農(nóng)業(yè)數(shù)字化發(fā)展趨勢、路徑及其應用研究

中國海洋大學管理學院 宋靜文

1 農(nóng)業(yè)數(shù)字化發(fā)展背景

在數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展浪潮下，數(shù)據(jù)成為新的生產(chǎn)要素，大數(shù)據(jù)對企業(yè)乃至國家都發(fā)揮了重要的戰(zhàn)略基礎設施作用。數(shù)據(jù)化是網(wǎng)絡化、智能化的基礎和前提，并與之并存，目前各行各業(yè)均在實施各個領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)與工業(yè)大數(shù)據(jù)、服務業(yè)大數(shù)據(jù)共同構(gòu)成數(shù)字化時代的三大數(shù)據(jù)應用范疇。對于農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟而言，重點是通過數(shù)字技術(shù)對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)進行數(shù)字化改造，提升附加值，降低投入成本，實現(xiàn)節(jié)本增效。農(nóng)業(yè)是我國的關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)支撐，其數(shù)字資源極為豐富，但其自身具有弱質(zhì)性，數(shù)字資源體系基礎設施建設不足，與制造業(yè)、服務業(yè)等二、三產(chǎn)業(yè)相比，具有明顯的價值洼地效應。目前世界范圍內(nèi)關(guān)于農(nóng)業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃、行動計劃均將于農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展作為其重點內(nèi)容，創(chuàng)新研發(fā)和資金支持力度明顯增強，例如日本正大力研發(fā)農(nóng)業(yè)機器人和農(nóng)業(yè)專用傳感器，以色列把農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)作為農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要支撐。

數(shù)字化與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的結(jié)合與發(fā)展，為中國特色農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展提供了條件和可能?！稊?shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展規(guī)劃》明確指出要有力支撐數(shù)字鄉(xiāng)村戰(zhàn)略實施，在空天地農(nóng)業(yè)一體化檢測、農(nóng)業(yè)農(nóng)村數(shù)據(jù)基礎設施建設和農(nóng)業(yè)云平臺方面給予支持。《“十四五”全國農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化發(fā)展規(guī)劃》則在農(nóng)業(yè)數(shù)字化應用層面提出了智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，指出要構(gòu)建農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)體系，提升數(shù)字鄉(xiāng)村建設和農(nóng)民數(shù)字化素養(yǎng)，以農(nóng)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型創(chuàng)新賦能農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。

2 農(nóng)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型現(xiàn)狀及其演進階段

近些年，隨著我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化的發(fā)展，基礎設施、農(nóng)產(chǎn)品電商及農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)建設已經(jīng)取得階段性成效。目前全國行政村通光纖和通4G比例均超過98%，5G加速向農(nóng)村地區(qū)覆蓋，農(nóng)村地區(qū)互聯(lián)網(wǎng)普及率達55.9%；截至2021年已經(jīng)落地累計81個數(shù)字農(nóng)業(yè)試點項目,認定210個全國農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化示范基地，農(nóng)產(chǎn)品網(wǎng)絡零售額突破5000億元，8類15個品種的全產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)試點取得初步成效；總結(jié)推廣了38項農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)實踐案例，建成了21個重點實驗室和科學觀測實驗站，建設了8個國家數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村創(chuàng)新中心、分中心。

中國農(nóng)業(yè)從時間和空間維度發(fā)展來看，整體可以定義農(nóng)業(yè)1.0到農(nóng)業(yè)4.0四個階段。農(nóng)業(yè)1.0即傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，主要特征是工具簡單、生產(chǎn)效率低、無法抵抗自然災害解決農(nóng)產(chǎn)品短缺問題等，主要分布在西部生產(chǎn)條件較差的地區(qū)，如四川、貴州、甘肅、青海等，占比約20%；農(nóng)業(yè)2.0即小型規(guī)?；r(nóng)業(yè)，是利用農(nóng)業(yè)機械化工具，實現(xiàn)部分地區(qū)規(guī)模化發(fā)展，助力提升生產(chǎn)率，主要分布于糧食、蔬菜、棉花等中東部、西部平原等生產(chǎn)區(qū)，如東北墾區(qū)、新疆生產(chǎn)建設兵團等地區(qū)，占比約66%；農(nóng)業(yè)3.0即自動化農(nóng)業(yè)，是利用計算機、硬件設備等，提升專業(yè)化水平，實現(xiàn)資源的合理利用，主要分布于沿海、東部和中西部經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，以示范應用為主，占比約13%；農(nóng)業(yè)4.0即智慧化農(nóng)業(yè)，是利用多種設備獲取數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)字化、智能化生產(chǎn)，并將數(shù)據(jù)打通，進行資源整合，實現(xiàn)無人化生產(chǎn)，主要分布于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)的實驗基地，以高校和科研院所的示范實驗為主，還不具備規(guī)模推廣條件，占比僅1%。

