我國智慧農(nóng)業(yè)研究和應(yīng)用最新進(jìn)展分析

申 格，吳文斌，史 云，楊 鵬，周清波

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所/農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081）

0 引言

農(nóng)業(yè)農(nóng)村農(nóng)民問題是關(guān)系國計(jì)民生的根本性問題，是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)。黨中央和政府一直重視“三農(nóng)”問題，把解決好“三農(nóng)”問題作為工作的重中之重，從“農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化”、“城鄉(xiāng)一體化”、城鄉(xiāng)融合發(fā)展到“振興鄉(xiāng)村”都體現(xiàn)了這一點(diǎn)。然而，當(dāng)前我國正處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期，農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格“天花板”封頂和生產(chǎn)成本“地板”抬升等新挑戰(zhàn)，農(nóng)業(yè)資源環(huán)境制約、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)失衡和農(nóng)業(yè)發(fā)展質(zhì)量效益不高等新問題日益突出，迫切需要加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，從粗放發(fā)展模式向精細(xì)管理、科學(xué)決策的發(fā)展模式轉(zhuǎn)變，走產(chǎn)出高效、產(chǎn)品安全、資源節(jié)約和環(huán)境友好的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化道路。

信息技術(shù)代表著當(dāng)今先進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展方向，其強(qiáng)大的帶動(dòng)性、滲透性和擴(kuò)散性已全面滲透到各個(gè)領(lǐng)域[1]。農(nóng)業(yè)信息化成為引領(lǐng)我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展、創(chuàng)新農(nóng)業(yè)管理服務(wù)和破解農(nóng)業(yè)發(fā)展難題的必然選擇。我國農(nóng)業(yè)信息化先后經(jīng)歷了電腦農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等階段。21世紀(jì)以來，人類全面邁進(jìn)了以互聯(lián)網(wǎng)為中心的信息技術(shù)時(shí)代。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)信息化正從傳統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化向智能化、智慧化的高端方向發(fā)展。我國農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)入農(nóng)業(yè)4.0階段，即新的智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展階段。智慧農(nóng)業(yè)以信息知識(shí)為核心，將新興的遙感網(wǎng)、傳感網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)與智能裝備、智能機(jī)器人深入應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、加工、經(jīng)營、管理和服務(wù)等全產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化種植、互聯(lián)網(wǎng)化銷售、智能化決策和社會(huì)化服務(wù)，形成以數(shù)字化、自動(dòng)化、精準(zhǔn)化和智能化為基本特征的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展形態(tài)。可見，智慧農(nóng)業(yè)涉及多部門、多領(lǐng)域、多學(xué)科的交叉和集成，具有獨(dú)特的系統(tǒng)性和復(fù)雜性。

雖然近年來我國智慧農(nóng)業(yè)研究和應(yīng)用發(fā)展迅速，如大田和養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)研究取得明顯進(jìn)展、農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)研發(fā)穩(wěn)步推進(jìn)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)挖掘與分析算法日益發(fā)展、農(nóng)業(yè)信息服務(wù)平臺(tái)技術(shù)日益提升。但是，總體看我國智慧農(nóng)業(yè)研究仍處于起步階段，尚有很多關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題沒有解決。智慧農(nóng)業(yè)的科學(xué)定義和內(nèi)涵仍不清晰、現(xiàn)有研究存在明顯的碎片化、不同學(xué)科之間缺乏有機(jī)銜接和整合、關(guān)鍵核心技術(shù)的研發(fā)和集成仍較薄弱、沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等?；诖耍疚臄M對(duì)智慧農(nóng)業(yè)研究文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)梳理和歸納，弄清我國智慧農(nóng)業(yè)研究現(xiàn)狀，系統(tǒng)闡述智慧農(nóng)業(yè)研究的關(guān)鍵技術(shù)方法及其重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域，為發(fā)展和豐富智慧農(nóng)業(yè)學(xué)科體系、推動(dòng)我國未來智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展提供參考。

1 智慧農(nóng)業(yè)研究總體現(xiàn)狀

近年來，智慧農(nóng)業(yè)研究受到國內(nèi)科研院校和學(xué)者的高度關(guān)注。通過大量文獻(xiàn)檢索分析發(fā)現(xiàn)，智慧農(nóng)業(yè)研究從2012年開始快速發(fā)展，研究熱度逐年增加（圖1）；從研究地區(qū)熱度密度分布看（圖2），東部地區(qū)研究熱度高，尤其是江浙、京津、東三省等區(qū)域，而西部地區(qū)的研究熱度總體要低，華中地區(qū)的湖北等省對(duì)智慧農(nóng)業(yè)研究關(guān)注度較高；從研究重點(diǎn)看，目前智慧農(nóng)業(yè)研究主要集中在智慧農(nóng)業(yè)理論解讀[2-6]、傳感器、大數(shù)據(jù)、監(jiān)測系統(tǒng)、智能機(jī)械等技術(shù)研發(fā)[7-10]以及地方應(yīng)用案例[11-13]。

