从精准农业向智慧农业演进

● 文|熊松宁 杨霄璇 杨俊刚 褚鹏飞 丁潇

1航天恒星科技有限公司 2哈尔滨航天恒星数据系统科技有限公司

从精准农业向智慧农业演进

● 文|熊松宁1杨霄璇2杨俊刚1褚鹏飞1丁潇2

1航天恒星科技有限公司 2哈尔滨航天恒星数据系统科技有限公司

在国家现代农业政策引导和科技支撑下，我国现代农业迅猛发展。本文旨在通过对精准农业与智慧农业的本质区别研究，分析探讨精准农业到智慧农业的演进过程，阐述了大数据、卫星技术、物联网、移动互联等高新技术如何助力智慧农业快速发展，并探究了智慧农业的运营模式，展望新形势下智慧农业如何引领农业现代化发展的大潮，探索适合中国国情的智慧农业发展道路。

精准农业 智慧农业 大数据 物联网

引言

我国是世界上人口最多的国家，也是农业基础比较薄弱的国家，作为农业大国，农业问题关系到国家经济繁荣及社会稳定。我国传统的农业主要是依靠世代沿袭下来的经验，采用人力、畜力等为主的方式进行耕作。然而，随着农业资源环境约束不断增强，农业人口的不断流失，无论是现有的精耕细作的小农经营模式，还是粗放低级的生产方式，抑或是产销脱节的营销方式，都不足以支撑现代农业的快速发展，农业的快速转型迫在眉睫。随着我国科技的不断发展，依托卫星导航、无线通信等先进技术的精准农业已初见规模，为农民的精准耕种提供了先进的监管手段，但是基于地理信息的精准农业仅仅是从技术层面解决了大田农业粗放低级生产方式的问题，还不足以盘活整个农业产业链。本文主要研究了从精准农业到智慧农业的演进道路，旨在为推动我国智慧农业产业发展提供参考。

一、精准农业到智慧农业的演进过程

近年来，农业领域大量引入卫星导航技术用于农机自动作业，使得精准农业呈现欣欣向荣局面。然而，与智慧农业相比较，无论是范围、内涵，两者都存在着本质上的区别。由精准农业向智慧农业的转变是我国农业未来发展的必由之路。

1.本质区别

精准农业重点在于“精准”，集中体现在大田农业中。精准农业是基于3S技术、传感器技术、物联网等现代化技术手段，实现对耕种过程进行精准控制，对作物长势、受灾等各方面的情况进行精准监测，根据监测情况，精准调节耕作投入，实现精准耕作、精准灌溉、精准施肥施药、精准播种、精准收获，以最少的投入实现同等收入或更高收入。实施精准农业的好处诸多，一方面可以使作业效率显著提高，解决传统农业晚间无法作业的问题，提高农机作业效率近一倍，可节约机械投入成本；另一方面可以使作业质量显著提高，作业质量直接影响着农作物产量与品质，通过农机作业精准控制，提高农作物单产；还可以使土地利用率显著提高，通过精准作业，确保单位面积的产出率及利用率。

智慧农业重点在于“智慧”，体现在农业全产业链条建设中，而不仅仅在生产环节。智慧农业不仅依托3S技术等现代化的技术手段，更是与云计算、物联网、移动互联等新技术深度融合，是在农业产前、产中、产后全方位地引入智慧化的思想和技术应用，实现耕种作业精准化、基础设施智能化和产业发展现代化。与精准农业相比，智慧农业涵盖范围更广，狭义上包括通常所理解的大田农业、设施农业、安全追溯、农业电子商务等涉农领域；广义上则是采用互联网为代表的信息手段对农业实现全程信息服务与指导，采用创新商业运营模式，外延扩展到农业经济范畴。

2.演进过程

从传统农业到精准农业再到智慧农业的发展必然经过以下几个关键步骤：

1）由传统农业到农业机械化的发展过程。随着农业大量使用机械、化肥、燃料、电力等各种形式的工业辅助手段，使得耕种生产过程逐渐告别了传统的以人力、畜力为主的生产方式，生产效率得到初步的提升。

2）由农业机械化到农业精准化的发展过程。依托卫星导航技术、地理信息技术、互联网技术，大田农业逐渐实现农机自动驾驶作业、基于农机位置分布对农机的智能调度、对作业农机的实时监控等一系列精准化作业的转变，旨在利用信息技术提高耕作质量、提高生产效率。

3）由农业精准化到基础设施智能化的发展过程。随着大田农业发展达到精细化的水准，人们开始发展智能化的设施农业，利用物联网技术，通过布设的各类传感器，实现大棚、温室、仓库、水泵等基础设施的智能化监管，帮助人们随时随地掌握生产环境情况、农作物动态信息。

