國內外發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)情況及經(jīng)驗

嚴東偉

（云南省農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息和宣傳中心，云南昆明 650224）

一、數(shù)字農(nóng)業(yè)內涵及其特點

數(shù)字農(nóng)業(yè)是于1997 年由美國科學院工程院兩院士正式提出，現(xiàn)在其較為官方的定義是指將全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、遙感技術、計處機技術及網(wǎng)絡通訊技術、自動化技術高新技術與農(nóng)業(yè)科學有機結合起來，實現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對農(nóng)作物及其生產(chǎn)環(huán)境從宏觀到微觀進行實時監(jiān)測，以實現(xiàn)對農(nóng)作物生長發(fā)育過程中所需的光、熱、水、土、氣、肥以及相應的環(huán)境進行定期信息采集，生成動態(tài)空間信息系統(tǒng)，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的現(xiàn)象、過程進行模擬，以達到合理利用農(nóng)業(yè)資源，降低生產(chǎn)成本，改善生態(tài)環(huán)境，提高農(nóng)作物產(chǎn)品和質量的目的。簡單地講，是指數(shù)字地球技術以及信息技術共同支撐下的集約化、信息化的農(nóng)業(yè)技術。

廣義的講數(shù)字農(nóng)業(yè)包括農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)、精確農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)四個維度，是一個建立在數(shù)據(jù)化基礎上的集合概念，四個部分相互交集，形成一個較為完整的數(shù)據(jù)采集、分類、應用、挖掘體系，服務于農(nóng)作物生長發(fā)育的全過程。

數(shù)字農(nóng)業(yè)的特點是高度自動化、規(guī)模化和企業(yè)化，同時數(shù)據(jù)做為一個完整的鏈條幾乎完全涵蓋農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后所有過程，實現(xiàn)全程的數(shù)據(jù)自動化采集、分類、存貯、運用和管理。

物聯(lián)網(wǎng)是數(shù)字農(nóng)業(yè)在生產(chǎn)實踐中應用的基礎, 本質上講，物聯(lián)網(wǎng)是一套封閉的數(shù)控系統(tǒng)，是以傳感器、攝像頭、探頭等設備為基礎將物物相聯(lián)。相聯(lián)物根據(jù)已確定的參數(shù)和模型，進行自動化的調控及運行。現(xiàn)在應用最多且最成熟的領域是在花卉或設施農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)操作和管理中。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)是一個數(shù)據(jù)系統(tǒng)，指在開放的系統(tǒng)中按一定的規(guī)則和編碼收集、鑒別、標識和分類數(shù)據(jù)，并建立數(shù)據(jù)庫，再通過建模和算法來組合和優(yōu)化所取得的海量數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)操作和經(jīng)營決策提供依據(jù)，并聯(lián)結云端與相關設備，實現(xiàn)部分的自動化控制和操作。由于其具有的開放性特點，現(xiàn)在主要用于大田農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的操作和經(jīng)營。

精準農(nóng)業(yè)作為數(shù)字農(nóng)業(yè)的一個組成部分，核心是指農(nóng)機硬件設備和設施在軟件和探測設備輔助作用下實現(xiàn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精準操作，如精準施肥、變提噴藥等。而智慧農(nóng)業(yè)是建立在經(jīng)驗模型基礎之上的專家決策系統(tǒng)，其核心是軟件系統(tǒng)。

值得注意的是數(shù)字農(nóng)業(yè)尚處于早期發(fā)展階段，對于其組成部分以及各個部分的理解仍有不同意見，因此，概念被誤用和混用時有發(fā)生，但隨著數(shù)字農(nóng)業(yè)的深入發(fā)展，相信會有更為準確的定義和邊界。

