大力發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)技術(shù) 提速農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化

文/王儒敬 謝成軍 中國科學(xué)院合肥智能機(jī)械研究所

人工智能同農(nóng)業(yè)全面結(jié)合與滲透，形成了智慧農(nóng)業(yè)新業(yè)態(tài)，在世界范圍內(nèi)逐漸形成新一輪農(nóng)業(yè)變革的核心驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)也正在深刻改變我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，成為推動(dòng)我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的重要抓手。大力發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)，是鄉(xiāng)村振興的重要方向，也是建設(shè)數(shù)字鄉(xiāng)村的重要內(nèi)容，更是破解我國“三農(nóng)”問題、構(gòu)筑現(xiàn)代農(nóng)業(yè)競爭新優(yōu)勢(shì)的迫切需要，還是我國推動(dòng)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)變革的重要途徑。通過智慧農(nóng)業(yè)的建設(shè)，整體帶動(dòng)和提升農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化發(fā)展，為鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供強(qiáng)大動(dòng)力。黨的十九屆五中全會(huì)明確提出，要強(qiáng)化農(nóng)業(yè)科技和裝備支撐，建設(shè)智慧農(nóng)業(yè)，為助推農(nóng)業(yè)農(nóng)村的現(xiàn)代化發(fā)展指明了方向。

大力發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)意義重大

智慧農(nóng)業(yè)是世界現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展競爭的制高點(diǎn)。隨著人工智能技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，大數(shù)據(jù)、傳感器、機(jī)器人等技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷取得重大突破，美、英、日等國家已在智慧農(nóng)業(yè)新業(yè)態(tài)發(fā)力，正如美國普度大學(xué)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展報(bào)告中指出：“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)經(jīng)歷了人力和畜力為主的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)（農(nóng)業(yè)1.0）、生物-化學(xué)與大馬力機(jī)械農(nóng)業(yè)（農(nóng)業(yè)2.0）、數(shù)字化精確作業(yè)（農(nóng)業(yè)3.0）不同的歷史階段，目前正向大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、機(jī)器人為工具的智慧農(nóng)業(yè)（農(nóng)業(yè)4.0）方向發(fā)展”。

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的國際趨勢(shì)也進(jìn)一步表明，智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展成為世界現(xiàn)代農(nóng)業(yè)競爭的焦點(diǎn)，也是繼農(nóng)業(yè)基因技術(shù)革命后，國際現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展競爭的制高點(diǎn)。世界各國紛紛超前布局，搶抓人工智能技術(shù)突破引發(fā)的新一輪現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展新機(jī)遇。

大力發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)成為我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重大戰(zhàn)略舉措。為大力發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)，重塑我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，2018年9月，中共中央、國務(wù)院發(fā)布的《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃（2018—2022年）》中提出：“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(dòng)，鼓勵(lì)對(duì)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)化水平”。2020年2月，中共中央、國務(wù)院《關(guān)于抓好“三農(nóng)”領(lǐng)域重點(diǎn)工作 確保如期實(shí)現(xiàn)全面小康的意見》中提出：“依托現(xiàn)有資源建設(shè)農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)中心，加快物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、人工智能、第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、智慧氣象等現(xiàn)代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，開展國家數(shù)字鄉(xiāng)村試點(diǎn)”。2020年12月，中共中央農(nóng)村工作會(huì)議提出：“堅(jiān)持農(nóng)業(yè)科技自立自強(qiáng)，完善農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域基礎(chǔ)研究穩(wěn)定支持機(jī)制，深化體制改革，布局建設(shè)一批創(chuàng)新基地平臺(tái)”。

與此同時(shí)，科技部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、中科院圍繞我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)行全面部署：面向我國農(nóng)業(yè)重大需求和世界智能農(nóng)業(yè)科技的前沿，推進(jìn)人工智能技術(shù)與農(nóng)業(yè)深度跨界融合，構(gòu)建具有中國特色的智能農(nóng)業(yè)技術(shù)體系、應(yīng)用體系、服務(wù)體系，變革農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。

