擁抱5G數字農業發展進入快車道

人類經歷了農業革命、工業革命，正在經歷信息革命。新一輪科技革命和產業變革席卷全球，數據價值化加速推進，數字技術和實體經濟集成融合，產業數字化應用潛能迸發釋放，新模式新業態全面變革，全面進入了數字經濟時代。數字產業化即信息通信產業，是數字經濟發展的先導產業，為數字經濟發展提供技術、產品、服務和解決方案等。數字產業化包括但不限于5G、集成電路、軟件、人工智能、大數據、云計算、區塊鏈等技術、產品及服務。黨的十八大以來，黨中央、國務院高度重視數字農業農村建設，做出實施大數據戰略和數字鄉村戰略、大力推進“互聯網＋”現代農業等一系列重大部署安排，為數字農業的高質量發展持續賦能，基于5G、人工智能、云計算、大數據和物聯網等技術能力，以5G應用惠及農業各個環節，提升農業產業“要素＋能力”的競爭力，以產業興旺助推鄉村振興。

數字農業飛速發展

數字農業是集農業科學、地球科學、環境科學、信息技術、自動化技術、計算機技術、數字通訊和網絡技術等眾多科學技術于一體的高新技術系統，也是一種現代農業發展模式，它通過對農業產前、產中、產后過程進行數字化設計、可視化表達和智能化控制，形成精準選種、精準播種、精準施肥、精準灌溉、分級收儲、動態監控、適時調節的“鏈條”，以獲取最佳的投入產出比，對于實現農業的可持續發展有著十分重要的意義。傳統農業向數字農業的升級取決于由人到數據的關鍵決策因素轉換，近年來，在多項利好政策及技術支撐下，數字農業取得了快速發展。

試點項目建設

當前，數字農業正呈現出巨大的發展潛力和廣闊的應用前景。農業農村部2017年出臺了《數字農業建設試點總體方案（2017—2020年）》，從2017年起連續3年印發了申報數字農業建設試點項目的通知，積極開展數字農業建設試點項目，具體試點情況如表1。相比2017年，2018年試點項目數增加17個，總投資增加了37.34%，國撥資金增加了107.36%，可以看出國家財政用于扶持數字農業引領工程的投資是增加的，而且增幅較大，同時地方配套資金支持力度也在加大。從農業農村部2019年數字農業建設試點項目申報指南來看，2019年對數字農業建設試點項目進行了政策調整，重點開展數字農業試點縣、重要農產品全產業鏈大數據試點和數字農業創新中心試點等項目。整體上看，數字農業建設試點項目不再局限于針對特定產業開展精準作業、精準控制建設，而是更加注重示范帶動農業農村整體數字化轉型，提升農業生產經營和管理服務數字化水平，推動重要領域和關鍵環節數據資源建設，提高數字農業創新能力，增強數字技術研發推廣應用能力[1]。各級地方政府也在逐步加大數字農業支持力度，以浙江省為例，為加快推進數字技術應用、智慧農業發展，浙江省農業農村廳在2019年確定的72個數字農業工廠試點示范基礎上，開展第2批數字農業工廠創建工作，爭取到2020年底，累計至少完成100個數字農業工廠試點示范，主要從數字植物（育種）工廠、數字牧場、數字漁場等三類開展。

企業布局

農業數字化轉型是農業綠色可持續發展的必然要求，未來5年是數字農業發展的窗口期和機遇期，多家企業全面布局、多方合作，不斷推進數字農業建設。以阿里巴巴為例，2019年10月，阿里巴巴成立數字農業事業部，在數字化生產、物流、營銷、金融等方面全面發力，盒馬村、淘寶直播成為數字農業的新業態，盒馬村作為阿里數字農業基地的典型代表，在2020年疫情期間，盒馬村農產品無一滯銷；與先正達集團中國MAP與數字農業事業部展開合作，計劃未來3年內，圍繞大米、蘋果、草莓等品類，在全國共建10～15個數字農業基地；與農業農村部戰略合作，共推數字農業；與山東淄博戰略合作，建立盒馬市，全國五大產地倉落地淄博。“產地倉＋銷地倉”模式構成阿里巴巴全國農產品數字化流通網絡的骨架，其在廣西南寧建設的產地倉，以分揀水果為例，熟練工一天最多能分揀出450 kg水果，而分揀線1 h就能將7 t水果“分門別類”，效率是前者的124倍；此外，從農產品轉變成商品，數字化和自動化的產地倉完成分選、品控、裝箱、打單等諸多流程只需2 min，極大提升了工作效能。

