國內外發展數字農業情況及經驗

嚴東偉

（云南省農業農村信息和宣傳中心，云南昆明 650224）

一、數字農業內涵及其特點

數字農業是于1997 年由美國科學院工程院兩院士正式提出，現在其較為官方的定義是指將全球定位系統、地理信息系統、遙感技術、計處機技術及網絡通訊技術、自動化技術高新技術與農業科學有機結合起來，實現在農業生產過程中對農作物及其生產環境從宏觀到微觀進行實時監測，以實現對農作物生長發育過程中所需的光、熱、水、土、氣、肥以及相應的環境進行定期信息采集，生成動態空間信息系統，對農業生產中的現象、過程進行模擬，以達到合理利用農業資源，降低生產成本，改善生態環境，提高農作物產品和質量的目的。簡單地講，是指數字地球技術以及信息技術共同支撐下的集約化、信息化的農業技術。

廣義的講數字農業包括農業物聯網、農業大數據、精確農業和智慧農業四個維度，是一個建立在數據化基礎上的集合概念，四個部分相互交集，形成一個較為完整的數據采集、分類、應用、挖掘體系，服務于農作物生長發育的全過程。

數字農業的特點是高度自動化、規模化和企業化，同時數據做為一個完整的鏈條幾乎完全涵蓋農產品的產前、產中和產后所有過程，實現全程的數據自動化采集、分類、存貯、運用和管理。

物聯網是數字農業在生產實踐中應用的基礎, 本質上講，物聯網是一套封閉的數控系統，是以傳感器、攝像頭、探頭等設備為基礎將物物相聯。相聯物根據已確定的參數和模型，進行自動化的調控及運行。現在應用最多且最成熟的領域是在花卉或設施農業的生產操作和管理中。農業大數據是一個數據系統，指在開放的系統中按一定的規則和編碼收集、鑒別、標識和分類數據，并建立數據庫，再通過建模和算法來組合和優化所取得的海量數據，為生產操作和經營決策提供依據，并聯結云端與相關設備，實現部分的自動化控制和操作。由于其具有的開放性特點，現在主要用于大田農業生產和農業全產業鏈的操作和經營。

精準農業作為數字農業的一個組成部分，核心是指農機硬件設備和設施在軟件和探測設備輔助作用下實現的農業生產精準操作，如精準施肥、變提噴藥等。而智慧農業是建立在經驗模型基礎之上的專家決策系統，其核心是軟件系統。

值得注意的是數字農業尚處于早期發展階段，對于其組成部分以及各個部分的理解仍有不同意見，因此，概念被誤用和混用時有發生，但隨著數字農業的深入發展，相信會有更為準確的定義和邊界。

二、國外數字農業發展情況

數字農業是上世紀60 年代至80 年代歐美國家在將計算機規模化應用在農業生產的基礎上提出來的，進入90 年代后，以網絡為主的信息化在農業生產和服務方面的應用進一步深化這個概念，遙感（RS）技術、全球定位系統（GPS）、地理信息系統（GIS）、遙測技術（DCS）、作物生產管理與決策支持系統（DSS）等地學空間信息技術與農業生產管理技術的全面結合，使農業自動化、規模化、信息化的生物工程開發成為現實，全面提升了信息技術在農業生產、管理、服務、經營領域的應用。近年來，隨著GPS 技術的迅速發展，特別是與智能化農業機械配套的差分全球定位系統（DGPS 定位系統）的發展，使農業機械進入了一個智能化的階段，DGPS 具有12 個通道，可以在動態條件下提供完整的3D 定位數據，并具有與農機智能監控裝置的通用標準接口，使農業機械進行入一個智能化的階段。遙感技術在農業生產中的應用，實現了農業生產過程中相關信息的自動采集與動態監測，催生了物聯網在農業生產領域的規模化應用，智能農業機械和傳感器在國外已經進行全面商品化應用階段。目前美國41.6%的家庭農場、46.8%的奶牛場和52%的年輕農場主通過計算機進行網絡信息聯絡，有專業的農業技術服務組織將農業信息提供給農場主，服務于農業生產管理和精細化操作。伊利諾州有67%的農戶使用計算機，其中27%農戶運用網絡技術。政府每年撥款15 億美元建設農業信息網絡。美國已建成世界最大的農業計算機網絡系統AGNET，該系統覆蓋了美國國內的46 個州，加拿大的6 個省和美加以外的7 個國家，連通美國農業部、15 個州的農業署、36 所大學和大量的農業企業。用戶通過家中的電話、電視或計算機，便可共享網絡中的信息資源。

歐盟則利用衛星遙感進行作物種植地塊監測，為其農業補貼政策實施提供精準依據。德國則由企業牽頭進行開發，致力于研發農業智能機械和裝備，提供數字農業綜合解決方案。英國也建立了覆蓋全國的農業計算機網絡AGRINET。意大利將無人機遙感與GPS 定位跟蹤、GIS 空間分析、專家系統等有機結合，實現對農業生產過程的實時監測。日本早在1994 年底就已開發農業網絡400 多個，計算機在農業生產部門的普及率已達93%，日本政府還在實施一項意在21 世紀使所有農民擁有微機的“綠色天國”計劃。

