從精準農業向智慧農業演進

● 文|熊松寧 楊霄璇 楊俊剛 褚鵬飛 丁瀟

1航天恒星科技有限公司 2哈爾濱航天恒星數據系統科技有限公司

從精準農業向智慧農業演進

● 文|熊松寧1楊霄璇2楊俊剛1褚鵬飛1丁瀟2

1航天恒星科技有限公司 2哈爾濱航天恒星數據系統科技有限公司

在國家現代農業政策引導和科技支撐下，我國現代農業迅猛發展。本文旨在通過對精準農業與智慧農業的本質區別研究，分析探討精準農業到智慧農業的演進過程，闡述了大數據、衛星技術、物聯網、移動互聯等高新技術如何助力智慧農業快速發展，并探究了智慧農業的運營模式，展望新形勢下智慧農業如何引領農業現代化發展的大潮，探索適合中國國情的智慧農業發展道路。

精準農業 智慧農業 大數據 物聯網

引言

我國是世界上人口最多的國家，也是農業基礎比較薄弱的國家，作為農業大國，農業問題關系到國家經濟繁榮及社會穩定。我國傳統的農業主要是依靠世代沿襲下來的經驗，采用人力、畜力等為主的方式進行耕作。然而，隨著農業資源環境約束不斷增強，農業人口的不斷流失，無論是現有的精耕細作的小農經營模式，還是粗放低級的生產方式，抑或是產銷脫節的營銷方式，都不足以支撐現代農業的快速發展，農業的快速轉型迫在眉睫。隨著我國科技的不斷發展，依托衛星導航、無線通信等先進技術的精準農業已初見規模，為農民的精準耕種提供了先進的監管手段，但是基于地理信息的精準農業僅僅是從技術層面解決了大田農業粗放低級生產方式的問題，還不足以盤活整個農業產業鏈。本文主要研究了從精準農業到智慧農業的演進道路，旨在為推動我國智慧農業產業發展提供參考。

一、精準農業到智慧農業的演進過程

近年來，農業領域大量引入衛星導航技術用于農機自動作業，使得精準農業呈現欣欣向榮局面。然而，與智慧農業相比較，無論是范圍、內涵，兩者都存在著本質上的區別。由精準農業向智慧農業的轉變是我國農業未來發展的必由之路。

1.本質區別

精準農業重點在于“精準”，集中體現在大田農業中。精準農業是基于3S技術、傳感器技術、物聯網等現代化技術手段，實現對耕種過程進行精準控制，對作物長勢、受災等各方面的情況進行精準監測，根據監測情況，精準調節耕作投入，實現精準耕作、精準灌溉、精準施肥施藥、精準播種、精準收獲，以最少的投入實現同等收入或更高收入。實施精準農業的好處諸多，一方面可以使作業效率顯著提高，解決傳統農業晚間無法作業的問題，提高農機作業效率近一倍，可節約機械投入成本；另一方面可以使作業質量顯著提高，作業質量直接影響著農作物產量與品質，通過農機作業精準控制，提高農作物單產；還可以使土地利用率顯著提高，通過精準作業，確保單位面積的產出率及利用率。

智慧農業重點在于“智慧”，體現在農業全產業鏈條建設中，而不僅僅在生產環節。智慧農業不僅依托3S技術等現代化的技術手段，更是與云計算、物聯網、移動互聯等新技術深度融合，是在農業產前、產中、產后全方位地引入智慧化的思想和技術應用，實現耕種作業精準化、基礎設施智能化和產業發展現代化。與精準農業相比，智慧農業涵蓋范圍更廣，狹義上包括通常所理解的大田農業、設施農業、安全追溯、農業電子商務等涉農領域；廣義上則是采用互聯網為代表的信息手段對農業實現全程信息服務與指導，采用創新商業運營模式，外延擴展到農業經濟范疇。

2.演進過程

從傳統農業到精準農業再到智慧農業的發展必然經過以下幾個關鍵步驟：

1）由傳統農業到農業機械化的發展過程。隨著農業大量使用機械、化肥、燃料、電力等各種形式的工業輔助手段，使得耕種生產過程逐漸告別了傳統的以人力、畜力為主的生產方式，生產效率得到初步的提升。

2）由農業機械化到農業精準化的發展過程。依托衛星導航技術、地理信息技術、互聯網技術，大田農業逐漸實現農機自動駕駛作業、基于農機位置分布對農機的智能調度、對作業農機的實時監控等一系列精準化作業的轉變，旨在利用信息技術提高耕作質量、提高生產效率。

3）由農業精準化到基礎設施智能化的發展過程。隨著大田農業發展達到精細化的水準，人們開始發展智能化的設施農業，利用物聯網技術，通過布設的各類傳感器，實現大棚、溫室、倉庫、水泵等基礎設施的智能化監管，幫助人們隨時隨地掌握生產環境情況、農作物動態信息。

4）由基礎設施智能化到產業發展現代化的發展過程。通過先進的手段實現生產全過程的智能化監管之后，帶動涉農全產業鏈條的健康發展，如涉農信息服務產業、農產品安全溯源、涉農電子政務、涉農電子商務產業、都市涉農觀光等涉農活動。從全方位實現農業六化，包括農業資源利用環?；?、生產技術科學化、生產過程標準化、農業監管便捷化、農副產品安全化和經營循環市場化。