智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展的高級(jí)階段，是全新的農(nóng)業(yè)發(fā)展理念，其與電腦農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展模式既相關(guān)又不同。表1總結(jié)出這4種農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展模式的異同點(diǎn)。電腦農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是將關(guān)鍵信息技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，實(shí)現(xiàn)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和效益的目標(biāo)。智慧農(nóng)業(yè)則是實(shí)現(xiàn)全要素、全鏈條、全產(chǎn)業(yè)、全區(qū)域的智能化，不僅是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，也包括農(nóng)業(yè)經(jīng)營、農(nóng)業(yè)管理、農(nóng)業(yè)服務(wù)等環(huán)節(jié)[14-17]，這是與其他3種農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展模式的最大不同點(diǎn)。因此，智慧農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵和外延更加寬泛，其所涉及的理論、技術(shù)、系統(tǒng)和裝備更加綜合和復(fù)雜。

圖1 2001—2017年智慧農(nóng)業(yè)研究發(fā)表文獻(xiàn)數(shù)Fig.1 The number of literature of intelligent agriculture research published from 2001 to 2017

圖2 不同地區(qū)智慧農(nóng)業(yè)文獻(xiàn)研究熱度分布圖Fig.2 Heat distribution map of intelligent agricultural in different regions

表1 4種農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展模式對(duì)比Table 1 Comparison of four kinds of agricultural information development models

智慧農(nóng)業(yè)的核心目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)全過程的智能化，其實(shí)質(zhì)是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。圍繞“數(shù)據(jù)”的核心主線，智慧農(nóng)業(yè)的核心研究領(lǐng)域包括感知、傳輸、分析、控制、應(yīng)用等5個(gè)方面。感知是基礎(chǔ)，是利用各類傳感器采集和獲取各類農(nóng)業(yè)信息和數(shù)據(jù)的過程；傳輸是關(guān)鍵，是將經(jīng)感知采集到的信息和數(shù)據(jù)通過一定方式傳輸?shù)缴衔粰C(jī)待進(jìn)行存儲(chǔ)的過程；分析是核心，利用感知傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析，支撐農(nóng)業(yè)預(yù)警、控制和決策的過程；控制是保障，將針對(duì)決策系統(tǒng)的控制命令傳輸?shù)綌?shù)據(jù)感知層、進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)控制裝備和設(shè)施的過程；應(yīng)用是目的，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程、生產(chǎn)環(huán)境、農(nóng)作物病蟲害等的智能管理。每一核心問題都有各自的關(guān)鍵理論和技術(shù)方法體系，將這些理論、技術(shù)方法高度集成可以形成系列的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。

2 農(nóng)業(yè)感知

2.1 傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)是智慧農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，大田種植、設(shè)施園藝以及水產(chǎn)養(yǎng)殖中的環(huán)境參數(shù)都是通過物理傳感器來進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。其中溫度傳感器、濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、CO2濃度傳感器是目前應(yīng)用最為廣泛的傳感器。在大田方面，很多學(xué)者集成空氣溫濕度傳感器、土壤溫濕度傳感器、作物傳感器，構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)快速獲取農(nóng)田環(huán)境和作物參數(shù)[18-19]。然而，大田區(qū)域大、面積廣，傳感器的規(guī)模化應(yīng)用成本高，因此，目前多適用于規(guī)模較集中的設(shè)施園藝，包括農(nóng)業(yè)大棚[20]、園藝大棚[21]、植物工廠[22]等。水環(huán)境理化性質(zhì)監(jiān)測的pH值傳感器、渾濁度傳感器、溶解氧傳感器以及水位傳感器等在水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測中使用最為廣泛，取得了較為理想的監(jiān)測效果[23]。近幾年，傳感器應(yīng)用到包括農(nóng)業(yè)機(jī)器人在內(nèi)的智能機(jī)械設(shè)計(jì)中。此外，農(nóng)產(chǎn)品物流追蹤中通過傳感器可以監(jiān)測到農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸中的溫濕度等信息，保證食品安全。然而，現(xiàn)階段傳感器多依賴于國外進(jìn)口，價(jià)格較高，限制了大田中的推廣使用。目前傳感器大多是基于單功能設(shè)計(jì)，功能集成較弱，造成數(shù)據(jù)冗雜，加大數(shù)據(jù)傳輸壓力；傳感器性能易受環(huán)境因素干擾也是普遍存在的核心問題。

2.2 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)憑其快速、簡便、宏觀、無損及客觀等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)，是各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程生長與環(huán)境信息的重要來源。遙感技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中利用高分辨率傳感器，采集地面空間分布的地物光譜信息，在不同的作物生長期，根據(jù)光譜信息，進(jìn)行空間定性、定位分析，提供大量的田間時(shí)空變化信息[14]。目前遙感技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用中主要包括：作物種植面積遙感監(jiān)測與制圖、作物長勢(shì)監(jiān)測與產(chǎn)量估算、農(nóng)業(yè)災(zāi)害遙感監(jiān)測、土地資源遙感以及作物生態(tài)環(huán)境信息監(jiān)測等[24-25]。總體來說上述應(yīng)用技術(shù)方法體系已比較成熟，遙感監(jiān)測結(jié)果可以為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)尤其是大田管理的智能化提供可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)，輔助進(jìn)行正確的管理決策。近幾年來，微小型無人機(jī)遙感技術(shù)平臺(tái)憑借其操作簡單、靈活性高、作業(yè)周期短等特點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)觀測和信息采集中發(fā)揮了重要作用。蔡偉杰[26]利用無人機(jī)搭載了各種傳感器用以監(jiān)測植保作業(yè)數(shù)據(jù)，提高了監(jiān)測效果與效率。將衛(wèi)星、無人機(jī)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集成構(gòu)建天空地一體化農(nóng)業(yè)遙感信息獲取技術(shù)體系是發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的趨勢(shì)和有效手段，可以實(shí)時(shí)獲得更為豐富、更為精確的農(nóng)田地塊信息，但也帶來了海量遙感數(shù)據(jù)融合處理的問題。

