國內智慧農業研究熱點分析

摘" 要：該文采用文獻計量分析方法和知識圖譜，對國內智慧農業研究相關文獻進行梳理分析。結果顯示，自2010年國內相關文獻量持續快速增長，主要的研究機構分布于北京、廣東、山東和江蘇等省份，研究熱點相對集中于物聯網、大數據、人工智能和機器人等研究領域，智慧農業系統完善、農業基礎設施建設、復合型農業人才培養是該領域亟待解決的問題。對這些研究熱點進一步探討，為了解國內該領域研究進展、發展趨勢提供參考。

關鍵詞：智慧農業；人工智能；農業大數據；物聯網；農業

中圖分類號：DF413.1" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2024）17-0030-04

Abstract： This paper uses bibliometric analysis method and knowledge graph to sort out and analyze domestic literatures related to intelligent agriculture research， the results show that since 2010， the amount of relevant literatures in China has continued to grow rapidly. The main research institutions are distributed in Beijing， Guangdong， Shandong， Jiangsu and other provinces， and the research hotspots are relatively concentrated in the research fields of Internet of Things， big data， artificial intelligence， robots and so on. The improvement of intelligent agricultural system， the construction of agricultural infrastructure and the training of compound agricultural talents are urgent problems in this field. Further discussion on these research hotspots will provide reference for understanding the research progress and development trend in this field in China.

Keywords： intelligent agriculture; artificial intelligence; agricultural big data; Internet of Things; agriculture

我國中央一號文件曾多次提及“智慧農業”，2017年提出實施智慧農業工程，推進農業物聯網試驗示范和農業裝備智能化，2018年要求促進信息技術與農機農藝融合應用，2024年建議持續實施數字鄉村發展行動，發展智慧農業，縮小城鄉“數字鴻溝”。智慧農業依托于現代技術，對農業生產進行的深度改造，包括智能化技術的推廣應用以及農業生產要素的改進等，是傳統勞動密集型農業生產向技術密集型農業生產的轉變[1]。智慧農業的研究與實踐，對于推動我國農業產業轉型升級、鄉村振興發展的作用意義重大。

有國內學者對2017—2020年全球智慧農業相關文獻進行了統計分析，僅從文獻量來看我國和美國是全球智慧農業研究主要文獻產出國，另有學者對2019年前的全球智慧農業領域專利進行了統計分析，專利數量顯示我國是智慧農業相關專利的主要技術來源國[2-3]。智慧農業研究領域技術更新發展迅速，本文將中國知網收錄的（截至2024年7月）該領域北大核心、CSSCI、CSCD等核心期刊論文作為分析對象，利用文獻計量方法和知識圖譜進行文獻梳理和研究熱點分析，為國內智慧農業相關研究提供參考。

1" 文獻數據采集與分析

利用中國知網CNKI期刊全文數據庫檢索智慧農業研究領域相關文獻，并獲取了相關文獻數據，為獲取高質量學術研究成果，將期刊全部限定為北大核心、CSSCI和CSCD，檢索日期是2024年7月14日。通過主題檢索途徑進行檢索，為提高文獻檢索查全率，檢索式設定為SU=智慧農業or農業大數據or（（人工智能or大數據）and農業），剔除書訊、行業報道、新聞公告等內容后，檢索獲得2 213條期刊論文數據。利用SATI4.0網絡版對全部文獻數據進行去重處理，去重后的文獻共計1 926篇。發文趨勢結果顯示，2010年至2023年相關研究文獻量呈持續快速增長的態勢，增長了近10倍，且2021年起連續3年均保持在200篇以上，相關領域的研究緊跟技術發展的速度，研究人員從多個角度對智慧農業展開了研究探討。

