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院士談|趙春江:發(fā)展智慧農業,建設數字鄉村

信息科技對(duì)社會(huì)經(jīng)濟的影響
       目前,中國(guó)的信息科技高速發(fā)展。截止到2020年底,全國(guó)網民規模爲9.89億(占全球20%),“十三五”期間互聯網普及率高達70.4%,人均上網時(shí)長(cháng)爲3.7小時(shí)/天。随著(zhe)信息化時(shí)代的到來,物聯網、大數據、人工智能(néng)、芯片、量子計算機等詞彙逐漸成(chéng)爲社會(huì)關注的熱點話題。
      在信息科技高速發(fā)展的同時(shí),國(guó)家高度重視數字經(jīng)濟。習近平總書記在2018年8月召開(kāi)的重慶中國(guó)國(guó)際智能(néng)産業博覽會(huì)的緻賀信中提到,促進(jìn)數字經(jīng)濟和實體經(jīng)濟融合發(fā)展,加快新舊發(fā)展動能(néng)接續轉換,打造新産業新業态;在2019年10月河北召開(kāi)的中國(guó)國(guó)際數字經(jīng)濟博覽會(huì)緻賀信中提到,數字經(jīng)濟將(jiāng)點燃助推世界經(jīng)濟高質量發(fā)展的“數字引擎”。據中國(guó)信息通信研究院數據顯示,預計2035年中國(guó)數字經(jīng)濟規模將(jiāng)達到150萬億元,占GDP比重的55%,達到發(fā)達國(guó)家平均水平。
      但是,據世界銀行《2001年全球經(jīng)濟展望報告》顯示,因特網在加快全球經(jīng)濟增長(cháng)速度的同時(shí),也使那些不能(néng)有效獲取信息的地區進(jìn)一步面(miàn)臨經(jīng)濟孤立的危險。未來,中國(guó)城鄉之間、工農之間、貧富之間的差距將(jiāng)因信息資源占有程度不同而突顯。
農業進(jìn)入數字化新時(shí)代
      随著(zhe)信息科技的蓬勃發(fā)展,數字技術與農業深度融合,開(kāi)始第三次綠色革命,進(jìn)入數字化新時(shí)代。農業數字革命帶來了智慧農業和數字經(jīng)濟,引領農業高質量發(fā)展。
      智慧農業即以信息和知識爲核心要素,通過(guò)現代信息技術和智能(néng)裝備等與農業深度跨界融合,實現農業生産全過(guò)程的信息感知、定量決策、智能(néng)控制、精準投入、個性化服務的全新農業生産方式。
      智慧農業是融合了生物技術、信息技術和智能(néng)裝備現代農業三大生産力要素後(hòu)的變革,展現出現代信息技術與農業深度融合、高質量、高效率、高效能(néng)、方便快捷與人性化的特征,已經(jīng)滲透到了農業全産業鏈,成(chéng)爲我國(guó)未來農業的發(fā)展方向(xiàng)。
數字技術促進(jìn)農業高質量發(fā)展
     2017年第十九次全國(guó)代表大會(huì)首次提出,中國(guó)經(jīng)濟由高速增長(cháng)階段轉向(xiàng)高質量發(fā)展階段,農業高質量發(fā)展是我國(guó)農業發(fā)展新階段的客觀要求。
