對我國智慧農業發展的思考

王 萌，劉 爽，張江麗※

（1. 中國農業科學院科技管理局，北京100081；2. 中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，北京100081）

0 引言

我國是世界農業起源中心區之一，早在“舊石器時代”，就開始有原始人類生活在我國，但當時人類的謀生手段主要是采集和狩獵，尚未有農業產生。到了“新石器時代”，隨著社會的發展，饑餓迫使人類打開了農業萌芽的大門。隨后，人類的采集活動轉變成了原始種植業，狩獵活動轉變成了原始畜牧業［1］。至此，我國開始了真正意義上的原始農業。

在1300 多年的奴隸社會時代，農業尚屬于粗放農業階段；隨著社會制度逐漸邁入封建社會，粗放農業也逐漸向精耕農業轉變，即傳統農業開始，該時期最典型的特點就是精耕細作、農牧結合和利用自然環境條件來生產經營。

19 世紀工業革命興起后，人類開始進入現代農業時期。現代農業需要較高的技術支撐，主要特點是機械化、科學化、智能化、高效化和商業化，具體而言即利用機械代替手工勞動，將先進科學技術應用到生產中，采用先進制度進行管理使得生產效率更高，利用市場作用分配資源等。對于農業研究而言，現代農業已涉及到太空育種、基因工程、品種改良、水肥一體化、綠色綜合防治、設施栽培、貯藏保鮮、精深加工增值等技術領域［1-2］。

隨著現代農業的不斷進步，現代信息技術也飛速發展，計算機與網絡技術、物聯網技術、音視頻技術、無線通信技術等現代技術逐步完善、廣泛應用，農業已具備實現可視化遠程診斷、遠程控制、災變預警等智能化管理功能［3］。至此，現代農業又開始邁向了智慧農業新階段。

1 智慧農業的定義與技術特點

智慧農業是現代農業發展的高級階段，指充分應用現代信息技術成果，實現農業生產的智能化發展。具體而言，即運用現代計算機技術、互聯網技術、物聯網技術、人工智能和遙感技術等，在農業生產中利用傳感裝備（如環境溫濕度、溫室氣體和成像）和無線通信網絡等，實現農業生產的智能感知、預警、分析等功能，使農業生產更“智慧”。智慧農業是科技創新與農業產業的深度融合，引領農業進入網絡化、數字化和智能化，是一場農業上的新技術革命［3-4］。智慧農業的主要技術特點包括監控功能、監測功能、實時圖像與視頻結合監控功能等［5-7］。

2 智慧農業與各種技術的融合

2.1 互聯網技術與智慧農業

互聯網技術為智慧農業的發展提供了可能。在農業生產、銷售等環節，可借助互聯網技術實現農作物生產參數獲取、檢測及產品銷售的智能化，根據大數據分析市場需求，反過來指導農作物生產種類的選擇，使農業活動更加智能化。在農業中的具體應用，如利用互聯網技術，可在溫室大棚遠程監控農作物的生長情況，通過手機直觀地觀察農作物不同生育期的生長態勢，并根據反饋數據進行不同的管理措施等。但目前互聯網+智慧農業在實際生產中的運用還有限，大多數地區仍是以傳統生產方式為主［8-9］。

2.2 物聯網技術與智慧農業

物聯網技術主要包括氣象環境信息檢測系統、土壤墑情監測與遠程灌溉控制和可視化監控系統等，通過先進儀器，如溫濕度傳感器、pH 傳感器、光照傳感器等，對溫室環境進行實時監控，分析數據并得出相應策略，促進農作物的健康生長，提高經濟效益。在農業中的具體應用，如通過物聯網監控系統，在線遠程觀察農作物苗情生長情況，根據土壤和環境溫濕度數據，實現自動灌溉、病蟲害防治等功能。物聯網技術改變了傳統的農業生產模式，可為農作物種植和生長提高精準數據，是發展智慧農業的基礎和關鍵技術之一。智慧農業是物聯網技術在農業應用上的高級階段［10-12］。