2.3 GPS

GPS（Global Positioning System）在智慧農(nóng)業(yè)中應(yīng)用主要體現(xiàn)在3方面：空間定位、土地更新調(diào)查、監(jiān)測作物產(chǎn)量[24]。定點(diǎn)定位是GPS在智慧農(nóng)業(yè)中最重要的作用。首先可以測量農(nóng)田采樣點(diǎn)、傳感器的經(jīng)緯度和高程信息，確定其精確位置，輔助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的灌溉、施肥、噴藥等田間操作。在翻耕機(jī)、播種機(jī)、施肥噴藥機(jī)、收割機(jī)、智能車輛等智能機(jī)械上安裝GPS，可以精確指示機(jī)械所在的位置坐標(biāo)，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械田間作業(yè)和管理起導(dǎo)航作用[27]。此外GPS在農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸管理中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用，通過GPRS無線傳輸系統(tǒng)將車輛當(dāng)前的經(jīng)緯度、車速等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到遠(yuǎn)程控制中心，控制中心再將傳回的GPS數(shù)據(jù)與電子地圖建立關(guān)系，可以對(duì)行車情況進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)智能控制和管理，并且可以根據(jù)產(chǎn)品和消費(fèi)者信息自動(dòng)生成最佳的配送策略，提高效率[28]。

2.4 RFID技術(shù)

RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)廣泛應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)食品安全質(zhì)量溯源模塊和農(nóng)產(chǎn)品物流系統(tǒng)。運(yùn)用RFID技術(shù)構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量溯源系統(tǒng)，可以查詢農(nóng)產(chǎn)品所有環(huán)節(jié)的詳細(xì)信息，實(shí)現(xiàn)全過程的數(shù)據(jù)共享、安全溯源及透明化管理，既可以提高農(nóng)產(chǎn)品的附加值，也可從根本上解決并防止安全事故的發(fā)生。在現(xiàn)代農(nóng)場智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)建設(shè)研究中，鹽城市七星農(nóng)場利用RFID技術(shù)采集、匯總和分析食品與農(nóng)產(chǎn)品安全監(jiān)測數(shù)據(jù)，完成對(duì)食品和農(nóng)產(chǎn)品安全的全方位監(jiān)控以及科學(xué)預(yù)警，實(shí)現(xiàn)“從農(nóng)田到餐桌”的全過程信息化管理[29]；彭改麗在溫室內(nèi)建立無線射頻網(wǎng)絡(luò)，采用RFID技術(shù)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)采集，避免了傳統(tǒng)溫室內(nèi)走線凍土給農(nóng)作物帶來的不便[30]。目前，RFID技術(shù)存在著易受干擾、信息安全、標(biāo)準(zhǔn)化等技術(shù)問題；因電子輻射產(chǎn)生的環(huán)境問題及成本問題，克服技術(shù)問題，減小技術(shù)成本，提高RFID使用效率，將是RFID未來發(fā)展的核心任務(wù)。

3 數(shù)據(jù)傳輸

3.1 有線通信傳輸技術(shù)

有線通信傳輸方式通過光波、電信號(hào)這些傳輸介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)傳遞，具有信號(hào)傳送穩(wěn)定、快速、安全、抗干擾、不受外界影響、傳輸信息量大等優(yōu)點(diǎn)。智慧農(nóng)業(yè)中有線通信傳輸方式通常使用RS485/RS432總線、CAN總線網(wǎng)線或電話線等有線通信線路現(xiàn)場布線來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，其中最為常用的為RS485/RS432總線。通過RS485總線串聯(lián)上下位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，使智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)性能穩(wěn)定、使用靈活[31]。孫國輝[32]基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用S3C2440芯片為主控芯片，用RS485串口作為通信接口用來實(shí)現(xiàn)溫室大棚中傳感器數(shù)據(jù)的傳輸和信息的反饋，降低了成本。此外視頻監(jiān)控系統(tǒng)多是利用有線傳輸方式來進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的傳輸。但是，由于有線通信傳輸布線復(fù)雜，且易受環(huán)境影響而老化；再加上無線通信技術(shù)發(fā)展的沖擊，使該方案實(shí)際上很少單獨(dú)使用在智慧農(nóng)業(yè)的研究中。

記得有一次，我大概是說了很過分的話，媽媽受了氣，晚上偷偷躲在被窩里哭。那是我第一次見到媽媽哭，我一下子慌了，完全不知道怎么辦。我想要安慰她，卻怎么都開不了口。那一瞬間，我覺得自己是這個(gè)世界上最沒用的人。

3.2 無線通信傳輸技術(shù)