      我國(guó)農業确保了14億中國(guó)人的吃飯問題,糧食産量連續6年超過(guò)1.3萬億斤,水稻、小麥口糧自給率保持在100%以上,取得了巨大的成(chéng)就(jiù)。但是,在增長(cháng)過(guò)程中也出現了各種(zhǒng)各樣的問題,制約著(zhe)我國(guó)農業的繼續發(fā)展。2018年世界銀行數據庫的分析顯示,我國(guó)農業勞動生産率(人均農業GDP)僅爲日本的25.6%,美國(guó)的6.9%;城鎮化農村勞動力短缺、人工成(chéng)本增加、農業勞力老齡化(>60歲占74%)。2019年中國(guó)農業綠色發(fā)展報告指出,2019年大田糧食作物的國(guó)内農業資源利用效率低,平均化肥利用率、農田灌溉水有效利用系數等指标均低于發(fā)達國(guó)家。生産效率低、國(guó)際競争力弱等客觀因素顯示,我國(guó)農業到了高質量發(fā)展的新階段。而發(fā)展現代科技,促進(jìn)農業變革,就(jiù)是高質量發(fā)展的關鍵。
我國(guó)典型數字技術農業應用場景
1. 大田作物智慧生産
(1)北鬥精準導航與測控技術
      基于橫向(xiàng)偏差/航向(xiàng)偏差的組合PID導航控制算法、速度自适應的路徑追蹤導航控制算法、拖拉機自動轉向(xiàng)系統和裝置,拖拉機田間導航控制3-4cm;
      農田地塊全區域覆蓋最優作業路徑生成(chéng)方法和路徑優化設計軟件,有效降低田間作業重疊遺漏率,大幅提高田間作業質量。
(2)精準施肥
      利用土壤營養現場測量技術,通過(guò)傳感器監測土壤内的各類有機質含量。利用無人機與衛星遙感幫助作物追肥。減量高效施肥----種(zhǒng)行肥行拟合、水稻側深施肥,提高肥料利用率。
(3)精準施藥技術
      高地隙物聯網大田噴藥機——一機完成(chéng)小麥玉米植保作業,節藥30%-40%,減少飄移70%-90%,同時(shí)運維成(chéng)本降低40%-50%。
      果園對(duì)靶施藥系統——使用效果顯示,幼樹噴灑節藥達50%-60%、中齡樹噴灑節藥30%-40%、成(chéng)齡樹節藥20%-30%、噴灑效率提高40-60%,達到節藥與高效的雙赢。
2. 蔬菜智慧生産——以山東壽光大型智能(néng)溫室項目爲例 
       占地8萬平方米,利用6萬塊玻璃、3500噸鋼材打造,總投資2.3億元。年産番茄300萬公斤以上,實現了大型化、智能(néng)化、國(guó)産化番茄生産體系。
主要技術内容:
——8公頃下沉式大斜面(miàn)外保溫連棟溫室
——玻璃溫室外保溫系統
——正壓過(guò)濾消毒調溫的環境綜合智能(néng)控制系統
——可分時(shí)調控外遮陽外保溫系統
——不同溫室間能(néng)量轉移系統
——設施果菜高效精準智能(néng)栽培管理系統
——基于知識圖譜的溫室智慧管控決策方法與系統
——一批設施農業機器人
——托管式可視化溫室智慧管控雲平台
3. 動物智慧生産
       動物智慧生産能(néng)夠減少抗病用藥,确保産品安全,也能(néng)夠提高動物福利,踐行健康養殖。
(1)畜禽養殖環境監測控制
        控制技術趨向(xiàng)于“建築+設備”
       控制設備更加智能(néng)、精準,遠程監控的需求越來越高
(2)畜禽體隻生物信息識别
        畜禽群體體溫測量系統,用于養殖人員快速篩查發(fā)熱動物。系統可實時(shí)顯示被測群體動物的溫度場。
        個體溫度監測系統,采用視頻流模式監測系統,用于養殖人員快速篩查發(fā)熱動物。
       基于視覺定位的畜禽運動行爲實時(shí)跟蹤,利用視覺分析技術,實時(shí)獲取運動畜禽當前位置,解決遮擋條件下目标跟蹤丢失問題。
(3)精細飼養
          基于圖像分析的畜禽飼養精準管理技術
        人工智能(néng)圖像增強技術
(4)畜禽疫病智能(néng)防控
