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              “互聯網+”現代農業的戰略路徑與對策建議

              2020-10-18 19:51:18      點擊:

                     一、前言

                新中國成立以來,我國農業發展取得了長足進步,糧食產量連續五年穩定在 1.3 萬億斤以上,用占世界 9% 的耕地養活了占世界近 20% 的人口,基本消除了農村絕對貧困,農業現代化有了質的飛躍。但也應該看到,我國現代農業發展起步較晚,仍面臨諸多挑戰,農業單產水平不高、勞動生產率低,農業資源利用率較低,農產品市場綜合競爭力有待提升;農村勞動力老齡化、農村“空心化”、農業兼業化和副業化現象嚴重,在現行的小農經營長期存在的格局下,傳統的農業生產方式和產業發展模式已經不適應現代農業發展需求。面對新一輪科技革命迅猛發展,人工智能(AI)、物聯網(IoT)、第五代移動通信(5G)、大數據、云計算、區塊鏈等新興技術不斷更迭,迫切需要重塑“互聯網 +”現代農業創新體系,培育“互聯網 +”現代農業產業新業態,適應和引領經濟發展新常態,實現現代農業生產提質增效。

                國外關于“互聯網 +”現代農業的布局較早,美國國家科學基金委員會(NSF)早在 2005 年就投資超過 3 億美元,聯合百余家單位共同建設全球網絡創新環境,為網絡和分布式系統的研究與教育提供了虛擬實驗室條件,促進全球未來互聯網的應用創新。日本于 2011 年在 JGN(Japan Gigabit Network)基礎上推出了大規模分布式實驗平臺 JGN-X,基于 Open Flow 技術部署了大規;A設施探索試驗網絡 RISE。歐盟于 2014 年正式啟動為期 7 年的地平線 2020 計劃,其中作為該計劃三大戰略優先領域之一的產業領導力戰略,旨在抓住信息通信技術(ICT)的發展機遇,助力網絡科研成果創新和產業化,增強歐盟企業的全球競爭力。2015 年我國也順應世界互聯網發展趨勢,發布了《關于積極推進“互聯網 +”行動的指導意見》,明確要把互聯網的創新成果與經濟社會各領域深度融合,到 2050 年初步建成“互聯網 +”新經濟形態。國內學者也就“互聯網 +”現代農業的發展進行了一系列研究。唐潤等 [1] 結合農業產業鏈轉型升級的需求,構建了包含土地流轉、農資交易、農機協調等七大功能在內的“互聯網 +”農業產業鏈協同平臺。郭海紅 [2] 基于對互聯網驅動農業生產性服務創新的內在作用機制,提出“互聯網 +”農業生產性服務創新模式。王磊 [3] 基于跨界融合思維,提出了基于功能拓展的生鮮農產品供應商“互聯網 +”轉型策略。然而,現有研究都是基于微觀視角,從產業體系、生產性服務業等方面提出創新模式與創新平臺,在“互聯網 +”現代農業的整體思考與宏觀把握方面有待加強。

                     二、現代農業發展需求

                    (一)農業綠色高效生產的需求

                盡管近年來我國農業生產水平不斷提高,農業市場化程度不斷提升,但我國農產品市場綜合競爭力依然相對滯后,農業國際競爭力不高。迫切需要依靠“互聯網 +”信息技術對農業生產要素進行數字化設計、精準化控制、智能化決策和科學化管理,推動我國農業由增產向提質導向發展,帶動農業現代化發展,全面提升農業國際競爭力。

                    (二)農業生產集約化與產業化融合發展的需求

                在未來一段時期,我國小農經營的格局仍將存在。隨著我國農村勞動力老齡化、農村“空心化”、農業兼業化和副業化等現象的蔓延,傳統農業生產模式和產業模式的弊端趨于加劇,不適應“互聯網 +”背景下現代農業的個性化、精準化、智能化的發展需求。傳統的農業營銷模式與現代化工業營銷模式脫節,舊有的農業經營模式與產業組織體系已經遠遠不能滿足現代農業經營的發展要求。迫切需要新的經營理念、經營方式以應對新時期的挑戰。