二、國外數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展情況

數(shù)字農(nóng)業(yè)是上世紀60 年代至80 年代歐美國家在將計算機規(guī)?；瘧迷谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎上提出來的，進入90 年代后，以網(wǎng)絡為主的信息化在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和服務方面的應用進一步深化這個概念，遙感（RS）技術、全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙測技術（DCS）、作物生產(chǎn)管理與決策支持系統(tǒng)（DSS）等地學空間信息技術與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理技術的全面結合，使農(nóng)業(yè)自動化、規(guī)?；⑿畔⒒纳锕こ涕_發(fā)成為現(xiàn)實，全面提升了信息技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、管理、服務、經(jīng)營領域的應用。近年來，隨著GPS 技術的迅速發(fā)展，特別是與智能化農(nóng)業(yè)機械配套的差分全球定位系統(tǒng)（DGPS 定位系統(tǒng)）的發(fā)展，使農(nóng)業(yè)機械進入了一個智能化的階段，DGPS 具有12 個通道，可以在動態(tài)條件下提供完整的3D 定位數(shù)據(jù)，并具有與農(nóng)機智能監(jiān)控裝置的通用標準接口，使農(nóng)業(yè)機械進行入一個智能化的階段。遙感技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中相關信息的自動采集與動態(tài)監(jiān)測，催生了物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領域的規(guī)?；瘧茫悄苻r(nóng)業(yè)機械和傳感器在國外已經(jīng)進行全面商品化應用階段。目前美國41.6%的家庭農(nóng)場、46.8%的奶牛場和52%的年輕農(nóng)場主通過計算機進行網(wǎng)絡信息聯(lián)絡，有專業(yè)的農(nóng)業(yè)技術服務組織將農(nóng)業(yè)信息提供給農(nóng)場主，服務于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理和精細化操作。伊利諾州有67%的農(nóng)戶使用計算機，其中27%農(nóng)戶運用網(wǎng)絡技術。政府每年撥款15 億美元建設農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)絡。美國已建成世界最大的農(nóng)業(yè)計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)AGNET，該系統(tǒng)覆蓋了美國國內的46 個州，加拿大的6 個省和美加以外的7 個國家，連通美國農(nóng)業(yè)部、15 個州的農(nóng)業(yè)署、36 所大學和大量的農(nóng)業(yè)企業(yè)。用戶通過家中的電話、電視或計算機，便可共享網(wǎng)絡中的信息資源。

歐盟則利用衛(wèi)星遙感進行作物種植地塊監(jiān)測，為其農(nóng)業(yè)補貼政策實施提供精準依據(jù)。德國則由企業(yè)牽頭進行開發(fā)，致力于研發(fā)農(nóng)業(yè)智能機械和裝備，提供數(shù)字農(nóng)業(yè)綜合解決方案。英國也建立了覆蓋全國的農(nóng)業(yè)計算機網(wǎng)絡AGRINET。意大利將無人機遙感與GPS 定位跟蹤、GIS 空間分析、專家系統(tǒng)等有機結合，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的實時監(jiān)測。日本早在1994 年底就已開發(fā)農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡400 多個，計算機在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門的普及率已達93%，日本政府還在實施一項意在21 世紀使所有農(nóng)民擁有微機的“綠色天國”計劃。

農(nóng)業(yè)數(shù)字模型的應用是數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個重要組成部分，這些基于專家經(jīng)驗開發(fā)主導的模型結合迅速發(fā)展的信息技術，極大的推動了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可預期或預感化的發(fā)展，目前作物模擬模型是農(nóng)業(yè)數(shù)字模型的主體著名模型有CERES、GOSSYM、SOYGRO、SUCROS、BACROS、MACROS 等， 特別是90 年代中期以來，模型被視為啟發(fā)式工具，在指導作物管理、育種、施肥、灌溉等方面獲得了成功的實踐，許多研究者利用作物模型來探索全球氣候變化的影響及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的策略等，還與其它信息技術如RS、GIS、全球定位系統(tǒng)GPS、網(wǎng)絡技術等相結合，在信息農(nóng)業(yè)中發(fā)揮出更大的作用。1997 年，國際玉米小麥改良中心建立了基于數(shù)字模型的國際作物信息系統(tǒng)，用于作物育種和產(chǎn)量潛力的研究。國外關于花生模擬模型的研究始于上世紀80 年代中后期，最具代表性的是CERES-PENUT 模型，在開展花生模擬模型研究的同時，將作物模型、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和應用程序三者有機地結合起來，全面指導生產(chǎn)計劃和經(jīng)營計劃。

