国内外农业数字化发展现状、成效及趋势研究.docx

国内外农业数字化发展现状、成效及趋势研究农业数字化是把数字化技术应用于农业的改造和提升，在农业发展过程中进行农业要素、过程、管理的数字化。依托数字农业技术，能够打通生产决策、田间管理、加工分选、精准营销等全产业链条，帮助小农户走向大市.场。在生产组织端，利用大数据分析市场需求，帮助农户科学生产决策,把小规模、分散化的生产单元升级为规模化、集约化、标准化的数字农业基地。在产销对接端，推动农产品加工、分选、营销全链数字化，孵育优质品牌，实现精准对接。运用数字技术和理念，形成全产业链的集成与带动，使市场信息透明化和公开化，打破小农户与现代农业之间的壁垒和藩篱，实现与现代农业有机融合。1、国际视角下农业数字化发展现状特点发达国家在农业数字化领域的应用和实践较早，尤其美国、德国、日本等发达国家在数字农业发展方面处于领先地位，形成了从数字农业体系设计、数字基础设施建设、数字技术应用和法律制定等全方位的数字农业发展体系，在提升各国农业生产效率的同时，也实现了农业农村信息化和现代化。1.1 发达国家农业数字化发展的体系一是数字农业体系设计。美国的数字化农业体系健全，臼上而下分为联邦、区域和州三级数字网络，政府主导农业数字化的发展进程，农业统计局、农业市场服务局、农业展望委员会以及外国农业局等机构均纳入数字资源采集的系统之中。美国的农业部与其他44个州的农业部门建立合作机制，共同收集并且及时发布各地数字化农业的发展信息以及各地农产品的供需情况，借助卫星系统广而告之，指导各州农业数字化的具体建设。为了保障农业数字化具有适合的软硬环境,日本政府陆续出台建立了一整套完整的农业政策体系。日本的财政政策明文规定，农业在一般财政预算中支出占10%，这些支农支出只能用于农地建设、稻谷生产、水利建设，设备购置等，为了凸显日本的农业优势，用于农业数字化建设的费用约占支农支出的40%。数字化农业农产品在价格方面得到日本政府不同程度的管理与支持，日本对数字化农产品的补贴具体通过稳定的价格制度、最低价格保护制度和差价补贴制度实施日本对数字化农业亦债务担保、利息补贴和财政资金多种信贷支持政策”。二是数字基础设施建设。数字化基础设施的完善是发展数字农业的重要保障。发达国家基本完成了数字化基础设施的普及，正在联合企业等积极推进提升数字化基础设施的服务能力。美国加大力度建设农业数据库，已经构建了PESTBNK.BIOSISPREV1.EW、AGRIS、AGR1.CO1.A等多个农业有关的数据库，为数字化农业的发展提供必要的数据信息。德国政府的目标是到2025年在全国提供完整的兆光纤网络卷盖，持续完善数字基础设施，犷大农村地区网络覆盖。德国联邦运输和数字基础设施部通过政府关于扩大宽带基础设施的资助计划和5G牌照拍卖收益的数字基金推动建立覆盖更大范围的高效宽带网络。日本建立了农业技术信息服务全国联机网络系统，其后端链接大型数据库、互联网网络、气象预报系统、温室无人管理系统、高效农业生产管理系统等信息。目前，口本各县都设立了DRESS分中心，实时共享农业生产技术信息。同时，日本农户通过使用GPS登录系统，可按作物品种、地区特点在网上查询农技资料。三是数字农业技术发展。美国一直高度重视数字农业的研究，美国41.6%的家庭农场、46.战的奶牛场和52%的年轻农场主通过计算机进行网络信息联络，有专业的农业技术服务组织将农业信息提供给农民,服务于农业生产管理和精细化耕作。美国1.ACiE计划和gristarsF划利用遥感、地理信息系统等技术进行美国和全球不同地区多种粮食作物面积估算、长势评估、病虫害监测和总量预报，为农业生产管理、指导农产品贸易提供客观准确的信息。