設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建＊

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(jì)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(jì)與智能建造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100016）

為掌握設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)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(jī)械化水平評(píng)價(jià)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(yùn)輸、灌溉施肥、環(huán)境調(diào)控等7 個(gè)方面的指標(biāo)，解決了設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的評(píng)價(jià)難題。為了推進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)一步發(fā)展，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了《關(guān)于加快推進(jìn)設(shè)施種植機(jī)械化發(fā)展的意見》（農(nóng)機(jī)發(fā)〔2020〕3 號(hào)），提出了推進(jìn)生產(chǎn)作業(yè)機(jī)械化、設(shè)施裝備智能化的具體措施。預(yù)計(jì)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(jī)械化技術(shù)裝備體系和社會(huì)化服務(wù)體系基本建立，設(shè)施種植機(jī)械化水平總體達(dá)到50% 以上，為“十四五”時(shí)期設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)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(dòng)計(jì)劃（2022-2025 年）》，對(duì)“十四五”時(shí)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(duì)鄉(xiāng)村振興的驅(qū)動(dòng)引領(lǐng)作用，加快農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化改造，重點(diǎn)推進(jìn)適用各種作業(yè)環(huán)境的智能農(nóng)機(jī)裝備研發(fā)，推動(dòng)農(nóng)機(jī)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(guó)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(shí)大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，強(qiáng)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(guó)建設(shè)設(shè)施農(nóng)業(yè)國(guó)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(jìn)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(jì)[1]提出到2020 年，中國(guó)機(jī)械產(chǎn)品全面應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，總體升級(jí)為“數(shù)控一代”，中國(guó)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(guó)機(jī)械產(chǎn)品總體升級(jí)為“智能一代”。周濟(jì)給出的中國(guó)機(jī)械產(chǎn)品的發(fā)展路徑十分明確，首先實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，然后實(shí)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(gè)階段。劉衛(wèi)國(guó)[3]等認(rèn)為數(shù)字化的特征之一是可計(jì)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(jìn)制代碼，成為可計(jì)算的對(duì)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(jì)算機(jī)中用數(shù)字0 和1 表示。數(shù)字化是計(jì)算機(jī)、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(jì)算機(jī)、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(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械正處于向全面普及數(shù)字化技術(shù)發(fā)展的重要時(shí)期，在環(huán)境調(diào)控、水肥一體化、采摘、嫁接等少數(shù)幾個(gè)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(diǎn)，評(píng)價(jià)中國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平，更具現(xiàn)實(shí)意義。本研究在團(tuán)隊(duì)制定的設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上提出設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，有利于評(píng)價(jià)中國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平發(fā)展現(xiàn)狀，也有利于評(píng)價(jià)現(xiàn)有設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的發(fā)展質(zhì)量，通過評(píng)價(jià)助力設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化高質(zhì)量發(fā)展。

設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)置

設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化

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(jì)算機(jī)能識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)字“0”和“1”后進(jìn)行運(yùn)算、加工、存儲(chǔ)、傳送、傳播、還原的技術(shù)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《網(wǎng)絡(luò)化制造技術(shù)術(shù)語(yǔ)》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(lái)不是離散數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。具體來(lái)說(shuō)，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(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理與保存。在信息化時(shí)代，數(shù)字化已經(jīng)變成信息化程度的一個(gè)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(yùn)輸、灌溉施肥、環(huán)境調(diào)控等各個(gè)作業(yè)裝備上應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，實(shí)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

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(xiàng)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(shí)際作用的大小，表明使用具備數(shù)字化技術(shù)的機(jī)械化生產(chǎn)方式替代傳統(tǒng)機(jī)械化生產(chǎn)方式達(dá)到的程度。

指標(biāo)設(shè)置原則

設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化評(píng)價(jià)指標(biāo)的設(shè)置與量化，是對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化的應(yīng)用效果進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)與分析的過程。因此，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的設(shè)置從產(chǎn)業(yè)實(shí)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(duì)現(xiàn)階段設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化發(fā)展成效評(píng)價(jià)的需要，也充分預(yù)判對(duì)未來(lái)一段時(shí)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(duì)獨(dú)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(shí)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(duì)那些應(yīng)設(shè)定但又難以獲得可靠統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的指標(biāo)少設(shè)或不設(shè)。

指標(biāo)選擇

指標(biāo)選取需要全面、科學(xué)、合理地反映中國(guó)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(shì)。

設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

指標(biāo)體系框架

設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化指標(biāo)體系設(shè)一級(jí)指標(biāo)1個(gè)，二級(jí)指標(biāo)7 個(gè)。①一級(jí)指標(biāo)為設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平；②二級(jí)指標(biāo)根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)分別為耕整地?cái)?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(yùn)輸數(shù)字化水平、灌溉施肥數(shù)字化水平、環(huán)境調(diào)控?cái)?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(jī)械化水平評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)指標(biāo)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)解釋見表2。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)解釋

設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平按式（1）計(jì)算：

根據(jù)NY/T 1408.6-2016，設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平按式（2）計(jì)算：

B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7 分別為耕整地機(jī)械化水平、種植機(jī)械化水平、植株調(diào)整與采收機(jī)械化水平、施藥機(jī)械化水平、運(yùn)輸機(jī)械化水平、灌溉施肥機(jī)械化水平和環(huán)境調(diào)控機(jī)械化水平。

設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)用

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(gè)生產(chǎn)基地作為評(píng)價(jià)對(duì)象，對(duì)5 個(gè)基地的設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平和設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析，結(jié)果見表3～4。

表3 五個(gè)生產(chǎn)基地設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平/%

表4 五個(gè)生產(chǎn)基地設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平/%

討論與結(jié)論

本研究在中國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，提出了中國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平評(píng)價(jià)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(gè)指標(biāo)設(shè)定的原則和具體內(nèi)容，并在北京的五個(gè)生產(chǎn)基地進(jìn)行了初步驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明，指標(biāo)容易理解，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)易獲得，指標(biāo)體系具有可行性。通過分析五個(gè)基地的機(jī)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(jī)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(jī)械化水平33.96%。從各環(huán)節(jié)看，機(jī)械化水平評(píng)價(jià)結(jié)果中只有植株調(diào)整與采收機(jī)械化水平1 個(gè)環(huán)節(jié)為0，而數(shù)字化水平評(píng)價(jià)結(jié)果中只有灌溉施肥數(shù)字化水平和環(huán)境調(diào)控?cái)?shù)字化水平不為0，灌溉施肥數(shù)字化水平較高，達(dá)到了37.78%，其余5 個(gè)環(huán)節(jié)均沒有數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用。從機(jī)械化作業(yè)質(zhì)量看，耕整地機(jī)械化水平雖然高達(dá)100%，但數(shù)字化水平為0。由此可見耕整地機(jī)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(jī)手，勞動(dòng)強(qiáng)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(gè)顯著標(biāo)志，機(jī)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(yàn)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(jī)械化水平評(píng)價(jià)結(jié)果雖然反映了各個(gè)環(huán)節(jié)使用機(jī)械作業(yè)的程度，但卻不能反映各個(gè)環(huán)節(jié)機(jī)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(shí)體現(xiàn)，全面開展設(shè)施農(nóng)業(yè)數(shù)字化水平評(píng)價(jià)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。