王 萌，劉 爽，張江麗※

（1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技管理局，北京100081；2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京100081）

0 引言

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

在1300 多年的奴隸社會時代，農(nóng)業(yè)尚屬于粗放農(nóng)業(yè)階段；隨著社會制度逐漸邁入封建社會，粗放農(nóng)業(yè)也逐漸向精耕農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，即傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)開始，該時期最典型的特點(diǎn)就是精耕細(xì)作、農(nóng)牧結(jié)合和利用自然環(huán)境條件來生產(chǎn)經(jīng)營。

19 世紀(jì)工業(yè)革命興起后，人類開始進(jìn)入現(xiàn)代農(nóng)業(yè)時期?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)需要較高的技術(shù)支撐，主要特點(diǎn)是機(jī)械化、科學(xué)化、智能化、高效化和商業(yè)化，具體而言即利用機(jī)械代替手工勞動，將先進(jìn)科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)中，采用先進(jìn)制度進(jìn)行管理使得生產(chǎn)效率更高，利用市場作用分配資源等。對于農(nóng)業(yè)研究而言，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)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(shè)施栽培、貯藏保鮮、精深加工增值等技術(shù)領(lǐng)域［1-2］。

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代信息技術(shù)也飛速發(fā)展，計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、音視頻技術(shù)、無線通信技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)逐步完善、廣泛應(yīng)用，農(nóng)業(yè)已具備實(shí)現(xiàn)可視化遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程控制、災(zāi)變預(yù)警等智能化管理功能［3］。至此，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)又開始邁向了智慧農(nóng)業(yè)新階段。

1 智慧農(nóng)業(yè)的定義與技術(shù)特點(diǎn)

智慧農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的高級階段，指充分應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)成果，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化發(fā)展。具體而言，即運(yùn)用現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能和遙感技術(shù)等，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中利用傳感裝備（如環(huán)境溫濕度、溫室氣體和成像）和無線通信網(wǎng)絡(luò)等，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能感知、預(yù)警、分析等功能，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更“智慧”。智慧農(nóng)業(yè)是科技創(chuàng)新與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的深度融合，引領(lǐng)農(nóng)業(yè)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和智能化，是一場農(nóng)業(yè)上的新技術(shù)革命［3-4］。智慧農(nóng)業(yè)的主要技術(shù)特點(diǎn)包括監(jiān)控功能、監(jiān)測功能、實(shí)時圖像與視頻結(jié)合監(jiān)控功能等［5-7］。

2 智慧農(nóng)業(yè)與各種技術(shù)的融合

2.1 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智慧農(nóng)業(yè)

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了可能。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、銷售等環(huán)節(jié)，可借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物生產(chǎn)參數(shù)獲取、檢測及產(chǎn)品銷售的智能化，根據(jù)大數(shù)據(jù)分析市場需求，反過來指導(dǎo)農(nóng)作物生產(chǎn)種類的選擇，使農(nóng)業(yè)活動更加智能化。在農(nóng)業(yè)中的具體應(yīng)用，如利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可在溫室大棚遠(yuǎn)程監(jiān)控農(nóng)作物的生長情況，通過手機(jī)直觀地觀察農(nóng)作物不同生育期的生長態(tài)勢，并根據(jù)反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的管理措施等。但目前互聯(lián)網(wǎng)+智慧農(nóng)業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)用還有限，大多數(shù)地區(qū)仍是以傳統(tǒng)生產(chǎn)方式為主［8-9］。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智慧農(nóng)業(yè)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要包括氣象環(huán)境信息檢測系統(tǒng)、土壤墑情監(jiān)測與遠(yuǎn)程灌溉控制和可視化監(jiān)控系統(tǒng)等，通過先進(jìn)儀器，如溫濕度傳感器、pH 傳感器、光照傳感器等，對溫室環(huán)境進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，分析數(shù)據(jù)并得出相應(yīng)策略，促進(jìn)農(nóng)作物的健康生長，提高經(jīng)濟(jì)效益。在農(nóng)業(yè)中的具體應(yīng)用，如通過物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，在線遠(yuǎn)程觀察農(nóng)作物苗情生長情況，根據(jù)土壤和環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動灌溉、病蟲害防治等功能。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改變了傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，可為農(nóng)作物種植和生長提高精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，是發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一。智慧農(nóng)業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)應(yīng)用上的高級階段［10-12］。

2.3 遙感技術(shù)與智慧農(nóng)業(yè)