在相關政策引導和扶持下，我國數字農業建設工作快速推進，試點項目不斷建成與示范，重要領域和關鍵環節數據資源建設逐步完善，城鄉鴻溝加快彌合。在面對諸多機遇的同時，也應認識到數字農業發展基礎薄弱、數據資源分散、創新能力不足等問題與挑戰，必須順應時代發展、把握發展機遇，加快傳感器、智能決策系統等關鍵共性技術攻關，強化5G、區塊鏈等戰略性前沿性技術超前布局，從而推動數字農業高質量發展。

表1 農業農村部數字農業建設試點項目概況

5G時代已開啟

當前，全球正加速邁向數字經濟時代，5G（5th generation），即第五代移動通信技術，作為“新基建”領域的關鍵網絡支撐，已經成為引領融合創新、激發新型信息消費的新動力，成為促進產業升級、驅動經濟持續增長的新引擎。《中國制造2025規劃綱要》中明確提出，要全面突破第五代移動通信（5G）技術；《網絡強國建設三年行動計劃》指出，以網絡強國戰略為基礎，聚焦數字經濟發展“硬件”升級，主要圍繞城市和農村寬帶提速、5G網絡部署、下一代互聯網部署等領域，加大網絡基礎設施建設。5G是一場由海量數據引發的從量變到質變的數據革命，是一場由技術創新去推動社會進步的革命。未來，5G與云計算、大數據、人工智能、虛擬增強現實等技術的深度融合，將連接人和萬物，成為各行各業數字化轉型的關鍵基礎設施。

受政策、經濟、社會及技術等多重共振，“5G”成為近年來最熱話題，尤其2019年被譽為“5G元年”，目前我國平均每周新開通5G基站數超過1.5萬個，截至2020年6月底，三大運營商在全國范圍內已建設開通的5G基站數超過40萬個；根據全球移動供應商協會（GSA）統計，截至2019年底，來自全球119個國家或地區的348家電信運營商已經開展了5G投資，其中，61家電信運營商已經推出5G商用服務。

5G特點及優勢

5G網絡基礎架構與4G網絡相同，包括接入網、核心網和上層應用。為滿足5G移動互聯和萬物互聯的多樣化業務需求，5G在核心網和接入網均采用了很多不同于4G的新關鍵技術，實現了技術應用創新和網絡架構變革，主要關鍵技術有網絡功能虛擬化（NFV）、軟件定義網絡（SDN）、云計算、面向垂直行業的網絡切片、邊緣計算（MEC）、網絡能力開放等[2]。關鍵技術的開發應用使得5G相較前幾代通信技術在諸多方面優勢明顯。

◎ 傳輸速率快

與4G相比，5G信息傳輸速度快，如4G時代，網速為63 M/s，最快的家庭寬帶網速也只有189 M/s，而5G時代的網速則高達10 000 M/s，傳輸速度對比高下立見，可以顯著滿足用戶的信息傳輸需求。此外，針對部分用戶的特殊需求，還可以進一步提升信息傳輸速率。

◎ 實現大規模設備連接

5G支持多設備連接，實現同頻全雙工，即5G網絡環境下，每平方千米可以支持100萬臺設備同時上網，這有效地解決了在人口密集的地方信號差、網速慢等問題[3]，網絡運行的穩定性、高效性將會得到有效增強。

◎ 節省能源

隨著各類能源業務的快速增長，電網設備、電力終端、用電客戶迫切需要通過最新的通信技術及系統支撐，滿足爆發式增長的通信需求。5G技術將支持能源領域基礎設施的智能化，并支持雙向能源分配和新的商業模式，以提高有限的能源資源的使用效率。可再生能源、電動汽車、電網通信、智能電網等領域將成為5G在能源行業的重點應用場景。

5G時代，應用移動通信技術從1G、2G、3G、4G的迭代過程中裂變出越來越多的應用場景。相較于1G語音時代、2G文本時代、3G圖片時代直至近期的4G視頻時代，5G的應用場景將得到跨越式的發展。不僅在移動通信領域將實現Gb/s跨越，提供3D、超高清視頻、AR/VR、云辦公等浸入式交互方式的再升級，還將催生出更多全新的應用場景，如超高可靠低時延通信場景將使得移動醫療、自動駕駛、工業4.0、智慧農業等應用變為現實，而大規模機器類通信場景將廣泛服務于智慧城市、智慧家居等。