2.3 遙感技術與智慧農業

遙感技術是一種大數據分析技術，通過收集農作物生長發育期的環境數據，包括地塊土壤、水肥、溫濕度、病蟲害、產量等在時間和空間上的差異，進行分析處理，對農作物耕種、管理和收獲等做出指導性決策，以便獲得更好的經濟效益。遙感技術還可以通過電磁波的固有特性，分析目標的幾何信息和物理屬性，同時根據光譜信息，進行空間的定性與定位分析，從而提供大量的田間時空變化信息［11，13-14］。遙感技術在智慧農業中應用廣泛，如農作物種植面積監測與制圖、產量預測、農業災害監測與預報、精細施肥與灌溉、土地資源遙感以及作物生態環境信息監測等，可以說，遙感技術已成為人們識別地物和環境要素的主要方法，是發展智慧農業的有效技術手段［14-16］。遙感技術在農業中的具體應用包括，利用衛星遙感技術可以對某區域某種農作物的生長長勢和產量進行分析和預測；也可以對大田的雜草種類、雜草生長區域和密集程度等進行識別，有利于管理部門調整相關決策。隨著空間信息技術的日益發展和完善，遙感技術將得到迅速發展，為實現智慧農業的全面感知和智能處理提供技術支撐。

2.4 人工智能與智慧農業

人工智能是指模擬人的意識、思維規律和學習、思考等過程，是能夠和人一樣感知、認知、決策、執行的人工程序或系統，如智能采摘機器人、氣候災難智能預警等。在農業上，人工智能主要涉及土壤與病害檢測、圖像識別與處理、模式識別等技術領域，有效提高了勞動生產率［17-18］。在農業中有如農耕機器人可以自主噴灑農藥和除草，采果機器人代替人工快速采摘水果等具體應用。

智能機器人、智能監測和診斷系統、智能節水灌溉系統、智能農業物聯網、智能預測和管理系統的應用，是智慧農業未來的發展方向。隨著我國農業建設和人工智能技術的不斷深入發展，人工智能技術將更切實地應用于農業領域，有利于促進智慧農業的早日實現［19-20］。

2.5 5G 技術與智慧農業

第5 代移動通信技術，簡稱5G 技術，其優勢主要在于信息傳輸速度快。我國于2019 年正式進入5G 時代，但5G 技術有待于進一步發展。5G 技術的運用讓智慧農業發展更加切實可行［21］。在“5G+智慧農業”發展中，先進設備和農業活動相結合，利用5G 高帶寬、低延時、廣接入等特點，在作物種植、田間科學管理、農產品安全監測與追溯等方面會更加智能化、更加精準、更加高效［22］。5G 技術在農業中的具體應用包括，如利用5G 技術優勢，可健全農產品電子商務平臺體系，農村的農產品網上渠道更加開放，農民可以成為電商直接在網上進行農產品直播銷售，縮短了從生產到銷售的距離。

3 國內外智慧農業的發展現狀

智慧農業是世界未來農業發展的趨勢，國內外在智慧農業相關領域推出了一系列發展計劃。在國外，美國正走向智慧農業，計劃到2020 年底實現每個農場都擁有50 臺物聯網設備［3，23］；2017 年歐洲提出和確定了將智慧農業作為歐洲農業未來的發展方向［3，23］；2019 年歐盟進行“智慧鄉村”試點建設［24］，24 個成員國在2019 年簽署了關于“歐洲農業和農場地區的智能化可持續數字未來”的合作宣言，以促進和加快歐盟農村地區的數字化轉型［24］；加拿大的發布報告中計劃未來5～10 年內要將傳感器、農業機器人、機械化農場網絡等技術納入生產應用［3，23］；2014 年日本啟動“創造計劃”來發展智慧農業［3，23］；英國發展智慧農業并已在農場小規模實現了全程機器人化農業；韓國在2019 年發布未來農業科技戰略，推動智能農村技術的示范推廣，這些技術包括了云計算、信息通信技術、人工智能和5G 技術等［24］；德國致力于智慧農業“數字化”發展，利用其工業制造的優勢，在德國軟件、德國機械制造、德國企業“365FarmNET”等與智慧農業相關的機械技術研發上走在了世界前列［6］。