遙感技術(shù)是一種大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過收集農(nóng)作物生長發(fā)育期的環(huán)境數(shù)據(jù)，包括地塊土壤、水肥、溫濕度、病蟲害、產(chǎn)量等在時間和空間上的差異，進(jìn)行分析處理，對農(nóng)作物耕種、管理和收獲等做出指導(dǎo)性決策，以便獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。遙感技術(shù)還可以通過電磁波的固有特性，分析目標(biāo)的幾何信息和物理屬性，同時根據(jù)光譜信息，進(jìn)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(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中應(yīng)用廣泛，如農(nóng)作物種植面積監(jiān)測與制圖、產(chǎn)量預(yù)測、農(nóng)業(yè)災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)報、精細(xì)施肥與灌溉、土地資源遙感以及作物生態(tài)環(huán)境信息監(jiān)測等，可以說，遙感技術(shù)已成為人們識別地物和環(huán)境要素的主要方法，是發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的有效技術(shù)手段［14-16］。遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的具體應(yīng)用包括，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)可以對某區(qū)域某種農(nóng)作物的生長長勢和產(chǎn)量進(jìn)行分析和預(yù)測；也可以對大田的雜草種類、雜草生長區(qū)域和密集程度等進(jìn)行識別，有利于管理部門調(diào)整相關(guān)決策。隨著空間信息技術(shù)的日益發(fā)展和完善，遙感技術(shù)將得到迅速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)的全面感知和智能處理提供技術(shù)支撐。

2.4 人工智能與智慧農(nóng)業(yè)

人工智能是指模擬人的意識、思維規(guī)律和學(xué)習(xí)、思考等過程，是能夠和人一樣感知、認(rèn)知、決策、執(zhí)行的人工程序或系統(tǒng)，如智能采摘機(jī)器人、氣候?yàn)?zāi)難智能預(yù)警等。在農(nóng)業(yè)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(shù)領(lǐng)域，有效提高了勞動生產(chǎn)率［17-18］。在農(nóng)業(yè)中有如農(nóng)耕機(jī)器人可以自主噴灑農(nóng)藥和除草，采果機(jī)器人代替人工快速采摘水果等具體應(yīng)用。

智能機(jī)器人、智能監(jiān)測和診斷系統(tǒng)、智能節(jié)水灌溉系統(tǒng)、智能農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能預(yù)測和管理系統(tǒng)的應(yīng)用，是智慧農(nóng)業(yè)未來的發(fā)展方向。隨著我國農(nóng)業(yè)建設(shè)和人工智能技術(shù)的不斷深入發(fā)展，人工智能技術(shù)將更切實(shí)地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，有利于促進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)的早日實(shí)現(xiàn)［19-20］。

2.5 5G 技術(shù)與智慧農(nóng)業(yè)

第5 代移動通信技術(shù)，簡稱5G 技術(shù)，其優(yōu)勢主要在于信息傳輸速度快。我國于2019 年正式進(jìn)入5G 時代，但5G 技術(shù)有待于進(jìn)一步發(fā)展。5G 技術(shù)的運(yùn)用讓智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展更加切實(shí)可行［21］。在“5G+智慧農(nóng)業(yè)”發(fā)展中，先進(jìn)設(shè)備和農(nóng)業(yè)活動相結(jié)合，利用5G 高帶寬、低延時、廣接入等特點(diǎn)，在作物種植、田間科學(xué)管理、農(nóng)產(chǎn)品安全監(jiān)測與追溯等方面會更加智能化、更加精準(zhǔn)、更加高效［22］。5G 技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的具體應(yīng)用包括，如利用5G 技術(shù)優(yōu)勢，可健全農(nóng)產(chǎn)品電子商務(wù)平臺體系，農(nóng)村的農(nóng)產(chǎn)品網(wǎng)上渠道更加開放，農(nóng)民可以成為電商直接在網(wǎng)上進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品直播銷售，縮短了從生產(chǎn)到銷售的距離。

3 國內(nèi)外智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

智慧農(nóng)業(yè)是世界未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢，國內(nèi)外在智慧農(nóng)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域推出了一系列發(fā)展計劃。在國外，美國正走向智慧農(nóng)業(yè)，計劃到2020 年底實(shí)現(xiàn)每個農(nóng)場都擁有50 臺物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備［3，23］；2017 年歐洲提出和確定了將智慧農(nóng)業(yè)作為歐洲農(nóng)業(yè)未來的發(fā)展方向［3，23］；2019 年歐盟進(jìn)行“智慧鄉(xiāng)村”試點(diǎn)建設(shè)［24］，24 個成員國在2019 年簽署了關(guān)于“歐洲農(nóng)業(yè)和農(nóng)場地區(qū)的智能化可持續(xù)數(shù)字未來”的合作宣言，以促進(jìn)和加快歐盟農(nóng)村地區(qū)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型［24］；加拿大的發(fā)布報告中計劃未來5～10 年內(nèi)要將傳感器、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)械化農(nóng)場網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)納入生產(chǎn)應(yīng)用［3，23］；2014 年日本啟動“創(chuàng)造計劃”來發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)［3，23］；英國發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)并已在農(nóng)場小規(guī)模實(shí)現(xiàn)了全程機(jī)器人化農(nóng)業(yè)；韓國在2019 年發(fā)布未來農(nóng)業(yè)科技戰(zhàn)略，推動智能農(nóng)村技術(shù)的示范推廣，這些技術(shù)包括了云計算、信息通信技術(shù)、人工智能和5G 技術(shù)等［24］；德國致力于智慧農(nóng)業(yè)“數(shù)字化”發(fā)展，利用其工業(yè)制造的優(yōu)勢，在德國軟件、德國機(jī)械制造、德國企業(yè)“365FarmNET”等與智慧農(nóng)業(yè)相關(guān)的機(jī)械技術(shù)研發(fā)上走在了世界前列［6］。

