智慧農業的發展現狀與未來展望

摘要 為了明確國內智慧農業未來發展政策、任務和目標，闡釋了智慧農業內涵和概念等，分析了國內有關戰略行動計劃和布局、國內智慧農業和國際實際差距、發展特征和發展現狀等，并針對國內智慧農業未來發展政策、重點任務和發展目標等提出了相關意見或建議。

關鍵詞 智慧農業；農業數據；農業無人機；智能設備

中圖分類號：F323 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）05–0109-03

Development Status and Future Prospects of Smart Agriculture

Ding Shu-ling et al（Agricultural and Rural Bureau of Qingdao West Coast New Area， Shandong Province， Qingdao， Shandong 266400）

Abstract In order to clarify the future development policies， tasks and objectives of smart agriculture in China， this article uses system engineering to analyze the contents and concepts of smart agriculture， analyze the relevant domestic strategic action plans and layout， and analyze the gap between domestic smart agriculture and international reality， development characteristics and development status， and give policy recommendations for the future development of smart agriculture in China Key tasks， development goals and other relevant opinions or suggestions. Foreign countries occupy the international frontier in the fields of agricultural intelligent equipment， agricultural big data intelligence and agricultural sensors; Guided by the trend of large-scale operation and policies， China has made significant progress in the research and development of a series of smart agricultural technologies， such as agricultural data， agricultural unmanned aerial vehicles， environmental agricultural sensors， intelligent algorithms， agricultural remote sensing technology， and domestic products have begun to replace some products. The core content of the high-quality development of domestic agriculture in the period of 2035 guided by the “14th Five-Year Plan” is to develop smart agriculture. For the problems of insufficient effective supply of domestic smart agricultural technology， low level of agricultural mechanization， imperfect market mechanism and policy system， weak rural infrastructure， and fragmentation of farmland plots， the development of smart agriculture in the future needs joint efforts from many aspects， such as policy experiments， technical research Social test and application demonstration， etc.

Key words Smart agriculture; Agricultural data; Agricultural UAV; Smart devices

隨著新一代農業與信息科學技術的不斷融合和發展，孕育了第三次農業綠色革命，農業開始步入智能化、數字化和網絡化時代[1-2]。基于農業素質革命，農業發生巨大變革，形成以智慧農業為代表的新型農業生產方式，促使農業生產具有聰明和智慧農業，促使經濟發展得到有效促進，使數據要素價值潛能被充分激發，使數字農業農村發展方向有了新的導向。部分研究與證實，智慧農業是以裝備、知識和信息為核心要素的現代農業生產模式，不僅屬于當前農業科技競爭制高點，同時屬于現代農業發展重要導向[3-4]。對于當前部分研究針對智慧農業科學內涵闡釋并不深入、未來國內智慧農業發展政策針對性欠缺、國內外智慧農業前沿科技動態把握不夠全面等問題，通過闡釋智慧農業內涵情況與概念，進一步剖析國內外智慧農業核心關鍵技術具體發展情況，針對未來總體布局給予一定建議，有利于今后國內智慧農業朝正確的方向發展。

1 智慧農業內涵及特征

1.1 內涵

1.1.1 概念 智慧農業是從農業信息化發展至數字化到網絡化再過渡到智能化這一高級階段，按照智慧農業應用場景或實質內容，以知識和信息為主要要素，將智能設備和現代信息技術融合于農業，使農業生產整個流程擁有個性化服務、智能控制、信息感知、精準投入和定量決策。

1.1.2 相關名詞 通過大量研究探討發現，多種與智慧農業十分相似或存在一定聯系名詞術語，包括智能農業、數字農業和精準農業，以上名詞側重點或概念等均存在顯著差異。大部分學者指出，智慧農業主要將重點放置于通過綜合采用智能技術，促使民眾針對農業系統綜合管理水平顯著提高；智能農業則將重點放置于機器，借助多種電子技術或控制技術，促使機器裝備針對農業不同環節智能操作綜合水平顯著提高；數字農業主要將重點放置于全過程數字化、全系統數字化和全要素數字化，從而確保農業科學數字管理化和決策等得以實現；精準農業主要將重點放在空間環境和農業動植物等信息改變情況下開展精細化管理[5]。

