劉 晶

（中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，北京 100083）

0 引言

隨著農(nóng)業(yè)智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，智慧農(nóng)業(yè)成為目前關(guān)注的焦點(diǎn)。智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，將計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、音視頻技術(shù)、3S 技術(shù)（遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)）、無線通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能及5G 等融于一體，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)環(huán)節(jié)可視化遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程控制、災(zāi)變預(yù)警、信息感知等智能控制和管理，不斷提升農(nóng)業(yè)管理水平。

智慧農(nóng)業(yè)可以有效解決現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)發(fā)展中存在的問題和不足，提升區(qū)域經(jīng)濟(jì)水平，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。我國將智慧農(nóng)業(yè)列入重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，自2015 年以來，國家出臺了一系列扶持政策，智慧農(nóng)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(jié)我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展概況，介紹智慧農(nóng)業(yè)主要應(yīng)用領(lǐng)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(nóng)業(yè)”被首次寫入中央1 號文件，標(biāo)志著發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)成為國家戰(zhàn)略，以互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能等為特征的智慧農(nóng)業(yè)成為推動我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級、助力鄉(xiāng)村振興的重要手段。2018 年9 月，中共中央、國務(wù)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(shù)字農(nóng)業(yè)，實(shí)施智慧農(nóng)業(yè)工程和“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)行動，鼓勵(lì)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行數(shù)字化改造，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)遙感、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，提高農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化管理水平。2019 年12 月，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、中央網(wǎng)絡(luò)安全和信息化委員會辦公室印發(fā)《數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃（2019?2025 年）》，提出到2025 年，數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村建設(shè)取得重要進(jìn)展，有力支撐數(shù)字鄉(xiāng)村戰(zhàn)略實(shí)施；建立健全5G 引領(lǐng)的智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)體系；建設(shè)天空地一體化的農(nóng)業(yè)農(nóng)村觀測網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用體系，實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村環(huán)境等全領(lǐng)域、全過程、全覆蓋的實(shí)時(shí)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(jìn)法》正式實(shí)施，“智慧農(nóng)業(yè)”首次被寫入法律，該法明確提出“推進(jìn)生物種業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品加工、綠色農(nóng)業(yè)投入品等領(lǐng)域創(chuàng)新，建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系，推動農(nóng)業(yè)農(nóng)村創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展”。

1.2 研究進(jìn)展

我國智慧農(nóng)業(yè)的起步較晚，目前多數(shù)處于研究階段，未能真正應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。李道亮[1]從物聯(lián)網(wǎng)及智慧農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵角度，提出了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，在科學(xué)分析農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的對策與建議。賀玉芳[2]將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用到智慧農(nóng)業(yè)中，既能促進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，又可對北斗導(dǎo)航衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到很好的促進(jìn)作用。張文宇等[3]以“鐘模型”和CCSODS（crop cultivational simulation-optimization-decision making system）為基礎(chǔ)，對模型進(jìn)行調(diào)整和擴(kuò)充，對系統(tǒng)進(jìn)行升級和重構(gòu)，構(gòu)建了智慧農(nóng)業(yè)平臺，充分發(fā)揮了模型在物聯(lián)網(wǎng)和智慧農(nóng)業(yè)中的作用，為多學(xué)科模型融合提供了借鑒。胡鴻雁等[4]從關(guān)聯(lián)創(chuàng)新、研究范式、數(shù)據(jù)體系、產(chǎn)業(yè)融合的角度對智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展體系進(jìn)行了研究。陳煥軒等[5]研究了智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)在棉花生產(chǎn)管理中的應(yīng)用，包括表型監(jiān)測技術(shù)、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，并進(jìn)行了總結(jié)與展望。劉昊等[6]針對5G背景下大規(guī)模智慧農(nóng)業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)在三維空間內(nèi)部署時(shí)，存在高能耗、高成本及節(jié)點(diǎn)脫節(jié)等問題，提出了一種基于維諾圖與飛蛾撲火算法結(jié)合的節(jié)點(diǎn)優(yōu)化部署策略，提升了通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的生存周期。