農業數字模型的應用是數字農業發展的一個重要組成部分，這些基于專家經驗開發主導的模型結合迅速發展的信息技術，極大的推動了農業生產可預期或預感化的發展，目前作物模擬模型是農業數字模型的主體著名模型有CERES、GOSSYM、SOYGRO、SUCROS、BACROS、MACROS 等， 特別是90 年代中期以來，模型被視為啟發式工具，在指導作物管理、育種、施肥、灌溉等方面獲得了成功的實踐，許多研究者利用作物模型來探索全球氣候變化的影響及農業生產可持續發展的策略等，還與其它信息技術如RS、GIS、全球定位系統GPS、網絡技術等相結合，在信息農業中發揮出更大的作用。1997 年，國際玉米小麥改良中心建立了基于數字模型的國際作物信息系統，用于作物育種和產量潛力的研究。國外關于花生模擬模型的研究始于上世紀80 年代中后期，最具代表性的是CERES-PENUT 模型，在開展花生模擬模型研究的同時，將作物模型、數據庫管理系統和應用程序三者有機地結合起來，全面指導生產計劃和經營計劃。

2016 年，谷歌旗下Deep Mind 的Alpha Go 橫空出世，把人工智能為（AI）的決策水平提高到一個前所未有的高度，讓人們認識到人空智能發展的提速和廣闊的前景，也為數字農業的發展注入了強心針。

三、國內數字農業發展情況

我國數字農業起步較晚，但黨和國家領導人以及相關部門高度重視，在多次會議中均強調要利用互聯網新技術、新應用對傳統產業進行全方位、全角度、全鏈條的改造，提高全要素生產率，釋放數字對經濟發展的放大、疊加、倍增作用，推動產業數字化。《中共中央國務院關于實施鄉村振興戰略的意見》（中發〔2018〕1 號）指出，大力發展數字農業，實施智慧農業林業水利工程，推進物聯網試驗示范和遙感技術應用，為加速發展數字農業指出了方向。

2018 年以來我國數字農業技術得到快速發展，突破了一批數字農業關鍵技術，開發了一批實用的數字農業技術產品，建立了網絡化數字農業技術平臺。目前我國已經建成的數據庫有中國農林文獻數據庫、農牧漁業科技成果數據庫、中國畜牧業綜合數據庫、農業合作經濟數據庫等。同時在農業數字信息標準體系、農業信息采集技術、大比例尺的農業空間信息資源數據庫、農作物生長模型、動植物數字化虛擬設計技術、農業問題遠程診斷、農業專家系統與決策支持系統、農業遠程教育多媒體信息系統、嵌入式手持農業信息技術產品、溫室環境智能控制系統、數字化農業宏觀監測系統、農業生物信息學方面的研究應用上，中國企業都取得了重要的階段性成果，通過不同類型地區應用示范，初步形成了我國數字農業技術框架和數字農業技術體系、應用體系和運行管理體系，促進了我國農業信息化和農業現代化進程。2018 年農業部在國內實施數字化農業試點項目共計37 項，其中，園藝類作物12 項、大田種植類5 類、畜禽養殖類14項、水產養殖類6 項。截至目前，農業農村部已實施兩批大田種植數字農業建設試點項目，涉及6 個省區，10 個項目，總投資額達3.23 億元，其中中央預算內投資共計1.37 億元。農業農村部在陜西省試點的“國家級蘋果產業大數據中心”，托普云農為浙江省政府搭建的“智慧農業云平臺”都是優秀的數字農業大數據應用案例。

四、發達國家發展數字農業的基本成功經驗

（一）法律保障并呈體系化建設的系統工程

首先是建立健全農業信息化相關的法制、法規，積極維護農業信息化主體的權益并大力促進信息的共享。如美國從1848 年第一次頒布《農業法》開始，就對農業技術信息服務作出了規定。在1946年農業市場法案授權規定，凡享受政府補貼的農民和農業，都有義務向政府提供農產品產銷信息。美國在農業信息管理上，從信息資源采集到發布都進行立法管理，并不斷完善形成體系，法國有關法規規定，所有社會產品的生產和經營者都有義務如實填報自己的生產經營情況，違者按偷稅行為處罰。

其次，政府高度重視的同時建立了強有力的領導體系，且該體系運行有序，不會形成信息孤島。如美國從聯邦政府到各州、各縣政府都十分注重在組織上加強對農業信息工作的協調與管理。美國形成以農業部及其所屬的國家農業統計局、經濟研究所、海外農業局，農業市場服務局、世界農業展望委員會以及首席信息辦公室等機構為主的信息收集、分析、發布體系。日本則建立了從中央到地方的一個完整的農業情報系統。

(二)高度注重基礎設施信息化建設

農業信息化的建設，在國外包括兩個方面，一是農業基礎設施的信息化。即對現有的農田基本建設設施、農作物育種設施、農產品加工與貯藏設施、農作物病蟲害防治設施、畜禽工廠化飼養設施、日光節能溫室設施、無土栽培設施等進行全方位的信息化建設，形成一個相對穩定的數據體系。如農田灌溉工程中，水泵抽水和溝渠灌溉排水的時間、流量全部通過信息自動傳輸和計算機自動控制。農產品的倉儲內部因素變化的監測、調節和控制完全使用計算機信息系統運行。畜禽棚舍飼養環境的測控和動作完全可以實行自控或遙控。二是基礎資源信息化，核心內容是基礎信息資源的數字化和網絡設施建設信息化。如日本制定正在制定一項名為“21 世紀農林水產領域信息化戰略”，意在大力充實農村信息通信基礎設施，建設發達的通信網絡，提高農村地區的通信便利程度。

(三)利用好多媒體助推數字農業發展

涉農部門應用計算機網絡、通訊、視聽等載體向農民、農業科技推廣人員和各農業部門傳托業科學知識、推廣實用技術，進行農業信息咨詢服務，同時積極培育多元化的信息服務主體，在服務內容上有所側重，服務對象和群體規模上各有不同，形成良好的互補性。

五、結語

數字農業未來的發展前景雖然非常富有吸引力，但是由于農業生產涉及的品類和品種繁多，生產過程漫長和復雜，不可控因素多，變量多，因此數字農業從單點突破到全面進步和應用還需要假以時日。