康孟珍 ，王秀娟 *，王浩宇 ，華凈 ，董永亮，徐振強，李冬，王飛躍

（1. 中國科學(xué)院自動化研究所，復(fù)雜系統(tǒng)管理與控制國家重點實驗室，北京100190；2. 北京智能化技術(shù)與系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京100190；3. 青島中科慧農(nóng)科技有限公司，山東 青島266000；4. 中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院，北京 100190；5. 北京智禾生態(tài)科技發(fā)展有限公司，北京 100102；6. 浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院數(shù)字農(nóng)業(yè)研究所，浙江 杭州 310021；7. 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)計算機(jī)與控制工程學(xué)院，北京100049）

在大多數(shù)國家，家庭農(nóng)場是農(nóng)業(yè)的主要形式。根據(jù)估計，世界上至少有5億個農(nóng)場主要依靠家庭勞動，占據(jù)了大約70%～80%的農(nóng)田[1]。農(nóng)民以家庭為單位從事生產(chǎn)生活，很難實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)。小農(nóng)戶的基礎(chǔ)設(shè)施薄弱和產(chǎn)品分散，生產(chǎn)投入和市場交易成本高昂，信貸服務(wù)獲取不暢，農(nóng)民的技術(shù)能力不足以應(yīng)對現(xiàn)代技術(shù)和不斷變化的消費者需求[2-3]。農(nóng)民專業(yè)合作社是自愿聯(lián)合與民主管理的互助性經(jīng)濟(jì)組織，旨在降低小農(nóng)戶的經(jīng)營風(fēng)險，提高農(nóng)民收入。當(dāng)前，產(chǎn)銷信息不對稱，缺乏經(jīng)營的資金、知識和經(jīng)驗是農(nóng)民專業(yè)合作社發(fā)展的瓶頸。如何利用智能技術(shù)，服務(wù)農(nóng)業(yè)合作社的創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展，打造產(chǎn)銷融合、透明誠信的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)，是本文所提出的數(shù)字合作社擬解決的關(guān)鍵問題。

農(nóng)民合作社以成員為服務(wù)對象，為其提供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營資料的購買、農(nóng)產(chǎn)品的加工、運輸、儲藏和銷售等相關(guān)技術(shù)信息的服務(wù)，盈余按照成員與農(nóng)民合作社的交易量比例返還，幫助農(nóng)民增加收入[4]。農(nóng)民合作社可以幫助農(nóng)民克服生產(chǎn)和銷售方面的限制[3]。首先，合作社可以提高農(nóng)民的市場對接能力，以低價購買優(yōu)質(zhì)投入品，高價賣出優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品。其次，合作社有助于實現(xiàn)食品可追溯性，確保食品安全[5]。

目前農(nóng)民合作社在美國和歐洲等國家已成功發(fā)展甚至占主導(dǎo)地位，并且在發(fā)展中國家的重要性也越來越顯著[6]。近幾年，發(fā)達(dá)國家的農(nóng)業(yè)合作社從初始的以生產(chǎn)資料供應(yīng)和農(nóng)產(chǎn)品銷售為主，向產(chǎn)、加、銷一體化經(jīng)營方向發(fā)展，業(yè)務(wù)涉及農(nóng)產(chǎn)品的收購、儲運、整理、加工和銷售的多個環(huán)節(jié)，包含從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者到消費者的農(nóng)產(chǎn)品流通全過程，實現(xiàn)了縱向一體化[7]。許多合作社不僅從事初加工，而且發(fā)展到深加工，如美國加利福尼亞州種植桃子的農(nóng)場主，組建合作社后，建立了大型加工企業(yè)，生產(chǎn)罐頭、果汁和快速冷凍食品，社員生產(chǎn)的產(chǎn)品直接銷往國內(nèi)外市場[8]。

自20世紀(jì)90年代以來，農(nóng)民合作社開始在中國興起。由于這種新的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式可以更好地應(yīng)對市場變化和全球化帶來的挑戰(zhàn)[9]，其數(shù)量持續(xù)增長。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部數(shù)據(jù)顯示，到2019年2月底，依法登記的農(nóng)民合作社達(dá)到了218.5萬家，成立聯(lián)合社1萬多家，輻射帶動全國近一半的農(nóng)戶。盡管如此，與一些發(fā)達(dá)國家的合作社相比，我國的農(nóng)民合作社實力整體偏弱，存在經(jīng)營實力弱、承擔(dān)風(fēng)險能力差和運行不規(guī)范等普遍性問題[10]。即使特色的專業(yè)合作社，也存在合作社組織化程度低、銷售環(huán)節(jié)多、市場信息不對稱和交易成本高等問題[11]。由于距離和銷售渠道等原因，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈存在比較嚴(yán)重的信息不對稱情況，產(chǎn)銷雙方缺乏暢通的信息互換通道與信任機(jī)制。對于消費者，隨著其購買力的提高，越來越關(guān)注食品質(zhì)量和食品安全，希望便捷地采購到優(yōu)質(zhì)平價的農(nóng)產(chǎn)品[12]。而對于種植者，則希望所生產(chǎn)的產(chǎn)品能順利銷售。

隨著全球化環(huán)境、信息與通信技術(shù)（ICT）的傳播和使用，整個社會正在發(fā)生重大變化，形成了所謂的信息社會[13]。近年來，ICT在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用已不限于電子商務(wù)，一些創(chuàng)業(yè)公司正致力于農(nóng)業(yè)的信息管理，包括與智能硬件配套的系統(tǒng)和純軟件系統(tǒng)。國外的農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)如Farmer’s Business Network和Climate FieldView，目標(biāo)指向構(gòu)建面向農(nóng)業(yè)的上下游產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)。國內(nèi)雖然有將國外相關(guān)管理系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的嘗試，但由于土地屬性、農(nóng)民特點和應(yīng)用場景的不同，往往不能直接應(yīng)用。在智能決策支持方面，雖然在企業(yè)管理、交通管理、醫(yī)學(xué)診斷決策、甚至教育等領(lǐng)域已有很多應(yīng)用案例，但可應(yīng)用于實際的面向農(nóng)業(yè)種植的智能決策系統(tǒng)較少。國內(nèi)農(nóng)業(yè)智能系統(tǒng)的研究起始于20世紀(jì)80年代[14]，隨著農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的發(fā)展，應(yīng)用系統(tǒng)的研究也需進(jìn)一步更新。