4）由基础设施智能化到产业发展现代化的发展过程。通过先进的手段实现生产全过程的智能化监管之后，带动涉农全产业链条的健康发展，如涉农信息服务产业、农产品安全溯源、涉农电子政务、涉农电子商务产业、都市涉农观光等涉农活动。从全方位实现农业六化，包括农业资源利用环保化、生产技术科学化、生产过程标准化、农业监管便捷化、农副产品安全化和经营循环市场化。

通过以上几个步骤，打通信息孤岛，实现农业信息的互联互通，实现农业资源的有效整合，逐渐形成全产业链条智能化的闭环，最终形成可持续发展的农业经济。

二、技术支撑智慧农业快速发展

智慧农业是信息技术发展到一定阶段的产物，数据是智慧农业建设的核心，科学技术是智慧农业发展的源动力。

1.大数据云计算技术助力智慧农业发展

数据是智慧农业建设的核心内容，通过农业基础设施智能化升级，完善农业感知传输网，获取空间、环境、生产全要素数据；确保数据的真实性、全面性、规范性和及时性，实现生产管理便捷化、生产流程标准化和信息资源网络化；数据涉及采集、传输、处理和应用诸多环节，推动农业发展现代化，现代农业设施产业化。农业领域数据种类繁多，可以分成社会资源数据、自然资源数据、动态信息数据等。

通过大数据技术与云计算相融合，建立统一的大数据中心云平台，通过虚拟化、弹性计算、并行计算等，实现空间数据、动态数据、自然资源数据、社会资源数据等公共基础数据的智能化供应与管理。通过云计算技术可以实现对海量多源异构农业数据进行存储与分析，有效管理大规模的并行计算服务器集群，并能够容忍部分计算节点的失效，所以大数据云计算技术是保证大容量数据平台服务质量的主要支撑技术。

2.卫星遥感助力智慧农业发展

我国幅员辽阔、耕地面积广阔、气候复杂多变，灾害频繁发生，我国农作物产品种类繁多、耕作机制南北差异较大，仅仅依靠传统方式，很难及时获取准确的数据，因此农业防灾减灾、灾情评估具有一定的困难。随着卫星遥感技术的发展，其在农业领域的应用可归结为以下四方面，即农业资源监测、作物监测、灾害监测、精细作业。利用卫星遥感图像，辅以不同的模型算法，可以实现宏观监测，主要包括：农作物长势的实时监测和生长进程趋势分析；监测农田受灾面积，为灾后粮食产量损失量和政府补贴提供科学依据；对农作物旱情监测，根据干旱指数，分等级统计地区干旱受灾情况；对农作物冻害监测，利用冬季系列数据，监测植被指数突变范围，评估农作物冻害范围；对农作物病虫害进行监测；利用遥感分类，为地区农作物供需平衡提供早期预警数据依据；根据两期遥感分类结果提取农作物耕地变化信息，为监测生态平衡提供科学数据；根据分类结果，统计不同农作物的种植面积，为产量估算提供基础数据；通过提取草地信息，对畜牧业发展情况实施监测。

3.物联网技术助力智慧农业发展

物联网就是物物相连的互联网，其基础核心依然是互联网，却延伸到任何物体与物体之间，进行信息交换和通信，是一种集智能化识别、定位、跟踪、监控和管理于一体的智能网络。物联网业务数据处理流程包括：数据采集、数据传输、数据管理（包括数据接入、数据存储、数据处理、数据挖掘、数据转发）和数据应用。物联网在农业领域的应用包括以下几个方面：

1）环境监测。通过布设在田间地头的各类传感器，采集空气温湿度、CO2浓度、土壤温度、土壤水分、光照强度，为科学耕作提供有效的数据支撑。

2）智能温室。利用物联网技术可以实现无人值守智能控制，可以随时随地掌握温室动态，并进行远程参数设置、设备控制、报警通知，可以根据实际采集的数据制定生产任务。从而实现精确控制、节水减肥、节约能源、提高农产品产量和品质的目标。

3）质量溯源。利用射频自动识别技术可以实现非接触式自动识别，针对农产品从生长到销售各环节的农产品质量安全数据进行及时采集上传，为消费者提供及时的农产品质量安全追溯查询服务，为农牧部门提供有效的农产品质量安全监督管理机制和手段。

