基于知識(shí)圖譜分析的我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與提升對(duì)策研究

林偉君，高 飛，黃紅星，莫里楠

（廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與農(nóng)村發(fā)展研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南都市農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640）

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)的興起以及與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的融合應(yīng)用，引領(lǐng)我國農(nóng)業(yè)邁入“農(nóng)業(yè)4.0”時(shí)代，即智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的新階段。世界主要發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的政府相繼推出了智能農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)、未來農(nóng)業(yè)等發(fā)展計(jì)劃，發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)是全球共識(shí)。我國也高度重視智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展，近年國務(wù)院及有關(guān)部委發(fā)布了《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》《推進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)發(fā)展的實(shí)施意見》《數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃（2019—2025年）》等一系列文件，表明數(shù)字技術(shù)與農(nóng)業(yè)農(nóng)村深度融合已成為數(shù)字鄉(xiāng)村動(dòng)力源，智慧農(nóng)業(yè)是未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向和競(jìng)爭焦點(diǎn)，也是我國農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的方向。越來越多的學(xué)者把目光聚焦在智慧農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)李道亮教授［1］認(rèn)為，智慧農(nóng)業(yè)是以最高效率利用各種農(nóng)業(yè)資源，最大限度減少農(nóng)業(yè)能耗和成本，最大限度減少農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境破壞以及實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的整體目標(biāo)，以全面感知、可靠傳輸和智能處理等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐和手段，以自動(dòng)化生產(chǎn)、最優(yōu)化控制、智能化管理、系統(tǒng)化物流和電子化交易為主要生產(chǎn)方式的高產(chǎn)、高效、低耗、優(yōu)質(zhì)、生態(tài)和安全的一種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展模式與形態(tài)。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院周國民研究員［2］認(rèn)為，智慧農(nóng)業(yè)是充分利用現(xiàn)在的信息技術(shù)，包括更透徹的感知技術(shù)、更廣泛的互聯(lián)互通技術(shù)和更深入的智能化技術(shù)，促使農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)更高效、更智慧、更聰明，以使農(nóng)業(yè)系統(tǒng)達(dá)到農(nóng)產(chǎn)品競(jìng)爭力強(qiáng)、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、和諧農(nóng)村、有效利用農(nóng)村能源和環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)。目前，智慧農(nóng)業(yè)態(tài)勢(shì)研究多從概念角度出發(fā)，對(duì)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)比，闡述我國智慧農(nóng)業(yè)體系建設(shè)、關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新現(xiàn)狀，并提出對(duì)策建議。對(duì)文獻(xiàn)計(jì)量、可視化分析較少，對(duì)智慧農(nóng)業(yè)研究前沿與熱點(diǎn)分析不足，因此，本文采用知識(shí)圖譜可視化方法對(duì)我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與前沿?zé)狳c(diǎn)進(jìn)行分析并提出對(duì)策建議，為推進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

以中國知網(wǎng)中文期刊為檢索數(shù)據(jù)源，采用高級(jí)檢索，將檢索年限設(shè)定為“2000—2020年”，檢索主題為“智慧農(nóng)業(yè)”，類別選擇為所有期刊，檢索發(fā)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)相關(guān)文獻(xiàn)最早發(fā)表時(shí)間為2009年。對(duì)檢索到文獻(xiàn)進(jìn)行篩選對(duì)比，去除報(bào)紙、通訊消息等無效文獻(xiàn)，得到2009—2020年智慧農(nóng)業(yè)主題相關(guān)文獻(xiàn)866篇。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻(xiàn)分析法 根據(jù)研究需要，利用中國知網(wǎng)，收集智慧農(nóng)業(yè)主題相關(guān)文獻(xiàn)，通過歸納、整理、分析，了解智慧農(nóng)業(yè)研究現(xiàn)狀，為本文撰寫提供理論指導(dǎo)。

1.2.2 可視化分析法 使用CitespaceV文獻(xiàn)分析工具，對(duì)檢索到的866篇文獻(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，繪制我國智慧農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域知識(shí)圖譜。

2 結(jié)果與分析

2.1 我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展歷程

對(duì)2009—2020年智慧農(nóng)業(yè)主題文獻(xiàn)發(fā)文量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果（圖1）表明，我國智慧農(nóng)業(yè)研究發(fā)文量整體呈增長趨勢(shì)，智慧農(nóng)業(yè)研究發(fā)展歷程可分為緩慢增長期和快速增長期兩個(gè)階段。