早在20世紀(jì)80年代初，錢學(xué)森就指出：“在現(xiàn)代這樣一個高度組織起來的社會里，復(fù)雜的系統(tǒng)幾乎是無所不在的”，例如社會系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)系統(tǒng)等。農(nóng)業(yè)與其他系統(tǒng)的區(qū)別在于農(nóng)產(chǎn)品具有生物學(xué)特性。工業(yè)4.0的數(shù)字雙胞胎（Digital Twin）概念可以為處理農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)提供參考，即以數(shù)字化方式構(gòu)建一個物理對象，模擬對象在現(xiàn)實環(huán)境中的行為，對產(chǎn)品、制造過程乃至整個系統(tǒng)進(jìn)行虛擬仿真，從而提高產(chǎn)品研發(fā)、制造的生產(chǎn)效率。隨著大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)的深入發(fā)展，信息物理系統(tǒng)受社會因素的影響日益凸顯，人的因素越來越多地嵌入在系統(tǒng)和信息之中[15]。因此，面向物理世界和網(wǎng)絡(luò)空間融合的信息物理社會系統(tǒng)（Cyber-Physics-Social System，CPSS）應(yīng)運而生[16]。其中的信息包含物理系統(tǒng)數(shù)據(jù)、虛擬的人工系統(tǒng)數(shù)據(jù)和泛在社會大數(shù)據(jù)等[15]。近年來，已有關(guān)于農(nóng)業(yè)作為社會、經(jīng)濟(jì)和物理系統(tǒng)的概念模型的研究[17]。Kang等[18]提出了一種考慮社會經(jīng)濟(jì)因素的農(nóng)業(yè)信息物理社會系統(tǒng)。構(gòu)建人工系統(tǒng)，而不是動態(tài)仿真式的數(shù)字雙胞胎，通過虛擬和實際系統(tǒng)的平行運行，實現(xiàn)計算、物理和社會的動態(tài)交互、時空一致，處理不確定性，是解決CPSS問題的有效途徑[19]。

本文借鑒工業(yè)領(lǐng)域數(shù)字雙胞胎的思想，基于平行智能系統(tǒng)的描述、預(yù)測和引導(dǎo)，提出合作社數(shù)字四胞胎（數(shù)字合作社）的構(gòu)想，服務(wù)合作社規(guī)劃、準(zhǔn)備、生產(chǎn)和評估的各個環(huán)節(jié)。同時對數(shù)字合作社的整體方案、系統(tǒng)設(shè)計及其關(guān)鍵技術(shù)等進(jìn)行了描述，并對數(shù)字合作社的用戶及其運行機(jī)制進(jìn)行了探討。數(shù)字合作社系統(tǒng)框架包括數(shù)據(jù)感知、決策支持和決策實施，其核心技術(shù)包括作物建模、動態(tài)規(guī)劃、區(qū)塊鏈技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等智能技術(shù)。此外，以河北陽原縣泥河灣的有機(jī)水稻為例，簡述了合作社成本分析、種植規(guī)劃、遠(yuǎn)程種植可視化等過程，模擬水稻定制種植的場景，以此說明數(shù)字合作社的部分功能。數(shù)字合作社的概念可為面向合作社的信息系統(tǒng)開發(fā)提供方向，為合作社經(jīng)營者提供產(chǎn)銷共建、智能排產(chǎn)、產(chǎn)品溯源、網(wǎng)上農(nóng)田等服務(wù)。

1 數(shù)字合作社與傳統(tǒng)合作社

數(shù)字合作社與傳統(tǒng)合作社的共同之處在于基本的合作運營機(jī)制，例如股份合作、風(fēng)險共擔(dān)和利益共享等。但并非實際合作社的線上版，而是在數(shù)字空間乃至認(rèn)知空間對合作社進(jìn)行設(shè)計和管理。

數(shù)字合作社與傳統(tǒng)合作社的主要區(qū)別包括兩個方面：第一，數(shù)字合作社可突破農(nóng)民成員的占比限制，探索不同的合作社構(gòu)建模式。通過增大非農(nóng)成員的比例，可以更好地吸納城市消費者加入，從一開始就建立產(chǎn)銷對接關(guān)系。種植方可憑借生產(chǎn)資料（如土地）或勞動力，折算成股份技術(shù)入股；消費者通過繳納一定的資金入股，用于購買農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的各項支出，組織和運營農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的管理費、信息采集費、系統(tǒng)維護(hù)費和第三方服務(wù)費等支出。其他的組織活動大多可參考農(nóng)民合作社的方式，包括合作聯(lián)社的組織；其二，數(shù)字合作社突破了地理位置的限制，基于數(shù)字空間的智能合約而建立，在數(shù)字空間進(jìn)行產(chǎn)銷之間的需求表達(dá)、種植方案計算和推薦，因此，成員之間基于網(wǎng)絡(luò)共建產(chǎn)銷一體的合作社。當(dāng)然，根據(jù)作物類別和經(jīng)營者的考慮，數(shù)字合作社也可以限定于某個城市及周邊區(qū)域，方便組織線下的社員活動。

與傳統(tǒng)的農(nóng)民合作社相比，數(shù)字合作社具有如下特點：1）合作社的地域范圍從單一的農(nóng)村擴(kuò)展到帶有消費終端以及市場服務(wù)的城市，促進(jìn)城鄉(xiāng)一體化發(fā)展的模式；2）合作社的領(lǐng)域從偏重農(nóng)業(yè)生產(chǎn)端服務(wù)擴(kuò)展到了消費端服務(wù)，深度融合產(chǎn)業(yè)鏈上下游；3）合作社的運營主體為更具專業(yè)化服務(wù)的第三方，減少了對本地農(nóng)戶自身種植知識和市場經(jīng)驗的依賴；4）在數(shù)字空間將零散的小農(nóng)戶組織起來，以小聚多，實現(xiàn)小農(nóng)戶和大市場的信息接軌。

2 數(shù)字合作社方案

2.1 數(shù)字合作社模型

數(shù)字合作社指在虛擬空間構(gòu)建農(nóng)業(yè)社會物理信息系統(tǒng)，綜合運用農(nóng)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和智能代理等技術(shù)，基于描述智能、預(yù)測智能和引導(dǎo)智能，進(jìn)行合作社團(tuán)隊組織、種植規(guī)劃、成本核算等，服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精細(xì)管理與控制，促進(jìn)人工智能技術(shù)與健康種植理念的深度融合，助推新型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以此方式構(gòu)建涵蓋產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)社區(qū)。其主要技術(shù)核心特點是“透明生產(chǎn)+可計算”，通過可計算的農(nóng)業(yè)實驗實現(xiàn)數(shù)據(jù)的精算。本文借鑒軍事管理與控制領(lǐng)域的經(jīng)驗[20]，提出的數(shù)字合作社的閉環(huán)規(guī)劃和管理過程，包括規(guī)劃、準(zhǔn)備、生產(chǎn)（執(zhí)行）和評估4個環(huán)節(jié)（圖1）?；谌斯は到y(tǒng)的構(gòu)建，數(shù)字合作社可對每一茬種植在數(shù)字空間操作及推演這些過程。