2016 年，谷歌旗下Deep Mind 的Alpha Go 橫空出世，把人工智能為（AI）的決策水平提高到一個前所未有的高度，讓人們認識到人空智能發(fā)展的提速和廣闊的前景，也為數(shù)字農(nóng)業(yè)的發(fā)展注入了強心針。

三、國內數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展情況

我國數(shù)字農(nóng)業(yè)起步較晚，但黨和國家領導人以及相關部門高度重視，在多次會議中均強調要利用互聯(lián)網(wǎng)新技術、新應用對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行全方位、全角度、全鏈條的改造，提高全要素生產(chǎn)率，釋放數(shù)字對經(jīng)濟發(fā)展的放大、疊加、倍增作用，推動產(chǎn)業(yè)數(shù)字化?！吨泄仓醒雵鴦赵宏P于實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的意見》（中發(fā)〔2018〕1 號）指出，大力發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)，實施智慧農(nóng)業(yè)林業(yè)水利工程，推進物聯(lián)網(wǎng)試驗示范和遙感技術應用，為加速發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)指出了方向。

2018 年以來我國數(shù)字農(nóng)業(yè)技術得到快速發(fā)展，突破了一批數(shù)字農(nóng)業(yè)關鍵技術，開發(fā)了一批實用的數(shù)字農(nóng)業(yè)技術產(chǎn)品，建立了網(wǎng)絡化數(shù)字農(nóng)業(yè)技術平臺。目前我國已經(jīng)建成的數(shù)據(jù)庫有中國農(nóng)林文獻數(shù)據(jù)庫、農(nóng)牧漁業(yè)科技成果數(shù)據(jù)庫、中國畜牧業(yè)綜合數(shù)據(jù)庫、農(nóng)業(yè)合作經(jīng)濟數(shù)據(jù)庫等。同時在農(nóng)業(yè)數(shù)字信息標準體系、農(nóng)業(yè)信息采集技術、大比例尺的農(nóng)業(yè)空間信息資源數(shù)據(jù)庫、農(nóng)作物生長模型、動植物數(shù)字化虛擬設計技術、農(nóng)業(yè)問題遠程診斷、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)與決策支持系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)遠程教育多媒體信息系統(tǒng)、嵌入式手持農(nóng)業(yè)信息技術產(chǎn)品、溫室環(huán)境智能控制系統(tǒng)、數(shù)字化農(nóng)業(yè)宏觀監(jiān)測系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生物信息學方面的研究應用上，中國企業(yè)都取得了重要的階段性成果，通過不同類型地區(qū)應用示范，初步形成了我國數(shù)字農(nóng)業(yè)技術框架和數(shù)字農(nóng)業(yè)技術體系、應用體系和運行管理體系，促進了我國農(nóng)業(yè)信息化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程。2018 年農(nóng)業(yè)部在國內實施數(shù)字化農(nóng)業(yè)試點項目共計37 項，其中，園藝類作物12 項、大田種植類5 類、畜禽養(yǎng)殖類14項、水產(chǎn)養(yǎng)殖類6 項。截至目前，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部已實施兩批大田種植數(shù)字農(nóng)業(yè)建設試點項目，涉及6 個省區(qū)，10 個項目，總投資額達3.23 億元，其中中央預算內投資共計1.37 億元。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部在陜西省試點的“國家級蘋果產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)中心”，托普云農(nóng)為浙江省政府搭建的“智慧農(nóng)業(yè)云平臺”都是優(yōu)秀的數(shù)字農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)應用案例。