欧盟利用视觉传感器实时感知动物取食、运动、体重等重要信息，通过声音传感器提取动物疾病信息。德国在数字农业核心技术研发上投入大量资金，并由大型企业牵头进行开发。德国致力于研发农业智能机械和装备，提供数字农业综合解决方案。目前德国农业生产领域大多数操作通过计匏机完成,辅助决策系统为农民提供多种咨询服务。日本在物联网技术研发方面取得显著进展，50%以上农户使用物联网技术，92%农业生产部门应用农业自动化技术。已经有77个蔬菜市场和23个畜产品市场与农副产品情报中心联机，提供农副产品产地、价格等信息给农协，实现产销精准对接。四是数字农业法律制定。各国政府出台了相关法律助力数字农业建设的规划，为数字农业推进提供法律保障。美国通过出台相关法案来保障和布局数字农业发展，美国国家网络战略、C加强网络和关键基础设施的网络安全和国家安全战略等一系列法律法规政策明确了美国农业农村互联网发展战略路线同时，美国从数字资源的采集到其发布的整个过程均有立法的约束，政府配备有专门人员负责科学管理数字农业资源，加强监督力度，保证数字资源的真实性与有效性。为继续推进数字农业的发展，政府接连出台了各种法律法规推进国内三网融合。电信业务放送法、广电经营电信业务法和促进开发通信广电融合技术法有效的推进通信与广电传输设备的融合，推动了地区内通信业务的融合发展。1.2 发达国家农业关键技术美国完善的农业产业基础和数字技术体系促进农业发展。美国数字农业发展建立在农业生产高度专业化、规模化、企业化的基础上，已经建成了完善的现代农业技术应用与管理系统。自20世纪90年代起，美国已开始应用数字农业技术，包括应用遥感技术对作物生长过程进行检测和预报、在大型农机上安装GPS设备、应用GIS处理和分析农业数据等，对大出作物进行生产前、中、后期的全面监测与管理。在21世纪初已经实现“3S”技术、智能机械系统和计算机网络系统在大农场中的综合应用，智能机械已经进入商品化阶段。如JohnDcere公司的“绿色之星”精准农业系统，基于物联网技术与“3S”技术搭建的新型精准农业管理系统，用以进行精细农作、农机管理、农艺管理和计划管理，可绘制农场产量的“数字地图”，在机械化生产大农场中的市场占有率达到了65%以上。在大数据、物联网等数字技术K速发展的助推下，美国数字农业技术已与农业生产的产前、产中、产后形成紧密衔接，应用范畴覆盖从作物生长的微观监测到宏观农业经济分析。此外，美国也已形成完善的技术服务组织网络，美国服务类企业与公益性服务机构可为经营主体提供较为完善的技术服务，例如美国农业技术服务组织为农民提供丰富的信息。英国信息化技术应用助推精准农业。信息化技术推动英国农业向数字化、智能化、精准化的方向发展。英国农村地区信息化基础设施完备，互联网、3G信号已实现基本覆盖。在此基础上，精准农业技术得以实现在农业的全方位应用，如借助遥感技术进行作物生产监测与产量预报、农业资源调查、农业生态环境评价和灾害监测等：英国MasseyFergUSon公司研发的“农田之星”信息管理系统，借助传感识别技术和GPS技术能够更为精准地进行种植和养殖作业、数据记录分析和制定解决方案；智能机械已基本装备卫星定位系统、电脑控制和软件应用系统，能够根据不同位置、不同质量的地块情形实现自动化、精准化、变量化作业，同时可以采集作物信息用以制作电子地图和调整生产策略。2013年英国启动农业技术战略，提出了应用大数据、物联网技术和智能技术进一步发展精准农业，从而提升农业生产效率，如借助GateKeeper专家系统提供辅助决策和农场管理、1.E1.Y挤奶机器人等智能化设备在养殖场中的应用、自动感知技术在施肥施药机械上的应用、二维码技术在农产品产销环节的广泛应用等。