圖1 數(shù)字合作社的閉環(huán)規(guī)劃和管理過程Fig. 1 Closed planning and management loop for digital cooperatives

2.1.1 規(guī)劃 確定合作社后，農(nóng)業(yè)中的規(guī)劃主要指種植規(guī)劃，即農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對作物品種、種植時間、種植面積、對應(yīng)地塊和施肥打藥等一系列措施的選擇，其決策要考慮如何優(yōu)化利用土地、設(shè)施等資源，增加產(chǎn)出，適應(yīng)自然條件和市場需求，以保障生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。種植規(guī)劃伴隨著農(nóng)業(yè)的產(chǎn)生而出現(xiàn)，其中合理籌劃農(nóng)事的經(jīng)驗富于運籌思想。

生產(chǎn)效益是合作社經(jīng)營的一個重要目標(biāo)，也是合作社可持續(xù)運行的保障。由于人員教育程度、經(jīng)驗等原因，對成本和風(fēng)險的分析往往被忽略。根據(jù)經(jīng)驗，在不發(fā)生意外的情況下，農(nóng)業(yè)的各項投入可基于經(jīng)驗進(jìn)行測算，包括肥料、農(nóng)藥、土地、勞動力、運營和物流等各項成本?；趯Ξa(chǎn)量的估計，可測算出何時收支平衡，為價格確定和合作社社員招募提供依據(jù)。在一期生產(chǎn)之后則可進(jìn)行校驗和更新。

2.1.2 準(zhǔn)備 與規(guī)劃相比，準(zhǔn)備期的時間窗口縮小，主要是為即將實施的動作所做的一系列準(zhǔn)備工作，例如產(chǎn)前的整地準(zhǔn)備，農(nóng)事操作前的肥藥等農(nóng)資準(zhǔn)備，產(chǎn)后的包裝服務(wù)等。對于有經(jīng)驗的農(nóng)戶，這些工作心中有數(shù)，而對于新手則可在規(guī)劃的指導(dǎo)下有序展開。

2.1.3 生產(chǎn) 生產(chǎn)環(huán)節(jié)的時間窗口進(jìn)一步縮小，生產(chǎn)任務(wù)分解到每日具體時間的工作安排。生產(chǎn)分產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后3個環(huán)節(jié)。產(chǎn)前實施的具體任務(wù)包括整地、生產(chǎn)資料的準(zhǔn)備等；產(chǎn)中根據(jù)種植規(guī)劃進(jìn)行生產(chǎn)，任務(wù)包括栽培、病蟲害防控、施肥和澆水等；產(chǎn)后包括收獲后分選、加工、儲藏、運輸和銷售等任務(wù)。產(chǎn)后是獲得生產(chǎn)價值的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.1.4 評估 評估涉及生產(chǎn)經(jīng)驗的及時總結(jié)和積累。評估的內(nèi)容包括農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量、效益以及與各方投入的關(guān)系。特別地，農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量形成是個非常復(fù)雜的過程，涉及所在地理位置、氣候條件和管理措施等。農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)出品質(zhì)和產(chǎn)量穩(wěn)定與否對訂單生產(chǎn)、精細(xì)定價有很大影響，尤其是對以小農(nóng)戶統(tǒng)一對接大市場的情況。在這個環(huán)境下，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量分選系統(tǒng)是需求量較大的裝備。目前已有一些生態(tài)農(nóng)場在農(nóng)產(chǎn)品驗收時采用的一系列評價標(biāo)準(zhǔn)。信息化系統(tǒng)則可對已有實際評價指標(biāo)進(jìn)一步提煉和推廣。

2.2 數(shù)字合作社組織

數(shù)字合作社不僅涉及合作社的動態(tài)構(gòu)建，而且需考慮其構(gòu)建后的管理過程（圖1），因此合作社的組織是規(guī)劃的一個重要部分。為保證產(chǎn)銷對接，基本組成方包括生產(chǎn)者、消費者和經(jīng)營者。生產(chǎn)者是指具有土地、農(nóng)業(yè)設(shè)施（如大棚）或勞動力的個體種植者、種植大戶或合作社。消費者指期望獲得優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的終端個體、機(jī)構(gòu)（如超市、食堂）或采購者。為保證線上平臺的運行，第三個基本角色方是經(jīng)營者，負(fù)責(zé)線上與線下的互動、線下的資源組織和方案實施，可為農(nóng)民合作社提供質(zhì)量檢測、物流、農(nóng)資、農(nóng)技、農(nóng)機(jī)和金融等服務(wù)或外包。三方共同構(gòu)成了一個可定義邊界的人工社會系統(tǒng)（圖2）。

圖2 數(shù)字合作社角色構(gòu)成Fig. 2 Roles of digital cooperatives

數(shù)字合作社提供聯(lián)合產(chǎn)銷兩端主體的組織方式，從源頭上解決產(chǎn)銷信息不對稱的問題。實體合作社要求農(nóng)民至少應(yīng)當(dāng)占成員總數(shù)的80%（2006年中華人民共和國農(nóng)民專業(yè)合作社法），數(shù)字合作社可突破農(nóng)民成員的占比限制；通過增大非農(nóng)成員的比例，可以更好地吸納城市消費者加入，從一開始就建立產(chǎn)銷對接關(guān)系。種植者以土地和勞動力折合入股，消費者以其前期現(xiàn)金投入入股，經(jīng)營者以經(jīng)營付出入股，按股權(quán)進(jìn)行合作社的決策管理和二次分配。

2.3 數(shù)字合作社中的平行智能

如上可以看出，數(shù)字合作社的關(guān)鍵是方案的規(guī)劃及動態(tài)更新，以彌補經(jīng)營人員在知識、經(jīng)營方面的不足，降低學(xué)習(xí)和試錯成本；同時，通過產(chǎn)銷信息對接，降低產(chǎn)品滯銷的風(fēng)險。平行智能[21]通過描述、預(yù)測和引導(dǎo)的迭代運行，加上實際系統(tǒng)在信息空間的映射，構(gòu)成合作社的數(shù)字四胞胎（圖3），為合作社的管理提供支持?？梢娕c實際合作社所在的物理域相對比，數(shù)字合作社主要在信息域和認(rèn)知域，再反作用于物理世界中的合作社。下面詳細(xì)介紹除實際合作社（物理系統(tǒng)）外的數(shù)字四胞胎中描述、預(yù)測和引導(dǎo)3個方面。