       北京峪口禽業蛋雞疫病自助診療系統——基于深度學(xué)習方法,將(jiāng)養殖專家經(jīng)驗與專業知識轉換成(chéng)量化數學(xué)模型,實現肉雞疾病的線上自動問診與秒級響應,提升蛋雞疾病診斷的精度與覆蓋面(miàn)。診斷次數達到33萬,疾病模型準确率96%,用戶使用滿意度爲99.7%。
        畜禽健康狀況巡檢機器人——可監控養殖環境,通過(guò)分析動物體溫、聲音、圖像等狀态,實時(shí)進(jìn)行全天候異常狀态監測及預警。提升了養殖精準化、節省了人力物力與财力。已在北京峪口、天津寶坻、山東青島、廣東清遠等地示範應用。
       智能(néng)化防疫消毒機器人——針對(duì)畜禽養殖智能(néng)化防疫消毒作業需要,研發(fā)防疫消毒機器人,具備自動導航、消毒液精準噴灑、遠程視頻監測、智能(néng)控制等功能(néng),實現養殖舍内無人化消毒噴霧。
展望
      中共中央《十四五規劃建議》指出,提高農業質量效益和競争力、實施鄉村建設行動、深化農村改革、實現鞏固拓展脫貧攻堅成(chéng)果同鄉村振興有效銜接。
1. 堅持現代、綠色、智慧發(fā)展理念
      習近平總書記于2014年中央網信領導小組第一次會(huì)議指出,沒(méi)有信息化,就(jiù)沒(méi)有現代化;于2018年9月視察建三江國(guó)家農業科技園時(shí)指出,大力推進(jìn)農業機械化、智能(néng)化,給農業現代化插上科技的翅膀。可見,農業機械化、信息化、智能(néng)化是農業長(cháng)久發(fā)展的根本。
 2. 大力發(fā)展農業數字創意産業
      大力發(fā)展農業數字創意産業,讓農業生産功能(néng)變小、農業生活功能(néng)變大、農業生态功能(néng)增強、農業科技功能(néng)顯著。增加農産品的文化創意和營銷策略,提高農産品的設計水平,提升企業形象、挖掘産品文化内涵、提升産品附加值、吸引高端購買人群。
3. 構建農産品智慧供應鏈
      利用生産大數據、加工大數據、流通大數據、消費大數據構建農産品智慧供應鏈,實現生産源頭可追溯、流通過(guò)程可控制、供需平衡可響應、應急需求可保障。
4. 加強數字農村建設
      效仿歐洲,中國(guó)應該加強數字農村建設,實施數字農業農村建設工程,打造産業興旺、生态宜居、鄉風文明、治理有效、生活富裕的新農村景象。
      建議建立“3個工程、1個平台、1套标準”:數字農業工程、數字富民工程、數字鄉村工程、農業農村大數據平台和數據與技術标準。
    (1)數字農業工程:將(jiāng)數字技術應用于農業“耕、種(zhǒng)、管、收”全過(guò)程,應用于育種(zhǒng)-精準生産-流通-文旅全産業鏈。提高農業勞動生産效率、促進(jìn)涉農資源優化配置、降低農業生産管理成(chéng)本、加速農業社會(huì)分工協作、提升農産品質量品質、推動農業供應鏈管理創新。
     (2)鄉村數字化富民工程:利用農業科研人員爲村民開(kāi)展技術培訓與知識更新,發(fā)展村民就(jiù)業幫扶信息服務和村民市場信息服務,開(kāi)展村民誠信體系建設,提升村民素質水平;塑造農産品品牌,打造農産品分級、倉儲與電商體系,适應當代市場需求。
     (3)數字鄉村建設工程:發(fā)展鄉村新基建和鄉村數字化實體建設,激活資源要素,發(fā)展數字經(jīng)濟。開(kāi)發(fā)鄉村治理大數據平台,建設鄉村集體資産、公共服務、公共事(shì)務、公共安全、鄉村黨建等數字系統。爲村民提供優質公共服務,提高農村地區居民生活質量,培育親農惠農鄉村新業态、新模式。