5G網絡能力對行業的影響

5 G具有三大網絡能力：增強型移動寬帶（eMBB，簡稱大寬帶）、海量機器類通信（mMTC，簡稱大連接）及低時延高可靠通信（uRLLC，簡稱低時延）[4]。當前，5G應用首先從大寬帶場景開始，逐漸向大連接和低時延類滲透。在國內外市場，5G相關應用已開始出現在部分行業，包括政務與公用事業、工業、農業、文體娛樂、醫療、交通運輸、金融、旅游、教育和電力10大行業35個細分應用領域。10大行業對5G網絡能力的依賴程度如表1所示。可以看出，5G應用對政府與公用事業影響最大，在農業行業，5G的低時延能力影響最大，大寬帶和大連接能力也會產生高度影響，整體對農業的發展有積極推動作用。

表1 十大行業應用對5G網絡能力的依賴程度

5G在數字農業中的應用

5G在農業行業主要應用于智慧農場、智慧林場、智慧畜牧、智慧漁業4個細分領域（表2）。目標與環境識別（農場的農作物監測，林場的森林資源、病蟲害監測等）和信息采集與服務（農業生產管理、水質監測）是5G在農業中的主要應用方面。5G推動農業的機械化、信息化和智慧化的跨越式融合發展。通過5G網絡、云計算、邊緣計算、物聯網、大數據和人工智能等關鍵技術，與傳統農產品市場需求、農業生產過程和農機設備控制相結合，實現農業生產過程監測、農業生產安全監控、農產品疫情病蟲害監測、農業生產自動化作業等農業生產環節的自動化、信息化和智慧化水平的提升。

對于數字農業如何與5G這種高效率的網絡相結合并應用其中，下面將針對5G通信在智慧農場建設、智能裝備開發及基礎設施構建等方面的應用進行一些分享。

5G智慧農場

5G在智慧農場中的融合應用將推動種植業實現種植技術智能化、農業管理智能化、種植過程公開化及勞力管理智能化。以淄博臨淄區禾豐5G智慧農場為例，山東理工大學利用5G網絡、人工智能圖像識別、衛星遙感、大數據等技術，驅動各類無人駕駛農機裝備，實現自動化作業，包括航空植保無人機、無人駕駛高地隙植保機、旋耕機、玉米播種機、無人噴灌系統等，實現安全可靠、環保節能的農場作業，打造了全國首個示范性生態無人農場。上海領新農業利用5G網絡、邊緣云和物聯網平臺，以及自動化農業監控設備和無人機，對農業生產進行實時監控，實現快速檢測農作物疾病、害蟲、雜草、農田水質、土壤，為農作物提供細粒度的營養、通風和供水，提高生產率。在浙江烏鎮國際互聯農業博覽園的5G智慧農場里，遮陽系統、新風系統、降溫系統、施肥澆灌系統、數據采集系統、補光系統等均已實現了5G控制，僅1個智能化玻璃溫室便可年產番茄6萬kg，比過去至少提升了200%，園區還在探索5G自動采摘、5G無人機遙感平臺等新型5G技術應用，推動5G智慧農業進一步開花結果。

表2 農業與5G共性業務

5G智能裝備

國內，5G的使用已經開始普及，5G的用處不僅僅用于手機，在人工智能和無人駕駛方面，5G技術也起著至關重要的作用。國家農機裝備創新中心聯合清華大學天津高端裝備研究院與河南洛陽先進制造產業研發基地制造出了全球第一臺5G＋氫燃料拖拉機ET504-H[5]，5G帶來的超高運算速度，造就了這臺拖拉機準確的操控感和執行力，在不同的場景會切換不同的模式，大大提高了農耕的工作效率。“ET504-H”的順利發布是在傳統農機產業的一次大膽創新，也是5G移動通信技術和氫能源技術在我國農機領域應用的探索開發。以氫燃料電堆和動力電池為動力源，具有無人駕駛和5G網聯功能，是對新一代綠色智能農機裝備的創新探索，對推動我國農機裝備轉型升級，促進數字農業發展具有重要意義。

在重慶，首個基于5G網絡的無人機已投入使用，作業效率達到20.00～26.67 hm2/d，是人工作業的20倍。無人機的飛行軌跡、態勢數據，通過5G網絡能實時回傳至中國移動5G網聯無人機管理運營平臺，飛行狀態可被實時監控。通過無人機和衛星遙感技術采集的農業信息，平臺能夠智能動態分析監測區域的作物情況，對作物的實時苗情、環境動態和分布狀況等進行宏觀估測，并輸出科學報告。農戶們可根據報告清楚掌握農作物的長勢情況及土壤水分情況，針對出現的問題進行生產管理，確保農事活動更加科學高效[6]。