德国关键技术与设备的积极研发与推广。在欧盟农业共同政策对数字农业的支持下，德国积极发展高水平数字农业，在农业生产高度机械化的基础上，建立完善的计算机支持和辅助决策系统，提供数字农业综合解决方案。德国投入大量资金与人力支持数字农业核心技术与智能设备研发，并由大型企业牵头，如德国拜耳公司投资2亿欧元支持数字农业布局，已在60多个国家提供数字化解决方案，并发布旗下Xarvio品牌推广数字农业，通过XarvioScouring识别系统高效识别和分析作物生长和病虫害信息，帮助农民优化田块单独管理和农田统筹优化。拥有百年历史的德国农业机械制造商C1.AAS集团结合第四代移动通信技术和传感器技术，实现收割过程的全面H动化。2、我国农业数字化发展现状和成效2.1 我国农业数字化转型驱动因索我国农业数字化转型的驱动因素包含宏观层面的国家创新驱动、中观层面的产业创新驱动、微观层面的企业创新驱动和消费者对美好生活向往的需求拉动。首先，国家一系列关于农业农村创新发展的政策和制度为农业数字化转型提供了顶层支持。其次，数字经济驱动下的知识、信息和数字技术等要素通过引入农业产业创新发展过程，打破了传统农业产业上下游价值链的信息与技术孤岛，提升农业产业数字化与现代化程度,改变了传统农业生产方式和流通体系，拓宽了农业产业链的内在边界和外在延伸领域，形成了农业产业价值链的整合和农业一二三产融合发展新要求，将驱动农业产业生态系统的全面数字化转型和创新发展。最后，农业数字化转型不仅涉及到数字技术的应用，更需要微观层面的上下游农业生产经营企业、涉农科技企业、农业服务企业、高校、科研院所等价值创造主体充分认识到农业数字化转型的重要性、适应农业数字化转型的趋势并以消费者需求为核心通过协同创新来推动供给侧高质量发展进而实现与需求侧的动态平衡，具体如下表所示。表我国农业数字化转型驱动因素2O2I9*TtrtM三'.*1./fT0，-<'，K4J，”，“，”管N-Q，2，g中，'，；*，'，.MrX1.ttAMiIttiIWtt<<9<t<Ae1.t11.act*一二三，金!(*«4kfIHV>MMmHM<*a4e9>t<.<#twsATA<<.ttt11ac>Vtf户/抬会仇人牙，呗/电.H*tKM4CIIt*A*f1.4震，MM*t4B4<*“<"*H<4ataf*三4<ftfK<C<rAM4ff<f1.6JI.aNR向，俄历"*4R0Q次会2.2 我国农业数字化发展成效（1）农业数字化转型基础进一步坚实具体表现在网络基础设施基本覆盖、农民数字技能持续提升、智能终端设备应用普及。自2013年“宽带中国”上升为国家战略以来，农村信息化水平不断提升，截至2020年底，全国行政村通光纤和4G比例均达98%以上，5G基站数量超60万个，覆盖全国地级以上城市。在网速方面，试点地区平均下载速率超过70M,基本实现了农村、城市“同网同速”.适合农业观测的高分辨率遥感卫星“高分六号”成功发射，北斗三号全球系统核心星座部署完成，卫星互联网建设有序推进，农业遥感、导航和通信卫星应用体系初步确立tw.中国互联网给信息中心发布的第45次中国互联网络发展状况统计报告数据显示,我国现有网民9.04亿人,互联网普及率达64.5%,较2015年年底提升14.2机其中，我国农村网民规模为2.55亿，比2015年年底增长超过30机尤其是近年来移动互联网的兴起，为广大农村和偏远地区全面进入信息社会提供了捷径，有助于农村跨越式发展。智能手机的普及，为农民使用互联网、利用互联网创造了便利条件。一方面，农民通过智能手机可以随时随地上网查询农业相关信息，了解农产品供求信息，掌握农业交易行情：另一方面，通过智能手机和智能应用程序，农民可以更加精准地进行农业生产和管理。