農(nóng)業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的根基和支撐。當(dāng)今,面向發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和建設(shè)農(nóng)業(yè)強(qiáng)國(guó)的目標(biāo),農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效的重要依靠便是發(fā)展農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化,即:現(xiàn)代信息技術(shù)、現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)以及數(shù)字化的農(nóng)業(yè)技術(shù)等在大農(nóng)業(yè)系統(tǒng)或農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈中得到全面推廣和應(yīng)用。其中,最具代表性的技術(shù)便是智慧農(nóng)業(yè)和智能農(nóng)業(yè)。
在我國(guó),圍繞農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展,先后提出和涌現(xiàn)了許多不同的農(nóng)業(yè)技術(shù)名詞。從20世紀(jì)80年代的電腦農(nóng)業(yè)、精細(xì)農(nóng)業(yè),到90年代的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)、智能農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè),再到面向未來(lái)農(nóng)業(yè)4.0技術(shù)的無(wú)人農(nóng)業(yè)等等,層出不窮。不可否認(rèn),在我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程中,它們或多或少都體現(xiàn)了應(yīng)有的價(jià)值,也取得了一定的應(yīng)用效果。但不管稱(chēng)謂如何,其實(shí)農(nóng)業(yè)本質(zhì)的、面對(duì)植物和動(dòng)物這類(lèi)生命體的種植和養(yǎng)殖等生產(chǎn)活動(dòng)并沒(méi)有改變,只不過(guò)是這些稱(chēng)謂下的特定技術(shù)(方式)在賦能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而已。一句話,它們是屬于技術(shù)的描述范疇,尚構(gòu)不成諸如“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)”這樣稱(chēng)謂的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)或農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的表述。
發(fā)展以數(shù)字技術(shù)牽引的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化,有必要對(duì)幾個(gè)稱(chēng)謂背后的基本技術(shù)內(nèi)涵以及技術(shù)效能作出闡釋。
一、數(shù)字農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)數(shù)字化
從技術(shù)范疇及應(yīng)用場(chǎng)景看,數(shù)字農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)數(shù)字化不是一回事。
前已述及,農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化就是數(shù)字技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈賦能,即用成熟的數(shù)字技FENMuEIeSafQ4Dc/VCbOj8PG3s4bGoIRvFH0vweKPig=術(shù)做數(shù)字化的改造和數(shù)字化技術(shù)推廣應(yīng)用,這些技術(shù)泛稱(chēng)為數(shù)字化農(nóng)業(yè)技術(shù)。一句話,自從計(jì)算機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中應(yīng)用開(kāi)始,就引發(fā)了數(shù)字化農(nóng)業(yè)技術(shù)的應(yīng)用。在數(shù)字化農(nóng)業(yè)技術(shù)中,包含了數(shù)字農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)數(shù)字化兩個(gè)范疇。
數(shù)字農(nóng)業(yè)一詞是1997年由美國(guó)科學(xué)院、工程院兩院院士正式提出,其核心內(nèi)容是以信息作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素,用現(xiàn)代信息技術(shù),如遙感、地理信息、全球定位、計(jì)算機(jī)、通信及網(wǎng)絡(luò)、傳感、仿真等技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)對(duì)象、環(huán)境和全過(guò)程進(jìn)行可視化表達(dá)、數(shù)字化設(shè)計(jì)、信息化管理的現(xiàn)代農(nóng)業(yè),如圖1所示。數(shù)字農(nóng)業(yè)使信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)有效融合,改造了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的種、養(yǎng)殖生產(chǎn)及管理方式。