四、發(fā)達國家發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)的基本成功經(jīng)驗

（一）法律保障并呈體系化建設的系統(tǒng)工程

首先是建立健全農(nóng)業(yè)信息化相關的法制、法規(guī)，積極維護農(nóng)業(yè)信息化主體的權益并大力促進信息的共享。如美國從1848 年第一次頒布《農(nóng)業(yè)法》開始，就對農(nóng)業(yè)技術信息服務作出了規(guī)定。在1946年農(nóng)業(yè)市場法案授權規(guī)定，凡享受政府補貼的農(nóng)民和農(nóng)業(yè)，都有義務向政府提供農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)銷信息。美國在農(nóng)業(yè)信息管理上，從信息資源采集到發(fā)布都進行立法管理，并不斷完善形成體系，法國有關法規(guī)規(guī)定，所有社會產(chǎn)品的生產(chǎn)和經(jīng)營者都有義務如實填報自己的生產(chǎn)經(jīng)營情況，違者按偷稅行為處罰。

其次，政府高度重視的同時建立了強有力的領導體系，且該體系運行有序，不會形成信息孤島。如美國從聯(lián)邦政府到各州、各縣政府都十分注重在組織上加強對農(nóng)業(yè)信息工作的協(xié)調與管理。美國形成以農(nóng)業(yè)部及其所屬的國家農(nóng)業(yè)統(tǒng)計局、經(jīng)濟研究所、海外農(nóng)業(yè)局，農(nóng)業(yè)市場服務局、世界農(nóng)業(yè)展望委員會以及首席信息辦公室等機構為主的信息收集、分析、發(fā)布體系。日本則建立了從中央到地方的一個完整的農(nóng)業(yè)情報系統(tǒng)。

(二)高度注重基礎設施信息化建設

農(nóng)業(yè)信息化的建設，在國外包括兩個方面，一是農(nóng)業(yè)基礎設施的信息化。即對現(xiàn)有的農(nóng)田基本建設設施、農(nóng)作物育種設施、農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏設施、農(nóng)作物病蟲害防治設施、畜禽工廠化飼養(yǎng)設施、日光節(jié)能溫室設施、無土栽培設施等進行全方位的信息化建設，形成一個相對穩(wěn)定的數(shù)據(jù)體系。如農(nóng)田灌溉工程中，水泵抽水和溝渠灌溉排水的時間、流量全部通過信息自動傳輸和計算機自動控制。農(nóng)產(chǎn)品的倉儲內部因素變化的監(jiān)測、調節(jié)和控制完全使用計算機信息系統(tǒng)運行。畜禽棚舍飼養(yǎng)環(huán)境的測控和動作完全可以實行自控或遙控。二是基礎資源信息化，核心內容是基礎信息資源的數(shù)字化和網(wǎng)絡設施建設信息化。如日本制定正在制定一項名為“21 世紀農(nóng)林水產(chǎn)領域信息化戰(zhàn)略”，意在大力充實農(nóng)村信息通信基礎設施，建設發(fā)達的通信網(wǎng)絡，提高農(nóng)村地區(qū)的通信便利程度。

(三)利用好多媒體助推數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展

涉農(nóng)部門應用計算機網(wǎng)絡、通訊、視聽等載體向農(nóng)民、農(nóng)業(yè)科技推廣人員和各農(nóng)業(yè)部門傳托業(yè)科學知識、推廣實用技術，進行農(nóng)業(yè)信息咨詢服務，同時積極培育多元化的信息服務主體，在服務內容上有所側重，服務對象和群體規(guī)模上各有不同，形成良好的互補性。

五、結語

數(shù)字農(nóng)業(yè)未來的發(fā)展前景雖然非常富有吸引力，但是由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)涉及的品類和品種繁多，生產(chǎn)過程漫長和復雜，不可控因素多，變量多，因此數(shù)字農(nóng)業(yè)從單點突破到全面進步和應用還需要假以時日。