                   (三)農業可持續發展與質量興農的發展需求

                農業面源污染加劇、耕地質量下降、農業資源趨緊等問題,嚴重制約了我國生態環境的改善和農業的可持續發展。此外,受制于農產品季節性強、易腐變質、流通環節多、效率低、農村交通設施欠發達等因素影響,農產品冷鏈物流一直是生鮮農產品互聯網應用實踐中的重大難題。迫切需要治理農業生產復合性污染,改善產地生產條件和生態環境,實現農業生態安全;保障農業資源和環境資源可持續開發利用,實現環境資源安全;高效與高品質并重,保證國民健康安全、保障國家糧食安全的戰略需要。

                  (四)農業信息服務與縮小數字鴻溝的發展需求

                隨著科學技術的進一步發展,我國移動和固定寬帶網絡接入與使用率持續上升,但我國不同地區在互聯網普及、基礎設施建設、技術創新創造、安全風險防范、數字技能掌握等方面的發展水平不平衡,嚴重影響和制約我國的信息化建設和數字化轉型。面對數字賦能在各領域的加速滲透,迫切需要進一步提升農村和偏遠地區互聯網接入水平和質量,大幅提升農業農村生產智能化、管理數據化、服務在線化水平,努力彌合數字鴻溝。

                     三、“互聯網 +”現代農業的內涵與特征

                     (一)“互聯網 +”現代農業的新內涵

                “互聯網 +”現代農業是互聯網的技術、理念、模式與現代農業的深度融合,衍生出的現代農業發展新模式、新業態!盎ヂ摼W +”現代農業屬于動態發展的業態過程與模式創新,在不同時期表現出不同的內涵與特征,伴隨著國家加大對“互聯網 +”現代農業的支持力度,“互聯網 +”現代農業的內涵正發生著深刻變化。結合 2019 年《數字鄉村發展戰略綱要》等政策文件以及近年來國家開展的農業農村信息化試點示范建設實踐,本文將“互聯網 +”現代農業的新內涵定義為:借助移動互聯網、IoT、大數據、云計算、邊緣計算等新一代信息技術手段,以現代農業生產者、經營者和產業各利益方為中心,通過現代信息技術與農業生產、經營、管理、服務全產業鏈和全價值鏈以及農業經營組織、農民生活方式的生態融合和基因重組,以熟化“互聯網 +”在現代農業領域的產業化創新與應用示范創新為目標,推動形成以“數字化、精準化、網絡化、個性化”為核心的“產業融合發展、農民持續增收、鄉村精準治理、農業質量提升、服務普惠便捷”的農業 4.0 形態!盎ヂ摼W +”與現代農業領域的融合不僅僅局限于農業產業鏈的融合,更是與現代農業產業體系、生產體系與經營體系的融合,是農業經歷機械化、生物化之后所形成的以數字化為特征的歷史產物與形態,是一種全新的農業生產發展方式。

                     (二)“互聯網 +”現代農業的新特征

                “互聯網 +”在農業領域的應用主要表現為信息感知數字化、農機裝備智能化、農業生產精準化、產后管理在線化、農技服務個性化。相應發展目標是實現農業信息感知、定量決策、智能控制、精準投入,由此構成全新的農業生產方式 [4]。

                信息感知數字化!盎ヂ摼W +”現代農業的核心是農業信息的精準獲取、穩定傳輸與海量處理能力的升級。利用無線傳感網、互聯網、IoT 等多種現代傳輸渠道,基于電化學感知、光學感知、電學感知、遙感學感知技術獲取的農業信息,能夠多尺度穩定地輸入智能化控制終端,通過對多源異構海量農業對象、關系、行為信息的處理,為現代農業生產的精準化生產、智能化決策提供數字化支撐 [4]。

                農機裝備智能化!盎ヂ摼W +”現代農業最突出的應用在于借鑒工業化理念發展農業,實現農機、農藝與信息的全面深度融合。通過 AI+IoT 技術,推動農業傳感器、通信系統、智能控制系統形成智慧網絡系統,有助于實現農機裝備的機庫田間轉移作業全自動、作物生產過程的實時全監控,全方位推進無人農場發展。