因此,數(shù)字農(nóng)業(yè)更加側(cè)重用成熟的數(shù)字和信息技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)本體(包含動(dòng)物、植物本體)的描述與分析,也即在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的某些環(huán)節(jié),如農(nóng)業(yè)系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)字化模擬,分子育種的虛擬數(shù)字化仿真,種養(yǎng)殖中的圖像分析與診斷,農(nóng)業(yè)種植中的空、天、地信息融合與預(yù)測(cè),農(nóng)業(yè)專(zhuān)家決策系統(tǒng)等環(huán)節(jié)中應(yīng)用。一句話,數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)的含義可以解釋為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)某些環(huán)節(jié)的數(shù)字化表達(dá),依此,在計(jì)算機(jī)端(移動(dòng)端)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)作分析和研究。例如,數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)就屬于數(shù)字農(nóng)業(yè)范疇。
而農(nóng)業(yè)數(shù)字化是基于農(nóng)業(yè)種養(yǎng)殖的本質(zhì)屬性,針對(duì)農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈中甚至農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)體中可以做數(shù)字化改造或數(shù)字化技術(shù)賦能的泛指。農(nóng)業(yè)體系包括農(nóng)業(yè)生物、農(nóng)業(yè)環(huán)境和人類(lèi)的干預(yù)作用等,是一個(gè)客觀存在的復(fù)雜的生命過(guò)程系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的本質(zhì)屬性是以動(dòng)、植物為對(duì)象的,分產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后三個(gè)環(huán)節(jié)在內(nèi)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng),而動(dòng)、植物的生長(zhǎng)繁育是有其自身規(guī)律和對(duì)環(huán)境及能量需求與互作(脅迫)的連續(xù)過(guò)程,即存在內(nèi)在的生理、生化活動(dòng)。因此,從農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的本質(zhì)角度看,有些環(huán)節(jié)或者規(guī)律是不能簡(jiǎn)單用數(shù)字化做本質(zhì)描述或引用簡(jiǎn)單的數(shù)字化技術(shù)的。從科技賦能角度看,農(nóng)業(yè)數(shù)字化應(yīng)該是泛指考慮動(dòng)、植物生長(zhǎng)的本質(zhì)生理、生化活動(dòng)的,對(duì)動(dòng)、植物從生長(zhǎng)到收獲、加工、物流、銷(xiāo)售等環(huán)節(jié)可以施加“人為管控”的數(shù)字技術(shù)。從動(dòng)、植物養(yǎng)殖和種植來(lái)看,與工業(yè)化系統(tǒng)不同的是:農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中動(dòng)、植物不是直接被“管控”的對(duì)象,而是各種養(yǎng)殖、種植技術(shù)施加后的間接的“受益”對(duì)象。故而農(nóng)業(yè)數(shù)字化應(yīng)該描述成:農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的不完全型的對(duì)動(dòng)植物生長(zhǎng)“環(huán)境”和“營(yíng)養(yǎng)(條件)”施加數(shù)字管控技術(shù)(含設(shè)施及裝備)的集成式綜合應(yīng)用。
數(shù)字化農(nóng)業(yè)技術(shù)的組成如圖2所示??傊?,科研層面上,數(shù)字農(nóng)業(yè)應(yīng)該是泛指用數(shù)字來(lái)表達(dá)的農(nóng)業(yè),包括把農(nóng)業(yè)做成虛擬化農(nóng)業(yè)來(lái)研究的仿真技術(shù)、模型技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)與決策技術(shù)等;而農(nóng)業(yè)數(shù)字化則是泛指對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)施加的各種數(shù)字化技術(shù)(包括管理技術(shù))的描述,以及對(duì)應(yīng)的數(shù)字化技術(shù)改造和集成應(yīng)用,數(shù)字農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)數(shù)字化都屬于數(shù)字化農(nóng)業(yè)技術(shù)。毫無(wú)疑問(wèn),數(shù)字化農(nóng)業(yè)技術(shù)是我國(guó)目前乃至長(zhǎng)遠(yuǎn)的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的支撐技術(shù)。其中最具代表性的是智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)和智能農(nóng)業(yè)技術(shù)。