緩慢增長期：2009—2015年，年發(fā)文量緩慢增長。這一階段，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)發(fā)展不夠成熟，計(jì)算機(jī)技術(shù)沒有普遍運(yùn)用，與農(nóng)業(yè)結(jié)合不夠密切，智慧農(nóng)業(yè)研究相對(duì)較少。

快速增長期：2016—2020年，年發(fā)文量快速增長。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、云服務(wù)等新基建日益完善，應(yīng)用不斷升級(jí)，積累農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，開拓智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景成為農(nóng)業(yè)發(fā)展亟待解決的問題。尤其是2019年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了《數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃（2019—2025年）》，智慧農(nóng)業(yè)研究得到廣泛關(guān)注，發(fā)文量劇增。

圖1 2009—2020年我國智慧農(nóng)業(yè)相關(guān)研究年發(fā)文量分布Fig. 1 Distribution of annual release quantity of papers on intelligent agriculture in China from 2009 to 2020

2.2 研究機(jī)構(gòu)分析

2.2.1 計(jì)量分析 科研機(jī)構(gòu)發(fā)文量是其研究力量的體現(xiàn)，通常研究機(jī)構(gòu)的學(xué)術(shù)實(shí)力越強(qiáng)，其發(fā)文量越多。從文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)（表1）來看，我國智慧農(nóng)業(yè)研究發(fā)文量排名前9位的機(jī)構(gòu)共發(fā)表論文133篇，僅占發(fā)文總量的15.36%。由此可見，目前我國智慧農(nóng)業(yè)研究機(jī)構(gòu)分布廣泛，并沒有形成具有絕對(duì)學(xué)科優(yōu)勢(shì)的科研機(jī)構(gòu)。

表1 智慧農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域主要科研機(jī)構(gòu)Table 1 Main scientific research institutions in the research field of intelligent agriculture

2.2.2 共現(xiàn)分析 采用CitespaceV軟件進(jìn)行研究機(jī)構(gòu)共現(xiàn)分析，繪制科研機(jī)構(gòu)共現(xiàn)圖譜（圖2）。由圖2可知，連線代表機(jī)構(gòu)與機(jī)構(gòu)之間的合作，連線越粗則機(jī)構(gòu)合作越密切，可以看出我國智慧農(nóng)業(yè)研究的主力是農(nóng)業(yè)大學(xué)和科研院所，其中，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)科研力量較強(qiáng)。

我國智慧農(nóng)業(yè)研究機(jī)構(gòu)分布廣泛，機(jī)構(gòu)內(nèi)部跨學(xué)科合作相對(duì)較多，如中國農(nóng)科院農(nóng)業(yè)信息研究所、農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所、農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所、南京土壤研究所存在合作關(guān)系，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院、國家保護(hù)耕作研究院和水利與土木工程學(xué)院存在合作關(guān)系。但機(jī)構(gòu)間合作不足，目前大部分科研機(jī)構(gòu)處于獨(dú)自研究狀態(tài)，缺乏密切合作。這種狀態(tài)不利于資源共享，也增大了研究成果的推廣和轉(zhuǎn)化的阻力。

2.3 關(guān)鍵詞分析

2.3.1 計(jì)量分析 文獻(xiàn)關(guān)鍵詞是對(duì)文章主題的高度凝練，通過分析關(guān)鍵詞，可以了解智慧農(nóng)業(yè)研究熱點(diǎn)問題。智慧農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次由多到少依次是智慧農(nóng)業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、農(nóng)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)+、人工智能、Zigbee、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、云計(jì)算等（表2）。從關(guān)鍵詞中心性可以分析得出，2012年開始，智慧農(nóng)業(yè)研究熱點(diǎn)集中在物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)的融合發(fā)展等方面。2017年，人工智能也逐漸成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。

表2 智慧農(nóng)業(yè)研究主要關(guān)鍵詞Table 2 Main Keywords of intelligent agriculture research