4.移动互联助力智慧农业发展

移动互联的核心依然是互联网，可以使得用户在移动状态下接入和使用互联网服务，移动的终端便于用户随身携带和随时使用。移动互联的迅猛发展，正在深刻地改变着传统农业的生产和销售方式。通过移动设备终端，可以方便各类群体随时随地地监控作物生长环境、农作物长势情况、耕作情况，为精耕细作带来方便。依托移动互联的涉农电子商务，从农产品、农机服务、农资、人力等几方面为农民、涉农企业、消费者提供服务，使其得到更多的实惠。提供信息展示和交流，以及相关商家和组织的信息；提供农产品交易功能；提供后台售后服务以及系统使用帮助等；提供给商家、个人和其它组织系统管理等功能。农机服务包括展示农机分布信息、滴滴打车式农机服务、农机维修保养信息。农资包括提供化肥、种子、农机的展示平台；提供农资的交易平台；为企业提供成熟销售模式，减少销售成本；为农户提供行业信息、技术指导、价格优惠。与传统的农业销售方式相比，智慧农业减少了中间环节，实现了农产品从“田间”到“餐桌”的全程透明化。

三、智慧农业的运营模式

发展智慧农业除了依托先进的科学技术，实现全产业链条的互融互通、智能化健康发展，还要依托国家的宏观政策和保障体系，建立智慧农业全新的服务运营模式。实现智慧农业运营服务，要以人为本、以市场为导向、以产品为基本单元。智慧农业的运营体系建设框架如图1所示。

基础设施：通过卫星遥感、传感器、视频监控终端、RFID等智能设备感知各类农业数据，再通过地面的有线或无线网络进行传输。

数据资源：将从基础设施层采集到的多源异构数据进行统一的分类存储。

图1 智慧农业运营体系建设框架

数据处理：将多源异构农业数据通过大数据分析与处理、大数据存储与管理、分布式并行计算等一系列处理后，为基于数据的应用服务和大数据发掘提供及时有效的数据支撑。

应用服务：智慧农业的运营服务可分成生产、监管、经营三大领域。生产领域指农业生产过程中涉及到的各类活动，如农技支持、智能大棚/温室/仓储、农机管理、农情监测等旨在提高耕种效率、降低成本、促进农民增产增收的应用服务。监管领域是政府部门主导对农业各领域开展的监督指导类活动，如农业资讯、农资安全执法、农产品安全、精准扶贫、农人管理、土地产权交易等活动，通过专业的指导和智能化的监管手段，引导农民脱贫致富，保障全产业链健康有序发展。经营领域指社会各界围绕涉农产品这一核心开展的各类活动，如农产品深加工、涉农电子商务（农产品、农机、种子、化肥等）、都市涉农旅游等活动， 为农民、消费者、涉农企业带来更大商机、更多实惠。

四、发展智慧农业的必然趋势

发展智慧农业有助于提高我国农业现代化水平和精细化程度，提高农作物产量，提升作业效率，把现有农业人口从繁重的人工机械作业中解脱出来，转而从事农业深加工及农业服务等，未来大量劳动力将转向农业二级、三级产品的生产和加工，由此带来更大的经济效益。发展智慧农业是我国现代农业发展的必然趋势，主要体现在：

（1）农业精准化升级，提升区域农业经济竞争力

智慧农业可实现对农业资源和农业基础设施进行科学精细化管理，通过建立农业资源管理平台，形成高效的农业资源调度机制，提高农业资源的应用效能，全面促进区域内农业经济发展，提高农业产量，提升农业效率。智能化的农业生产和土地利用，大大降低了对我国土地的伤害和污染程度。

（2）加快农业信息化进程，提升政务管理能力

发展智慧农业，利用卫星导航定位、物联网、云计算等信息手段，为各农业管理部门提供图文一体化的办公新环境，实现“一站式”系统办公，上、下级部门之间的信息互联互通、数据共享调用。为管理者宏观决策提供有效的数据和技术支撑。促进农业信息化进程和农业电子政务发展步伐。

（3）转变经济增长方式，牵引老区产业结构调整

智慧农业横跨农业、信息技术、卫星技术、物联网、云计算等多个领域，各领域均属于国家的战略新兴产业，将各领域进行融合，同时各产业相互渗透、相互促进，极大地扩大了产业规模。另一方面，战略新兴产业具有科技含量高、经济效益好、增长速度快、辐射带动广、就业吸收强、资源利用高效的特点，是促进地方产业结构调整的重要手段，且不受地域限制。发展智慧农业，可激发大量的知识密集型岗位需求，对于解决劳动力就业问题有巨大的促进作用，对提高经济增长质量、优化产业结构、促进传统产业升级具有重要意义。

五、结束语

我国经济发展已经进入新常态，加快转变发展方式，建立智慧运营模式，促进现代农业提质增效。以互联网、云计算、电子商务等信息化为载体，全力打造智慧农业，以发展精致农业为目标，加快农业高新技术集成应用，提高单位土地产出效益，促进农业从低端产品向高端品牌迈进。加速推进我国农业由机械化到精准农业再到智慧农业的演进，推进农业全产业链条的智慧融合与协调发展，真正实现强农富农惠农，是我国现代农业发展的大势所趋。

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