（2）农业农村大数据建设初见成效由我国农业农村大数据体系建设逐步完善,在大数据采集方面，充分利用物联网、智能设备、移动互联网等信息化技术采集数据，提高数据采集效率和质量：利用遥感、无人机等现代空间信息技术实现农村数据采集“空天地”一体化应用：建设数据归档系统和基础数据库，实现农业基础调查数据统一管理。在大数据分析方面，在各环节进行分布式存储和分析，形成各环节数据库：上层对各环节关键数据进行融合处理分析，以统计分析、机器学习、分布式计算等一系列技术作为分析手段，完善分析系统建设。在大数据应用方面，围绕全产业链各阶段需求，推动智能大数据模型研究：推动大数据技术服务与产业深度结合，培育面向垂直领域的大数据服务模式。数据资源应用范围也越来越广阔，形成了重点农产品单品种全产业链数据采集、分析、发布、服务为主线的全链条数据应用体系，包括油料、天然橡胶、糖料蔗、棉花、苹果、大豆和生猪全产业链。大数据系统应用领域不断增加，国家层面已建成全国农产品市场信息平台、农产品质量安全追溯管理信息平台、农药兽药基础数据'F台、新型农业经营主体信息直报系统、农田建设“一张图”等多源大数据资源池，初步构建了行政管理、政务服务等线上体系。在商业领域，农业大数据也为农业金融、保险、旅游等配套服务升级提供了有效助益。(3)农业生产数字化水平不断提高IuJ信息化技术全面赋能农业各细分行业,一是种植业信息化建设成效明显.统一的的全国农情信息调度平台有效支撑种植业全程精准管控：各地农业农村部门积极探索利用现代信息化手段，建立了县域科学施肥专家查询系统，为农民提供科学施肥信息服务；行政管理平台数字化建设逐步加强，完善肥料登记审批系统和信息公开，完善数字农药监管平价，大力推动农药登记数据。二是养殖场直连直报系统不断完善.扩大了线上填报范围，实现信息横向互通、省部互联。督促养殖场户通过“掌上牧云APP”自动填报数据，实现了畜牧业监测预警信息进村入户。利用人工智能、物联网、大数据等技术建立猪生长全过程的信息化集成解决方案，围绕环境、饲喂、疫病、行为、育种、废物处理等环节，促进数据之间的互联互通，实现了AI养猪。此外，养殖技术线上指导服务广泛开展,加快推广普及科学合理的养殖技术。三是渔业在智能化技术、装备及其应用方面取得一定的代表性成果.数字化技术逐步应用于水产养殖环境、饵料F1.动饲喂、养殖病害监测预警、循环水装备控制、深水网箱远程监控等领域。渔船渔港管理系统信息化建设持续推动、渔业基础数据库和资源环境动态监测体系初步建立健全，为渔业数字化奠定基础。四是数字化育种平台成功应用。国内首个作物育种公平台（金种子云平台）建设完成，覆盖多种作物的多种育种模式或技术体系，面向大型育种企业、科研单位、区域试验站等用户，提供全程信息化管理。五是农机装备数字化步伐不断加快。E1.前已发布自动挤奶设备、自动推料机、设施环境监控设备等农机设备。农机作业数字化服务深入推进，积极引导各地利用全国农机化信息服务”农机直通车”平台，多地采用滴滴农机模式开展农机作业“无接触”式服务，帮助农户足不出户完成作业。3、国内外农业数字化领域科研发展态势数字农业1997年由美国科学院、工程院两院院士正式提出，指在地学空间和信息技术支撑下的集约化和信息化的农业技术本部分基于全球农业数字化领域的公开成果（包括期刊文献、会议文献、图书等），使用文献计量分析法，对1997年来（1997年-至今）该领域的科研发展态势进行了分析。外文成果数据统计来源于SC1.（科学引文索引）、SSCI（社会科学引文索引）、CPC1.（会议论文引文索引）、BKC1-S（图书引文索引）、BKC1.-SSH（社会科学图书引文索引）数据库。