2.3.2 共現(xiàn)分析 將2009—2020年以“智慧農(nóng)業(yè)”為主題的866篇文獻(xiàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入CitespaceV軟件進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，選擇出現(xiàn)頻次5次以上的關(guān)鍵詞，得到智慧農(nóng)業(yè)關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜（圖3）。圖3顯示，在關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜上節(jié)點(diǎn)有396個(gè)，連線有455條，節(jié)點(diǎn)大小代表關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次，即字體越大，關(guān)鍵詞頻次越多。

（1）農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)研究豐富。由圖3可知，物聯(lián)網(wǎng)是節(jié)點(diǎn)字體較大的關(guān)鍵詞，其研究數(shù)量豐富。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是智慧農(nóng)業(yè)的重要組成部分，是“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的具體應(yīng)用［3］。與物聯(lián)網(wǎng)共現(xiàn)的高頻關(guān)鍵詞有傳感網(wǎng)絡(luò)、Zigbee、環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)大棚、大數(shù)據(jù)環(huán)境等。物聯(lián)網(wǎng)需要在在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理和服務(wù)的過程及相關(guān)領(lǐng)域，部署不同類型的傳感器形成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，以便于全方位獲取信息。從現(xiàn)有研究來看，傳感器是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，目前我國缺乏具有自主產(chǎn)權(quán)的傳感器，高端傳感器的核心部件（激光器、光柵等）制約了智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展［4］。Zigbee是較常提到的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其功耗低、成本低、復(fù)雜度低可廣泛用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域［5］。Zigbee技術(shù)多應(yīng)用于的農(nóng)業(yè)大棚智慧系統(tǒng)，通過模糊耦合算法對(duì)作物生長進(jìn)行預(yù)測(cè)［6］。此外，通過物聯(lián)網(wǎng)采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)過云計(jì)算構(gòu)建農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模型，病蟲害識(shí)別模型，采用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時(shí)開發(fā)智能手機(jī)App，便于用戶進(jìn)行精細(xì)化的管理操作［7-8］。

圖2 科研機(jī)構(gòu)共現(xiàn)圖譜Fig. 2 Co-occurrence graph of scientific research institutions

（2）數(shù)據(jù)是智慧農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵生產(chǎn)要素。大數(shù)據(jù)是智慧農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域重要關(guān)鍵詞，中心性為0.57，與其共現(xiàn)的高頻詞有云計(jì)算、5G、區(qū)塊鏈、信息共享等。從現(xiàn)有研究來看，數(shù)據(jù)資源分散、質(zhì)量不高、挖掘不足是目前智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。我國農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)起步較晚，缺乏系統(tǒng)性的數(shù)據(jù)資源積累，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)收集困難，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)管理?xiàng)l塊分割，數(shù)據(jù)流動(dòng)性差，難以共享復(fù)用。同時(shí)，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)來源復(fù)雜，質(zhì)量不高、異構(gòu)性突出，也為數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析增加了難度。但隨著5G網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、云服務(wù)等新基建日益完善，我國農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展迅速。通過推動(dòng)數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)天空一體化數(shù)據(jù)獲取能力，培育新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營主體，解決復(fù)雜的大數(shù)據(jù)與農(nóng)民個(gè)性化服務(wù)不對(duì)稱的問題，以推動(dòng)我國智慧農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

（3）人工智提升農(nóng)業(yè)智慧化水平。在智慧農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域，人工智能是近些年出現(xiàn)的主要關(guān)鍵詞，中心性為0.06，與其共現(xiàn)的關(guān)鍵詞有大數(shù)據(jù)、自動(dòng)化、日本、美國、無人機(jī)等。人工智能屬于智慧農(nóng)業(yè)新興的研究方向，目前研究相對(duì)較少?，F(xiàn)有文獻(xiàn)以綜述較多，通過與美國、日本等發(fā)達(dá)國家的農(nóng)業(yè)人智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的對(duì)比，說明人工智能是我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展新機(jī)遇。人工智能的發(fā)展依托于互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、5G網(wǎng)絡(luò)、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，智能檢測(cè)與診斷、機(jī)器人是學(xué)者比較關(guān)注的研究方向。近年來，重大動(dòng)植物疫病蟲害發(fā)生頻率和程度都有所增加，將人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人、5G等技術(shù)應(yīng)用到動(dòng)植物疫病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)警與診斷中，對(duì)我國農(nóng)業(yè)市場(chǎng)穩(wěn)定和糧食安全有重要作用。

