日益膨脹的人口規(guī)模與日漸短缺的資源之間的矛盾在全球各個產(chǎn)業(yè)中都呈現(xiàn)出持續(xù)加重的趨勢，尤其是處在人口和資源中間、與兩者相關性最高的農(nóng)業(yè)。數(shù)字經(jīng)濟快速發(fā)展背景下，“數(shù)字農(nóng)業(yè)”應運而生。數(shù)字農(nóng)業(yè)是將數(shù)字化信息作為農(nóng)業(yè)新的生產(chǎn)要素，用數(shù)字信息技術對農(nóng)業(yè)對象、環(huán)境和全過程進行可視化表達、數(shù)字化設計、信息化管理的新興農(nóng)業(yè)發(fā)展形態(tài)，是數(shù)字經(jīng)濟范疇下用數(shù)字化重組方式對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行變革和升級的典型應用之一。

與數(shù)字農(nóng)業(yè)相比，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)主要依靠過去積累的經(jīng)驗或手藝來進行判斷決策和執(zhí)行，以“人”為核心，這也導致了整體生產(chǎn)環(huán)節(jié)效率低、波動性大、農(nóng)作物或農(nóng)產(chǎn)品質量無法控制等問題。而在數(shù)字農(nóng)業(yè)模式中，通過數(shù)字化設備比如田間攝像頭、溫度濕度監(jiān)控、土壤監(jiān)控、無人機航拍等，以實時“數(shù)據(jù)”為核心來幫助生產(chǎn)決策的管控和精準實施，并通過海量數(shù)據(jù)和人工智能對設備的預防性維護、智能物流、多樣化風險管理手段進行數(shù)據(jù)和技術支持，進而大幅提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈運營效率并優(yōu)化資源配置效率等。

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與數(shù)字農(nóng)業(yè)的核心因素對比

（來源：《數(shù)字生態(tài)論》趙國棟）

現(xiàn)在普遍認為，數(shù)字農(nóng)業(yè)是一個集合概念，主要包括4個方面：農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)、精準農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)。

國外計算機及信息技術在農(nóng)業(yè)上的應用發(fā)展階段

① 20世紀50～60年代，農(nóng)業(yè)應用計算機技術的重點在農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的科學計算，促進農(nóng)業(yè)科技的定量化；

② 70年代，農(nóng)業(yè)應用計算機技術處理農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，重點發(fā)展農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫；

③ 80年代，以農(nóng)業(yè)知識工程、專家系統(tǒng)的研究為重點；

④ 90年代，應用網(wǎng)絡技術，開展農(nóng)業(yè)信息服務網(wǎng)絡的研究與開發(fā)；

⑤ 21世紀，采用標準化網(wǎng)絡新技術，實施三維農(nóng)業(yè)信息服務標準化網(wǎng)絡連接新階段。

發(fā)達國家通過計算機網(wǎng)絡、遙感技術和地理信息系統(tǒng)技術來獲取、處理和傳遞各類農(nóng)業(yè)信息的應用技術已進入實用化階段。相對于發(fā)達國家，中國數(shù)字農(nóng)業(yè)較國外起步較晚，早期發(fā)展以政府政策引導和資金支持為主。

1990年，國家科技部推出“863”計劃，支持計算機研究“農(nóng)業(yè)智能應用系統(tǒng)”，包括“魚病防治、蘋果生產(chǎn)管理專家系統(tǒng)”在內(nèi)的5個專家項目研究平臺，研發(fā)了200多個實用專家系統(tǒng)，并在全國22個示范區(qū)應用。

1998年“七五”期間，國家領導人在中國科學院和中國工程院院士大會上提出了發(fā)展“數(shù)字中國”的戰(zhàn)略。隨后，“數(shù)字農(nóng)業(yè)”“數(shù)字城市”、“數(shù)字水利”等的探索與研究在中國全面展開。

2003年國家“863”計劃將“大規(guī)模現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)數(shù)字化技術應用研究與開發(fā)”列為重大科技專項進行研究，并取得階段性成果。

從2013年開始，國家農(nóng)業(yè)部在天津、上海、安徽三省市率先開展了物聯(lián)網(wǎng)區(qū)域試驗工程，對采集農(nóng)業(yè)實時數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)應用方面進行了探索。

2015年，隨著大數(shù)據(jù)的戰(zhàn)略地位提高，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)也成為新焦點，年底，《農(nóng)業(yè)部關于推進農(nóng)業(yè)農(nóng)村大數(shù)據(jù)發(fā)展的實施意見》發(fā)布，國家為農(nóng)業(yè)＋大數(shù)據(jù)的發(fā)展應用指明了方向、重難點。

2017年，農(nóng)業(yè)部正式設立“數(shù)字農(nóng)業(yè)”專項，加快中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、數(shù)字化進程發(fā)展。

隨著政府對數(shù)字農(nóng)業(yè)的支持與引導，中國企業(yè)在農(nóng)業(yè)信息采集技術、動植物數(shù)字化虛擬設計技術、農(nóng)業(yè)問題遠程診斷、嵌入式手持農(nóng)業(yè)信息技術產(chǎn)品、溫室環(huán)境智能控制系統(tǒng)、數(shù)字化農(nóng)業(yè)宏觀監(jiān)測系統(tǒng)等方面的研究應用上，都取得了重要的階段性成果，通過不同類型地區(qū)應用示范，初步形成了中國數(shù)字農(nóng)業(yè)技術框架和數(shù)字農(nóng)業(yè)技術體系、應用體系和運行管理體系，促進了中國農(nóng)業(yè)信息化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程。