在我國，近年已出臺關于智慧農業發展的系列文件，如《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》指出要“加強農業與信息技術融合，發展智慧農業”，2016 年發布的《“十三五”國家科技創新規劃》和2018 年發布的《中共中央國務院關于實施鄉村振興戰略的意見》，均指出要促進智慧農業的發展［3］。可見，發展智慧農業已成為我國重要的國家戰略之一。目前，智慧農業在我國已初具規模，部分標準化技術應用也逐漸成熟。部分省份已能對自身農業資源進行全面監測，并將實時數據及時上傳至相關管理部門。但發達國家具備相對先進的智慧農業信息化技術以及設備，在技術理論和硬件設施上比我國更有優勢。發達國家利用先進的衛星技術對自身農業資源進行全面監測，通過衛星網絡的數據傳輸、處理和分析，相關部門以此為依據進行科學規劃，為智慧農業生態環境發展提供了良好的基礎［25-26］。

4 我國發展智慧農業的思考與建議

4.1 我國發展智慧農業存在的問題

（1）專業人才缺乏，技術熟化程度和交叉融合應用不夠。發展智慧農業涉及較多精密儀器，如遙感高光譜設備、智能檢測儀器、數據傳輸系統等，需要專業人員進行儀器操作和管理；同時，對儀器操作及原理較為熟悉的專業人員，可能欠缺一定的農業科技知識，這使得如何將專業技術成功應用到農業活動中變得更加困難。目前我國在這方面的人才隊伍建設不夠，特別在農村更是匱乏，難于適應智慧農業發展的需求。

（2）農村基礎設施落后，信息化水平不足。由于前期資金投入不足和地方政府不夠重視等原因，當前我國農村基礎設施建設普遍滯后，特別是涉及農業機械化和信息化的設備，與發達國家有較大差距。此外，我國農業信息應用和數據分析平臺不夠完善，所采集的信息量仍未能滿足智慧農業生產的需求。

（3）智慧農業科研體系不夠健全。我國雖然重視智慧農業發展，但目前仍處于初級發展階段，智慧農業科研體系尚未完善，“產—學—研—推”銜接有待加強，科研型企業的發展重視程度和自身研究能力不足，僅依靠少數科研機構的合作和成果轉化，難以實現農業技術突破和轉換成智慧農業的生產力。

4.2 我國發展智慧農業的幾點建議

（1）科學規劃，做好頂層設計。我國是農業大國，發展智慧農業是我國社會發展的需要。智慧農業是一場高科技革命，是一個完整復雜的農業系統工程，需要多部門、多領域和多學科的交叉和集成，需要一個長期的成長過程，必須科學謀劃，做好頂層設計。要立足各地農業生產現狀，從政策層面制定智慧農業發展戰略，加大扶持力度，管理部門、科研院所和企業等需形成技術戰略聯盟，實施多學科協作創新，為智慧農業快速發展提供政策和技術保障。

（2）加快推進農業基礎設施建設。加大政府扶持力度，制定相關補貼政策、金融政策等，對智慧農業相關設備和產品等進行資金支持；加快農村信息傳輸基礎設施建設，建立發達的數據通信系統，為農業大數據和農業智能化生產提供基礎設施保障。

（3）加快人才隊伍建設，建立健全技術培訓機制。智慧農業的核心內容之一是信息化和機械化，涉及眾多關于智能化裝備、移動互聯網、物聯網、光譜成像、作物生長模型、云計算、大數據處理等高尖端儀器設備，因此，發展智慧農業需要堅實可靠的技術支持，需要培養一批具專業素養的農業技術人才。同時需建立健全技術培訓機制，除了在高校設置課程進行專業人才培養外，還需在社會上進行職業化培訓，提高專業技能在農業中的交叉融合與實際應用能力，整體提高農民和管理者的農業素養，適應和促進智慧農業的發展。