                農業生產精準化!盎ヂ摼W +”現代農業在生產環節的應用主要表現為能夠實現生產投入的精準化和定量化;谵r業定量決策模型,農業管理者能夠按照農業生產全過程每一步驟的具體條件,定量調整各項管理決策措施,優化每一步驟的資源配置,實現農業生產經營管理決策的精準化,達到減少投入、節約資源、改善環境的目的,從而實現農業節本增效 [5]。

                產后管理在線化!盎ヂ摼W +”現代農業在產后環節的應用主要表現為能夠實現產后管理的在線化。結合智能硬件、區塊鏈、大數據、電子商務等智慧化技術與手段,“互聯網 +”現代農業能夠實現農產品采后物流的運輸、倉儲、包裝、配送、銷售等各個步驟的系統感知、風險監測、質量追溯、在線銷售等功能的全程管控,進而推動農產品物流透明化與農產品質量安全可追溯化,維持全鏈條農產品質量安全,促進農產品的優質優價。

                農技服務個性化!盎ヂ摼W +”現代農業能夠實現栽培管理、病蟲草害、品種選擇、土壤肥料等方面農技服務的個性化。利用互聯網信息渠道和農業大數據平臺,通過將關聯規則、信息摘要抽取、情感分析等智能分析算法運用于農戶群體及個人相關的信息網絡,可以根據農戶類型和農戶所處的基本情景有針對性地、及時地向農戶推送多樣化的農技服務信息,并通過遠程培訓、實時在線答疑等方式提升農業生產主體的生產技能,實現生產領域農技服務的個性化。

                     四、“互聯網 +”現代農業發展瓶頸

                   (一)“互聯網 +”現代農業技術基礎研究落后,核心關鍵技術掌控程度低

                目前我國絕大多數的智能農業關鍵技術處于跟蹤研究階段,總體發展水平與國際領先水平差距較大,且基礎研究成果向優勢技術轉化的能力較弱。我國“互聯網 +”現代農業技術短板突出表現為 3 方面 [6]:一是農業專用傳感器落后,國產化缺口巨大,高端需求嚴重依賴進口(傳感器進口占比為 80%,傳感器芯片進口占比達 90%)[7];二是動植物模型與智能決策準確度低,很多情況是時序控制而不是按需決策控制;三是缺乏智能化精準作業裝備,作業質量差。此外,現代農業生產與互聯網、大數據、IoT、云計算、5G、AI 等新興信息技術融合有待深化,人、機、物、環境多維信息采集處理能力不足,直接影響了“互聯網 +”現代農業的發展深度。

                   (二)“互聯網 +”現代農業對資金和人力的投入成本要求較高,而產業發展投資回報率低

                與所有信息產業一樣,“互聯網 +”現代農業在前期投入成本較大,不但對前期軟件開發人員的素質要求較高,對后期技術維護人員的水平也要求較高。農村生產經營主體普遍年齡較大、受教育水平較低,對新技術新業態的接受能力不強,對互聯網等新興技術的支付意愿不強,導致高科技農業項目很難實現大規模落地應用,一旦失去政府財力支持項目則會入不敷出。加之農業尚屬于弱質產業,生產周期長、受自然災害風險影響大而投資回報率低,因此很多農業項目是作為公益項目需要政府支持的。盡管互聯網巨頭紛紛開始布局農業,如華為技術有限公司利用互聯網技術為農業生產提供系統性解決方案,京東集團、阿里巴巴集團切入到智慧養殖、智慧物流和金融貸款等方面,促進了“互聯網 +”現代農業的發展,但短期內實現互聯網、IoT、大數據等信息技術在農業領域大規模的輻射與推廣難度依然較大。

