新農科背景下智慧農業研究熱點分析

孫培帥 房施峰 張順 岳訓

摘要 ? ?新一輪科技（大數據、物聯網等）對傳統農科研究對象的內涵和外延帶來了沖擊和變化。為探究新農科背景下智慧農業的研究現狀和研究熱點，并預測其未來研究方向，本文首先總結了智慧農業研究涉及的基礎理論、核心技術和應用領域，然后在中國知網（CNKI）期刊數據庫以“大數據”和“智慧農業”主題詞檢索，篩選出191篇文獻，利用CiteSpace軟件對以上文獻進行可視化分析。結果表明，2013—2019年該領域每年發文數量穩步增長;研究熱點主要集中于“大數據”“物聯網”“農業大數據”和“農業信息化”等;“農業大數據”“農業物聯網”和“農業電子商務”未來將成為智慧農業領域研究的前沿。

關鍵詞 ? ?新農科;智慧農業;知識圖譜;CitesSpace;可視化分析

中圖分類號 ? ?F304.1 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）20-0218-05 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

2020年中央發布的“一號文件”《中共中央國務院關于抓好“三農”領域重點工作確保如期實現全面小康的意見》中明確指出，隨著數字化信息技術之間（大數據、人工智能、區塊鏈、物聯網、第五代移動通信網絡和智慧氣象、云計算和人工智能等領域）的深度融合和應用，現代農業將以全新的方式推動傳統農業的轉型與升級[1]。新農科背景下的智慧農業將在現有的資源基礎上建造農業農村大數據中心，加快新一代信息技術為農業服務的步伐。智慧農業是智慧經濟形態在農業中的具體表現，主要集中在以下3個領域。

基礎理論研究。智慧農業的概念于2014年提出，其發展時間并不長，但國內學者已經發表了相關文獻。例如，智慧農業技術推動農業創新發展、引領農業新未來，智慧農業給農機行業帶來的機遇與挑戰[2]，我國“智慧農業”研究態勢與發展展望[3]。

核心技術研究。智慧農業主要涉及大數據、互聯網、人工智能、物聯網、云計算和5G等核心技術。國內一些學者已經在這方面做了相關研究，如鄧 ?湘等[4]的基于“互聯網+”智慧農業大數據管理一體化平臺研究;田福忠等[5]對物聯網和人工智能技術在智慧農業中應用的研究;靳建紅[6]對5G區塊鏈大數據在智慧農業中的應用展望。

應用領域研究。智慧農業將現代信息技術運用于農業生產環境的監控和管理，節省了農民的勞動成本，提高了農民收入。利用物聯網、區塊鏈等技術建立農產品溯源系統，嚴格管控農產品生產、加工、流通、使用等各個環節，保證食品安全。“一號文件”明確提出了2020年我國農業建設要將大數據作為基礎，使現代信息技術為農業服務，為我國農業的未來發展指明新方向，促進傳統農業向現代化農業和智慧農業轉變，提高農業生產力。本文將探析新農科背景下的智慧農業研究 “熱點”，對獲取到的文獻進行可視化分析，并以科學知識圖譜的形式呈現，展示以大數據為驅動的智慧農業的學科結構、研究前沿以及發展動態，以期在新農科背景下為多學科交叉融合和我國智慧農業未來建設提供參考。

1 ? ?數據來源與研究方法

1.1 ? ?數據來源

本文數據以中國知網（CNKI）期刊數據庫為數據來源，以檢索主題詞“大數據”和“智慧農業”進行檢索，去掉會議、報紙、雜志等非學術研究文獻，共得到191篇學術文獻。

1.2 ? ?研究方法

由美國陳超美教授研發的CiteSpace可視化分析分軟件，可通過數據挖掘、信息分析等處理來生成知識圖譜，知識圖譜能通過可視化的方式展現某一學科的結構或某一領域的知識[7]。本文基于CiteSpace軟件，將獲取的文獻作為研究對象，以可視化的手段展現在當前新農科背景下國內學者對智慧農業的研究熱點和前沿。