5G基礎設施

5G是智能化時代的基礎設施，其“極高速率、極大容量、極低時延”的特征，可為滿足未來智慧農業發展需求提供基礎支撐。但要實現虛擬現實、智能制造、無人駕駛等應用，5G技術還有限制，解決問題需要新的基礎設施，這就是北斗全球導航衛星系統。2020年，隨著2顆地球靜止軌道北斗三號衛星在太空部署，北斗三號全球導航系統衛星組網全面完成。基于北斗的農機作業監管平臺，已實現農機遠程管理與精準作業，服務農機設備超過5萬臺，精細農業產量提高5%，農機油耗節約10%。北斗本身是國家重要的時空基礎設施，提供高精度的位置和時間信息，5G和北斗具有融網絡、融科技、融技術、融終端、融應用的天然優勢。同時，北斗可以構建高精度、高可靠、高安全的新一代信息時空技術體系，物聯網、云計算、大數據、人工智能、區塊鏈等技術都離不開北斗，也離不開5G。北斗與5G相互賦能、彼此增強，可以產生感知、學習、認知、決策、調控五大能力，讓廣域或全球性分布的物理設備，能在感知的基礎上具有計算、通信、遠程協同、精準控制和自治等功能[7]。

5G在數字農業中的應用限制

從目前來看，5G市場需求巨大，整個產業鏈將受到強力拉動。預計到2030年，5G的直接和間接經濟產出將達16.9萬億元，增加直接和間接就業機會1 950萬個。但5G與農業的融合發展還存在限制因素。目前我國農業生產模式普遍為以家庭為單位的小型耕種模式，受經濟條件及農耕思維模式限制，對數字農業技術和軟硬件的接受程度普遍偏低，尤其是5G類前沿技術。此外，5G相比2G、3G、4G時代，對基站、網絡控制設備需求數量大幅增加，5G基站在市區預計平均300 m需要部署一個，4G基站大致1 km左右部署一個，若運營商提供相同的信號覆蓋度，所需的基站數量將是4G的2～3倍，并且現有基站配套設施預計96%需進行改造，復用率低于4%。大范圍應用5G技術不僅網絡基建成本提高，電力與運維成本比4G也高得多。

應對新5G基礎設施建設及推廣中遇到的困難，可從以下方面入手：做好5G網絡覆蓋規劃，明確各5G站址覆蓋范圍目標，爭取加大新建5G站址的共享率，實現降低各方的建網成本；充分利用各類豐富的社會資源，不但可以多拓展如路燈桿、廣告牌、電力塔等社會塔，而且可以加強和政府相關部門之間的溝通，爭取更多政府公共物業及公共綠地的免費開放使用，增大站址資源池的容量[8]；同時要加強對5G技術的宣傳，讓人們不再“懼怕”基站，依托政府主管部門、環保監管部門及網絡媒體，正確、開放地進行科學宣傳，引導先進農業領域、環節優先使用5G技術；盡快制定出臺5G農業應用補貼和優惠政策，鼓勵社會資本、運營商、互聯網企業等共同參與，因地制宜打造智慧農業示范區、試驗區，全面提升農業領域的高新科技應用程度。

展望

數據顯示，相較2000年，我國農業人口已下降了約25%，如今55歲以上的農業人口已超34%，中國正處在農村缺乏勞動力的前夜。應對勞動力缺乏挑戰，數字農業及未來無人化農業是一個重要解決方案，同時也將迎來巨大發展空間。2020年是脫貧攻堅的決戰決勝之年，是銜接鄉村振興戰略的關鍵之年，同時也是5G等“新基建”促進中國經濟轉型升級的元年。5G在農業產業互聯網上的應用，能夠極大促進農村尤其是貧困地區產業發展升級，帶動就業增收。作為數字農業的關鍵技術之一，5G帶來的高速互聯能夠讓農業物聯網、農產品追溯系統、智能決策系統等智能化農業進一步提高數據傳輸分析的實時度及精確度，同時讓農業豐富的數據類型和應用場景不斷進行深度融合，使數字農業各環節實現提速與升級，成本更低、效率更高。無論對可持續脫貧還是實現農業的升級發展，5G賦能“數字農業”的意義和前景都非比尋常。