                   (三)“互聯網 +”現代農業應用平臺面臨長效運行機制缺乏等共性問題

                雖然信息服務平臺在“互聯網 +”現代農業的發展中取得了一定成績,但也存在自身定位不明確、長效運行機制有待完善等共性問題。首先,整體來看,農業各領域的服務平臺數量多、類型雜、同質化現象嚴重,各平臺自身定位不明確、主導功能不突出,影響了農業信息資源的有效利用,造成了平臺資源的浪費。其次,具體到平臺內部,運營主體缺乏能夠維持平臺運營的長效機制,多數運營主體沒有探索出能夠支撐自身發展的利益渠道,尚不能實現平臺運營與企業發展的共贏模式。以北京益農信息平臺為例,該平臺的運營主體是北京中益農信息科技股份有限公司,該公司承擔了北京的信息進村入戶工程,并在此基礎上搭建了信息服務平臺,但在實際的運用過程中,企業主體的利益訴求和農業信息服務的公益屬性之間存在矛盾,企業仍在實際運行過程中不斷摸索運營模式。

                     五、發展“互聯網 +”現代農業的戰略目標與路徑

                    (一)發展思路

                深入貫徹中央“三農”工作部署,牢固樹立創新發展理念,瞄準農業現代化與鄉村振興重大戰略需求,著力改善農業農村網絡基礎設施與條件,夯實農業發展基礎。充分發揮“互聯網 +”技術創新溢出效應,通過部署“互聯網 +”現代農業重大科技示范與應用項目,加快推進“互聯網 +”現代農業產業發展。充分發揮大數據在推進農產品供應鏈全程管控的基礎支撐作用,構建農產品全產業鏈質量安全管控新體系。充分發揮信息化在促進農業生產性服務精準化、普惠化的平臺支撐作用,培育信息時代新農民。通過構建“互聯網 +”現代農業技術創新體系、技術應用體系、產業發展體系,全面提高農業勞動生產率、土地產出率與綠色發展水平,譜寫現代農業創新發展新篇章。

                    (二)戰略目標

                未來 15 年是我國社會經濟提質增效、轉型升級的重要時期,迫切需要依靠科技創新,培育經濟發展新動力 [8]。建立“信息化主導、生物技術引領、智能化生產、可持續發展”的現代農業綠色發展技術體系,踐行“產出高效、產品安全、資源節約、環境友好”的質量興農道路,確保國家糧食安全、食品安全與生態安全是未來現代農業發展的主題。作為現代農業的重要建設內容,在新一輪信息技術革命引領下,以“AI+ 大數據 +5G+IoT”技術支撐的“互聯網 +”現代農業將成為我國現代農業發展的重要方向 [9]!盎ヂ摼W +”現代農業戰略路線圖如圖 1 所示。

               

              “互聯網 +”現代農業戰略路線圖

                    1. 總體目標

                綜合現代信息科技新技術、新趨勢及我國發展現代農業戰略發展新需求,通過“互聯網 +”現代農業理論、方法和關鍵技術的突破和現代農業軟硬件生產、智能農機制造等產業的培育,實現農業農村網絡“新基建”全面改善、智能農業重大技術產品應用更加廣泛、現代農業產業體系更加完善、農產品全產業鏈質量安全管控更加透明,農業生產性服務在線化、個性化、數字化基本實現 [10]。到 2035 年,農業生產發展將基本實現生產智能化、經營網絡化、服務精準化與普惠化,大幅提高農業生產效率、效能、效益,引領現代農業發展 [11~13]。

                    2. 階段目標

                到 2025 年,“互聯網 +”現代農業取得重要進展,基本完成高效設施農業、規;i、禽類、奶牛、水產等生產領域數字化和農機裝備與作業智能化改造;農業生產“天空地一體化”監測體系全面建成,基于北斗衛星導航系統的農機自動駕駛得到規;瘧,國家農產品質量安全統一溯源平臺基本建成 [14];培育形成一批以農業軟硬件、智能農機裝備、大數據智能服務為代表的“互聯網 +”現代農業產業,形成可復制、可推廣的“互聯網 +”農業生產性服務模式,打造一批具有國際影響力的“互聯網 +”現代農業創新高地與產業高地;“互聯網 +”在解決制約我國農業發展的突出問題上取得積極進展,顯著提高土地產出率、勞動生產率和綠色發展水平 [15]。