1.1.3 以系統工程理解智慧農業 智慧農業屬于農業生產核心表現，具有系統工程特征。第一，智慧農業存在顯著結構功能特征，無論是智慧養殖、智慧種植或智慧加工物流，全部為4項部分構成，包括智能決策、個性服務、信息獲取和精準作業。而方便快捷、高效率、人性化、高效能和高質量是最終目標。第二，智慧農業由多種要素相互依賴和作用所構成，包括硬件、知識、軟件數據和模型。第三，智慧農業存在1+1gt;2特征，即產業鏈單環節智慧管理效果遠低于農業生產全產業鏈智慧化管理，需要實施全鏈條。第四，智慧農業存在一定復雜性，其發展和應用能夠充分體現學科交叉融合特征，并非信息科學技術堆砌或簡單采用，在學理性問題中，不僅要將工程科學、信息科學和農業科學等方式理論和基本原理進行融合，還要優化政策、經濟、環境、技術、社會一系列要素，對于智慧農業最終效果起到決定性作用。

1.2 特征

1.2.1 先進生產力特征 智慧農業屬于先進生產力融合三大生產要素，包括農業生產技術、信息技術和農業智能化裝備。其中智慧農業技術基礎為農業生物技術，而農業裝備智能化水平提升主要依靠信息技術，農業智能化裝備則是替代或輔助人進行操作。融合智慧農業技術不同生產要素，可促使農業勞動生產率顯著提高。農業大數據互聯網等一系列技術可促使農業生產管理行為和決策等得以智能化，農業技能設備和農業傳感器可確保生產工具轉型升級，數字化技術可使人們更加明確農業生產對象與多種要素之間相互關系等。

1.2.2 經濟特征 國內相關研究人員統計指出，2035年前后預估數字經濟規模可達150萬億元，在GDP中占比為55%左右，滿足發達國家擁有水平。新時代，智慧農業可通過信息技術不斷發展，創建農村新興產業和新業態，逐步縮小城鄉數字鴻溝和區域差距，激發農業數字潛能。

2 發展布局

近年來，大部分農業發達國家針對智慧農業發展情況高度重視，積極推進農業區塊鏈、農業傳感器、農業機器人和農業物聯網等一系列智慧農業核心技術創新發展。2015年，日本首次開啟相關項目，信息化技術配合智能化設備屬于主要內容。2018—2022年美國農業部通過規劃戰略，表明農業人工智能和遙感技術的使用至關重要。目前，國際上以美國為代表的大田智慧農業、以荷蘭為代表的智能溫室生產，均取得一定進步，產生了相對成熟的產品和技術，同時形成獨特商業化發展趨勢，可供國內借鑒和運用。

2.1 農業傳感器

傳感器對智慧農業發展起到至關重要作用。近年來，農業傳感器涉及作業傳感器、農產品品質、動植物生命信息傳感器和環境信息傳感器等。隨著農業傳感器新工藝、技術和原理持續突破，由最初簡單物理量傳感轉變為生物信息快速感知，加之納米技術的不斷發展使其呈現出多樣化和微型化趨勢。國外借助激光誘導光譜技術測量重金屬含量，而動植物生命體新陳代謝循環系統中則利用微納米技術研發相關傳感器，其中納米傳感器具有較強分析能力和多功能探測能力，可有效處理并分析復雜數據，提升結果準確度。

2.2 農業數據智能

在國際中機器學習和圖像識別將農業領域非結構化數據和結構化數據轉化成知識，由智能進行決策，徹底或部分替代人工決策。這不僅能夠減少人工誤差，縮短時間，還可提升安全性，讓決策準確性和科學性更高。日本或美國等國家的農業認知計算、知識發現等模型和技術在整個國際領域中均處于領先地位。換言之，在未來大數據背景下人工經驗決策將被知識決策所取代，而簡單時序控制將被智能控制所替代。