圖3 數(shù)字合作社的平行四胞胎Fig. 3 Parallel quads of digital cooperative

2.3.1 描述 描述智能（descriptive intelligence）解決如何在虛擬空間構(gòu)建人工系統(tǒng)、描述實際系統(tǒng)的問題。描述智能是通過從實際系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)，結(jié)合已有的農(nóng)業(yè)和管理知識，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、對象建模、事件識別等。數(shù)據(jù)包括種植環(huán)境、農(nóng)事管理過程、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量、價格等，以不同渠道獲取，包括農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、公開的市場價格等。例如Weng 等[22]基于北京新發(fā)地批發(fā)市場的開放價格數(shù)據(jù)應(yīng)用人工智能算法對未來幾周、幾月的農(nóng)產(chǎn)品價格進(jìn)行預(yù)測，為采收和種植提供支持。Hua等[23]基于歷史的天氣數(shù)據(jù)進(jìn)行作物關(guān)鍵生育期的預(yù)測。Qu和Hu[24]構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動的模型，對不同種植時間的番茄產(chǎn)量進(jìn)行計算。

農(nóng)業(yè)信息化是描述智能的基礎(chǔ)，用于獲取生產(chǎn)相關(guān)的各種數(shù)據(jù)?；谶@些數(shù)據(jù)，可以設(shè)定評估指標(biāo)，對生產(chǎn)過程進(jìn)行畫像，從中也可識別出生產(chǎn)管理過程中的特殊事件[25]。此外，農(nóng)業(yè)方面已有大量的知識積累，數(shù)據(jù)和知識共同驅(qū)動的描述智能可減少對數(shù)據(jù)量的依賴。知識的表達(dá)方式可分為兩類：一類是量化計算的作物模型，其中包含了對作物生長規(guī)律的提取。例如在產(chǎn)量預(yù)測中，數(shù)據(jù)和知識共同驅(qū)動模型可同時計算多種產(chǎn)出，充分利用了對作物生長過程基本規(guī)律的認(rèn)識，同時將環(huán)境的復(fù)雜影響用經(jīng)驗?zāi)Ｐ捅磉_(dá)[26-27]。另一類是描述性的語言表達(dá)，將知識轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)，基于知識圖譜為用戶提供知識問答[28]。知識圖譜，旨在描述真實世界中存在的各種實體或概念及其關(guān)系。描述知識的語義網(wǎng)絡(luò)圖中，節(jié)點表示實體或概念，邊則由屬性或關(guān)系構(gòu)成。農(nóng)業(yè)知識圖譜是在農(nóng)業(yè)這個專業(yè)領(lǐng)域的知識圖譜，除了將專家知識整理成為知識圖譜之外，還可以從大量的農(nóng)業(yè)專著中，通過實體識別和關(guān)系抽取提取三元組從而轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化知識[29]。農(nóng)業(yè)問答中，首先通過命名實體識別解析問句里面的農(nóng)業(yè)實體，再通過實體鏈接，鏈接到農(nóng)業(yè)知識圖譜里對應(yīng)的實體，返回對應(yīng)的三元組作為應(yīng)答。

2.3.2 預(yù)測 預(yù)測智能（predictive intelligence）是建立在描述智能基礎(chǔ)之上的對未來發(fā)展的預(yù)估和優(yōu)化，基于計算實驗實現(xiàn)，反映的是在當(dāng)前和過去的規(guī)律掌握之上對未來的認(rèn)識。計算實驗領(lǐng)域已有較成熟的理論和方法[30]，其中對哪個方面未來的預(yù)測取決于管控的需求。對于數(shù)字合作社，其組織設(shè)計需要計算收支平衡點，因此需要預(yù)測種植的效益。效益的評估基于對產(chǎn)量、產(chǎn)期和農(nóng)產(chǎn)品價格的評估，而產(chǎn)量和風(fēng)險又取決于對天氣和市場行情的預(yù)估。計算實驗往往涉及多學(xué)科的知識和方法。預(yù)測智能基于計算實驗對未來進(jìn)行預(yù)估，回答“在何種天氣環(huán)境下、種何種作物、滿足多少人需求”的問題。以設(shè)施農(nóng)業(yè)為例，2018年起，荷蘭瓦赫寧根大學(xué)組織國際人工智能溫室種植挑戰(zhàn)賽，吸引了微軟、騰訊等IT領(lǐng)域的團(tuán)隊參加；團(tuán)隊一般為多學(xué)科背景，需綜合考慮環(huán)境調(diào)控對作物產(chǎn)量、投入品使用和最終效益的影響。對于涉及產(chǎn)銷兩方的數(shù)字合作社，實質(zhì)上構(gòu)成了一個人工社會，加上自然環(huán)境，共同構(gòu)成了一個農(nóng)業(yè)社會物理信息系統(tǒng)[18]。計算實驗方法可模擬系統(tǒng)行為，例如不同種植面積下的單位面積效益和總效益；結(jié)合優(yōu)化方法，為實際系統(tǒng)的管理提供參考，例如為了達(dá)到每周穩(wěn)定供給農(nóng)產(chǎn)品的排產(chǎn)方案（何時種、種植多大面積）[18]。

2.3.3 引導(dǎo) 引導(dǎo)智能（prescriptive intelligence）是通過描述智能和預(yù)測智能尋找有利的或優(yōu)化的策略，在人工系統(tǒng)與實際系統(tǒng)的平行執(zhí)行過程中，兩者持續(xù)地相互作用、相互反饋和相互引導(dǎo)。不僅要利用“當(dāng)前和過去的數(shù)據(jù)”，還要綜合考慮期望結(jié)果、所處環(huán)境和資源條件等更多影響因素，在不斷地對比分析所有可能方案的基礎(chǔ)上，提出“可以直接用于決策的建議或方案”[31]。簡而言之，一切的計算最終要給出“有用的”方案。對于數(shù)字合作社，引導(dǎo)智能從組織設(shè)計開始，即如何設(shè)計合作社的參與方，使得各方的訴求得到保證?；谕该鹘?jīng)營的原則，對產(chǎn)量和成本進(jìn)行分析，計算出需要多少的消費者社員、投入多少現(xiàn)金來保證收支平衡，以及增加新社員時帶來的收支平衡的自動更新。在確定組織和各類資源后，基于共同的種植理念，引導(dǎo)智能為經(jīng)營者提供種植時間、肥藥方案等策略，并且所提供的方案在應(yīng)用時隨著實際作物生長情況自動更新。此外，引導(dǎo)智能用于資源調(diào)度的安排，例如何時購買農(nóng)資等，使得經(jīng)營者更為合理地安排資金和人力。平行執(zhí)行的必要性在于實際系統(tǒng)與計算實驗所計算的理想系統(tǒng)之間會存在差異，因此管理措施需隨著實際情況而調(diào)整。例如基于作物圖片可提取作物的生育期、產(chǎn)量預(yù)估等信息[32]，結(jié)合實際監(jiān)測的環(huán)境和作物生長情況進(jìn)行施肥方案的動態(tài)調(diào)整。