                到 2035 年,“互聯網 +”與農業生產、經營、管理、服務協同發展,“互聯網 +”現代農業發展取得決定性進展,“互聯網 +”現代農業制度體系更加完善;以“AI+ 大數據 +IoT/信息物理系統(CPS) +5G”為核心技術支撐的“互聯網 +”現代農業產業體系、生產體系、經營體系全面建成,農業大數據智能服務、農業智能裝備制造、農業軟硬件等產業得到成熟發展;我國自主生產的農業傳感器、農機智能裝備產品符合全球主流的技術標準,基本實現農業傳感器與芯片、大型農機智能裝備國產化;覆蓋全產業鏈的“互聯網 +”農業生產性服務體系全面建成,農業智能化基本實現,我國“互聯網 +”現代農業綜合實力進入全球第一梯隊 [16]。

                   (三)重點任務

                突破“互聯網 +”現代農業應用的理論、方法和共性關鍵技術。深入開展數據驅動農業知識模型,虛擬化、無人化、一體化信息服務模式理論與方法的研究,不斷加強新一代 AI 技術、新信息通信技術、新互聯網技術等共性技術與現代農業領域的深度融合,推動現代農業產品設計、過程管控、應用服務向數字化、網絡化、云端化、智能化發展的轉型升級。重點攻克智能育種技術、田間環境感知和自主作業避障技術等“互聯網 +”糧經飼生產技術,攻克自動測產技術、無人機植保技術等“互聯網 +”果茶菜生產技術,攻克植物工廠、設施生產投入品智能控制技術等“互聯網 +”設施園藝技術,突破健康巡檢機器人、廢棄物資源化智能利用技術、水產動物生長智能信息處理與優化調控技術、“天–空–地”三位一體的多源信息獲取與融合技術等“互聯網 +”養殖技術,研發具有自主知識產權的農機傳感器高性能芯片、載荷 200 kg 以上的高端無人機植保系統、無人駕駛拖拉機、精準施肥施藥與灌溉技術、殘膜回收智能裝備等“互聯網 +”農機裝備技術,攻克農產品品質傳感器、智能報警的安全生產風險控制系統、農業區塊鏈技術、農產品智慧物流技術等“互聯網 +”農產品流通技術,積極發展可適性農業云服務技術、新一代農業可視化人機交互技術、農業融媒體技術等“互聯網 +”農業信息服務技術。

                提升與發展“互聯網 +”現代農業產業,推動現代農業產業提質增效。結合新一代信息技術,進一步推動農業主導產業體系和支撐產業體系的完善,推動現代農業產業在產品研發、過程管控、應用服務環節向數字化、網絡化、云端化、智能化方向的轉型升級。不斷探索“互聯網 +”技術與現代農業產業體系的深度融合方式,熟化農業軟件智能重構工具、具有自主知識產權的農業傳感器與儀器儀表、農業智能機器人、農業大數據智能服務平臺等一批“互聯網 +”現代農業產品,建立具有產業特色的“互聯網 +”農業產業示范區,培育“互聯網 +”現代農業產業集群 [17]。深化互聯網等新一代信息技術與農業生產、經營、管理和服務的深度融合,大力發展農產品電子商務、“互聯網 +”農業農村休閑旅游、農業專家助農直播等現代農業產業新業態,探索“后疫情”時代“互聯網 +”現代農業產業發展新模式、新路徑、新方法,實現現代農業產業結構升級、產業組織優化和產業創新方式變革,推動農業提質增效。