大力發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)，將帶動(dòng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。近幾年，通過智慧農(nóng)業(yè)相關(guān)技術(shù)的推廣應(yīng)用，輻射帶動(dòng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村相關(guān)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展。據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)發(fā)布的《中國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展報(bào)告2019》顯示，我國2018年農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)占行業(yè)增加值比重為7.3%，農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平逐年提高，發(fā)展?jié)摿^大。未來，隨著新技術(shù)加速涌現(xiàn)，越來越多的“黑科技”被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，智慧農(nóng)業(yè)將迎來廣闊發(fā)展空間。相關(guān)預(yù)測表明，中國智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)出井噴式發(fā)展，將迅速發(fā)展成萬億級(jí)的市場規(guī)模。

智慧農(nóng)業(yè)的整體架構(gòu)

智慧農(nóng)業(yè)是以信息和知識(shí)為核心要素，通過將傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)深度融合，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息感知、定量決策、智能控制、精準(zhǔn)投入、個(gè)性化服務(wù)的全新的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。智慧農(nóng)業(yè)整體框架如圖2所示，包括四個(gè)層面：支撐智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的信息感知獲取、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理、智能農(nóng)業(yè)決策、農(nóng)田作業(yè)精準(zhǔn)控制。

圖1 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

農(nóng)業(yè)信息感知：是農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)過程中的核心技術(shù)，為農(nóng)業(yè)預(yù)測預(yù)警、農(nóng)業(yè)智能決策、農(nóng)業(yè)智能控制提供有效的原始數(shù)據(jù)和支撐依據(jù)，直接影響著農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)成效的精準(zhǔn)。

農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)：以大數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)，利用云計(jì)算和大數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)處理農(nóng)業(yè)耕地、育種、播種、施肥、收獲、儲(chǔ)運(yùn)、農(nóng)產(chǎn)品加工、銷售整個(gè)鏈條中所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，從中得到有用信息以指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營、農(nóng)產(chǎn)品流通與消費(fèi)的過程。

智能農(nóng)業(yè)決策：以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)田間環(huán)節(jié)、生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)、流通環(huán)節(jié)、消費(fèi)環(huán)節(jié)，以及追溯環(huán)節(jié)等幾個(gè)方面的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提取相關(guān)農(nóng)業(yè)知識(shí)并建立農(nóng)業(yè)模型，構(gòu)建農(nóng)業(yè)精細(xì)管控決策機(jī)制。

農(nóng)田作業(yè)精準(zhǔn)控制：將先進(jìn)的液壓技術(shù)、電子技術(shù)、通訊技術(shù)與GIS和GPS技術(shù)相融合，發(fā)展處方信息控制播種施肥和灌溉技術(shù)，工作效率和精度不斷得到提高，使得精準(zhǔn)作業(yè)的智能裝備迅速向大型、高效、復(fù)式作業(yè)、航空作業(yè)、人機(jī)和諧與舒適性設(shè)計(jì)方向快速發(fā)展。

圖2 智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)框架

突破智慧農(nóng)業(yè)核心技術(shù) 是提速我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的關(guān)鍵

我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展取得了大量的成果，但仍缺乏基礎(chǔ)研究和技術(shù)積累，整體技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國家相差15-20年。加大對(duì)智慧農(nóng)業(yè)核心技術(shù)的破解，是提速我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的關(guān)鍵。

農(nóng)業(yè)專業(yè)傳感器急需突破。目前，我國農(nóng)業(yè)傳感器大部分是將工業(yè)傳感器應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，導(dǎo)致傳感器使用性能不穩(wěn)定、測量精度低，缺乏農(nóng)業(yè)專用傳感器。我國的傳感器技術(shù)研發(fā)水平與美國、以色列、日本等國家相比差距較大，主要體現(xiàn)在傳感器種類、設(shè)計(jì)、加工封裝工藝等方面，傳感器設(shè)計(jì)無自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)不高，可靠性方面尚未取得重大突破。