2 ? ?分析結果

2.1 ? ?發文量分析

從新農科背景下智慧農業發文量分布來看，總體呈現先增加后下降的趨勢。智慧農業研究始于2013年，大致可分為3個階段：2013—2014年、2014—2019年、2019年至今。其中，2013—2014年是萌芽階段，發文量比較少;之后2014—2019年發文數量逐年增加;但在2019年前后發文量出現了快速下降，這可能是受到新冠肺炎疫情的影響，一些學者難以開展自己的學術研究，導致發表的論文數量下降，疫情過后可能會出現急劇上升。

2.2 ? ?主要發文機構分析

由圖1可知，N=126，E=47，即圖中有126個節點，47條連線。每個圓形節點代表1個研究機構，其大小表示該研究機構產出文獻的多少，節點越大，產出的文獻就越多。根據統計結果，發文量最高的是中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所，中國農業大學信息與電氣工程學院次之，接下來是吉林農業大學信息技術學院、華東交通大學軟件學院等。

連線代表不同機構之間的合作，從圖中可以看出機構比較分散，機構間的連線比較少，這也意味著該領域不同機構之間的合作比較少?？傮w來看，新農科背景下智慧農業領域的文獻大多出自高校和有明確研究方向與任務的科研機構。然而，新農科建設對以往的高?？萍紕撔聢F隊產生了沖擊。眾所周知，高?？萍紕撔聢F隊學術生態系統，是高校不同學科背景的科研團隊通過多學科、跨高校的合作進行知識創造等協同合作的集合體。新農科背景下，對高校科技創新團隊提出了更高的要求。傳統單一學科的創新團隊往往基于共同或相似的科研目標，擁有相同的學科背景，共享特定知識資源，并形成相對穩定的內部合作網絡;新農科特色引導的高校科技創新團隊打破了原有傳統的單一學科的合作方式，突破了單一學科群知識個體或學科群知識種群的知識局限性，是多個學科之間打破壁壘、各自運用擅長的研究領域有機融合形成了一個具有競爭力的綜合性團隊。從系統思維的角度，外部環境和內部機制聯合驅動和作用下的高?？萍紕撔聢F隊是一個具有整體性、開放性、層次結構性、動態演化性等特征的學術生態復雜系統。

2.3 ? ?主要作者分析

作者發文數量的多少在一定程度上可以反映該學者在某一領域的科研能力，也間接反映了該領域的研究成熟度[8]。由表1和圖2、3可以看出，鄭飛翔、杜克明和孫忠富發文量最多，他們是合作作者，共發表了4篇文章;褚金翔次之，褚金翔和鄭飛翔、杜克明、孫忠富也是合作作者，共發表了3篇文章;馬浚誠、趙春江、趙俊仙、朱禮好、張璇、孫志剛和劉亞林分別發表了2篇文章?？傆嫲l文2篇以上的學者共有11位，從發文數量來看，我國在大數據背景下智慧農業研究的學者數量較少，學術力量不強，該領域還需要更多學術型人才的加入，使該領域不斷發展壯大。

2.4 ? ?研究熱點

關鍵詞是對文獻整體內容的高度概括，通過對關鍵詞的分析有助于我們了解該領域的研究熱點與發展趨勢[9]。通過分析關鍵詞出現的頻次，大致可以得出新農科背景下智慧農業的研究熱點。根據圖2和表2可知，詞頻大于11且中心度>0.1的關鍵詞有“智慧農業”“大數據”“物聯網”“農業大數據”“農業信息化”。這些關鍵詞的詞頻和中心度都比較高，反映出這些關鍵詞在共現網絡圖譜中與其他節點之間的聯系比較緊密，其他研究熱點還有“云計算”“人工智能”和“農業物聯網”。雖然這些關鍵詞的中心性比較低，但他們仍然是新農科背景下智慧農業領域研究的熱點[9-10]。新農業背景下智慧農業研究領域的研究熱點主要包括以下幾個方面。