                開展“互聯網 +”在農業生產、農業供應鏈、農業生產性服務等方面的集成應用示范。依托規模以上的種養殖基地,推廣“互聯網 +”數字田園、智能養殖、智能農機等技術裝備的應用示范,推動農業生產智能化發展;依托規模以上農業企業,推廣“互聯網 +”農產品供應鏈智能管理、生鮮農產品冷鏈物流、農產品品質維持技術裝備的應用示范,促進農業供應鏈的網絡化、透明化;依托政府、科研院所等,推廣栽培管理、病蟲草害、品種選育、采收加工等方面的“互聯網 +”實時在線農技服務;搭建農業生產性服務遠程線上培訓平臺,促進農業生產性服務科技創新;面向農業各領域開展 5G 技術應用示范、智慧農業產業示范園區、農機裝備產業提升與智能制造示范、單品種全產業鏈質量管控應用示范等,形成一批“互聯網 +”現代農業創新高地。

                      六、對策建議

                   (一)加快實現農業農村互聯網信息互通共享

                一是進一步加強基于 5G、大數據、IoT 等新技術的現代農業農村“新基建”,特別注重提升農村和偏遠地區互聯網接入水平和質量,逐步建設高速、移動、安全、泛在的新一代農業農村基礎設施體系,充分發揮基礎設施在“互聯網 +”現代農業發展中的基礎性、保障性、戰略性作用。二是建設農業科技資源開放共享服務平臺,進一步加強農業農村數據開放共享和開發利用,加強農業數據的采集、清洗、挖掘、整合、分析能力;面向高校院所等科研機構、各級管理人員和示范推廣人員提供農業大數據的共享、管理、處理、分析等服務,解決在生產、管理、推廣、服務過程中的數據需求。三是布局一批“互聯網 +”現代農業重點實驗室,改善原有相關領域農業重點實驗室創新條件,提升“互聯網 +”現代農業科學觀測站基礎設施水平,建成“互聯網 +”種業等現代農業領域重大示范工程;依托“互聯網 +”創新模式促進互聯網與農機作業、現代育種、經糧飼作物種植、畜牧養殖、農產品供應鏈發展等農業產業的融合。

                   (二)持續推進“互聯網 +”現代農業標準體系建設

                一是建立健全包含農業 IoT、大數據、農產品電子商務、農技信息服務等在內的技術應用標準體系,強化各級地方區域的信息化平臺建設及數據標準推廣應用,統一數據接口,為“互聯網 +”現代農業的信息互通共享提供支持。二是建立健全農機裝備標準體系建設,圍繞智能化生產、協同化組織、個性化定制、服務化延伸的行業發展需求,開發農機作業智能管理系統,探索農業裝備制造產業集聚區域網絡協同制造創新驅動發展模式,推進“互聯網 +”農機作業。三是建立健全基于互聯網、IoT 等新型信息技術的農產品冷鏈物流和質量安全全程追溯標準體系,建立可追溯管理運行制度,搭建信息化可追溯平臺,實現農產品流通環節的智能化監督管理 [18~21]。

                   (三)加強“互聯網 +”現代農業學科發展與人才培養

                一是完善“互聯網 +”現代農業領域學科布局,建議將農業 AI、農業大數據等“互聯網 +”現代農業人才培養納入高校研究生教育培養體系;在試點院校增加“互聯網 +”現代農業相關學科方向的研究生招生名額,重視農學與數學、計算機科學、物理學、生物學、經濟學、社會學、法學等學科專業教育的交叉融合。二是加強培養高水平“互聯網 +”現代農業領域創新人才和團隊,支持和培養具有發展潛力的領軍人才,加強基礎研究、應用研究、運行維護等方面專業技術人才培養,加強貫通理論、方法、技術、產品與應用等的縱向復合型人才的培養,重視掌握“AI+”經濟、社會、管理、標準、法律等的橫向復合型人才培養;通過“互聯網 +”現代農業重大研發任務和基地平臺建設,匯聚高端人才,在若干“互聯網 +”現代農業重點領域形成一批高水平創新團隊,并鼓勵和引導國內創新人才和團隊加強與全球相關研究機構合作互動。三是完善人才激勵機制,建立健全適應“互聯網 +”現代農業發展特點的農業科技人才支撐體系和儲備機制;建立健全人才考核、評價制度和激勵方式,留住農業科技領域專業人才;注重農業本地人才的培養,通過津貼補助、住房補貼等方式加強其歸屬感。

              來源:中國工程院院刊

              —END—

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