農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用有待統(tǒng)一化。國內(nèi)外都在探索通過信息技術(shù)來促進(jìn)農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效，其中以人工智能為基礎(chǔ)的智慧農(nóng)業(yè)新模式發(fā)展迅速，國外農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用現(xiàn)狀主要體現(xiàn)為“三化”：標(biāo)準(zhǔn)化、精準(zhǔn)化、智能化。在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)制指導(dǎo)下，歐美等國已完成了農(nóng)業(yè)的精準(zhǔn)化管理、智能化運(yùn)用。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)需進(jìn)一步推廣。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在美國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在美國大農(nóng)場的覆蓋率已經(jīng)達(dá)到80%，由于設(shè)備安裝、維護(hù)等成本相對(duì)較高，在美國中小型農(nóng)場的覆蓋率還不高。日本大力開展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備研制，主要涉及智能大棚集成物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度、和苗情進(jìn)行控制、確認(rèn)和管理。我國在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方面，主要集中在智能監(jiān)測、防治、控制和決策等方面，基本上達(dá)到了節(jié)能增效、技術(shù)成熟等特點(diǎn)。但同發(fā)達(dá)國家相比，存在標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、成本高、產(chǎn)品兼容性差等弊端。我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的研發(fā)相對(duì)滯后，主要體現(xiàn)在傳感器、傳感器芯片研發(fā)能力不足。

農(nóng)業(yè)遙感與立體監(jiān)測技術(shù)缺乏基礎(chǔ)。我國農(nóng)業(yè)遙感與立體監(jiān)測技術(shù)體系已初步建立起來，但與歐美等發(fā)達(dá)國家相比，存在農(nóng)業(yè)遙感基礎(chǔ)理論研究極端匱乏、對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的普適性檢驗(yàn)不足、缺乏基礎(chǔ)性產(chǎn)品生產(chǎn)平臺(tái)的統(tǒng)籌等問題。

農(nóng)業(yè)機(jī)器人與智能終端剛起步。目前我國農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展還處在以機(jī)、電、液一體化集成控制為主的起步階段，基于人工智能和5G技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人尚處于概念機(jī)構(gòu)建階段；德國、法國、荷蘭、美國、日本等發(fā)達(dá)國家在農(nóng)業(yè)機(jī)器人的智能化、可靠性等方面處于領(lǐng)先地位。與他們相比，我們?cè)谵r(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合度、農(nóng)業(yè)作業(yè)環(huán)境的宜機(jī)化等方面差距很大。

多舉措發(fā)展智慧農(nóng)業(yè) 是突破農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化瓶頸的當(dāng)務(wù)之急

我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展仍然面臨一些問題：一是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系智能化水平相對(duì)較弱；二是經(jīng)營主體的數(shù)字化應(yīng)用不足，限制其獲取數(shù)字紅利；三是智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)向鄉(xiāng)村治理轉(zhuǎn)變亟待加強(qiáng)。因此，多舉措大力發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)，加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化已成當(dāng)務(wù)之急。

依托智慧農(nóng)業(yè)構(gòu)建先進(jìn)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系。通過智慧農(nóng)業(yè)相關(guān)技術(shù)重塑先進(jìn)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系，重點(diǎn)是要建設(shè)推廣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的先進(jìn)裝備體系和社會(huì)化服務(wù)體系。完善農(nóng)業(yè)智能裝備，提高智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備可對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展、現(xiàn)代農(nóng)村建設(shè)提供支撐力量。大力發(fā)展農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)、農(nóng)業(yè)社會(huì)化服務(wù)體系，要提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化、規(guī)?；?、組織化、科技化、信息化水平。

切實(shí)發(fā)揮智慧農(nóng)業(yè)功能，構(gòu)建新型的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)經(jīng)營體系。通過智慧農(nóng)業(yè)相關(guān)技術(shù)制定農(nóng)產(chǎn)品種植、管理、分類、分級(jí)等關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)體系，促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品商品化、網(wǎng)貨化；打造電商平臺(tái)農(nóng)產(chǎn)品銷售的“基地直采模式”，在生產(chǎn)端實(shí)行數(shù)字化管理，在流通端提升供應(yīng)鏈效率，在銷售端聚合消費(fèi)能力拓展銷售市場，并打通農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上下游的流通渠道的應(yīng)用與拓展。