2.4.1 ? ?智慧農業。“智慧農業”的詞頻最高為145，中心度0.58。智慧農業是一種以智能化的手段發展農業的新形式，是現代農業的發展趨勢。其以農業大數據為信息支撐，結合其他信息信息技術（互聯網 、物聯網、5G、云計算等）智能化地解決農業產業鏈中的一些問題，擺脫了自古以來農業對勞動力的依賴，是一種前所未有的農業生產模式[11]。

2.4.2 ? ?大數據。大數據是一個以數據流轉快、類型多、價值密度低為特點的大規模數據集，其在獲取、存儲 、管理、分析等方面表現出了超強的能力。在當下數據爆炸的時代，在社會、生活、生產等各個方面都產生了大量的數據 。對大數據進行收集、分析和處理，獲取大數據中有價值的信息，是快速推動社會發展的有效途徑。大數據能夠幫助領導決策層調整市場運作風險，獲取最大利益。大數據結合物聯網、互聯網等技術，實現物與人、物與物、物與互聯網的連接。大數據還在醫療和教育領域、能源領域、制造業領域、金融領域、文化傳媒領域有著極其廣泛的應用[12]。在農業生產中，大數據也為現代農業發展提供了強大推動力。

2.4.3 ? ?物聯網。“物聯網”的詞頻為31，排在第3位，中心度為0.16。物聯網是一個萬物互聯的網絡，把需要實時監控、連接、互動的所有物品或過程通過信息傳感設備接入互聯網，采集各種需要的實時信息（光、溫度、濕度、位置等），智能化地感知和管理所有物品和過程。物聯網是一個信息承載體，其基于互聯網、傳統電信網等，能夠獨立尋址的物理對象被連接起來進而構成了一個互聯互通的網絡[13]。

2.4.4 ? ?農業大數據?！稗r業大數據”的詞頻為26，排在第4位，中心度為0.29。農業大數據是我們了解農作物種植管理過程和農產品生產、加工、流通、使用全產業鏈的一種新模式，它不僅具備大數據的所有特征，而且也有其自身獨特性特征，如復雜性、實時性和分散性等[14]。從農作物種植到農產品使用這一過程產生了大量數據，如資源大數據、農業生產管理大數據、農戶生產經驗或科研大數據、農產品加工流通大數據、農產品售后服務大數據和農業全產業鏈大數據等，合理利用這些農業大數據不僅有利于政府對農業進行宏觀調控和科學決策，而且可為現代農業未來發展提供參考依據，有助于我國農業產業結構的優化和升級。在國家推動鄉村振興戰略背景下，農業大數據技術顯然已經成為推動智慧農業發展不可或缺的技術[15]。

2.4.5 ? ?農業信息化。“農業信息化”的詞頻為11，排在第5位，中心度為0.13。農業信息化是培育和發展以計算機智能化工具為代表的新型生產力，是將新一代計算機技術應用于農業領域的過程;農業信息化是農業整個過程的信息化，將不斷發展、完善的現代信息技術應用在農業領域 ，并滲透到農業生產、農產品加工、農產品消費等各流程，這對提高農業生產效率和農業生產力有著極大的促進作用，推動農業向持續、穩定、高效的方向發展[16]。農業信息技術涉及面非常廣，但就其前沿發展方向而言，主要包括5項關鍵技術，即先進的農業傳感器技術、精細操作技術和智能設備、農業智能機器人技術、農業物聯網技術和設備以及農業信息服務技術[17]。

2.4.6 ? ?農業物聯網。農業物聯網是傳統農業與物聯網技術相融合的產物。它是農業生產、經營、管理和服務中的具體應用。它是將各種傳感器、射頻識別（RFID）、視覺采集終端等傳感設備應用于田間種植、設施園藝、畜禽養殖、水產養殖、農產品物流等領域的現場信息采集。通過各種先進儀器對土地的實時數據進行精確調控，充分發揮儀器儀表對參數變量的自動控制，并將產生的數據引入物聯網。通過物聯網對這些數據進行科學的分析，最終得出合理的解決策略，從而通過智能操作終端達到農業豐收目的，還可以對某些作物生長周期進行細微的調整，有效提高了農業的整體發展效益[18-19]。物聯網技術是農業領域的關鍵應用技術，受到國內外學者的強烈聚焦。

