成農機物聯(lián)網管理平臺，在國內率先實現自走式農業(yè)機械全面物聯(lián)，創(chuàng)建“蔬菜機器換人”示范基地，水稻無人農場初步實現了水稻耕、種、管、收無人化生產作業(yè)。圖2 為上海某企業(yè)研發(fā)的產品采摘機器人、植保機器人、旋耕機器人、做畦機器人、播種機器人。上海應持續(xù)開展生物技術、信息技術和智慧農機裝備三大關鍵技術攻關，加強智慧農機具研發(fā)應用，升級無人農場為智慧農場，實現耕種管收生產環(huán)節(jié)全覆蓋，并從水稻種植推廣到果蔬種植、水產養(yǎng)殖、畜牧養(yǎng)殖等領域。

上海推進智慧農業(yè)政策措施建議

●創(chuàng)建智慧農業(yè)研究院

創(chuàng)新引領智慧農業(yè)發(fā)展是上海智慧農業(yè)發(fā)展的必由之路。上海相關高校、院所、企業(yè)研發(fā)力量雄厚，各單項技術居于國內前列，但由于沒有成立專門的智慧農業(yè)研發(fā)機構，整合資源協(xié)力攻關的能力不足，這使得上海在突破智慧農業(yè)技術集成和應用推廣的瓶頸方面存在短板，上海智慧農業(yè)發(fā)展優(yōu)勢沒有得到充分體現。上海應引進國際國內優(yōu)質資源，整合各方力量，構建智慧農業(yè)研究院，加強物聯(lián)網、大數據、人工智能、生物技術等新技術融入種業(yè)、農藝、農機具的應用研發(fā)，立足上海，聯(lián)動長三角，服務全國，輻射全球。

●培育智慧農業(yè)龍頭企業(yè)

圖2 上海某企業(yè)研發(fā)的產品采摘機器人、植保機器人、旋耕機器人、做畦機器人、播種機器人

為充分發(fā)揮企業(yè)創(chuàng)新主體作用，上海要鼓勵光明食品集團、上實集團等本地農業(yè)龍頭企業(yè)加大投入，聯(lián)合農業(yè)領域高校院所，加大智慧農業(yè)技術創(chuàng)新支持力度。通過投資、并購等手段，企業(yè)可以加速參與智慧農業(yè)領域競爭，做大做強智慧農業(yè)板塊。為培育農業(yè)龍頭企業(yè)，上海還可以采取以下措施：加大政策扶持力度，促進農業(yè)創(chuàng)新型中小企業(yè)快速成長；加強政策宣傳服務，鼓勵相關生物技術、信息技術領域高科技企業(yè)跨界參與智慧農業(yè)建設；為在滬智慧農業(yè)企業(yè)提供投融資服務，鼓勵智慧農業(yè)創(chuàng)新型企業(yè)在科創(chuàng)板上市。

●加強智慧農業(yè)人才引育

上海要完善人才引進和激勵政策措施，引導相關領域有“農業(yè)”情懷的年輕人才流向農業(yè)領域，打造智慧農業(yè)人才高地。政府應加強信息技術、生物技術、農業(yè)機械等培訓，特別是現場操控能力和經營管理能力培訓，培育新一代懂農業(yè)、愛農村的高素質農民。政府還應鼓勵高校院所科技人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，走入農業(yè)科技園區(qū)、星創(chuàng)天地等，創(chuàng)辦智慧農業(yè)企業(yè)，推動農業(yè)科技成果轉化應用，推進農業(yè)高質量發(fā)展帶動鄉(xiāng)村振興。

SISS 產研是上海市科學學研究所的產業(yè)創(chuàng)新研究團隊，致力于把握科技進步大方向和產業(yè)變革大趨勢，立足上海開展面向區(qū)域發(fā)展的關鍵技術選擇、重點領域產業(yè)科技發(fā)展趨勢、科技創(chuàng)新重大專項選題、產業(yè)技術路線圖和產業(yè)創(chuàng)新競爭地圖等研究。