3 數(shù)字合作社的總體設(shè)計

3.1 數(shù)字合作社的總體架構(gòu)

數(shù)字合作社的總體架構(gòu)包括信息感知、決策支持和決策實施（服務(wù)）3個方面（圖4）。數(shù)字合作社的平臺設(shè)計采用CPSS的理念，信息采集包括物理信息（作物環(huán)境、作物生長狀態(tài)、設(shè)施狀態(tài)）和社會信息（生產(chǎn)者的管理記錄、農(nóng)產(chǎn)品價格）等。與傳統(tǒng)信息系統(tǒng)相比，增加了人的維度，使得系統(tǒng)既能為人提供智能服務(wù)，又能學(xué)習(xí)用戶的管理經(jīng)驗。

圖4 數(shù)字合作社的總體架構(gòu)Fig. 4 Framework of digital cooperatives

決策支持是系統(tǒng)的核心，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，融合作物的知識，基于建模、智能計算、優(yōu)化算法為合作社提供所需的支持。以作物生產(chǎn)管理為例，系統(tǒng)可以根據(jù)已有種植案例提供初始種植指導(dǎo)（圖4），并以直觀的圖形方式提供種植方案推薦并記錄種植過程的功能。在實際生產(chǎn)中作物和環(huán)境千差萬別，計劃的管理措施不一定按計劃中所列出的執(zhí)行。系統(tǒng)結(jié)合實際的環(huán)境監(jiān)測和用戶反饋，在服務(wù)器端進(jìn)行虛擬的計算實驗，進(jìn)一步提供決策支持。資深的技術(shù)人員了解當(dāng)?shù)刈魑锏墓芾磉^程，進(jìn)行遠(yuǎn)程查看和指導(dǎo)，進(jìn)行人機(jī)互動。

決策實施以環(huán)境的自動控制或管理軟件方式呈現(xiàn)（本地系統(tǒng)）。軟件的功能基于需求分析而產(chǎn)生，貼近實際需求。

3.2 數(shù)字合作社的用戶

3.2.1 直接用戶 平臺的直接用戶是農(nóng)民合作社的經(jīng)營者。在生產(chǎn)管理方面，平臺提供貫穿產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后的服務(wù)。產(chǎn)前進(jìn)行種植計劃安排，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)營目標(biāo)、種植對象，提供種植對象管理過程的建議。以番茄為例，進(jìn)行不同生長時期的施肥灌溉和病蟲害防治的管理方案。這里更強調(diào)健康管理，即如何預(yù)防可能的病蟲害，減少用藥。系統(tǒng)給出實施某項措施的時間，實際生產(chǎn)中由于氣候因子、管理措施的差異，措施的應(yīng)用時間可能會隨著用戶的實際操作而調(diào)整。系統(tǒng)提醒用戶記錄所有的操作過程，以便基于數(shù)據(jù)對不同措施的影響進(jìn)行分析。給用戶

帶來的直接效果是有序管理生產(chǎn)。在生產(chǎn)環(huán)境控制方面，以普遍使用的日光溫室為例，目前最大的需求是通風(fēng)口的控制，實現(xiàn)溫室內(nèi)部的溫度和濕度的調(diào)節(jié)。管理和控制兩個部分相互關(guān)聯(lián)：生產(chǎn)管理中的措施安排往往與生育期有關(guān)，而生育期與作物的溫光環(huán)境密切相關(guān)，后者可通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)施獲取和控制；環(huán)境控制中的閾值設(shè)置與管理需求有關(guān)，例如在開花坐果期，對環(huán)境的要求非常敏感。因此，生產(chǎn)管理系統(tǒng)需融合管理和控制的功能，為生產(chǎn)者提供直接服務(wù)。系統(tǒng)的價值在于通過連接間接用戶解決知識不足和信息不對稱的問題。

3.2.2 間接用戶 平臺的間接用戶包括農(nóng)民合作社中涉及的各種利益相關(guān)者，包括農(nóng)資提供方、農(nóng)機(jī)提供方、農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)商、第三方金融機(jī)構(gòu)、政府和個人消費者等。利益相關(guān)方利用數(shù)據(jù)實現(xiàn)自己的價值，例如農(nóng)資提供方根據(jù)農(nóng)戶的種植對象提供技術(shù)建議和銷售農(nóng)資。為了實現(xiàn)各自的價值，信息流是雙向的。不同的利益相關(guān)者提供服務(wù)，在系統(tǒng)中約定明確的服務(wù)協(xié)議和計費方式，從而提供一個網(wǎng)絡(luò)連接的平臺，構(gòu)成一個虛擬的數(shù)字社會。以第三方服務(wù)機(jī)構(gòu)為例，如農(nóng)業(yè)保險，其最具挑戰(zhàn)的問題在于找到有信用的農(nóng)戶。由于農(nóng)戶普遍缺乏銀行體系的信用數(shù)據(jù)，目前往往通過第三方走訪、當(dāng)?shù)鼐用窨诙鄠鞯姆绞竭M(jìn)行信用評估。農(nóng)田的數(shù)據(jù)管理為保險提供數(shù)據(jù)支持。在雙方達(dá)成一致的前提下，可開放數(shù)據(jù)接口，提供生產(chǎn)數(shù)據(jù)。個人消費者的訴求則是健康的農(nóng)產(chǎn)品。目前有不少個人消費者愿意以高于一般市場的價格訂購農(nóng)產(chǎn)品，這類用戶對于農(nóng)產(chǎn)品的安全要求比較高，愿意為透明的生產(chǎn)過程信息買單。通過數(shù)據(jù)的對接，服務(wù)此類用戶的系統(tǒng)可與生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