中文成果数据统计来源于CNK1.（中国知网）数据库。检索结果显示，1997年-至今全球以“农业数字化”“数字农业”“智越农业”为主题的外文成果共2321篇,国内的中文成果共4568篇。3.1 整体趋势分析1997年至今全球以“农业数字化”“数字农业”“智慧农业”为主题的外文成果及中文成果的年度发展趋势如下图所示，可见全球和国内在该领域的第一篇文献均于2000年发表，2015年至今国内外在农业数字化领域的研究迅速增长，布局广泛.图全球农业数字化领域外文成果年度趋势图全球农业数字化领域中文成果年度趋势3.2 外文成果重点国家/地区布局1997年至今全球以“农业数字化”“数字农业”“智慧农业”为主题的外文成果排名前20的国家如下图所示，可见中国、印度、美国、意大利、英国、谯国等国家/地区在该领域的研究布局较多。图全球农业数字化领域外文成果主要来源国家/地区分布3.3 核心研究机构国内外以“农业数字化”“数字农业”“智急农业”为主题的成果排名前20的机构下表所示，在该领域外文成果产出较多的机构为国际农业研究磋商组织、瓦赫宁根大学、国际热带农业中心、国际玉米小麦改良中心、中国农业大学等，中文成果产出较多的机构为中国农业大学、中国农资杂志、农业农村部信息中心、西北农林科技大学、浙江大学等。表国内外农业数字化领域重点机构分布I界名外文成果重点机构成果中文成果电点机构成果教1国际农业研究磋商组织MO中国农业大学412瓦林宁根大学68中国农资杂志373国际热管农业中心54农业农村部信息中心364国际玉米小麦改艮中心41西北农林科技大学325中国农业大学38浙江大学316中国科学院37国家农业信息化工程技术研究中心307国际半干旱热带作物研究所34国家统计局国际统计信息中心248国际、牧研究所34南京农业大学239印度农业研究委员会31河北农业大学21IO联邦科学工业哥究组织30河市工业大学20I1.法国农业发展研究中心24中国农业科学院农业信息研究所2012美国农业部24黑龙江八一农垦大学2013中国农业抖学反21吉林大学1914联合国梭农也织21吉林农业大学1815南京衣业大学20隼南农业大学1716蒙彼利埃大学20隼东师范大学1717世界农用林业中心20湖南农业大学163.4 热点主题分布提取全部外文成果和中文成果的主题词，挖掘全球和我国农业数字化领域的热点研究主题。在国际上农业数字化领域的研究主要集中在3个主题（下图）。第一个主题聚焦于数字化生态农业（图中红色聚类），该主题的研究热词包括：c1.imate-smartagricu1.ture（气候智能型农业）、foodsecurity（食品安全）、conservationagricu1.ture（保护性农业）、sustainab1.eintensification（可持续集约化）等；第二个主题聚焦于智慧农业（图中绿色聚类），该主题的研究热词包括：smartagricu1.ture（智慈农业）、internetofthings（物联网）、PreCiSionagricu1.ture（精准农业）、wire1.esssensornetworks（无线传感器网络）、deep1.earning（深度学习）、c1.oudcomputing（云计算）等；第三个主题聚焦于数字农业的具体技术（图中蓝色聚类），该主题的研究热词包括bigdata（大数据）、b1.ockchain（区块链）、ict（信息通信技术）等。国内农业数字化领域的研究主要集中在智慧农业、数字农业、农业物联网技术、大数据、乡村振兴、农业信息化、数字乡村等主题。图农业数字化领域外文成果研究热点>m*>SEt¼m图农业数字化领域中文成果研究热点