從發文機構的統計結果來看，國內形成了分別以中國農業大學、國家農業信息化工程技術研究中心、中國農業科學院等為中心的多個合作研究機構團體，但科研機構之間廣域合作相對偏少，機構分布結果顯示國內該領域研究機構主要分布在北京、廣東、山東和江蘇等地。中國農業大學信息與電氣工程學院和國家農業信息化工程技術研究中心是發文量最多的研究機構，近年來發文總量累計40篇左右。中國農業大學信息與電氣工程學院的主要合作機構有該校工學院、現代農業裝備優化設計北京市重點實驗室、水利與土木工程學院，以及吉林農業大學信息技術學院、浙江大學生物系統工程與食品科學學院等，他們的研究主要有農業信息技術處理等。國家農業信息化工程技術研究中心與北京農業信息技術研究中心、中國農科院農村發展研究所、北京市農業物聯網工程技術研究中心、北京市農林科學院信息技術研究中心等機構針對農業數據平臺設計與應用、物聯網技術應用等研究進行了合作研究。

從國內研究人員形成合作研究網絡來看，主要的合作團隊有：李瑾為中心的研究團隊，學者成員有來自北京市農林科學院信息技術研究中心、國家農業信息化工程技術研究中心等研究機構的馮獻、趙春江、郭美榮，該團隊的主要研究內容為智慧農業發展戰略、路徑、機制以及對策建議；河南省農業科學院農業經濟與信息研究所李國強為中心的研究團隊，成員有來自該中心的鄭國清、張杰、臧賀藏等，其進行物聯網技術在病蟲害識別、監測預警及其管理系統等方面的應用研究。

從文獻來源期刊統計結果來看，國內發表相關研究論文超20篇的學術期刊有13種，發文量相對集中的主要有《農機化研究》（168篇）、《農業工程學報》（151篇）、《農業經濟》（97篇）、《江蘇農業科學》（81篇）、《農業機械學報》（68篇）、《中國農機化學報》（67篇），發文量占比小于1%的期刊共計發表相關研究論文1 076篇，約占全部文獻量56%。

2" 關鍵詞詞頻統計及熱點分析

為了解國內智慧農業相關研究進展和趨勢，借助VOSviewer對上述文獻數據進行了高頻關鍵詞統計。高頻關鍵詞統計結果顯示，物聯網是該研究領域頻次最高的關鍵詞。此外，大數據、人工智能、機器人、計算機視覺和農業大數據等關鍵詞頻次均高于40次（表1），凸顯了該研究領域研究技術應用特性。現代化、信息化、數字化研究也較為集中，映證了現代信息技術在智慧農業研究領域的廣泛應用。

利用軟件VOSviewer生成可視化圖譜（圖1），結合高頻關鍵詞、高被引論文對智慧農業、物聯網、大數據、人工智能和機器人等研究熱點展開分析，為相關研究提供參考。

2.1" 智慧農業

智慧農業系統由智慧設施農業、農情、植保、灌溉和市場管理等多個子系統組成，是現代信息技術與傳統農業生產有機融合的產物，涵蓋了農業全域、全過程，在農業自動化生產、優化控制、智慧化決策等發揮重要作用，支持綠色節能、高效優質產業發展模式。從世界智慧農業發展歷程來看，在經歷了探索萌芽階段、早期創新階段、理論形成階段之后，2015年物聯網技術將智慧農業推向了數據驅動階段，逐步由研發應用向實質性工程建設轉變[4]。歐美、日本等國家借助智慧農業相關技術實現了農業產業升級，對信息傳感、數據挖掘應用、產業集群方面進行了戰略布局，在技術體系構建、政策扶持、人才保障等方面的研究具有參考借鑒意義。

工業化、城鎮化與人口老齡化等因素的疊加使得農村勞動力產生短缺，提升資源利用率和農業產業生產率的需求迫切，我國智慧農業發展雖然起步晚于歐美國家，但相關技術研發正在與農業生產深度融合中，通過實踐應用為現代農業建設提供著強有力的科技支撐。通過傳感器設備對農作物長勢、病蟲害、生長環境等信息進行有效采集，向智慧農業系統持續提供相關數據，從而有效實施專家診斷、精準作業、田間管理，如華南農業大學在無人農場的實踐中，實現了作物生產全程監控和耕種管理全面覆蓋，借助專家系統完成精準灌溉、施肥、施藥[5]。