圖3 關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜Fig. 3 Co-occurrence graph of keywords

2.3.3 研究前沿分析 對(duì)檢索到的“智慧農(nóng)業(yè)”為主題的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)鍵詞突變分析，時(shí)間切片設(shè)置為1年，得到智慧農(nóng)業(yè)研究前沿詞圖（圖4）。圖4中，紅色線條代表突變?cè)~語出現(xiàn)和消失的年份，突變強(qiáng)度代表學(xué)術(shù)界對(duì)該主題的關(guān)注強(qiáng)度。在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，主要的突變?cè)~匯有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)+。無線傳感網(wǎng)絡(luò)是最早出現(xiàn)的突變?cè)~匯，突變強(qiáng)度為3.25，從現(xiàn)有研究來看，該主題研究更側(cè)重于特定應(yīng)用環(huán)境內(nèi)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)和傳輸模式的構(gòu)建。物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)的年份稍晚，突變強(qiáng)度為4.24，從概念上看，物聯(lián)網(wǎng)是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的延伸，除了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的布置，大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)的應(yīng)用也必不可少。物聯(lián)網(wǎng)為人與物、物與物的信息交換創(chuàng)造了一個(gè)平臺(tái)［5］，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)營者對(duì)生產(chǎn)過程更精心的管理與控制。2016年，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)+成為智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)，突變強(qiáng)度分別為3.01和4.04。這一階段互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展更為成熟，智能手機(jī)普及率大大提高，“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展方向成為學(xué)者關(guān)注重點(diǎn)。從時(shí)間線上看，無線傳感網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)+等關(guān)鍵詞出現(xiàn)后，一直是學(xué)術(shù)界高關(guān)注度的研究主題。由此可以推斷，我國智慧農(nóng)業(yè)仍處于探索階段，但隨著科技的發(fā)展，其內(nèi)涵和科技水平在不斷豐富、提升。

圖4 智慧農(nóng)業(yè)研究前沿詞圖Fig. 4 Frontier words of intelligent agriculture research

2.4 關(guān)鍵詞聚類分析

對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類分析，并以時(shí)間線視圖聚類進(jìn)行展示（圖5）。對(duì)聚類的標(biāo)簽與內(nèi)涵進(jìn)行分析，將智慧農(nóng)業(yè)研究分為4個(gè)方面：智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)與路徑、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)和農(nóng)業(yè)信息化應(yīng)用。

由圖5可知，智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)與路徑包括聚類0（農(nóng)業(yè)）和7（問題），從2009年開始出現(xiàn)，2012年后發(fā)文量快速增長。智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)與路徑研究通過文獻(xiàn)整理研究智慧農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀，預(yù)測(cè)農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，并提出發(fā)展路徑。2009—2015年，研究主要集中在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)如何進(jìn)行信息化建設(shè)，提出利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采集數(shù)據(jù)，改造農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營等過程,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)生產(chǎn)、智能控制，提升農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平［6］。2016—2020年，學(xué)術(shù)界對(duì)智慧農(nóng)業(yè)有了更深刻的認(rèn)識(shí)，提出互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)概念，通過互聯(lián)網(wǎng)、5G等新一代信息技術(shù)的應(yīng)用推進(jìn)一、二、三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，使農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)獲得提升。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)包括聚類1（物聯(lián)網(wǎng)）、3（Zigbee）和4（物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)）。物聯(lián)網(wǎng)是智慧農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域的核心概念，從2011年開始出現(xiàn)，至今仍是研究的重點(diǎn)。早期學(xué)術(shù)界關(guān)注特定區(qū)域范圍（溫室大棚、大田區(qū)域、具體山區(qū)）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)布置、Zigbee無線通訊協(xié)議的使用、單片機(jī)［9］的設(shè)置等方面。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，遙感技術(shù)、5G網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的應(yīng)用使物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理中能夠發(fā)揮更重要的作用。但從現(xiàn)有研究來看，與傳感器開發(fā)相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)文量較少，國產(chǎn)傳感器與進(jìn)口傳感器在精確度、耐用度上還有明顯差距，尤其是傳感器的核心部件（激光器、光柵等）我國獨(dú)立研發(fā)能力較差。