無線通信傳輸包括兩種方式：無線局域網(wǎng)通信和無線移動(dòng)通信，兩者的區(qū)別主要體現(xiàn)在傳輸媒介不同。目前應(yīng)用較為廣泛的無線通信傳輸方式包括藍(lán)牙（Bluetooth）、紅外通訊技術(shù)（IrDA）、WIFI、紫峰（ZigBee）、超寬帶（UWB）以及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等。表2比較了各種無線傳輸方式的特點(diǎn)[33-34]?？梢钥闯觯煌臒o線傳輸方式具有不同的特點(diǎn)?；赯igBee技術(shù)的短距無線通信方式具有數(shù)據(jù)傳輸可靠、安全、支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多、成本低、兼容性高等特點(diǎn)，是目前智慧農(nóng)業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的無線傳輸方式之一。傳感器與ZigBee中的通信節(jié)點(diǎn)組合，形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN），通過控制芯片將采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)集成，然后通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，廣泛應(yīng)用在設(shè)施農(nóng)業(yè)[35]及農(nóng)業(yè)灌溉[36-37]中的信息傳輸和反饋。此外研究中常將ZigBee和其他無線傳輸方式形成無線組合網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，尤其是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（2G GSM網(wǎng)絡(luò)、2.5G GPRS網(wǎng)絡(luò)以及3G、4G網(wǎng)絡(luò)）的發(fā)展，使傳輸距離不受限制，傳輸速率也越來越快，成為智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的熱點(diǎn)。任華等[38]、嚴(yán)璋鵬等[39]、周新淳等[40]分別采用ZigBee+3G、ZigBee+GPRS、4G+ZigBee+WIFI等無線組合傳輸技術(shù)解決了農(nóng)業(yè)大棚中局域及遠(yuǎn)距離有效數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}，實(shí)現(xiàn)了大棚的精細(xì)化管理和控制。林元乖等[28]將ZigBee、GSM、GPRS等通信技術(shù)集成嵌入，分別負(fù)責(zé)農(nóng)業(yè)園區(qū)中傳感器、運(yùn)輸車輛中傳感器的數(shù)據(jù)傳輸，建立了農(nóng)產(chǎn)品環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸管理系統(tǒng)。

表2 不同無線傳輸通信方式比較Table 2 Comparison of different wireless transmission modes

3.3 有線傳輸與無線傳輸結(jié)合

無線傳輸方式與有線傳輸方式都有各自的優(yōu)劣點(diǎn)，單獨(dú)利用某種通信方式很難實(shí)現(xiàn)全過程的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。如大田灌溉監(jiān)測系統(tǒng)中，監(jiān)測節(jié)點(diǎn)之間距離較長，超出了ZigBee技術(shù)的可傳輸距離范圍。一般來說，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地與監(jiān)測控制中心或數(shù)據(jù)服務(wù)器間相距較遠(yuǎn)，移動(dòng)基站成本較高，且需傳輸數(shù)據(jù)量大，加大了成本，在這種情況下僅利用無線傳輸方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸并不科學(xué)。所以，將無線傳輸方式與有線傳輸方式集成是現(xiàn)階段智慧農(nóng)業(yè)中較為通用的通信方式，廣泛應(yīng)用在在溫室大棚[20，41-42]、設(shè)施園藝[43]、農(nóng)業(yè)灌溉[44-45]、水產(chǎn)養(yǎng)殖[23]等多個(gè)領(lǐng)域。在無線與有線集成的過程中，網(wǎng)關(guān)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，M2M網(wǎng)關(guān)是智慧農(nóng)業(yè)中最為常用的網(wǎng)關(guān)模塊。根據(jù)文獻(xiàn)研究，該文將智慧農(nóng)業(yè)中數(shù)據(jù)傳輸過程及每個(gè)過程所使用的傳輸方式進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化，構(gòu)建了智慧農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)傳輸體系（圖3）。具體為：不同傳感器采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)利用ZigBee無線技術(shù)進(jìn)行收集集成并傳輸至邊緣網(wǎng)關(guān)進(jìn)行匯總，然后利用網(wǎng)關(guān)模塊的串口變換連接RS485有線傳輸模塊將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)椒?wù)器。若傳感節(jié)點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，超出ZigBee的可傳輸距離，則首先利用RS485總線將傳感器節(jié)點(diǎn)集成，然后再通過ZigBee進(jìn)行后續(xù)的傳輸。照明、灌溉、風(fēng)機(jī)等繼電器設(shè)備則通過RS485總線和ZigBee發(fā)送控制命令，自動(dòng)進(jìn)行操作。攝像頭等監(jiān)控設(shè)備通過比較常用的流媒體技術(shù)進(jìn)行控制。由服務(wù)器向應(yīng)用終端的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)則相對(duì)較成熟，目前常用的終端包括PC及手機(jī)等移動(dòng)終端，PC終端選擇應(yīng)用基礎(chǔ)良好的寬帶進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而移動(dòng)終端則選擇了目前廣泛使用的WIFI無線技術(shù)。該智慧農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)傳輸體系既考慮了應(yīng)用距離與范圍，又顧及了成本問題，在智慧農(nóng)業(yè)各個(gè)領(lǐng)域具有一定的推廣價(jià)值。

圖3 智慧農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)傳輸體系Fig.3 Data transmission system of intelligent agriculture