在對相關文獻梳理過程發現，物聯網技術、區塊鏈技術、機器學習、云計算和數字孿生等在國內智慧農業研究中均有涉及。在高被引論文中，研究內容較多涉及智慧農業研究進展、發展路徑和對策建議等，在智慧發展過程中也不可避免地面臨著亟待解決的現實問題，歸納分析結果顯示，國內學者認為我國智慧農業發展受到農村基礎設施建設、前沿關鍵技術、政策支持等等諸多因素的制約，需要政府加強主導和協調作用，制定系統化、戰略性的整體發展規劃，引導創新性農業商業模式，鼓勵行業領域突破關鍵技術研發，提升數據分析、挖掘與實際應用的整合程度，加大農業信息基礎設施的投入，建立復合型高素質專業人才隊伍[6]。

2.2" 物聯網

物聯網概念起源于美國麻省理工學院，利用信息傳感設備和互聯網技術建立物與物、物與人聯系，在眾多領域實現任何時間、任何地點的物品智能化識別、管理[7]。智慧農業是傳統農業經歷電腦、數字、精確農業后的高級階段，其突出優勢在于物聯網技術的應用，為海量農業信息的感知、利用提供強有力支撐，助力發展模式和產業升級，如美國農業生產經營、流通環節借助物聯網技術實現了數據共享、智能決策、電子商務升級，實踐應用于大田種植物、設施園藝、畜禽養殖、水產養殖和農產品質量安全與追溯等具體領域中[8-9]。

在我國物聯網發展路徑探索、試點省市應用模式示范整體推動下，我國農業物聯網發展持續加速。在相關高被引論文中，部分內容涉及物聯網技術在農業監測的應用研究，如GPRS網絡技術、LoRa無線通信技術、ZigBee技術和窄帶物聯網NB-IoT技術等技術的實踐應用。國內學者對農業大棚環境監測系統的研究成果顯示，可以實時采集農作物生產信息后，對棚內風機、加濕器、灌溉裝置等實時精確調控，改善精準農業生產投入水平[10]；應用物聯網技術建立農業生產監控系統，采集環境監測數據和農作物圖像數據，通過數據庫比對識別病蟲害信息遠程獲取專家診斷意見，手機推送病蟲害預警信息以供農戶參考[11]。物聯網技術雖然在我國農業研究領域已取得部分成效，助力智慧農業生產方面還將發揮更大的潛能作用，但在具體的實踐應用中面臨著標準體系完善、關鍵技術突破等諸多挑戰[8]。

2.3" 農業大數據

大數據被學者認為是繼物聯網、云計算之后信息技術產業又一次重要技術變革，成為農業數據挖掘和智慧化發展的前沿技術，其具體應用類型被劃分為生產過程管理數據、農業資源管理數據、農業生態環境管理數據、農產品與食品安全管理大數據、農業裝備與設施監控大數據和農業科研活動大數據等[12]。

農業生產全流程產生的海量多源數據信息覆蓋面廣，相關數據的存儲、挖掘應用都面臨著巨大的挑戰。精準農業生產、養殖等需要農業大數據技術的支持，運用大數據理念、技術、方法獲取、存儲、計算、應用這些數據，有助于農業領域跨專業的數據分析與挖掘，為農業生產環境檢測、過程管理、資源利用提供有力支撐。農業大數據通過優化整合農業數據資源、數據資源平臺建設，為農業產業乃至政府、企業等的決策和發展提供強力支持。研究現狀表明，基礎設施不完善、數據分析和共享能力不足、復合型人才缺乏是國內農業大數據有效利用的主要障礙因素，國內學者在對農業大數據研究展望中建議建立農業大數據體系、數據共享機制、大數據生態集群等以便有效應對現狀及存在的問題[13]。