農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)包括聚類2（云平臺(tái)）和5（大數(shù)據(jù)）。數(shù)據(jù)是智慧農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵生產(chǎn)要素，以往農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)布局規(guī)劃多依靠歷史產(chǎn)業(yè)發(fā)展和專家經(jīng)驗(yàn)判斷等方式?jīng)Q定，缺少對(duì)地區(qū)資源、環(huán)境等因素的科學(xué)分析。通過數(shù)據(jù)資源積累，建立科學(xué)的產(chǎn)業(yè)布局模型，能夠更加客觀的提出規(guī)劃建議，為農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革提供指導(dǎo)，提高農(nóng)業(yè)發(fā)展質(zhì)量。建設(shè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，打造數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村，推進(jìn)農(nóng)業(yè)數(shù)字化、智慧化發(fā)展，是學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)同的觀點(diǎn)。

農(nóng)業(yè)信息化應(yīng)用包括聚類6（農(nóng)業(yè)信息化）和8（農(nóng)產(chǎn)品）。從現(xiàn)有文獻(xiàn)來看，農(nóng)業(yè)信息化應(yīng)用主要包括企業(yè)信息管理系統(tǒng)、電子商務(wù)、冷鏈物流、農(nóng)產(chǎn)品溯源、作物生長模擬、病蟲害識(shí)別、無人機(jī)等。目前，大部分農(nóng)業(yè)企業(yè)已經(jīng)開始信息化建設(shè)，建立內(nèi)部局域網(wǎng)，開發(fā)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)內(nèi)部資源的統(tǒng)籌管理?；ヂ?lián)網(wǎng)、智能終端的普及，淘寶、京東等電商平臺(tái)運(yùn)營機(jī)制的完善，使農(nóng)業(yè)電子商務(wù)得到飛速發(fā)展，給農(nóng)民和企業(yè)帶來新的銷售渠道，解決農(nóng)產(chǎn)品銷售鏈條“最初一公里”問題［10］。區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的也使現(xiàn)有的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)更加完善，促進(jìn)了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全水平的提升。而作物生長模型、病蟲害識(shí)別等領(lǐng)域處于研發(fā)探索階段，從發(fā)表文獻(xiàn)來看，與智能算法相關(guān)的研究較多；無人機(jī)開始在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行應(yīng)用，例如大田施肥、用藥等環(huán)節(jié)，但更精準(zhǔn)的避障、控制算法仍在研究［11-12］。

圖5 智慧農(nóng)業(yè)研究關(guān)鍵詞聚類圖譜Fig. 5 Clustering graph of keywords in intelligent agriculture research

3 我國智慧農(nóng)業(yè)研究現(xiàn)狀

3.1 信息管理系統(tǒng)和電子商務(wù)為農(nóng)企帶來更高效益

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)企業(yè)隨著網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)成本的降低和智能手機(jī)應(yīng)用，積極建設(shè)企業(yè)信息管理系統(tǒng)，打通公司內(nèi)部數(shù)據(jù)鏈路，通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，決策支撐市場(chǎng)運(yùn)營，精準(zhǔn)營銷；建設(shè)公司內(nèi)控系統(tǒng)，通過質(zhì)量安全管控、物流管控全系統(tǒng)保證產(chǎn)品質(zhì)量；打造農(nóng)業(yè)公共服務(wù)云平臺(tái)，通過微信號(hào)、農(nóng)業(yè)App為農(nóng)民提供病蟲害信息服務(wù)。電子商務(wù)是當(dāng)今農(nóng)業(yè)經(jīng)營中不可缺少的一環(huán)，通過電子訂單方式，開發(fā)農(nóng)產(chǎn)品銷售新渠道，為企業(yè)和農(nóng)民帶來新商機(jī)，提高收入。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和流通場(chǎng)景中得到廣泛應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)養(yǎng)殖、產(chǎn)品溯源、倉儲(chǔ)配送等領(lǐng)域，為農(nóng)業(yè)從業(yè)者帶來許多便利。環(huán)境監(jiān)測(cè)通過各種無線傳感器實(shí)時(shí)采集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度、光照、CO2濃度等參數(shù)，利用視頻監(jiān)控農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，采集數(shù)據(jù)，便于農(nóng)民實(shí)時(shí)了解大田信息，發(fā)現(xiàn)和及時(shí)解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題。設(shè)施農(nóng)業(yè)在環(huán)境監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，按照農(nóng)作物生長的各項(xiàng)指標(biāo)，精確遙控農(nóng)業(yè)設(shè)施自動(dòng)開啟或關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)［13-15］。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于魚苗培育過程，可以使用PC或移動(dòng)端進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)投喂、水氧含量控制，降低了魚苗培育環(huán)節(jié)的工作量，提高了生產(chǎn)效率［16-17］。畜禽養(yǎng)殖過程中，通過環(huán)境監(jiān)控、電子耳標(biāo)、電子腳環(huán)等技術(shù)和產(chǎn)品，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)畜禽生理指數(shù)，采集畜禽核心體溫、活動(dòng)量等體征，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)養(yǎng)殖，保證畜禽產(chǎn)品品質(zhì)。此外，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品溯源，保證生產(chǎn)、加工流通、市場(chǎng)消費(fèi)全環(huán)節(jié)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全［18］。