3.3 平臺的可持續(xù)運行機(jī)制

平臺設(shè)計的考慮是通過專業(yè)化分工與信息對接，使得農(nóng)戶只需要專注于種植生產(chǎn)本身，而減少在銷售、管理上的風(fēng)險和精力，令參與各方發(fā)揮各自的價值。專業(yè)的農(nóng)資提供方往往伴隨著實操的農(nóng)技咨詢服務(wù)，甚至為了推銷農(nóng)資為農(nóng)戶提供農(nóng)產(chǎn)品銷售服務(wù)；消費者群體已經(jīng)從單純吃飽轉(zhuǎn)向健康的飲食需求，愿意為優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品買單；而技術(shù)與市場都是農(nóng)戶希望對接的資源。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營者為平臺的核心。平臺設(shè)計的理念在于基于信息的及時對接減少由于產(chǎn)銷信息不一致而帶來的農(nóng)產(chǎn)品浪費，以及相應(yīng)的資源浪費和對環(huán)境的影響。平臺倡導(dǎo)健康的可持續(xù)的種植方式，一方面通過農(nóng)業(yè)技術(shù)的服務(wù)，另一方面通過消費者的訂購，為用戶產(chǎn)生的附加值可保障平臺的可持續(xù)運行。從政策層面來說，中國的鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略重視農(nóng)業(yè)和農(nóng)村的發(fā)展，倡導(dǎo)家庭農(nóng)場、農(nóng)民合作社和專業(yè)化農(nóng)業(yè)服務(wù)組織的發(fā)展。以上需求和背景為數(shù)字合作社的發(fā)展提供了廣闊的空間。

4 數(shù)字合作社關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵技術(shù)

平行智能涉及不同細(xì)分學(xué)科的多種技術(shù)，除了共性的人工智能領(lǐng)域的方法，還有一些相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。

4.1 作物建模技術(shù)

作物的產(chǎn)期與產(chǎn)量預(yù)測是產(chǎn)銷對接、生產(chǎn)管理的基礎(chǔ)。盡管對于一個有經(jīng)驗的農(nóng)戶，預(yù)測種植作物的產(chǎn)出并非難事，但是對于涉及不同區(qū)域和作物的智能系統(tǒng)，需要對作物生長進(jìn)行建模。而作物生長受品種、環(huán)境和管理因素的影響，是一個非常復(fù)雜的動態(tài)過程。自20世紀(jì)60年代以來，作物模型的研究涉及對于作物光合作用、呼吸作用、物質(zhì)分配和結(jié)構(gòu)形成等各個方面，復(fù)雜度也各不相同[33-35]。時間尺度從秒到年，空間尺度從細(xì)胞到區(qū)域。在實際應(yīng)用中，需對模型進(jìn)行取舍。例如Hua等[23]僅基于溫度預(yù)測番茄的開花期，用于作物供應(yīng)鏈中產(chǎn)銷信息對接。一般來說，經(jīng)驗?zāi)Ｐ捅葯C(jī)理模型簡單易用，但其參數(shù)需根據(jù)實際進(jìn)行更新。

4.2 農(nóng)業(yè)知識自動化

理想情況下，智能系統(tǒng)能夠回答在哪種環(huán)境下、適合種什么作物、何時種植的問題，進(jìn)而能夠回答某種作物在種植過程中可能有哪些病蟲害、如何預(yù)防，以彌補經(jīng)營者的知識不足。對知識的需求存在深度和廣度兩個維度。知識自動化提供從已有的數(shù)據(jù)中自動挖掘、整理和積累知識的系統(tǒng)[36]，為經(jīng)營者從浩瀚的信息中梳理出需要的知識和信息，為經(jīng)營者提供外腦。如前所述，知識自動化依賴于知識圖譜的構(gòu)建。目前，不少平臺的問答是真實的農(nóng)業(yè)專家在網(wǎng)絡(luò)上提供回答。然而農(nóng)業(yè)專家有限，難以進(jìn)行更大范圍的應(yīng)用和推廣。近年來，自然語言處理技術(shù)發(fā)展迅速，日趨成熟。相關(guān)技術(shù)可用于農(nóng)業(yè)問答系統(tǒng)的構(gòu)建。

4.3 基于代理的計算實驗

由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的多樣性和不確定性，針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和銷售這一生態(tài)系統(tǒng)，計算實驗可以通過改變各種因素的組合方式，進(jìn)行系統(tǒng)行為評估，以及壓力實驗和極限實驗，計算在何種條件下具有最佳的投入產(chǎn)出比等[30]。農(nóng)業(yè)人工系統(tǒng)中，作物、種植者、農(nóng)業(yè)設(shè)施等均可抽象為代理，可視為真實世界的數(shù)字游戲?；诖淼挠嬎銓嶒炓环矫鏋榻?jīng)營者提供培訓(xùn)和學(xué)習(xí)的機(jī)會，另一方面可使經(jīng)營者心中有數(shù)。

4.4 區(qū)塊鏈技術(shù)

數(shù)字合作社透明經(jīng)營、去中心化的理念與區(qū)塊鏈技術(shù)天然吻合[37]。合作社的組織是個動態(tài)過程，基于一定的合約而建立，認(rèn)同合約則自動啟動后續(xù)的流程，正如區(qū)塊鏈技術(shù)的智能合約[38]。合作社各方的信息真實性可以通過區(qū)塊鏈的分布式存儲來保證，并通過共識信任、時間戳等保證信息的難以篡改。區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用可在底層改變數(shù)據(jù)的存儲和修改方式，從技術(shù)上為數(shù)字合作社的經(jīng)營風(fēng)險防控提供保障。

4.5 可視化技術(shù)

一圖勝萬言，透明信息的可視化表達(dá)可以有效地傳遞信息，拉近人的心理距離。利用作物三維建模和三維地理信息技術(shù)（http://bionatics.com/Site/company/presentation.php），可以基于web展示農(nóng)田的生產(chǎn)進(jìn)程，進(jìn)行信息的直觀表達(dá)，增強產(chǎn)銷雙方粘性。作物三維形態(tài)可以基于虛擬植物的模擬技術(shù)產(chǎn)生[39]，也可以基于三維點云數(shù)據(jù)重建[40]。

5 基于計算實驗的數(shù)字合作社規(guī)劃示例

為便于理解數(shù)字合作社的作用，以河北陽原縣單季種植的泥河灣有機(jī)原種貢米種植為例，說明從規(guī)劃到可視化的過程。問題源于北京的城市消費者對高品質(zhì)有機(jī)大米的需求，認(rèn)可種植方兼技術(shù)人員的有機(jī)種植技術(shù)。雙方已有多年的信任，消費者方也有意投入資金，但是進(jìn)行較大面積的種植需要量化成本，以便對成本有預(yù)估，作為建立合作社的基礎(chǔ)。種植方采用貢米原種種植，該品種大米的市場參考價格為56元/kg。