通過以上幾個步驟，打通信息孤島，實現農業信息的互聯互通，實現農業資源的有效整合，逐漸形成全產業鏈條智能化的閉環，最終形成可持續發展的農業經濟。

二、技術支撐智慧農業快速發展

智慧農業是信息技術發展到一定階段的產物，數據是智慧農業建設的核心，科學技術是智慧農業發展的源動力。

1.大數據云計算技術助力智慧農業發展

數據是智慧農業建設的核心內容，通過農業基礎設施智能化升級，完善農業感知傳輸網，獲取空間、環境、生產全要素數據；確保數據的真實性、全面性、規范性和及時性，實現生產管理便捷化、生產流程標準化和信息資源網絡化；數據涉及采集、傳輸、處理和應用諸多環節，推動農業發展現代化，現代農業設施產業化。農業領域數據種類繁多，可以分成社會資源數據、自然資源數據、動態信息數據等。

通過大數據技術與云計算相融合，建立統一的大數據中心云平臺，通過虛擬化、彈性計算、并行計算等，實現空間數據、動態數據、自然資源數據、社會資源數據等公共基礎數據的智能化供應與管理。通過云計算技術可以實現對海量多源異構農業數據進行存儲與分析，有效管理大規模的并行計算服務器集群，并能夠容忍部分計算節點的失效，所以大數據云計算技術是保證大容量數據平臺服務質量的主要支撐技術。

2.衛星遙感助力智慧農業發展

我國幅員遼闊、耕地面積廣闊、氣候復雜多變，災害頻繁發生，我國農作物產品種類繁多、耕作機制南北差異較大，僅僅依靠傳統方式，很難及時獲取準確的數據，因此農業防災減災、災情評估具有一定的困難。隨著衛星遙感技術的發展，其在農業領域的應用可歸結為以下四方面，即農業資源監測、作物監測、災害監測、精細作業。利用衛星遙感圖像，輔以不同的模型算法，可以實現宏觀監測，主要包括：農作物長勢的實時監測和生長進程趨勢分析；監測農田受災面積，為災后糧食產量損失量和政府補貼提供科學依據；對農作物旱情監測，根據干旱指數，分等級統計地區干旱受災情況；對農作物凍害監測，利用冬季系列數據，監測植被指數突變范圍，評估農作物凍害范圍；對農作物病蟲害進行監測；利用遙感分類，為地區農作物供需平衡提供早期預警數據依據；根據兩期遙感分類結果提取農作物耕地變化信息，為監測生態平衡提供科學數據；根據分類結果，統計不同農作物的種植面積，為產量估算提供基礎數據；通過提取草地信息，對畜牧業發展情況實施監測。

3.物聯網技術助力智慧農業發展

物聯網就是物物相連的互聯網，其基礎核心依然是互聯網，卻延伸到任何物體與物體之間，進行信息交換和通信，是一種集智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理于一體的智能網絡。物聯網業務數據處理流程包括：數據采集、數據傳輸、數據管理（包括數據接入、數據存儲、數據處理、數據挖掘、數據轉發）和數據應用。物聯網在農業領域的應用包括以下幾個方面：

1）環境監測。通過布設在田間地頭的各類傳感器，采集空氣溫濕度、CO2濃度、土壤溫度、土壤水分、光照強度，為科學耕作提供有效的數據支撐。

2）智能溫室。利用物聯網技術可以實現無人值守智能控制，可以隨時隨地掌握溫室動態，并進行遠程參數設置、設備控制、報警通知，可以根據實際采集的數據制定生產任務。從而實現精確控制、節水減肥、節約能源、提高農產品產量和品質的目標。

3）質量溯源。利用射頻自動識別技術可以實現非接觸式自動識別，針對農產品從生長到銷售各環節的農產品質量安全數據進行及時采集上傳，為消費者提供及時的農產品質量安全追溯查詢服務，為農牧部門提供有效的農產品質量安全監督管理機制和手段。

4.移動互聯助力智慧農業發展

移動互聯的核心依然是互聯網，可以使得用戶在移動狀態下接入和使用互聯網服務，移動的終端便于用戶隨身攜帶和隨時使用。移動互聯的迅猛發展，正在深刻地改變著傳統農業的生產和銷售方式。通過移動設備終端，可以方便各類群體隨時隨地地監控作物生長環境、農作物長勢情況、耕作情況，為精耕細作帶來方便。依托移動互聯的涉農電子商務，從農產品、農機服務、農資、人力等幾方面為農民、涉農企業、消費者提供服務，使其得到更多的實惠。提供信息展示和交流，以及相關商家和組織的信息；提供農產品交易功能；提供后臺售后服務以及系統使用幫助等；提供給商家、個人和其它組織系統管理等功能。農機服務包括展示農機分布信息、滴滴打車式農機服務、農機維修保養信息。農資包括提供化肥、種子、農機的展示平臺；提供農資的交易平臺；為企業提供成熟銷售模式，減少銷售成本；為農戶提供行業信息、技術指導、價格優惠。與傳統的農業銷售方式相比，智慧農業減少了中間環節，實現了農產品從“田間”到“餐桌”的全程透明化。