從數(shù)字農(nóng)業(yè)到智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)數(shù)字化演進的關(guān)鍵歷程，具體來講可以分為數(shù)字農(nóng)業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)、精準化農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)。數(shù)字農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵是對農(nóng)業(yè)對象和環(huán)境等要素進行數(shù)據(jù)化及可視化，主要利用了傳感器、攝像頭、智能設備等工具；物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)則強調(diào)系統(tǒng)化集成控制，除了重視數(shù)據(jù)收集外還要求能夠?qū)崿F(xiàn)自動化、智能化和遠程控制等；精準農(nóng)業(yè)的主要特性則在于精確定位、定量和定時，主要應用場景包括精準灌溉、精準殺蟲等；智慧農(nóng)業(yè)是數(shù)字農(nóng)業(yè)的理想階段，這個階段結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等多種工具，對整個農(nóng)業(yè)流程進行多維度感知、分析和控制，進而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可視化控制和危機預警。

農(nóng)業(yè)數(shù)字化的核心目標主要是實現(xiàn)降本增效、鄉(xiāng)村振興。目前農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈流程長且復雜，產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后各環(huán)節(jié)數(shù)字化所需能力差異大、細分環(huán)節(jié)多，農(nóng)業(yè)數(shù)字化企業(yè)通常規(guī)模小、數(shù)量多、區(qū)域性強，多數(shù)細分領(lǐng)域中以初創(chuàng)公司為主，其應用呈現(xiàn)環(huán)節(jié)多、布局散的特點。農(nóng)業(yè)數(shù)字化可以通過實時采集、分析數(shù)據(jù)，為農(nóng)民提供生產(chǎn)、管理等方案，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營效益。目前中國智慧農(nóng)業(yè)市場需求規(guī)模高達2500億元（2020年），雖然落后于成熟市場，但2020～2023年市場空間增長預計保持15%的CAGR，農(nóng)機自動駕駛、農(nóng)業(yè)無人機等細分方向具備較大的市場空間及潛力。

3 農(nóng)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型推進路徑

第一，建設農(nóng)業(yè)數(shù)字化資源體系。任何行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型都離不開數(shù)據(jù)資源這一關(guān)鍵生產(chǎn)要素，因而農(nóng)業(yè)數(shù)字化資源體系也是農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)發(fā)展應用的基礎，通過利用物聯(lián)網(wǎng)、檢測統(tǒng)計、文本挖掘和動態(tài)感知等多條途徑，實現(xiàn)空天地一體化數(shù)字資源體系構(gòu)建。同時還需要抓住北斗和5G發(fā)展機遇，促進各類社會數(shù)據(jù)資源整合，實現(xiàn)多維度農(nóng)業(yè)數(shù)字化資源體系的匯聚融合與合理利用。

第二，農(nóng)業(yè)單品種全產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)建設。農(nóng)業(yè)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)作為一項品類復雜且個性化特征明顯的領(lǐng)域，必須在單品產(chǎn)業(yè)鏈方向?qū)崿F(xiàn)突破，其中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是對單品全產(chǎn)業(yè)鏈進行從數(shù)據(jù)采集到生產(chǎn)、加工、流通、銷售、消費等環(huán)節(jié)的全面梳理，為數(shù)據(jù)輔助決策提供條件。同時借助其大數(shù)據(jù)建設實現(xiàn)數(shù)字農(nóng)業(yè)預測預警和優(yōu)化資源配置兩大核心功能，全面釋放大數(shù)據(jù)價值。

第三，加強智慧農(nóng)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)。智慧農(nóng)業(yè)作為數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展的最終階段，既是農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)建設的核心，又是對于數(shù)字技術(shù)在農(nóng)業(yè)方面充分利用的關(guān)鍵體現(xiàn)。智慧農(nóng)業(yè)應用的關(guān)鍵核心技術(shù)在于人工智能與其他數(shù)字技術(shù)的場景化融合，在實際操作過程中要注重發(fā)揮科研機構(gòu)與企業(yè)兩大主體的創(chuàng)新作用，加強農(nóng)業(yè)智能芯片、農(nóng)業(yè)智能裝備和農(nóng)業(yè)智慧場景模型的研發(fā)與應用。