4 數(shù)據(jù)分析

4.1 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)（GIS）憑借其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)分析功能可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息的存儲(chǔ)、分析和智能處理。GIS技術(shù)可對(duì)大田物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)和感知數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理，利用GIS空間分析方法和大田相關(guān)農(nóng)學(xué)模型集成分析物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)[46]。GIS具有可視化和制圖功能，便于用戶直觀的查詢、分析與統(tǒng)計(jì)可視化數(shù)據(jù)；與RS技術(shù)結(jié)合，形成各種農(nóng)業(yè)專題圖，例如農(nóng)作物產(chǎn)量長勢(shì)圖、病蟲害監(jiān)測圖、農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃圖等，可以為正確決策提供幫助，這也是目前GIS在智慧農(nóng)業(yè)的主要用途之一。林峰峻[47]在象山縣智慧農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)研究中，以GIS地圖為基礎(chǔ)，將農(nóng)業(yè)相關(guān)狀況信息在GIS地圖上可視化，方便決策者了解整個(gè)象山的農(nóng)業(yè)狀況。此外，在農(nóng)產(chǎn)品物流管理過程中，可以通過GIS地圖協(xié)助物流分析、車輛派遣、路線計(jì)算等[48]。

4.2 模擬模型

計(jì)算機(jī)模擬模型將采集獲得的農(nóng)業(yè)信息進(jìn)行模擬分析，構(gòu)造出環(huán)境參數(shù)與目標(biāo)參數(shù)之間的定量關(guān)系，支撐農(nóng)業(yè)預(yù)測、農(nóng)業(yè)預(yù)警、農(nóng)業(yè)決策。目前在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中常運(yùn)用的模型分為兩類：統(tǒng)計(jì)模型和智能計(jì)算模型。統(tǒng)計(jì)模型主要有多元線性回歸模型、Logistic回歸模型和自回歸移動(dòng)平均模型；其中多元線性回歸模型可以綜合分析多種變量的關(guān)系來得到目標(biāo)變量的表達(dá)函數(shù)，在產(chǎn)量預(yù)測、節(jié)水灌溉、病蟲害預(yù)測等有廣泛應(yīng)用。智能計(jì)算模型在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表，包括BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、Elman網(wǎng)絡(luò)等，其中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于其可塑性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，使用最為廣泛。岳夢(mèng)婕[49]針對(duì)生長周期未完成的金針菇產(chǎn)量預(yù)測問題，利用權(quán)值優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模，取得較好的預(yù)測效果和可行性，但是算法的時(shí)間尺度有待改進(jìn)。近幾年隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，各種物理反演模型應(yīng)運(yùn)而生，將反演模型加入模型庫，基于各種遙感數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)作物產(chǎn)量、長勢(shì)、病蟲害等的實(shí)時(shí)監(jiān)測和模擬預(yù)測，并能進(jìn)行指導(dǎo)精確施肥和節(jié)水灌溉。

4.3 大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)核心技術(shù)是數(shù)據(jù)挖掘，利用各種分析工具對(duì)海量數(shù)據(jù)作比較、聚類和分類歸納分析，建立模型和數(shù)據(jù)間的關(guān)系，對(duì)已有數(shù)據(jù)集剖析，對(duì)未知數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測。常用的數(shù)據(jù)挖掘方法包括統(tǒng)計(jì)分析、聚類、決策樹、關(guān)聯(lián)規(guī)則、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等。智慧農(nóng)業(yè)中，常用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行農(nóng)作物的產(chǎn)量預(yù)測、作物生長過程和環(huán)境優(yōu)化控制等方面。楊凌雯[50]針對(duì)現(xiàn)有智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)專業(yè)性太強(qiáng)的問題，提出了改進(jìn)的K-C4.5p決策樹算法和殘差主成分回歸算法，用于地力等級(jí)分析和產(chǎn)量預(yù)測，效率和準(zhǔn)確率大幅提升，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)分析和預(yù)測?？傮w而言，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中的研究還處于初始階段。由于數(shù)據(jù)量大且類型復(fù)雜，大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、智能融合處理將是研究的熱點(diǎn)。此外農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性是其顯著特點(diǎn)，如何兼并數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性和精確性將是大數(shù)據(jù)研究的方向。

4.4 云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算具有動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展性、高可靠性、低成本和綠色節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)按需使用，降低了用戶終端的要求，提高了使用效率[51]。智慧農(nóng)業(yè)最終是面向各個(gè)層次對(duì)象，包括政府、企業(yè)、個(gè)人等，憑借云計(jì)算強(qiáng)大的計(jì)算能力，能夠最大限度地整合數(shù)據(jù)資源，提高農(nóng)業(yè)智能系統(tǒng)的交互能力，滿足各類用戶主體的需求，解決各個(gè)層次的數(shù)據(jù)傳輸和應(yīng)用問題，因此云計(jì)算技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展中越來越受重視。閻曉軍等[52]建設(shè)了北京農(nóng)業(yè)云服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了基地和市級(jí)兩級(jí)控制管理，為各種應(yīng)用系統(tǒng)提供了一個(gè)共享平臺(tái)。李尤豐等[53]提出了基于動(dòng)態(tài)云的智慧農(nóng)業(yè)架構(gòu)，可減輕數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、資源配置等壓力?；谠搫?dòng)態(tài)云的智慧農(nóng)業(yè)架構(gòu)已在南京和安徽地區(qū)中得到穩(wěn)定應(yīng)用，而如何提高用戶訪問速度和效率將是該系統(tǒng)要考慮的問題。徐潤森等[54]針對(duì)智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控平臺(tái)建設(shè)中存在的問題，設(shè)計(jì)了基于云計(jì)算的智能農(nóng)業(yè)監(jiān)控平臺(tái)建設(shè)架構(gòu)，面向個(gè)人、機(jī)構(gòu)、政府、平臺(tái)管理等門戶提供多個(gè)云應(yīng)用技術(shù)，平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)靈活、部署方便且成本低廉。