2.4" 農業人工智能、機器人

人工智能AI當前已經進入高速發展階段，眾多國家將人工智能作為提升國家競爭力的重大戰略，2017年國務院印發的《新一代人工智能發展規劃》“三步走”戰略目標中指出，到2025年新一代人工智能成為帶動我國產業升級和經濟轉型的主要動力，在智能制造、智能醫療、智慧城市、智能農業和國防健身等領域得到廣泛應用。作為新一輪產業變革的核心驅動力，深刻改變著人類生產生活方式，正在成為農業研究領域技術創新驅動力。農業人工智能是多種信息技術的集成及其在農業領域的交叉應用，囊括了智能感知、物聯網、智能裝備、專家系統和農業認知計算等，涉及種植業、畜禽牧業和漁業等領域[14]。將人工智能、數據挖掘結合，充分發揮信息技術的獨特優勢，在農業領域遺傳基因編碼、專家系統、智能搜索、語言和圖像解析中發揮巨大潛力，可以推動農業生產持續、高效發展[15]。

從高被引文獻來看，農業機器人的應用實踐主要在作物采摘、耕作、田間管理和植物保護等領域，作為農業智能裝備系統的組成部分，農業機器人技術反映著國家農業機械化科技創新水平。農業機器人在解決農村勞動力不足的同時，應對復雜的作業環境，可以減少農業化肥對農民人體造成的危害，切實提升農業生產效率。

3" 結束語

現代信息技術對促進農業產業發展的重要作用日益凸顯，智慧農業集合了物聯網、大數據、人工智能和機器人等先進技術，在農業高效生產、農業資源集約利用等方面具有先天優勢，為推動我國鄉村振興提供了有力支撐。本文采用文獻計量的方法對國內相關研究期刊論文進行了統計分析，信息技術應用體系的構建、農業信息基礎設施的完善、復合型農業人才隊伍的培養是當前智慧農業發展亟待解決的問題。智慧農業應用實踐在國內地區間發展不均衡，還需要加大對欠發達地區的投入力度，利用智慧農業有效解決減輕農村勞動力短缺、資源利用低效的現實問題。

參考文獻：

[1] 柴天姿.現代技術推動智慧農業創新的機制路徑[J].農業經濟，2024（4）：25-26.

[2] 任妮，郭婷，孫藝偉，等.全球智慧農業領域研究態勢分析[J].農業圖書情報學報，2021，33（9）：48-63.

[3] 孫藝偉，郭婷，戴紅君，等.專利視角下全球智慧農業技術創新態勢分析[J].中國農業信息，2021，33（4）：40-52.

[4] 馮獻，李瑾，崔凱.中外智慧農業的歷史演進與政策動向比較分析[J].科技管理研究，2022，42（5）：28-36.

[5] 羅錫文，廖娟，胡煉，等.我國智能農機的研究進展與無人農場的實踐[J].華南農業大學學報，2021，42（6）：8-17，5.

[6] 宋洪遠.智慧農業發展的狀況、面臨的問題及對策建議[J].人民論壇·學術前沿，2020（24）：62-69.

[7] 孫其博，劉杰，黎羴，等.物聯網：概念、架構與關鍵技術研究綜述[J].北京郵電大學學報，2010，33（3）：1-9.

[8] 陳曉棟，原向陽，郭平毅，等.農業物聯網研究進展與前景展望[J].中國農業科技導報，2015，17（2）：8-16.

[9] 劉麗偉，高中理.美國發展“智慧農業”促進農業產業鏈變革的做法及啟示[J].經濟縱橫，2016（12）：120-124.

[10] 趙榮陽，王斌，姜重然，等.基于物聯網的農業大棚生產環境監控系統設計[J].農機化研究，2021，43（11）：131-137.

[11] 施連敏，陳志峰，蓋之華.物聯網在智慧農業中的應用[J].農機化研究，2013，35（6）：250-252.

[12] 孫忠富，杜克明，鄭飛翔，等.大數據在智慧農業中研究與應用展望[J].中國農業科技導報，2013，15（6）：63-71.

[13] 孫九林，李燈華，許世衛，等.農業大數據與信息化基礎設施發展戰略研究[J].中國工程科學，2021，23（4）：10-18.

[14] 蘭玉彬，王天偉，陳盛德，等.農業人工智能技術：現代農業科技的翅膀[J].華南農業大學學報，2020，41（6）：1-13.

[15] 陳桂芬，李靜，陳航，等.大數據時代人工智能技術在農業領域的研究進展[J].吉林農業大學學報，2018，40（4）：502-510.