2.3 農業智能設備

日本和美國等農業智能裝備在應用方面和研究方面迅速發展，奶牛擠奶、采摘、包裝等農業生產作業環節已達到無人作業或“機器換人”，顯著提高了最終勞動生產效率和利用效率。

3 發展現狀和存在問題

3.1 發展現狀

3.1.1 智慧農業發展的重視 現如今，每年著重強調信息科技助力農業農村現代化內容，2020年相關文獻指出，在農業領域中需強化人工智能、大數據、智慧氣象、物聯網和區塊鏈等應用，同時必須明確并開展數字鄉村試點工程。2021年相關文獻指出，推動城市同步規劃、建設第五代移動通信、農村千兆光網和移動物聯網等。

3.1.2 智慧農業發展和農村信息化 近年來，國內4G村級覆蓋率和互聯網覆蓋率已在98%甚至更高，按照相關報告指出，截至2021年6月，我國網民規模為10.11億，其中農村網民規模為2.97億，農村區域互聯網普及率約為59.2%，相較于2020年顯著提高，并且城鄉互聯網普及率的差異也逐漸縮小。根據農業農村部相關信息統計，2019年我國縣域數字農業農村發展總體水平上升至36%，其中，東部地區、西部地區、中部地區分別為41.3%、31%、36.8%。2019年全國農業生產數字化水平上升至23.8%，水產養殖信息化水平、設施栽培信息化水平、作物種植信息化水平和畜禽養殖信息化水平分別為16.4%、41.0%、17.48%和32.8%。

3.1.3 智慧農業發展和農業規模化經營 據第三次全國農業普查，2016年耕地規模化占比為28.6%，規模化養殖生豬存欄占比為62.9%，家禽規模化存欄占比為73.9%。近年來，龍頭企業數量、家庭農場和農民專業合作社在300萬甚至更多，為智慧農業后期發展提供驅動力和載體。

3.1.4 技術創新 目前，國內智慧農業技術處于進步階段，主要體現在以下6點：第一，植物工廠技術和超大型智能溫室技術均獲取一定進步，能夠滿足自主技術和自主生產，同時農業人工智能和大數據技術方面在大數據挖掘、知識模型決策、知識圖譜和智能算法中被廣泛研究；第二，通過常規環境內農業傳感器實現生產目標；第三，廣泛應用農機北斗導航，市場開始主導自主產權技術產品，完全替代國外產品；第四，農業無人機使用技術在國際領域中處于領先位置，被應用于病蟲害精準防控和農業信息獲取領域；第五，在災害定量化、評審、定級和農情監測方面廣泛運用農業遙感技術；第六，肥水一體化技術精準需要技術、智能灌溉技術和側身精準施肥技術被應用于規模化生產。

3.1.5 全國初步運用智慧農業技術 大田生產領域，如西北、東北等，充分利用農機北斗導航作業、專家決策系統和遙感監測，徹底實現了大田精準作業。設施養殖領域中主要采用疫病防控、行為識別、環境監測和精細喂養，尤其是近年來非洲豬瘟在世界范圍內流行，開始迅速發展高度智能化樓房養豬。與此同時，國內南方智慧水產養殖業開始飛速發展。設施園藝領域方面，目前主要采用環境監測和水肥一體化技術。將信息技術應用于設施食用菌產業，可以有效控制其品質和產量。而農業農村信息服務中，知識圖譜構建和機器學習等可以滿足個性化精準服務需求。

3.2 存在問題

3.2.1 國內耕地細碎化和農田地塊規模小 國外農業規模均數值＞200 hm2，而每位農民所經營面積＜113 hm2。國內農田小地塊，耕地細碎化，經營面積＜3.4 hm2，小農戶＞95%，國內總耕地面積中耕地面積占比＞80%，小地塊和小農戶等使得國內經營主體積極性欠缺、智慧農業技術所投入邊際效益相對偏低。