3.3 國有傳感器能夠滿足絕大多數(shù)場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)需求

傳感器是智慧農(nóng)業(yè)各個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景中最重要的設(shè)備。已有文獻(xiàn)表明，在大田環(huán)境監(jiān)測(cè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)養(yǎng)殖等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，企業(yè)仍以我國生產(chǎn)的傳感器為主。雖然與國外傳感器相比，國產(chǎn)傳感器在測(cè)量精度、使用年限方面存在劣勢(shì)，但價(jià)格便宜，更換成本低。目前，農(nóng)業(yè)企業(yè)對(duì)智慧產(chǎn)品的需求大多為環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，對(duì)于土壤營養(yǎng)成分以及個(gè)體信息監(jiān)測(cè)方面應(yīng)用還不多，國產(chǎn)傳感器已能滿足大多數(shù)場(chǎng)景下的環(huán)境數(shù)據(jù)（如空氣溫濕度、光照、土壤水分、溶氧量、CO2等）監(jiān)測(cè)與采集的需求［19］。

3.4 植保無人機(jī)與智能農(nóng)用裝備普及

近年來興起的無人機(jī)技術(shù)，已在農(nóng)業(yè)遙感測(cè)繪、病蟲害防控、農(nóng)情監(jiān)測(cè)等方面開展應(yīng)用。植保無人機(jī)等農(nóng)用裝備已經(jīng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到普及。使用植保無人機(jī)大大降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。此外，使用植保無人機(jī)等智能農(nóng)用裝備農(nóng)藥噴灑更及時(shí)、高效、精準(zhǔn)，能以最快時(shí)間控制病蟲害的擴(kuò)散，保證病蟲害的防治效果。

3.5 智慧農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)仍需攻關(guān)

智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)中的智慧經(jīng)濟(jì)，需要充分應(yīng)用現(xiàn)代化信息技術(shù)成果。目前，智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展在環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)、電子商務(wù)應(yīng)用方面已經(jīng)較為成熟，但農(nóng)業(yè)信息智能分析決策技術(shù)、云服務(wù)技術(shù)、農(nóng)業(yè)知識(shí)智能推送、農(nóng)機(jī)導(dǎo)航及自動(dòng)作業(yè)、植物病蟲害和畜禽疫病識(shí)別與跟蹤等關(guān)鍵技術(shù)仍需攻關(guān)。

4 存在問題

從以上分析結(jié)果來看，我國智慧農(nóng)業(yè)仍處于探索階段，信息技術(shù)的應(yīng)用使農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)得到提升，農(nóng)業(yè)從業(yè)者在生產(chǎn)經(jīng)營過程中可以精準(zhǔn)、便捷地進(jìn)行控制與管理，但仍存在一些問題制約智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

4.1 農(nóng)業(yè)從業(yè)者素質(zhì)低

農(nóng)村人口“老齡化”“空心村”的現(xiàn)象呈加劇趨勢(shì)。農(nóng)業(yè)從業(yè)人員中小學(xué)、初中文化程度的比例偏大，農(nóng)業(yè)從業(yè)人員科技文化素質(zhì)整體偏低；從年齡結(jié)構(gòu)來看，40歲以上農(nóng)業(yè)從業(yè)人員占60%，而農(nóng)村青壯年大多從事非農(nóng)行業(yè)。農(nóng)村人口加速向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移是必然趨勢(shì)，但農(nóng)村人口有序轉(zhuǎn)移是一個(gè)復(fù)雜、漸進(jìn)的過程，須保持與農(nóng)村活力同步協(xié)調(diào)?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息技術(shù)及設(shè)施裝備雖然是解決現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中問題的“利器”，但在客觀上也要求勞動(dòng)者要有較高的科學(xué)文化素質(zhì)和管理水平。

