大力发展智慧农业技术提速农业农村现代化

2021-04-06王儒敬谢成军中国科学院合肥智能机械研究所

中国农村科技 2021年1期

文/王儒敬谢成军中国科学院合肥智能机械研究所

人工智能同农业全面结合与渗透，形成了智慧农业新业态，在世界范围内逐渐形成新一轮农业变革的核心驱动力，同时也正在深刻改变我国传统农业发展方式，成为推动我国农业农村现代化的重要抓手。大力发展智慧农业，是乡村振兴的重要方向，也是建设数字乡村的重要内容，更是破解我国“三农”问题、构筑现代农业竞争新优势的迫切需要，还是我国推动传统农业创新驱动发展、产业转型升级和传统农业变革的重要途径。通过智慧农业的建设，整体带动和提升农业农村现代化发展，为乡村经济社会发展提供强大动力。党的十九届五中全会明确提出，要强化农业科技和装备支撑，建设智慧农业，为助推农业农村的现代化发展指明了方向。

大力发展智慧农业意义重大

智慧农业是世界现代农业发展竞争的制高点。随着人工智能技术的不断创新发展，大数据、传感器、机器人等技术在现代农业领域的应用不断取得重大突破，美、英、日等国家已在智慧农业新业态发力，正如美国普度大学在现代农业发展报告中指出：“现代农业经历了人力和畜力为主的传统农业（农业1.0）、生物-化学与大马力机械农业（农业2.0）、数字化精确作业（农业3.0）不同的历史阶段，目前正向大数据驱动、机器人为工具的智慧农业（农业4.0）方向发展”。

现代农业发展的国际趋势也进一步表明，智慧农业发展成为世界现代农业竞争的焦点，也是继农业基因技术革命后，国际现代农业发展竞争的制高点。世界各国纷纷超前布局，抢抓人工智能技术突破引发的新一轮现代农业发展新机遇。

大力发展智慧农业成为我国现代农业的重大战略举措。为大力发展智慧农业，重塑我国现代农业，2018年9月，中共中央、国务院发布的《乡村振兴战略规划（2018—2022年）》中提出：“大力发展数字农业，实施智慧农业工程和‘互联网+’现代农业行动，鼓励对农业生产进行数字化改造，加强农业遥感、物联网应用，提高农业精准化水平”。2020年2月，中共中央、国务院《关于抓好“三农”领域重点工作确保如期实现全面小康的意见》中提出：“依托现有资源建设农业农村大数据中心，加快物联网、大数据、区块链、人工智能、第五代移动通信网络、智慧气象等现代信息技术在农业领域的应用，开展国家数字乡村试点”。2020年12月，中共中央农村工作会议提出：“坚持农业科技自立自强，完善农业科技领域基础研究稳定支持机制，深化体制改革，布局建设一批创新基地平台”。

与此同时，科技部、农业农村部、中科院围绕我国智慧农业发展进行全面部署：面向我国农业重大需求和世界智能农业科技的前沿，推进人工智能技术与农业深度跨界融合，构建具有中国特色的智能农业技术体系、应用体系、服务体系，变革农业传统生产方式，推进农业现代化。

大力发展智慧农业，将带动农业农村产业快速发展。近几年，通过智慧农业相关技术的推广应用，辐射带动农业农村相关产业进入快速发展。据中国互联网协会发布的《中国互联网发展报告2019》显示，我国2018年农业数字经济占行业增加值比重为7.3%，农业数字化水平逐年提高，发展潜力较大。未来，随着新技术加速涌现，越来越多的“黑科技”被应用于农业生产，智慧农业将迎来广阔发展空间。相关预测表明，中国智慧农业产业将呈现出井喷式发展，将迅速发展成万亿级的市场规模。

智慧农业的整体架构

智慧农业是以信息和知识为核心要素，通过将传感器、物联网、大数据、云计算等现代信息技术与农业深度融合，实现农业信息感知、定量决策、智能控制、精准投入、个性化服务的全新的农业生产方式。智慧农业整体框架如图2所示，包括四个层面：支撑智慧农业发展的信息感知获取、大数据存储及处理、智能农业决策、农田作业精准控制。

图1 现代农业发展趋势

农业信息感知：是农业信息化建设过程中的核心技术，为农业预测预警、农业智能决策、农业智能控制提供有效的原始数据和支撑依据，直接影响着农业信息化建设成效的精准。

农业大数据：以大数据分析为基础，利用云计算和大数据挖掘等技术处理农业耕地、育种、播种、施肥、收获、储运、农产品加工、销售整个链条中所产生的大量数据，从中得到有用信息以指导农业生产经营、农产品流通与消费的过程。

智能农业决策：以农业生产田间环节、生产加工环节、流通环节、消费环节，以及追溯环节等几个方面的数据为基础，提取相关农业知识并建立农业模型，构建农业精细管控决策机制。