5 自動(dòng)控制與自主作業(yè)

目前，通常采用簡單的閥值設(shè)定實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)對(duì)溫度、濕度、光線照射強(qiáng)度、二氧化碳濃度等環(huán)境因子以及水閥、通風(fēng)窗等繼電器設(shè)備的自動(dòng)化監(jiān)控。為更加精準(zhǔn)控制，PID控制算法、模糊控制算法、預(yù)測控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制算法應(yīng)用至系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以優(yōu)化控制系統(tǒng)對(duì)環(huán)境要素變化的閾值判斷，實(shí)現(xiàn)高精度、高可靠性的控制系統(tǒng)。現(xiàn)階段通常引入單一控制算法來優(yōu)化控制系統(tǒng)，其中模糊控制算法應(yīng)用最為廣泛。張麗良等[55]基于嵌入式控制系統(tǒng)，利用模糊控制算法，建立了農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境優(yōu)化控制系統(tǒng)，解決了解耦問題；安寧[56]基于PLC控制程序，采用模糊控制算法，設(shè)計(jì)了蝴蝶蘭溫室大棚智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了集現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制、種植環(huán)境自動(dòng)化調(diào)節(jié)于一體。需要說明的是，模糊控制算法穩(wěn)態(tài)精度太低，只能實(shí)現(xiàn)粗略控制。由于環(huán)境數(shù)據(jù)容易發(fā)生變化，單一的控制算法已難以滿足需求，將多種算法結(jié)合，綜合算法的各個(gè)優(yōu)勢(shì)，成為發(fā)展的方向。韓明月[57]采用了模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)合的方法，既能建立模糊的系統(tǒng)模型，又能通過數(shù)據(jù)訓(xùn)練得到最優(yōu)化的控制方法，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌溉和溫度自動(dòng)控制。

同時(shí)，隨著我國農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力數(shù)量減少、農(nóng)村老齡化加速，以農(nóng)業(yè)機(jī)器人為代表的自主作業(yè)系統(tǒng)成為發(fā)展趨勢(shì)。不同形式、不同用途的農(nóng)業(yè)機(jī)器人與自主作業(yè)系統(tǒng)相繼出現(xiàn)，如自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)、噴藥機(jī)器人、采收機(jī)器人、除草機(jī)器人、修剪機(jī)器人、擠奶機(jī)器人、嫁接機(jī)器人、苗盤搬運(yùn)機(jī)器人、農(nóng)用無人機(jī)等。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院南京農(nóng)機(jī)化所研發(fā)了“精確變量播種施肥機(jī)”，具有播量模型在線標(biāo)定功能，可實(shí)現(xiàn)不同品種、不同類型種子、肥料的播量模型實(shí)時(shí)標(biāo)定，機(jī)手在駕駛室可實(shí)時(shí)接收作業(yè)地塊的播種施肥處方圖，結(jié)合研制的自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)播種施肥作業(yè)的“一鍵化”操作。雖然目前農(nóng)業(yè)機(jī)器人與自主作業(yè)系統(tǒng)種類繁多，但是僅有自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)、噴藥無人機(jī)和擠奶機(jī)器人達(dá)到了較好的產(chǎn)業(yè)化水平。由于現(xiàn)有農(nóng)業(yè)機(jī)器人與自主作業(yè)系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)復(fù)雜農(nóng)業(yè)場景下的環(huán)境感知、行為規(guī)劃、高效作業(yè)等方面存在明顯瓶頸，在與人力比拼中難以具有明顯優(yōu)勢(shì)。因此，由易到難、重點(diǎn)突破、人機(jī)并存成為當(dāng)今農(nóng)業(yè)機(jī)器人與自主作業(yè)系統(tǒng)研究和產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)的主流觀點(diǎn)。未來農(nóng)業(yè)機(jī)器人與自主作業(yè)需要重點(diǎn)突破自主行為規(guī)劃、適合復(fù)雜農(nóng)業(yè)場景的智能感知、面向農(nóng)業(yè)作業(yè)的高效柔性執(zhí)行器件，為大型農(nóng)機(jī)智能協(xié)同作業(yè)、農(nóng)機(jī)機(jī)器人搬運(yùn)/監(jiān)測/耕作/采收等具體應(yīng)用提供基礎(chǔ)理論和技術(shù)支撐[58]。

6 應(yīng)用服務(wù)