4.2 智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)人才缺乏

智慧農(nóng)業(yè)專業(yè)人才匱乏，加大了農(nóng)業(yè)信息普及難度，智慧農(nóng)業(yè)科技成果的傳遞與實(shí)施也難以落實(shí)［20-21］。在數(shù)量上，高校報(bào)考農(nóng)業(yè)相關(guān)專業(yè)人員數(shù)量非常有限。在質(zhì)量上，農(nóng)業(yè)信息化人才知識(shí)結(jié)構(gòu)不合理。智慧農(nóng)業(yè)涉及專業(yè)廣泛，包括生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)信息、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，但現(xiàn)有人才主要來自于農(nóng)學(xué)、信息工程、經(jīng)濟(jì)管理等專業(yè)。由于專業(yè)設(shè)置的學(xué)科針對(duì)性弱、知識(shí)面窄，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)與信息化不能很好地接軌，造成智慧農(nóng)業(yè)人才質(zhì)量不高。另外，由于家庭觀念、社會(huì)激勵(lì)機(jī)制方面的影響，高校涉農(nóng)專業(yè)畢業(yè)生“學(xué)農(nóng)不愛農(nóng)”現(xiàn)象不少，高校培養(yǎng)的農(nóng)業(yè)人才希望“跳出農(nóng)門”，加劇了農(nóng)業(yè)人才缺乏的問題。

4.3 建設(shè)主體角色定位不準(zhǔn)確，運(yùn)行管理機(jī)制不完善

智慧農(nóng)業(yè)的前期發(fā)展需要不斷地進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和資金投入。我國積極發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)，由政府出資建設(shè)了不少農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)平臺(tái)，每年政府都要撥放平臺(tái)運(yùn)維資金，進(jìn)行平臺(tái)維護(hù)和繳納網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用，無形中增加了政府的財(cái)政負(fù)擔(dān)。在智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中，建設(shè)主體角色定位不準(zhǔn)，運(yùn)行管理機(jī)制不完善問題十分凸顯。準(zhǔn)確定位政府、企業(yè)之間關(guān)系，保持產(chǎn)業(yè)鏈正常運(yùn)轉(zhuǎn)是智慧農(nóng)業(yè)良性發(fā)展的保證。

4.4 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不健全，數(shù)據(jù)分析利用不足

目前，農(nóng)業(yè)傳感器、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用十分廣泛［22］。通過平臺(tái)與各類傳感器，科研機(jī)構(gòu)與農(nóng)業(yè)企業(yè)收集了大量的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)。但由于缺少統(tǒng)一的信息資源標(biāo)準(zhǔn)體系，我國不同地區(qū)、不同部門的農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)差異較大，信息資源未能很好地分類，共享整合困難。同時(shí)，數(shù)據(jù)深度挖掘不充分，對(duì)數(shù)據(jù)應(yīng)用多局限于農(nóng)產(chǎn)品成熟采摘以及一些智能控制，并沒有通過建立模型發(fā)掘數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，商業(yè)化程度低，不能準(zhǔn)確把握農(nóng)民的信息需求，數(shù)據(jù)服務(wù)針對(duì)性不強(qiáng)。

4.5 智能設(shè)備運(yùn)維成本高，經(jīng)濟(jì)效益不明顯

智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展離不開傳感器開發(fā)與應(yīng)用。從文獻(xiàn)中了解到，國產(chǎn)傳感器設(shè)備壽命短，后期維護(hù)成本過高。然而與之相對(duì)的是，智能設(shè)備的使用雖然提高了生產(chǎn)效率，但單位面積帶來的經(jīng)濟(jì)效益并不明顯，這導(dǎo)致農(nóng)民與企業(yè)滿足現(xiàn)狀，減少對(duì)智慧農(nóng)業(yè)的投入，從而限制智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