农田作业精准控制：将先进的液压技术、电子技术、通讯技术与GIS和GPS技术相融合，发展处方信息控制播种施肥和灌溉技术，工作效率和精度不断得到提高，使得精准作业的智能装备迅速向大型、高效、复式作业、航空作业、人机和谐与舒适性设计方向快速发展。

图2 智慧农业技术框架

突破智慧农业核心技术是提速我国农业农村现代化的关键

我国智慧农业发展取得了大量的成果，但仍缺乏基础研究和技术积累，整体技术水平与发达国家相差15-20年。加大对智慧农业核心技术的破解，是提速我国农业农村现代化的关键。

农业专业传感器急需突破。目前，我国农业传感器大部分是将工业传感器应用于农业，导致传感器使用性能不稳定、测量精度低，缺乏农业专用传感器。我国的传感器技术研发水平与美国、以色列、日本等国家相比差距较大，主要体现在传感器种类、设计、加工封装工艺等方面，传感器设计无自主知识产权，产品技术指标不高，可靠性方面尚未取得重大突破。

农业大数据技术应用有待统一化。国内外都在探索通过信息技术来促进农业提质增效，其中以人工智能为基础的智慧农业新模式发展迅速，国外农业大数据的应用现状主要体现为“三化”：标准化、精准化、智能化。在统一标准化的机制指导下，欧美等国已完成了农业的精准化管理、智能化运用。

农业物联网技术需进一步推广。物联网技术在美国农业领域中得到广泛应用，农业物联网在美国大农场的覆盖率已经达到80%，由于设备安装、维护等成本相对较高，在美国中小型农场的覆盖率还不高。日本大力开展农业物联网设备研制，主要涉及智能大棚集成物联网技术的推广应用，可以实现对温度、湿度、和苗情进行控制、确认和管理。我国在农业物联网方面，主要集中在智能监测、防治、控制和决策等方面，基本上达到了节能增效、技术成熟等特点。但同发达国家相比，存在标准不统一、成本高、产品兼容性差等弊端。我国农业物联网核心技术的研发相对滞后，主要体现在传感器、传感器芯片研发能力不足。

农业遥感与立体监测技术缺乏基础。我国农业遥感与立体监测技术体系已初步建立起来，但与欧美等发达国家相比，存在农业遥感基础理论研究极端匮乏、对关键技术的普适性检验不足、缺乏基础性产品生产平台的统筹等问题。

农业机器人与智能终端刚起步。目前我国农业机器人发展还处在以机、电、液一体化集成控制为主的起步阶段，基于人工智能和5G技术的农业机器人尚处于概念机构建阶段；德国、法国、荷兰、美国、日本等发达国家在农业机器人的智能化、可靠性等方面处于领先地位。与他们相比，我们在农机农艺结合度、农业作业环境的宜机化等方面差距很大。

多举措发展智慧农业是突破农业农村现代化瓶颈的当务之急

我国智慧农业发展仍然面临一些问题：一是现代农业生产体系智能化水平相对较弱；二是经营主体的数字化应用不足，限制其获取数字红利；三是智慧农业技术向乡村治理转变亟待加强。因此，多举措大力发展智慧农业，加快推进农业农村现代化已成当务之急。

依托智慧农业构建先进的现代农业生产体系。通过智慧农业相关技术重塑先进的现代农业生产体系，重点是要建设推广现代农业的先进装备体系和社会化服务体系。完善农业智能装备，提高智慧农业技术装备可对现代农业发展、现代农村建设提供支撑力量。大力发展农业大数据技术、农业社会化服务体系，要提高农业机械化、规模化、组织化、科技化、信息化水平。

切实发挥智慧农业功能，构建新型的现代农业经营体系。通过智慧农业相关技术制定农产品种植、管理、分类、分级等关键标准，构建农产品数字化标准体系，促进农产品商品化、网货化；打造电商平台农产品销售的“基地直采模式”，在生产端实行数字化管理，在流通端提升供应链效率，在销售端聚合消费能力拓展销售市场，并打通农业大数据在农业产业链上下游的流通渠道的应用与拓展。

统筹推进智慧农业和乡村数字治理无缝衔接。发展农业农村现代化，既要对农业全产业链、全过程、多角度进行数字化改造，实现农业农村的智慧化转型，更要从建设中国特色社会主义善治乡村的高度，推进数字乡村治理。通过智慧农业在农业全产业链条的应用，实现农业节本、提质与增效，充分释放农业数据要素的价值，同时推进智慧农业产业化，大力发展农业物联网设备、智能农机等产业，带动农村电子商务建设，建设农业农村数字经济示范区，培育农业农村新空间，统筹推进智慧农业相关技术在乡村治理的无缝衔接。