6.1 智慧農(nóng)場

智慧農(nóng)場是現(xiàn)階段發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的基本形態(tài)，主要包括大田種植和設(shè)施農(nóng)業(yè)兩方面。大田種植方面，趙勝利[46]將多種技術(shù)集成建立了大田作物生長感知與智慧管理物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、管理、分析及應(yīng)用，在5省17個(gè)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了推廣應(yīng)用。隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為獲取豐富、精確、小尺度的農(nóng)田信息提供了可能，天空地一體化的遙感數(shù)據(jù)獲取體系將為發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)尤其是實(shí)現(xiàn)智慧大田提供技術(shù)保障。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所研制開發(fā)了天空地一體化農(nóng)田地塊大數(shù)據(jù)平臺(tái)，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)、無人機(jī)與車載地面樣方調(diào)查裝備及農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)系統(tǒng)，智能獲取每個(gè)地塊的周邊環(huán)境因素、土地利用類型、農(nóng)作物長勢(shì)、農(nóng)戶生產(chǎn)決策信息等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大數(shù)據(jù)，將從科學(xué)上解答農(nóng)民每年“種什么”、“怎么種”等問題，該平臺(tái)在三江源地區(qū)進(jìn)行了示范和推廣。設(shè)施農(nóng)業(yè)是智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展應(yīng)用中最為廣泛的領(lǐng)域之一，包括溫室大棚、植物工廠等，不同地區(qū)都已開始大力發(fā)展?，F(xiàn)階段已研發(fā)構(gòu)建了大量的智能設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)[34，59]、生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)[52，60-61]及視頻監(jiān)控系統(tǒng)[62-63]等。基于這些智慧農(nóng)業(yè)決策系統(tǒng)支持，現(xiàn)階段可以實(shí)現(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境信息的無線采集監(jiān)測，并進(jìn)行環(huán)境優(yōu)化控制；對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行精細(xì)化管理控制，包括作物生長感知、精準(zhǔn)施肥、病蟲害監(jiān)測及節(jié)水噴灌等，并在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)物安全監(jiān)測和流通的信息化。

6.2 智慧果園

實(shí)現(xiàn)果園的智慧化種植、管理也是智慧農(nóng)業(yè)的重要應(yīng)用。章璐杰[43]基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建了智慧葡萄園管理系統(tǒng)，系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)優(yōu)化、基于n-of-N模型和生命周期存儲(chǔ)策略的數(shù)據(jù)流處理模型及最遠(yuǎn)優(yōu)先K-means數(shù)據(jù)挖掘算法，可以完成葡萄園環(huán)境信息的采集、存儲(chǔ)、處理與挖掘，實(shí)現(xiàn)葡萄整個(gè)生長周期的自動(dòng)監(jiān)測和控制，具有比較好的普適性和通用性。濮永仙[64]以瓜果種植為研究對(duì)象，建立了物聯(lián)網(wǎng)智能農(nóng)業(yè)瓜果生產(chǎn)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)瓜果生產(chǎn)要素的精細(xì)化和智能化控制，具有基于支持向量機(jī)對(duì)病蟲害預(yù)警診斷以及產(chǎn)品安全溯源等功能。此外，包括采摘機(jī)器人、除草機(jī)器人、嫁接機(jī)器人、苗盤搬運(yùn)機(jī)器人等不同功能的農(nóng)業(yè)機(jī)器人在果園中也得到廣泛應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)除草、果實(shí)采摘等的智能化。

6.3 智慧養(yǎng)殖

目前畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖的研究大多集中在利用無線傳感器實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測、數(shù)據(jù)監(jiān)測及設(shè)備調(diào)控等，利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)對(duì)動(dòng)物生理特征和健康信息進(jìn)行監(jiān)測。畜禽養(yǎng)殖方面，利用傳感器網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)豬舍等養(yǎng)殖環(huán)境的信息監(jiān)測，通過系統(tǒng)的智能分析得到養(yǎng)殖環(huán)境的變化情況，并根據(jù)變化情況實(shí)時(shí)進(jìn)行反饋調(diào)控，使養(yǎng)殖環(huán)境保持最優(yōu)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理[47，65]。此外利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)牲畜的健康信息監(jiān)測也是在畜禽養(yǎng)殖上的重要應(yīng)用。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)李道亮團(tuán)隊(duì)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖的應(yīng)用進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，在數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)應(yīng)用方面都取得了突出成果：實(shí)現(xiàn)了海水、淡水、半咸水等不同應(yīng)用場景下的傳感器精確測量；提出了復(fù)雜養(yǎng)殖環(huán)境下時(shí)空融合的無線傳輸方法，提高了無線傳輸網(wǎng)絡(luò)在復(fù)雜水產(chǎn)養(yǎng)殖場景下的穩(wěn)定性；提出了水產(chǎn)養(yǎng)殖實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在線處理模型與方法，構(gòu)建了基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與知識(shí)庫聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的魚類生長動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型，為實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖精準(zhǔn)智能調(diào)控提供了關(guān)鍵的技術(shù)。

6.4 互聯(lián)網(wǎng)化經(jīng)營

農(nóng)業(yè)經(jīng)營主要是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)營的信息化，通過現(xiàn)代信息技術(shù)為農(nóng)戶在互聯(lián)網(wǎng)上提供銷售、購買和支付等方面的一條龍智能服務(wù)，使農(nóng)產(chǎn)品打破傳統(tǒng)銷售的時(shí)間限制、空間限制，解決農(nóng)產(chǎn)品推廣、積壓、流通等問題。阿里在農(nóng)村建立淘寶村，經(jīng)營農(nóng)產(chǎn)品網(wǎng)點(diǎn)超40萬個(gè)；京東開展智慧農(nóng)村，建立縣級(jí)服務(wù)中心，已在全國建立1 500個(gè)縣級(jí)服務(wù)中心，推動(dòng)了農(nóng)村電子商務(wù)的發(fā)展?！熬刍I網(wǎng)”、“嘗鮮眾籌”、“大家種”等多種農(nóng)業(yè)眾籌模式可為消費(fèi)者提供個(gè)性化服務(wù)，是農(nóng)業(yè)經(jīng)營創(chuàng)新的主要手段。此外，農(nóng)村現(xiàn)代電商物流模式也開始創(chuàng)新發(fā)展，逐步解決農(nóng)村物流問題。