5.1 成本核算

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本核算既是合作社可持續(xù)經(jīng)營管理的需要，也是投資者與種植者之間溝通的需要。生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)劃的重要方面是列出所有種植的成本。農(nóng)業(yè)經(jīng)營者往往缺乏成本核算意識，因此常常會出現(xiàn)增產(chǎn)不增收、生產(chǎn)效益低的情況。如何降低生產(chǎn)成本，管控經(jīng)營風(fēng)險，是農(nóng)業(yè)合作社必須具備的能力。農(nóng)業(yè)企業(yè)缺乏成本核算的相關(guān)制度，因此需要農(nóng)業(yè)經(jīng)營者自行理順。

表1展示了種植有機(jī)原種貢米水稻的成本。水稻采用可留種的品種，產(chǎn)量偏低；種植全程使用有機(jī)肥，不打藥。為進(jìn)行成本核算，首先列出所有相關(guān)成本價格，包括種、肥、地、人工、包裝和物流等，由此估算成本和市場指導(dǎo)價格。通過成本分析發(fā)現(xiàn)目前人工成本占比較高。需要注意的是，單位面積的成本隨著種植面積的變化而變化，如勞動力成本、物流成本等，隨著種植面積增加，有必要通過機(jī)械化手段來控制成本。

表1 有機(jī)原種水稻種植成本分析Table 1 Cost analysis in planting organic rice

5.2 收益預(yù)測

從生產(chǎn)經(jīng)營的角度看，每一茬種植計劃的執(zhí)行都如同做一份商業(yè)計劃書?；诔杀痉治?，加上單位面積產(chǎn)量估計和預(yù)期的利潤，可估測出大米的成本單價和市場指導(dǎo)價格。在此基礎(chǔ)上，引入種植面積的變化，可以模擬隨著種植面積增加的效益分析，從而為制定規(guī)劃提供參考。該環(huán)節(jié)發(fā)生于實際生產(chǎn)記賬之前，主要用于初步評估生產(chǎn)的利潤和風(fēng)險，對應(yīng)于圖4中的預(yù)測階段。

通過在系統(tǒng)中模擬有機(jī)原種水稻單位面積產(chǎn)量和單位成本，可分析種植收益（表2）。該分析計算中，除采用表1中的參數(shù)，還假設(shè)所獲得的利潤在種植者、經(jīng)營者和消費者之間以3∶4∶3的比例分配。種植者的收益除了利潤的30%，還包括租地和人工收入3.75萬元/hm2。經(jīng)營者的收益除了利潤的40%，還包括管理成本0.26萬元/hm2。消費者的收益除了利潤的30%，能獲得遠(yuǎn)低于市場參考價的優(yōu)質(zhì)有機(jī)貢米。各方各自銷售所得的利潤未在考慮范圍。除了總體收支平衡計劃，還可測算按時間規(guī)劃的種植方案、資金使用計劃和現(xiàn)金流預(yù)期。

表2 有機(jī)原種水稻投入產(chǎn)出表Table 2 Input-output of organic raw rice

如果消費者本身是一家500人的企業(yè)，以平均每人每年消費100 kg有機(jī)原種貢米估算，假設(shè)每戶為3口人，則1 500人每年所需量為150 t，對應(yīng)于大約需46.9 hm2的種植面積。通過這種合作模式，可各自獲得所需。在各方認(rèn)可投入產(chǎn)出后，則可組建合作社機(jī)構(gòu)，進(jìn)入生產(chǎn)階段。

5.3 種植規(guī)劃

種植規(guī)劃中的農(nóng)事安排則體現(xiàn)隨時間的進(jìn)度計劃。例如圖5表示一個不同月份的水稻用肥計劃，使得在種植前心中有數(shù)。在規(guī)劃階段，時間的安排為大致范圍。具體準(zhǔn)確時間在實施中根據(jù)實際情況而更新。規(guī)劃內(nèi)容在實施中是動態(tài)的，由于實際生產(chǎn)場景的差異性，種植方案可能會隨著天氣和作物情況進(jìn)行調(diào)整，因此引入平行智能為種植規(guī)劃提供支持。圖5展示了一個水稻種植規(guī)劃的示例。用戶端可通過手機(jī)的微信小程序隨時查看種植進(jìn)展。小程序自動獲取拍攝時間、地點和當(dāng)?shù)貧夂?，以時間軸順序展示，方便用戶瀏覽。

圖5 種植規(guī)劃示例Fig. 5 An example of planting schedule

5.4 虛擬農(nóng)田

對于多種作物種植的情況，種植規(guī)劃結(jié)果的表達(dá)可采用類甘特圖的方式，圖6所表示的一個簡略的種植時空安排方案，其中框中不同編號表示種植作物的編號，橫坐標(biāo)表示時間（年/月），縱坐標(biāo)表示地塊編號。

借助于三維地理系統(tǒng)，較為抽象的地塊編號可以對應(yīng)到具體的地塊上去。除了通過手機(jī)端遠(yuǎn)程展示種植規(guī)劃和進(jìn)展，還可以通過虛擬農(nóng)田展示各個地塊的分布，圖7展示了一個對應(yīng)于實際農(nóng)田分區(qū)的三維地理信息。圖中可以對地塊做不同的標(biāo)示，說明種植作物、預(yù)期采收時間等。這類信息方便消費者了解種植區(qū)，遠(yuǎn)程認(rèn)領(lǐng)，也便于消費者整體了解種植區(qū)情況，進(jìn)行直觀的溝通。

圖6 種植規(guī)劃結(jié)果示例Fig. 6 Example of planting schedule

6 討論

6.1 虛實結(jié)合與線上線下的管理

合作社的產(chǎn)銷對接在聚合大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上才有優(yōu)勢。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)經(jīng)過幾年的發(fā)展，目前仍缺乏市場驅(qū)動力[41]。數(shù)字合作社并不改變在國家相關(guān)合作社法規(guī)定下的實際組織管理方式，通過數(shù)字空間的信息聚集，形成虛擬合作社，與聚合起來的市場需求進(jìn)行對接。因此，必須構(gòu)建信息系統(tǒng)以匯集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)智能計算，提高生產(chǎn)和統(tǒng)籌效率。由于年齡、知識水平的限制，數(shù)據(jù)搜集不再以傳統(tǒng)的種植戶上傳數(shù)據(jù)為主，而是以第三方的專業(yè)化服務(wù)組織為主，輔以物聯(lián)網(wǎng)等設(shè)備實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的智能化升級。