二、智慧農(nóng)業(yè)與智能農(nóng)業(yè)
基于技術(shù)背景和應(yīng)用場(chǎng)景看,智慧農(nóng)業(yè)和智能農(nóng)業(yè)側(cè)重點(diǎn)不同。
智慧農(nóng)業(yè)(Smart Agriculture):智慧農(nóng)業(yè)強(qiáng)調(diào)的是“智慧”技術(shù)。因此,智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)側(cè)重體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中對(duì)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)加工、分析,以建模和仿真等方法進(jìn)行研究,進(jìn)而生成對(duì)農(nóng)業(yè)知識(shí)的理解,生成對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策以及多模態(tài)的信息管理和展示,是以信息化技術(shù)為底盤(pán)技術(shù)的農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)是否更加“聰慧”來(lái)描述的。其技術(shù)應(yīng)用體現(xiàn)在:以信息、知識(shí)為核心,充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、建模技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)賦能農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的不同模型分析、大數(shù)據(jù)分析、識(shí)別診斷、數(shù)據(jù)交互與管理決策等方面。故而智慧農(nóng)業(yè)研究及應(yīng)用歸屬農(nóng)業(yè)信息化應(yīng)用層面。
智能農(nóng)業(yè)(Intelligent Agriculture):智能農(nóng)業(yè)強(qiáng)調(diào)的是“智能”技術(shù),因此,智能農(nóng)業(yè)技術(shù)側(cè)重體現(xiàn)在獲取有效的農(nóng)業(yè)信息和裝備(系統(tǒng))及傳感網(wǎng)絡(luò)支持下,使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)不僅“聰明”而且產(chǎn)生“使能”,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最優(yōu)產(chǎn)出的能動(dòng)力,以是否帶來(lái)“產(chǎn)能”來(lái)判別。其技術(shù)應(yīng)用體現(xiàn)在:為達(dá)到“產(chǎn)能”目標(biāo),以裝備(機(jī)器人)、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)及自動(dòng)控制為核心,輔以農(nóng)業(yè)模型技術(shù),在控制技術(shù)、感知技術(shù)、局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)支撐下,仿工業(yè)生產(chǎn)模式,使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)化乃至“自主無(wú)人化”生產(chǎn)和管控。故而智能農(nóng)業(yè)研究和應(yīng)用歸屬農(nóng)業(yè)感知與智能裝備及各類(lèi)自動(dòng)控制系統(tǒng)集成應(yīng)用層面。
無(wú)論是智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)還是智能農(nóng)業(yè)技術(shù),都是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的新質(zhì)生產(chǎn)力。智慧農(nóng)業(yè)與智能農(nóng)業(yè)的關(guān)系,猶如人體的大腦和四肢的關(guān)系,是相互交融的集成關(guān)系,如圖3所示。這里要重點(diǎn)闡述的是:作為面向底層生產(chǎn)執(zhí)行應(yīng)用的智能農(nóng)業(yè)技術(shù)具有更加重要的作用。因此,在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展過(guò)程中,隨著農(nóng)業(yè)數(shù)學(xué)化技術(shù)進(jìn)程的深入推進(jìn),智能農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展最終是支撐智慧農(nóng)業(yè)的實(shí)現(xiàn),即智慧農(nóng)業(yè)的建設(shè)步伐應(yīng)該是先把“底層”做好,也即需要把信息采集、信息傳輸、信息處理以及各種智能作業(yè)裝備與自動(dòng)化技術(shù)實(shí)施好;進(jìn)而,在瞄準(zhǔn)未來(lái)農(nóng)業(yè)的發(fā)展過(guò)程中,二者技術(shù)的并行推進(jìn)(研發(fā)和應(yīng)用)將是實(shí)現(xiàn)未來(lái)“無(wú)人農(nóng)業(yè)”的保障。
(作者為九三學(xué)社中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)第三支社副主委,中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院人工智能系教授、博士生導(dǎo)師)
責(zé)任編輯:馬莉莎