統(tǒng)籌推進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)和鄉(xiāng)村數(shù)字治理無縫銜接。發(fā)展農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化，既要對(duì)農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈、全過程、多角度進(jìn)行數(shù)字化改造，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村的智慧化轉(zhuǎn)型，更要從建設(shè)中國特色社會(huì)主義善治鄉(xiāng)村的高度，推進(jìn)數(shù)字鄉(xiāng)村治理。通過智慧農(nóng)業(yè)在農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈條的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)本、提質(zhì)與增效，充分釋放農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)要素的價(jià)值，同時(shí)推進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化，大力發(fā)展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、智能農(nóng)機(jī)等產(chǎn)業(yè)，帶動(dòng)農(nóng)村電子商務(wù)建設(shè)，建設(shè)農(nóng)業(yè)農(nóng)村數(shù)字經(jīng)濟(jì)示范區(qū)，培育農(nóng)業(yè)農(nóng)村新空間，統(tǒng)籌推進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)相關(guān)技術(shù)在鄉(xiāng)村治理的無縫銜接。

圖3 未來智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展方向

謀劃智慧農(nóng)業(yè)未來 是下好農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化先手棋的關(guān)鍵

未來智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域科技發(fā)展將呈現(xiàn)新進(jìn)展、新變化、新特征和新趨勢(shì)，重點(diǎn)謀劃核心技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，是下好農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化先手棋的關(guān)鍵。具體可從以下六個(gè)方面著手：

一是農(nóng)業(yè)傳感器是智慧農(nóng)業(yè)的源頭技術(shù)，高精度、精準(zhǔn)，可原位現(xiàn)場部署的農(nóng)業(yè)傳感器將是未來技術(shù)突破的關(guān)鍵。

二是開展高分遙感、微波遙感、熱紅外遙感、激光雷達(dá)遙感、熒光遙感、偏振遙感等農(nóng)業(yè)應(yīng)用的理論和技術(shù)研究，建立多站網(wǎng)衛(wèi)星、高性能航空、地面物聯(lián)網(wǎng)等天空地一體化的農(nóng)業(yè)智能觀測系統(tǒng)，構(gòu)建穩(wěn)定成熟的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程動(dòng)態(tài)的遙感監(jiān)測和信息服務(wù)技術(shù)體系是智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的新變化和新特征。

三是隨著我國5G的快速發(fā)展，構(gòu)建新一代通訊技術(shù)條件下的低成本、普適化、低功耗的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的自動(dòng)匯聚與傳輸是智慧農(nóng)業(yè)的神經(jīng)中樞系統(tǒng)。

四是匯聚農(nóng)業(yè)傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)遙感、移動(dòng)互聯(lián)、智能終端技術(shù)的農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)，并通過對(duì)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的認(rèn)知計(jì)算，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)作物的精準(zhǔn)施肥、節(jié)水灌溉、病蟲害診治、智能采摘等過程提供技術(shù)支撐。

五是為農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)營中，農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全溯源、農(nóng)產(chǎn)品電子交易等平臺(tái)提供決策依據(jù)；為農(nóng)業(yè)管理人員服務(wù)中，災(zāi)害預(yù)警與評(píng)估、耕地質(zhì)量監(jiān)測與評(píng)價(jià)、農(nóng)民科技培訓(xùn)等體系提供綜合服務(wù)成為未來智慧農(nóng)業(yè)新技術(shù)趨勢(shì)。

六是未來智慧農(nóng)業(yè)將發(fā)展出農(nóng)業(yè)機(jī)器人與智能終端，機(jī)器人代替人工實(shí)現(xiàn)耕、種、管、收、儲(chǔ)、運(yùn)等所有環(huán)節(jié)無人化操作與精準(zhǔn)管理，構(gòu)建機(jī)器人自組織系統(tǒng)與機(jī)器人協(xié)同決策平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)場、牧場、漁場的無人化作業(yè)與管理。