圖7 分區(qū)展示的數(shù)字農(nóng)田Fig. 7 Digital farms divided by zones

由于對健康食品的需求和對田園生活的向往，過去十幾年中別具特色的社區(qū)農(nóng)業(yè)如火如荼。社區(qū)農(nóng)業(yè)主要以線下的地塊承包和產(chǎn)品訂購為主，一個農(nóng)場往往要面對眾多消費者的需求。由于消費者對農(nóng)產(chǎn)品種類的需求多，單個農(nóng)場的產(chǎn)品往往難以持續(xù)平穩(wěn)供應(yīng)。此外，單個農(nóng)場的經(jīng)營成本相對較高。如果擴(kuò)大生產(chǎn)經(jīng)營規(guī)模，則對經(jīng)營者綜合能力的要求隨之增加。數(shù)字合作社則是以聚合小農(nóng)戶、多對多的方式進(jìn)行產(chǎn)銷對接，可以將用戶的需求分解到各個小農(nóng)戶中，這樣對于單個種植者，仍可集中精力專業(yè)生產(chǎn)少數(shù)幾種農(nóng)產(chǎn)品，積累和學(xué)習(xí)專業(yè)知識，且可減少如何應(yīng)對市場變化的考慮。為了實現(xiàn)產(chǎn)品線的多樣化，還可參考合作社聯(lián)社的實際經(jīng)驗，在虛擬空間中構(gòu)建數(shù)字合作社之間的合作方式。

6.2 數(shù)字合作社與智慧農(nóng)業(yè)

智慧農(nóng)業(yè)的技術(shù)包括物聯(lián)網(wǎng)和云計算等，服務(wù)農(nóng)業(yè)的智能化生產(chǎn)。最近幾年，智慧農(nóng)業(yè)的作業(yè)主要體現(xiàn)于農(nóng)機(jī)裝備和無人機(jī)噴灑等，主要用于節(jié)約勞動力的場景，較多應(yīng)用于規(guī)模化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。而小農(nóng)一般缺乏購買實力，或不適合使用大規(guī)模作業(yè)方式。與這類以裝備為主要體現(xiàn)的智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用不同，數(shù)字合作社更多在于智能排產(chǎn)、種植智能推薦這類智能算法技術(shù)的應(yīng)用，用于鏈接不同的產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)，天然地引入了市場驅(qū)動技術(shù)應(yīng)用的機(jī)制，為智慧農(nóng)業(yè)與現(xiàn)有主要經(jīng)營主體的結(jié)合提供了切入點。由于產(chǎn)銷信息透明的需求，對生產(chǎn)過程的信息監(jiān)管也會成為訴求，從而有可能帶動農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

過去十幾年中，通過研發(fā)項目支持，以及各地的數(shù)字農(nóng)業(yè)園區(qū)建設(shè)，信息化技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的應(yīng)用已有不少示范工程，但缺乏可持續(xù)運行機(jī)制。技術(shù)的應(yīng)用需要相關(guān)經(jīng)營體制的配合。中國已經(jīng)在鄉(xiāng)村投入了大量的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，通信、交通和物流條件非常便捷，為農(nóng)業(yè)4.0的發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件。2020年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了《新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體和服務(wù)主體高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃》，助推家庭農(nóng)場、農(nóng)民合作社和托管服務(wù)組織的發(fā)展。數(shù)字合作社定位的主要用戶是這些新型農(nóng)業(yè)的經(jīng)營者和服務(wù)者，減少對個人能力的依賴，輔助解決生產(chǎn)經(jīng)營及服務(wù)中的問題。

6.3 未來展望

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的軟件系統(tǒng)在過去已有探索，包括農(nóng)事管理、農(nóng)業(yè)ERP軟件等，然而為種植戶提供全方位服務(wù)的軟件不多?；跀?shù)字合作社理念，可設(shè)計和開發(fā)包括種植管理、經(jīng)營管理和銷售管理的農(nóng)場經(jīng)營服務(wù)功能，其中融入各方面的經(jīng)驗，使得即使對農(nóng)業(yè)不是非常熟悉的人員也可以盡快上手，成為胸有成竹的“新農(nóng)人”，有助于吸引年輕人投身農(nóng)業(yè)，改變當(dāng)前的農(nóng)戶普遍年齡偏大、學(xué)歷偏低的狀態(tài)。

對于農(nóng)業(yè)專家，基于數(shù)字合作社，可以拓展其所提供咨詢和服務(wù)的農(nóng)田范圍。對于小農(nóng)戶，農(nóng)業(yè)種植經(jīng)驗比較缺乏，需要專家的技術(shù)指導(dǎo)。而農(nóng)技專家缺少，如果完全是線下服務(wù)，相當(dāng)有限?；诰€上平臺，一方面可拓展農(nóng)技專家的地域限制，通過線下實地走訪和線上咨詢擴(kuò)大服務(wù)的時空范圍；另一方面，通過在數(shù)字空間保留專家提供建議的印記，可以積累經(jīng)驗和傳承，訓(xùn)練人工專家系統(tǒng)。

數(shù)字合作社由于采用虛實結(jié)合的方式，虛擬系統(tǒng)中的農(nóng)田與實際農(nóng)田相對應(yīng)，有別于完全以游戲娛樂為主的農(nóng)田游戲。消費者社員可以線下到農(nóng)場進(jìn)行體驗和采摘。由于合作社這種組織形式，社員之間也可不定期的聚會，構(gòu)建現(xiàn)實生活中相互之間的深度聯(lián)系。這對于都市農(nóng)業(yè)的發(fā)展尤其具有現(xiàn)實意義。由于種植者與消費者的共同參與，會減少化肥農(nóng)藥的使用，從而形成一種和諧的種植方式。需要說明的是，數(shù)字合作社是對農(nóng)業(yè)專業(yè)合作社的一種補充，而不是替代，是一種順應(yīng)當(dāng)下的數(shù)字經(jīng)濟(jì)方式。

7 結(jié)語

本文提出了基于人工系統(tǒng)、計算實驗和平行執(zhí)行的虛實結(jié)合、產(chǎn)銷融合的數(shù)字合作社，并以有機(jī)水稻種植為例，說明數(shù)字合作社規(guī)劃、成本分析、種植方案推薦等過程的實現(xiàn)。本文側(cè)重系統(tǒng)的設(shè)計，因此未深入描述系統(tǒng)的具體實施，僅提供部分功能的系統(tǒng)界面。對于農(nóng)業(yè)這一復(fù)雜的社會物理信息經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，理清各方的關(guān)系，設(shè)計適宜的信息系統(tǒng)，是非常重要的一個環(huán)節(jié)。進(jìn)一步的系統(tǒng)功能細(xì)化，則需要更深入地結(jié)合實踐，針對某種自然和社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境下的專業(yè)合作社進(jìn)行開發(fā)迭代，提取共性特征，才能逐漸凝練出適合不同地域、不同作物、不同情景的合作社樣板庫。