3.2.2 機械化水平偏低 農機裝備的支持與智慧農業發展存在密切聯系，目前國內廣泛推行并運用全面機械化，2020年國內主要糧食作物耕種收綜合機械化率約為71%。水產養殖機械化、設施園藝綜合機械化、丘陵山區農作物耕種收綜合機械化和畜牧養殖機械化占比分別為30%、32%、49%和35%。但受到機具作業環境復雜、農業產品需求多樣化等一系列因素干擾，與發達國家進行比較，我國農業裝備智能化水平和農業化智能水平等顯著偏低。

3.2.3 基礎設施薄弱 農村寬帶網絡到農戶比例相對較低，在農業園區更少；4G覆蓋率并不穩定，5G基站較少，存在高通信費用，使得農業生產基地信息化產品使用受限；農田氣象、災情、互聯網基礎設施薄弱、缺乏專業團隊，導致農業生產經營主體無法獲取準確信息，同時還需投入高成本。

3.2.4 技術供給不足 雖然智慧農業技術較多，可缺乏技術創新和基礎研究，以及缺乏高端農業智能裝備、算法模型和農業傳感器，無法滿足實現智慧農業的實際需求。相較于發達國家，我國農業核心零部件、機器人關鍵技術和智能控制明顯落后，并且是國內智慧農業當前薄弱環節。而在傳感器方面，國內市場中國內儀器儀表和傳感器超過進口產品，但在可靠性、穩定性和精度方面不及國外，核心感知元器件主要是進口。除此之外，農業生態呈現多樣性，而應用模式和技術也表現為多樣化，在關于研發主體方面通過投入大量資金獲取效益較低，使得企業不愿意主動進行研發或投入。

3.2.5 機制和政策問題 在政策方面，政府投入力度較小，無論是針對生產經營應用主體或是技術研發主體，均未存在優惠支持政策。對于企業而言，存在高稅收、高人力成本。關于高維修費用和應用費用，針對高新技術申請政府補貼流程十分復雜或無暢通信，這些問題均會阻礙國內智慧農業的發展。

4 展望

4.1 未來發展目標

習近平總書記在黑龍江農墾建三江國家農業科技園區考察時指出，“大力推進農業機械化、智能化，給農業現代化插上科技的翅膀”。因此，提升農業產業資源利用率、勞動生產率和土地產出率，重點突破農業智能控制、農業大數據、農業機器人、農業傳感器和人工智能等智慧農業關鍵核心技術和產品，達到技術產品自主化目的。構建智慧農業生產技術體系、智慧供應鏈、智慧農場，實現農業農村信息服務個性化、管理數字化和智能化，讓機器替代人工，知識替代經驗，培育農業信息服務、智能裝備等新產業。

4.2 重點任務

重點研究圖像、電話學、光學、超聲和電磁學等一系列方式作為基礎條件農業傳感新機制，并且研發相關核心零部件，如微弱信號處理、光電轉換和敏感器件，打破國外技術產品壟斷局面，持續研發出高精度農業傳感器；重點研發設施種養殖環境監控、農田巡檢、農情田間調查、冷鏈儲運環境監測和農機作業質量控制低成本智能測控終端，使得技術產品能夠徹底取代國外同類產品；研發智能操控系統、無級變速、負載動力換擋等，同時研制農產品冷庫裝卸機器人、機械除草機器人等；突破農業大數據云服務或虛擬現實等一系列核心技術，深度融合農業和大數據；突破多機協同智能控制或智能決策等核心技術，創建少人化智慧農場或無人化智慧農場；開發質量安全快鏈追溯系統或產品供應鏈需求智能匹配系統，促進農業高質量經濟發展。

4.3 政策建議

強化政府支持，不斷突破原有技術，達到自立自強目的。不斷推廣經驗和模式，制定單獨補貼政策，減免智慧農業作為重點業務企業稅收、數據傳輸通信費用和農村地區互聯網接入費用，強化數據資源共享和標準建設。標準制定產品、數據和市場準入標準，對于國內進入國外企業產品需給予數據接口標準，并創建第三方檢測平臺。與此同時，政府部門需在可控范圍開放農業數據，構建共享機制。

參考文獻

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責任編輯：黃艷飛