三、智慧農業的運營模式

發展智慧農業除了依托先進的科學技術，實現全產業鏈條的互融互通、智能化健康發展，還要依托國家的宏觀政策和保障體系，建立智慧農業全新的服務運營模式。實現智慧農業運營服務，要以人為本、以市場為導向、以產品為基本單元。智慧農業的運營體系建設框架如圖1所示。

基礎設施：通過衛星遙感、傳感器、視頻監控終端、RFID等智能設備感知各類農業數據，再通過地面的有線或無線網絡進行傳輸。

數據資源：將從基礎設施層采集到的多源異構數據進行統一的分類存儲。

圖1 智慧農業運營體系建設框架

數據處理：將多源異構農業數據通過大數據分析與處理、大數據存儲與管理、分布式并行計算等一系列處理后，為基于數據的應用服務和大數據發掘提供及時有效的數據支撐。

應用服務：智慧農業的運營服務可分成生產、監管、經營三大領域。生產領域指農業生產過程中涉及到的各類活動，如農技支持、智能大棚/溫室/倉儲、農機管理、農情監測等旨在提高耕種效率、降低成本、促進農民增產增收的應用服務。監管領域是政府部門主導對農業各領域開展的監督指導類活動，如農業資訊、農資安全執法、農產品安全、精準扶貧、農人管理、土地產權交易等活動，通過專業的指導和智能化的監管手段，引導農民脫貧致富，保障全產業鏈健康有序發展。經營領域指社會各界圍繞涉農產品這一核心開展的各類活動，如農產品深加工、涉農電子商務（農產品、農機、種子、化肥等）、都市涉農旅游等活動， 為農民、消費者、涉農企業帶來更大商機、更多實惠。

四、發展智慧農業的必然趨勢

發展智慧農業有助于提高我國農業現代化水平和精細化程度，提高農作物產量，提升作業效率，把現有農業人口從繁重的人工機械作業中解脫出來，轉而從事農業深加工及農業服務等，未來大量勞動力將轉向農業二級、三級產品的生產和加工，由此帶來更大的經濟效益。發展智慧農業是我國現代農業發展的必然趨勢，主要體現在：

（1）農業精準化升級，提升區域農業經濟競爭力

智慧農業可實現對農業資源和農業基礎設施進行科學精細化管理，通過建立農業資源管理平臺，形成高效的農業資源調度機制，提高農業資源的應用效能，全面促進區域內農業經濟發展，提高農業產量，提升農業效率。智能化的農業生產和土地利用，大大降低了對我國土地的傷害和污染程度。

（2）加快農業信息化進程，提升政務管理能力

發展智慧農業，利用衛星導航定位、物聯網、云計算等信息手段，為各農業管理部門提供圖文一體化的辦公新環境，實現“一站式”系統辦公，上、下級部門之間的信息互聯互通、數據共享調用。為管理者宏觀決策提供有效的數據和技術支撐。促進農業信息化進程和農業電子政務發展步伐。

（3）轉變經濟增長方式，牽引老區產業結構調整

智慧農業橫跨農業、信息技術、衛星技術、物聯網、云計算等多個領域，各領域均屬于國家的戰略新興產業，將各領域進行融合，同時各產業相互滲透、相互促進，極大地擴大了產業規模。另一方面，戰略新興產業具有科技含量高、經濟效益好、增長速度快、輻射帶動廣、就業吸收強、資源利用高效的特點，是促進地方產業結構調整的重要手段，且不受地域限制。發展智慧農業，可激發大量的知識密集型崗位需求，對于解決勞動力就業問題有巨大的促進作用，對提高經濟增長質量、優化產業結構、促進傳統產業升級具有重要意義。

五、結束語

我國經濟發展已經進入新常態，加快轉變發展方式，建立智慧運營模式，促進現代農業提質增效。以互聯網、云計算、電子商務等信息化為載體，全力打造智慧農業，以發展精致農業為目標，加快農業高新技術集成應用，提高單位土地產出效益，促進農業從低端產品向高端品牌邁進。加速推進我國農業由機械化到精準農業再到智慧農業的演進，推進農業全產業鏈條的智慧融合與協調發展，真正實現強農富農惠農，是我國現代農業發展的大勢所趨。

[1] 李中華, 王國占, 齊飛. 我國設施農業發展現狀及發展思路[J]. 中國農機化,2012,239(1):7-10.

[2] 呂烈武, 郭彬. 精準農業的研究應用現狀及其在我國的發展方向[J]. 現代農業科技,2008,(21):338-341.

[3] 孫忠富, 杜克明, 鄭飛翔. 大數據在智慧農業中研究與應用展望[J]. 中國農業科技導報, 2013,15(6):63-71.

[4] 高建華, 徐丹. 論物聯網生產模式在智慧農業中的應用[J]. 農業網絡信息, 2015,(6):5-7.