5 我國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)策建議

5.1 規(guī)劃引領(lǐng)，加大支持，完善基礎(chǔ)條件

我國智慧農(nóng)業(yè)研究總體還處于初期探索的起步階段，雖然取得了一定的成果，但在推廣應(yīng)用過程中，還面臨著建設(shè)和運(yùn)維成本高、帶動(dòng)效益不明顯等方面的問題［23］。因此，智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要政府的合理規(guī)劃和正確引導(dǎo)，研究制定智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的“分步走”計(jì)劃，出臺(tái)扶持智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的政策措施，出臺(tái)稅收優(yōu)惠政策，加大科研經(jīng)費(fèi)投入和相關(guān)設(shè)施裝備的補(bǔ)貼力度，鼓勵(lì)和引導(dǎo)研發(fā)機(jī)構(gòu)、涉農(nóng)企業(yè)等市場(chǎng)主體積極參與智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)。

同時(shí)，政府要加大寬帶、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、云服務(wù)器等信息化基礎(chǔ)設(shè)施投入，為智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展提供更先進(jìn)、更優(yōu)惠、覆蓋范圍更廣的通信網(wǎng)絡(luò)和云服務(wù)器資源；組織和鼓勵(lì)有實(shí)力的企業(yè)建設(shè)智慧農(nóng)業(yè)公共服務(wù)平臺(tái)和大數(shù)據(jù)中心，為智慧農(nóng)業(yè)應(yīng)用推廣過程中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理、計(jì)算、分析等提供基礎(chǔ)公共服務(wù)。

5.2 政府牽頭，多方聯(lián)合，建立智慧農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系

在智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的起步階段，政府聯(lián)合行業(yè)協(xié)會(huì)、科研機(jī)構(gòu)、大型企業(yè)等主體，加快制定智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)體系，有利于保證數(shù)據(jù)快速傳遞和共享，確保不同場(chǎng)景下各類智能設(shè)備緊密配合，各環(huán)節(jié)服務(wù)有效銜接，推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、高效化方向發(fā)展。智慧農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系的制定應(yīng)有適度超前意識(shí)，標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)包括：元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、交換共享標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)、軟件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)等。

5.3 提高自主研發(fā)能力，發(fā)展農(nóng)業(yè)智能裝備

加強(qiáng)高精度傳感器和先進(jìn)農(nóng)業(yè)智能裝備的技術(shù)攻關(guān)力度，提高環(huán)境傳感器的準(zhǔn)確性、可靠性、節(jié)能性和耐用性，提高農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集質(zhì)量。大力發(fā)展植保無人機(jī)、農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛、智能機(jī)器人等技術(shù)，加快研發(fā)適宜廣東丘陵山地、設(shè)施農(nóng)業(yè)、畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖等不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)景的農(nóng)用智能裝備，不斷提升農(nóng)業(yè)智能裝備核心零部件自主研發(fā)能力［24］。

5.4 加速現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)農(nóng)村領(lǐng)域的深度融合

一是建設(shè)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，提高農(nóng)業(yè)政務(wù)管理水平和應(yīng)急處置能力；二是推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能與農(nóng)產(chǎn)品流通業(yè)深度融合應(yīng)用；三是集成區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、標(biāo)簽識(shí)別等技術(shù)，建設(shè)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈全程溯源系統(tǒng)；四是建設(shè)植物工廠和智慧牧場(chǎng)，推動(dòng)高效高值農(nóng)業(yè)發(fā)展；五是推動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)、3D動(dòng)畫等技術(shù)在農(nóng)技培訓(xùn)、科普教育和休閑農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

5.5 加強(qiáng)人才培養(yǎng)，提高智慧農(nóng)業(yè)從業(yè)人員素質(zhì)

智慧農(nóng)業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的深度融合所產(chǎn)生的一個(gè)全新產(chǎn)業(yè)，需要大量具備農(nóng)業(yè)和信息技術(shù)專業(yè)知識(shí)的復(fù)合型人才［25］。高等院校和專業(yè)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)應(yīng)加大對(duì)智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域人才的培養(yǎng)和培訓(xùn)力度，加快智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域人才隊(duì)伍建設(shè)，培養(yǎng)一批能夠熟練運(yùn)用智慧農(nóng)業(yè)相關(guān)設(shè)備和技術(shù)的新型職業(yè)農(nóng)民。