2.4.7 ? ?云計算。云計算將互聯網技術作為依托，以虛擬的形式實現資源共享，其本質是將互聯網技術當作一種統一運作的信息資源來滿足農民在農業生產中各種的需求[20]。云計算技術在現代農業發展中發揮著不可替代的作用，它憑借較大的存儲量、高水平的數據管理和信息處理能力，加強了互聯網應用能力。當前廣泛應用的信息技術為農業生產領域帶來了巨大收益，云計算技術將是提高農業信息化水平的關鍵技術之一[21]。

2.4.8 ? ?人工智能。人工智能是一種結合當代自然、社會、計算機技術等科學的先進技術，可以高度模仿人的各項思維方式進行思考，具有較強的綜合性。人工智能技術可以在機械設備、生活服務中廣泛應用，其更多的用處是在計算機網絡技術下運行人類智能行為與思維模式。人工智能在工作上可以實現信息與資源的交換，人工智能在網絡上是相互連接的，利于網絡環境管理、成本投入以及效率提升。人工智能的特點如下：可以有效監測網絡技術的運行，具有管理科學性，具備強大的學習能力，擁有大數據模糊信息化處理能力，節約人工成本[22-23]。

2.5 ? ?研究前沿趨勢分析

突現關鍵詞反映了某一時間段的研究熱點，并反映該領域的研究傾向變化，推測研究前沿與未來的發展趨勢[23-24]。由圖4可知，關鍵詞互聯網+和“互聯網+”的突現強度加起來是突現最高的關鍵詞，說明互聯網+是新農科背景下智慧農業領域的重要研究領域之一，也是未來學術界聚焦研究的熱點與前沿。圖5表明，我國一直致力于推動農業發展，農業已經成為我國工作重點，尤其近年來新興的計算機技術開始運用于農業，現代化農業逐漸崛起，“農業大數據”“農業物聯網”和“農業電子商務”也將是農業領域研究的前沿和熱點。從圖4可以看出，農業物聯網到現在仍然是研究熱點，隨著5G技術日漸走向成熟，農業物聯網、云計算和農業大數據必將為智慧農業的發展產生強大助力。

3 ? ?結語

從新農科背景下智慧農業領域發文量來看，2013

—2019年是上升階段，2019年前后估計是受到新冠疫情的影響，發文量有所下降，疫情過后該領域發文量下降的曲線應該會出現轉折點。對主要發文機構和發文作者分析表明，新農科背景下我國智慧農業領域研究機構之間、高校之間和學者之間的合作較少，核心作者發表的文獻數量也不多，該領域還需要大量學術型人才的加入，加強彼此間的交流與合作，進而以大數據為基礎，推動我國現代農業發展。同時，新農科背景下智慧農業的發展給科研院所或高?？萍紕撔聢F隊也帶來了機遇和挑戰，只有科技創新團隊積極進行學科團隊內部多學科的交叉融合、科研團隊間的協同合作、平衡優化以及沖突管理的深入探索，才能在新農科背景下打破學科之間的壁壘，形成跨學科、跨產業、具有“垂直”層次生態鏈的綜合性團隊[25]。

關鍵詞共現的可視化分析表明，物聯網、農業大數據、農業信息化、農業物聯網、云計算和人工智能等是新農科背景下智慧農業建設的核心。智慧農業是基于現代化信息技術（農業大數據、農業物聯網、云計算和人工智能等）建立起來的虛擬世界與現實世界相結合的產物，只有不斷完善這些基礎信息設施的建設，才能更好地發揮智慧農業的優勢。關鍵詞突變詞分析表明新農科背景下智慧領域農業物聯網和“互聯網+”正是當下研究的前沿，農業大數據、農業電子商務、云計算和農業信息化也是該領域學者研究的焦點問題。

4 ? ?參考文獻

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