在我國，近年已出臺關(guān)于智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的系列文件，如《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》指出要“加強(qiáng)農(nóng)業(yè)與信息技術(shù)融合，發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)”，2016 年發(fā)布的《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》和2018 年發(fā)布的《中共中央國務(wù)院關(guān)于實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的意見》，均指出要促進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展［3］?？梢?，發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)已成為我國重要的國家戰(zhàn)略之一。目前，智慧農(nóng)業(yè)在我國已初具規(guī)模，部分標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)應(yīng)用也逐漸成熟。部分省份已能對自身農(nóng)業(yè)資源進(jìn)行全面監(jiān)測，并將實(shí)時數(shù)據(jù)及時上傳至相關(guān)管理部門。但發(fā)達(dá)國家具備相對先進(jìn)的智慧農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)以及設(shè)備，在技術(shù)理論和硬件設(shè)施上比我國更有優(yōu)勢。發(fā)達(dá)國家利用先進(jìn)的衛(wèi)星技術(shù)對自身農(nóng)業(yè)資源進(jìn)行全面監(jiān)測，通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸、處理和分析，相關(guān)部門以此為依據(jù)進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，為智慧農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)［25-26］。

4 我國發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的思考與建議

4.1 我國發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)存在的問題

（1）專業(yè)人才缺乏，技術(shù)熟化程度和交叉融合應(yīng)用不夠。發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)涉及較多精密儀器，如遙感高光譜設(shè)備、智能檢測儀器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等，需要專業(yè)人員進(jìn)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(yè)人員，可能欠缺一定的農(nóng)業(yè)科技知識，這使得如何將專業(yè)技術(shù)成功應(yīng)用到農(nóng)業(yè)活動中變得更加困難。目前我國在這方面的人才隊(duì)伍建設(shè)不夠，特別在農(nóng)村更是匱乏，難于適應(yīng)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求。

（2）農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)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(dāng)前我國農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)普遍滯后，特別是涉及農(nóng)業(yè)機(jī)械化和信息化的設(shè)備，與發(fā)達(dá)國家有較大差距。此外，我國農(nóng)業(yè)信息應(yīng)用和數(shù)據(jù)分析平臺不夠完善，所采集的信息量仍未能滿足智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求。

（3）智慧農(nóng)業(yè)科研體系不夠健全。我國雖然重視智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展，但目前仍處于初級發(fā)展階段，智慧農(nóng)業(yè)科研體系尚未完善，“產(chǎn)—學(xué)—研—推”銜接有待加強(qiáng)，科研型企業(yè)的發(fā)展重視程度和自身研究能力不足，僅依靠少數(shù)科研機(jī)構(gòu)的合作和成果轉(zhuǎn)化，難以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)技術(shù)突破和轉(zhuǎn)換成智慧農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)力。

4.2 我國發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的幾點(diǎn)建議

（1）科學(xué)規(guī)劃，做好頂層設(shè)計。我國是農(nóng)業(yè)大國，發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)是我國社會發(fā)展的需要。智慧農(nóng)業(yè)是一場高科技革命，是一個完整復(fù)雜的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程，需要多部門、多領(lǐng)域和多學(xué)科的交叉和集成，需要一個長期的成長過程，必須科學(xué)謀劃，做好頂層設(shè)計。要立足各地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，從政策層面制定智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，加大扶持力度，管理部門、科研院所和企業(yè)等需形成技術(shù)戰(zhàn)略聯(lián)盟，實(shí)施多學(xué)科協(xié)作創(chuàng)新，為智慧農(nóng)業(yè)快速發(fā)展提供政策和技術(shù)保障。

（2）加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。加大政府扶持力度，制定相關(guān)補(bǔ)貼政策、金融政策等，對智慧農(nóng)業(yè)相關(guān)設(shè)備和產(chǎn)品等進(jìn)行資金支持；加快農(nóng)村信息傳輸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建立發(fā)達(dá)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，為農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)和農(nóng)業(yè)智能化生產(chǎn)提供基礎(chǔ)設(shè)施保障。

（3）加快人才隊(duì)伍建設(shè)，建立健全技術(shù)培訓(xùn)機(jī)制。智慧農(nóng)業(yè)的核心內(nèi)容之一是信息化和機(jī)械化，涉及眾多關(guān)于智能化裝備、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、光譜成像、作物生長模型、云計算、大數(shù)據(jù)處理等高尖端儀器設(shè)備，因此，發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)需要堅實(shí)可靠的技術(shù)支持，需要培養(yǎng)一批具專業(yè)素養(yǎng)的農(nóng)業(yè)技術(shù)人才。同時需建立健全技術(shù)培訓(xùn)機(jī)制，除了在高校設(shè)置課程進(jìn)行專業(yè)人才培養(yǎng)外，還需在社會上進(jìn)行職業(yè)化培訓(xùn)，提高專業(yè)技能在農(nóng)業(yè)中的交叉融合與實(shí)際應(yīng)用能力，整體提高農(nóng)民和管理者的農(nóng)業(yè)素養(yǎng)，適應(yīng)和促進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。