第四，強化農(nóng)業(yè)信息技術(shù)服務。信息技術(shù)服務是農(nóng)業(yè)農(nóng)村數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵落腳點，農(nóng)民作為農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)建設的重要參與主體，需要得到政府部門和核心企業(yè)的有力支持。公關(guān)數(shù)據(jù)服務平臺，有助于農(nóng)民順應時代發(fā)展需要發(fā)展農(nóng)業(yè)電子商務，探索內(nèi)容電商、品質(zhì)電商、社交電商、視頻電商等新型電商模式。同時，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)和信息技術(shù)服務平臺也有助于及時了解農(nóng)民的實際訴求，把益農(nóng)信息社建成收集社情民意的“傳感器”。另外除了要加強農(nóng)業(yè)信息技術(shù)人員培訓外，還要探索新型農(nóng)民自身的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提升農(nóng)民素質(zhì)，發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務業(yè)。

第五，農(nóng)業(yè)數(shù)字化共生型生態(tài)建設。這要求農(nóng)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型參與各方秉承跨界融合、互利共贏的生態(tài)合作精神，通過建立共生型生態(tài)組織，讓農(nóng)民、政府、數(shù)字技術(shù)提供方、通信設施服務商、數(shù)據(jù)分析服務商、產(chǎn)業(yè)鏈保障方等各類市場主體在該生態(tài)當中均能實現(xiàn)利益共贏，保持整個生態(tài)組織的可持續(xù)健康發(fā)展。

4 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)數(shù)字化應用典型場景

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)字化應用根據(jù)其不同領(lǐng)域可以細分為數(shù)據(jù)平臺服務應用、無人機應用、智慧農(nóng)機應用及農(nóng)業(yè)數(shù)字化智能駕駛艙等多個典型應用場景。其中數(shù)據(jù)平臺服務是以軟件為主要手段，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)精準管理；無人機植保多用于噴灑除草劑和農(nóng)藥，擴展施肥、播種等新場景；農(nóng)機自動駕駛、以衛(wèi)星導航為根本，實時檢測控制，自動化作業(yè)；精細化養(yǎng)殖則是以新技術(shù)、新理念改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、降低養(yǎng)殖成本；農(nóng)業(yè)數(shù)字化智能駕駛艙則屬于生產(chǎn)治理應用，主要服務于區(qū)域管理層面。

數(shù)據(jù)平臺服務主要是通過衛(wèi)星、無人機和傳感器等工具來實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的收集。其中衛(wèi)星遙感技術(shù)可以通過對土地、作物和氣候的數(shù)據(jù)收集實現(xiàn)太空層面的監(jiān)控與管理，無人機則是從天空層通過航拍的模式對農(nóng)作物長勢和病蟲害情況進行實時檢測，傳感器則是在土地層面對農(nóng)作物的外部生產(chǎn)環(huán)節(jié)，如空氣、土壤、光照進行實時監(jiān)控，進而建成了“空天地”三維數(shù)據(jù)采集平臺。而數(shù)據(jù)平臺的另外一項重要作用就是對數(shù)據(jù)進行分析，從而實現(xiàn)對農(nóng)作物區(qū)域規(guī)劃、產(chǎn)量預測、過程監(jiān)控和病蟲害防治等領(lǐng)域的精準管理。

農(nóng)業(yè)無人機目前正在進入大規(guī)模應用階段，相對于人力作業(yè)，農(nóng)業(yè)無人機有效率高、安全性高、成本低三大優(yōu)勢。首先農(nóng)業(yè)無人機規(guī)模噴灑農(nóng)藥作業(yè)能達到每小時120～150畝，其效率比常規(guī)人力噴灑至少高出100倍；其次農(nóng)業(yè)無人機實現(xiàn)了人和藥的分離，通過地面遙控或GPS飛控操作，噴灑作業(yè)人員遠距離操作，避免暴露于農(nóng)藥下。另外，使用農(nóng)業(yè)無人機噴灑的成本遠遠低于雇傭人員作業(yè)的成本。根據(jù)沙利文預測，2021年中國農(nóng)業(yè)無人機營收規(guī)模約29億元，2025年預計為115億元，近五年來復合增長率超過40%，未來農(nóng)業(yè)無人機應用的滲透率和場景拓展是其發(fā)展的兩大驅(qū)動力。