魯旭濤等[7]研究設(shè)計(jì)了基于智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化水田作物精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)，對江蘇省水稻田進(jìn)行仿真，結(jié)果表明，灌溉設(shè)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(bào)道了農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)在作物識別與制圖、病蟲害監(jiān)測、草害監(jiān)測、作物關(guān)鍵理化參數(shù)反演及產(chǎn)量監(jiān)測預(yù)測等方面的研究進(jìn)展和應(yīng)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(shù)在農(nóng)作物生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品加工和農(nóng)產(chǎn)品銷售中的應(yīng)用，視覺識別技術(shù)為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)低耗高效生產(chǎn)及農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)提供了可能。王志強(qiáng)等[10]研究了數(shù)字孿生體在產(chǎn)品生命周期中的作用，介紹了6 種不同的數(shù)字孿生應(yīng)用類別，結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理特點(diǎn)設(shè)計(jì)了數(shù)字孿生系統(tǒng)的實(shí)施模型結(jié)構(gòu)，并針對金銀花采摘應(yīng)用場景對數(shù)字孿生系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。馬士明[11]設(shè)計(jì)了一種新型智慧農(nóng)業(yè)大棚系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，由智能網(wǎng)關(guān)、ZigBee 無線收發(fā)節(jié)點(diǎn)、智能手機(jī)終端、傳感器和執(zhí)行器等組成，實(shí)現(xiàn)了用戶通過手機(jī)APP 登錄服務(wù)器等方式瀏覽大棚內(nèi)各指標(biāo)參數(shù)及控制相關(guān)執(zhí)行器件進(jìn)行操作等主要功能。

2 主要特征及應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 主要特征

智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展具備農(nóng)業(yè)信息獲取數(shù)字化、農(nóng)業(yè)管理決策科學(xué)化、農(nóng)業(yè)裝備控制智能化、農(nóng)業(yè)要素投入精準(zhǔn)化和農(nóng)業(yè)信息服務(wù)個(gè)性化等特征，呈現(xiàn)“大集成、大數(shù)據(jù)、大協(xié)同”的共性特點(diǎn)。從系統(tǒng)工程的角度分析，智慧農(nóng)業(yè)具有先進(jìn)的生產(chǎn)力特征。智慧農(nóng)業(yè)將物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術(shù)融合在一起，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者、生產(chǎn)工具、生產(chǎn)對象等滲透結(jié)合，實(shí)現(xiàn)減少勞動力、降低勞動強(qiáng)度、減少生產(chǎn)成本和提高農(nóng)戶收益等目的，是未來最活躍的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力。從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度分析，智慧農(nóng)業(yè)具有顯著的經(jīng)濟(jì)特征。目前，在世界范圍內(nèi)，數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，并且即將成為世界發(fā)展的主要驅(qū)動力。近年來，無論是國外還是國內(nèi)，農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)總量逐年上升，未來幾年，我國的農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)總量規(guī)模仍將不斷擴(kuò)大。智慧農(nóng)業(yè)通過不斷創(chuàng)新農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.2 應(yīng)用領(lǐng)域

與智慧農(nóng)業(yè)相關(guān)的技術(shù)包括物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和3S（GIS、GPS、RS）技術(shù)等，這些技術(shù)主要應(yīng)用在現(xiàn)代化生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源、溫室大棚環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)信息化管理、農(nóng)田灌溉和農(nóng)藥噴灑（無人機(jī)作業(yè)）和農(nóng)機(jī)操作智能控制等方面。

（1）在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，主要包括農(nóng)藥精準(zhǔn)噴灑、無土栽培、災(zāi)害預(yù)警、智能作業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集等。

（2）在農(nóng)產(chǎn)品安全溯源方面，主要包括產(chǎn)品質(zhì)量檢測、品質(zhì)認(rèn)證、質(zhì)量跟蹤及生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測，每個(gè)產(chǎn)品都有唯一的標(biāo)識信息，通過信息可以對產(chǎn)品提供更好的服務(wù)。

（3）在溫室大棚室環(huán)境監(jiān)測方面，通過融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)、智能控制等先進(jìn)技術(shù)，可實(shí)時(shí)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(jìn)行檢測和控制，為作物高產(chǎn)提供保障。

（4）在農(nóng)業(yè)信息化管理方面，智慧農(nóng)業(yè)主要應(yīng)用在農(nóng)村電商平臺、物資采購平臺和物流運(yùn)輸平臺等，便于農(nóng)產(chǎn)品相互流通。

（5）在使用無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品灌溉和農(nóng)藥噴灑方面，不僅可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)作業(yè)，還達(dá)到高效環(huán)保和降本增效的目的。

（6）在農(nóng)機(jī)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(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)力的具體體現(xiàn)，近年來，國家非常重視智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，出臺了很多支持政策。同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展也助推智慧農(nóng)業(yè)逐步走向成熟，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)正逐步應(yīng)用到農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)中，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)方式已經(jīng)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楦弋a(chǎn)、高效、低耗、優(yōu)質(zhì)、生態(tài)和安全的智慧農(nóng)業(yè)模式。

趙春江[12]指出，未來我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展是以提高主要農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的勞動生產(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，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)。

4 結(jié)束語

智慧農(nóng)業(yè)在協(xié)調(diào)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(jīng)濟(jì)形態(tài)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，智慧農(nóng)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(chǎn)業(yè)布局，有效促進(jìn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)方式轉(zhuǎn)變。在各種利好政策的支持下，以及計(jì)算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的驅(qū)動下，智慧農(nóng)業(yè)未來的發(fā)展具有更大潛力。