6.5 智能化管理與服務(wù)

農(nóng)業(yè)智慧管理包括智慧預(yù)警、智慧控制、智慧指揮、智慧調(diào)度等內(nèi)容[14]。推進(jìn)農(nóng)業(yè)智慧化管理，重點(diǎn)是通過農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的開發(fā)和應(yīng)用，建立智慧農(nóng)業(yè)綜合化的信息服務(wù)平臺(tái)來進(jìn)行決策、指揮和調(diào)度。南京市以“11N”為核心進(jìn)行市智慧農(nóng)業(yè)中心建設(shè)，抓好農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)，建立農(nóng)資監(jiān)管信息系統(tǒng)、重點(diǎn)農(nóng)業(yè)項(xiàng)目信息管理系統(tǒng)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯管理系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)，為部門行業(yè)監(jiān)管、應(yīng)急指揮調(diào)度、領(lǐng)導(dǎo)科學(xué)決策等提供了有力支撐[66]。北京市通過建設(shè)北京設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺(tái)、智能決策服務(wù)和反饋控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了病蟲害遠(yuǎn)程診斷、監(jiān)控預(yù)警、指揮決策，以及肥、水、藥智能控制和設(shè)施農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管與追溯等。同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使得農(nóng)業(yè)服務(wù)模式發(fā)生轉(zhuǎn)變，由以公益性服務(wù)為主的傳統(tǒng)模式向市場化、主體多元化、服務(wù)專業(yè)化轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)更為全面的社會(huì)化服務(wù)。通過網(wǎng)絡(luò)媒介，既可以使農(nóng)民獲取先進(jìn)的技術(shù)信息，掌握最新的農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格走勢(shì)等市場行情，自主決策農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，也可以使消費(fèi)者了解最新的產(chǎn)品信息。象山縣利用現(xiàn)代信息技術(shù)建立了智慧農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)平臺(tái)，為企業(yè)、農(nóng)戶、政府開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供支撐，提供多種農(nóng)業(yè)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了全縣農(nóng)業(yè)服務(wù)的智能化。

7 研究展望

在“振興鄉(xiāng)村”的戰(zhàn)略背景下，智慧農(nóng)業(yè)是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的根本方向?？傮w上看，雖然我國智慧農(nóng)業(yè)研究取得了明顯進(jìn)展，但研究水平還處于起步階段。未來的一段時(shí)間內(nèi)，智慧農(nóng)業(yè)研究將會(huì)以理論、技術(shù)、裝備和系統(tǒng)研究為核心，因地制宜與產(chǎn)業(yè)融合應(yīng)用，提升農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展水平。

首先，智慧農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新研究將是未來研究核心。創(chuàng)新開發(fā)集多功能一體的國產(chǎn)傳感器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)的信息感知，并強(qiáng)化傳感器的采集精確度和抗干擾性。形成包括物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、智慧硬件（傳感器、農(nóng)業(yè)機(jī)器人等）的統(tǒng)一開發(fā)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸方式，既保證效率，又確保穩(wěn)定和安全。目前研究集中在數(shù)據(jù)的采集過程，而對(duì)數(shù)據(jù)處理、挖掘研究較少，大力發(fā)展云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)，數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)挖掘等數(shù)據(jù)處理方法將是研究的重點(diǎn)；如何實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)的深度融合，并在生產(chǎn)中開發(fā)集大田種植、設(shè)施園藝、畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)一體的技術(shù)平臺(tái)是推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。智慧大田中的技術(shù)將是突破的重點(diǎn)，地塊尺度的農(nóng)田大數(shù)據(jù)庫建設(shè)將是今后智慧農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)建設(shè)的一個(gè)重要方面，其中天地空一體化的遙感數(shù)據(jù)獲取體系將是重要的技術(shù)手段；農(nóng)產(chǎn)品物流、農(nóng)業(yè)電子商務(wù)等其他生產(chǎn)過程之外的技術(shù)手段探討也是要加強(qiáng)的領(lǐng)域。

其次，智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃研究也是一項(xiàng)極其重要的任務(wù)。技術(shù)支持是“硬條件”，而規(guī)劃設(shè)計(jì)則是“軟實(shí)力”。目前對(duì)智慧農(nóng)業(yè)的研究大多集中在技術(shù)層面，而對(duì)于智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展規(guī)劃、模式設(shè)計(jì)等則鮮有研究。智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展是一個(gè)長期性的過程，政府必須做好頂層設(shè)計(jì)，把握住發(fā)展的大方向，保證智慧農(nóng)業(yè)的良性發(fā)展；各地應(yīng)因地制宜，避免盲目跟從，創(chuàng)新研究適合本地的智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展模式。技術(shù)推廣的運(yùn)行機(jī)制及物流配送的戰(zhàn)略性規(guī)劃也將是探討研究的重點(diǎn)。因此，在未來的研究中，應(yīng)加大智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展模式及推廣模式的研究。