農(nóng)機自動駕駛是農(nóng)業(yè)數(shù)字化生產(chǎn)環(huán)節(jié)的核心需求，通過物聯(lián)網(wǎng)設備、可穿戴設備、攝像頭等工具采集農(nóng)業(yè)實時數(shù)據(jù)，構(gòu)建農(nóng)機自動化作業(yè)路徑，并根據(jù)周圍的環(huán)境實時進行規(guī)劃糾偏及規(guī)劃決策。數(shù)字化智能駕駛艙，通過預設業(yè)務風險預警模型，可視化展示區(qū)域產(chǎn)業(yè)動態(tài)，實時感知產(chǎn)業(yè)風險，輔助精準施策。該系統(tǒng)打通全域生產(chǎn)地塊數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感等多方數(shù)據(jù)源，匯集數(shù)字農(nóng)合聯(lián)及其生產(chǎn)、供銷、信用等方面關(guān)鍵指標，構(gòu)建了生產(chǎn)綜合服務、供銷綜合服務及信用綜合評價等指數(shù)，使得管理者能實時掌控區(qū)域土地撂荒、“非農(nóng)化”“非糧化”情況，監(jiān)控各類業(yè)務流程。同時，該系統(tǒng)建立了線上預警、績效進度監(jiān)控、業(yè)務異常預警等機制，關(guān)聯(lián)相關(guān)責任部門，線上跟蹤預警響應進度，實現(xiàn)保障管理一體化。

5 農(nóng)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展趨勢

鄉(xiāng)村振興背景下，實施“數(shù)字農(nóng)業(yè)”，是農(nóng)業(yè)面向現(xiàn)代科技的主要體現(xiàn)，也能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的信息化與標準化，從而作用于整個鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實施。隨著“數(shù)字農(nóng)業(yè)”的轉(zhuǎn)型與驅(qū)動，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)、流通環(huán)節(jié)、金融系統(tǒng)、物流系統(tǒng)等方面發(fā)生了變化。

首先是新興技術(shù)將構(gòu)建一體化云平臺可以為農(nóng)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展提供新動能。以搭建種植業(yè)生產(chǎn)管理一體化云平臺為基礎，面向生產(chǎn)服務和管理分別打造集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、管理、政務于一體的App端和PC端，統(tǒng)一涉農(nóng)系統(tǒng)門戶，并以企業(yè)為紐帶，實現(xiàn)涉農(nóng)服務一鍵辦、涉農(nóng)信息及時達、涉農(nóng)數(shù)據(jù)隨時采。通過建設生產(chǎn)體系和供銷體系，全面打通數(shù)據(jù)鏈路，匯聚“生產(chǎn)—服務—管理”多維數(shù)據(jù)，構(gòu)建農(nóng)戶、社會化服務和金融保險機構(gòu)信用體系和大數(shù)據(jù)體系，助力地方政府搭建智慧農(nóng)業(yè)與數(shù)字鄉(xiāng)村智慧決策系統(tǒng)，以數(shù)據(jù)驅(qū)動農(nóng)村一、二、三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，實現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型躍遷。

農(nóng)業(yè)流通新零售模式分布

其次是農(nóng)業(yè)科技主要應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)中環(huán)節(jié)，并向產(chǎn)前、產(chǎn)后延伸，農(nóng)業(yè)流通數(shù)字化轉(zhuǎn)型優(yōu)化，圍繞消費心智的新零售模式百花齊放，如圖所示。例如線上直播電商、社區(qū)團購可以使得農(nóng)民或農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)銷商通過直播形式銷售農(nóng)產(chǎn)品，同時依靠團長在社區(qū)直接售賣生鮮產(chǎn)品，減少農(nóng)產(chǎn)品流通環(huán)節(jié)，這種通過網(wǎng)絡平臺嫁接各種服務于農(nóng)村的資源，拓展了農(nóng)村信息服務業(yè)務和領(lǐng)域，使之兼而成為遍布縣、鎮(zhèn)、村的三農(nóng)信息服務站。

最后是農(nóng)產(chǎn)品標準體系及合作組織體系逐步完善，以構(gòu)建數(shù)字化農(nóng)業(yè)農(nóng)村“三位一體”新型合作經(jīng)濟組織體系為目標，依托衛(wèi)星遙感、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等數(shù)字技術(shù)，圍繞生產(chǎn)、供銷、信用服務環(huán)節(jié)，搭建“無憂種植”“無憂銷售”“無憂貸款”“無感補貼”等服務應用場景，以數(shù)字化手段拉動生產(chǎn)、供銷、信用服務的全面升級。