2019年4月20日，《2019全國縣域數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展水平評價報告》在2019中國農(nóng)業(yè)展望大會上發(fā)布。報告顯示，2018年全國縣域數(shù)字農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展總體水平達到33%，其中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化水平達到18.6%。中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化改造雖然快速起步，但和國際發(fā)達國家相比，還有很長一段路需要走。

報告從不同的行業(yè)分析，中國農(nóng)作物種植數(shù)字化水平為16.2%，設施栽培信息化水平為27.2%，畜禽養(yǎng)殖信息化水平為19.3%，水產(chǎn)養(yǎng)殖信息化水平為15.3%。這些數(shù)字技術包括生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測、體征監(jiān)測、農(nóng)作物病蟲害和動物疫情精準診斷及防控等方面，被率先應用在經(jīng)濟效益較高的行業(yè)。

2.1  物聯(lián)網(wǎng)

農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)實時獲取，奠定農(nóng)業(yè)數(shù)字化基礎。物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領域應用范圍廣泛，基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)解決方案，通過實時收集并分析現(xiàn)場數(shù)據(jù)及部署指揮機制的方式，達到提升運營效率、擴大收益、降低損耗的目的。可變速率、精準農(nóng)業(yè)、智能灌溉、智能溫室等多種基于物聯(lián)網(wǎng)的應用將推動農(nóng)業(yè)流程改進。物聯(lián)網(wǎng)科技可用于解決農(nóng)業(yè)領域特有問題，打造基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)場，實現(xiàn)作物質量和產(chǎn)量雙豐收。

2.2  大數(shù)據(jù)

決策“數(shù)字化”，全面提升生產(chǎn)效率。萬物互聯(lián)在推動海量設備接入的同時，也將在云端生成海量數(shù)據(jù)。而挖掘這些由物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)中隱藏信息的方法就是利用人工智能。物聯(lián)網(wǎng)最核心的商業(yè)價值就是將這些海量的數(shù)據(jù)進行智能化的分析、處理，從而生成基于不同商業(yè)模式的各類應用。

2.3  人工智能

潛力巨大，激活農(nóng)業(yè)高效發(fā)展 在種植領域，人工智能有望提高糧食產(chǎn)量、減少資源浪費。在養(yǎng)殖領域中，利用人工智能可以有效降低疾病造成的損失。人工智能縮短農(nóng)業(yè)研發(fā)進程。在實驗室和研究中心，機器學習算法能夠幫助培育更好的植物基因，創(chuàng)造更安全、更高效的農(nóng)作物保護產(chǎn)品和化肥，并且開發(fā)更多的農(nóng)產(chǎn)品。

中國的數(shù)字農(nóng)業(yè)依然處在相對早期的階段，大量硬件投入實際上還未完全解決農(nóng)業(yè)的根本問題。很多地方的數(shù)字農(nóng)業(yè)建設，都存在“增量不增收”，“種，產(chǎn)，銷”三個階段脫節(jié)，或者數(shù)字概念脫離實際生產(chǎn)環(huán)境等問題。具體包括：

3.1  重硬件，輕軟件

無論是政府還是農(nóng)戶容易把數(shù)字農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)機械化的概念相混淆。數(shù)字農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)機械化的根本區(qū)別在于，機械化是用機械來代替人工勞動，數(shù)字農(nóng)業(yè)則是以數(shù)據(jù)來驅動機械實現(xiàn)自動化運轉和智能化調(diào)節(jié)。沒有數(shù)據(jù)和軟件來驅動的物聯(lián)網(wǎng)，其實還是工具，與機械農(nóng)業(yè)并無本質上的差別。打通軟件平臺才有打開大數(shù)據(jù)，智慧農(nóng)業(yè)，數(shù)字經(jīng)濟大門的鑰匙。

3.2  有數(shù)據(jù)，沒智慧

數(shù)據(jù)是數(shù)字農(nóng)業(yè)的基礎資源，近年來政府與企業(yè)多在數(shù)據(jù)采集上投入重金。然而，由于缺乏明確的業(yè)務化方向和必要的數(shù)據(jù)運營技能，對獲取數(shù)據(jù)的質量控制、分析加工和建模應用方面的工作相對滯后。數(shù)據(jù)的獲取與應用是一個雙向互動的過程，只有不斷嘗試利用數(shù)據(jù)產(chǎn)生業(yè)務價值，才能建立有價值的數(shù)據(jù)采集渠道。

3.3  數(shù)字經(jīng)濟薄弱

當前中國數(shù)字農(nóng)業(yè)的絕大部分應用還停留在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，嚴格來說處于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)3.0的初級階段，產(chǎn)業(yè)鏈其他環(huán)節(jié)的信息化和經(jīng)濟化程度較低。雖然農(nóng)業(yè)部提出了“全產(chǎn)業(yè)鏈”的農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)展路徑，尚未能充分激發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈其他環(huán)節(jié)的潛力，農(nóng)產(chǎn)品電商的經(jīng)營方式也還未開始數(shù)據(jù)驅動的嘗試。農(nóng)業(yè)的數(shù)字經(jīng)濟和其他的數(shù)字農(nóng)業(yè)關鍵因素有所不同，其實農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟是以市場資本反向驅動的。農(nóng)業(yè)電商的模式是以數(shù)字驅動市場經(jīng)濟，在市場推廣營運、產(chǎn)品特性、物流等方面受到了非常多的阻力，如若當反向驅動形成現(xiàn)實，一切問題就變得簡單起來。

3.4  產(chǎn)品化能力弱

近年來，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)服務企業(yè)層出不窮，但對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營主體的服務能力普遍不足，產(chǎn)品市場化困難。數(shù)據(jù)產(chǎn)品的服務能力嚴重依賴于數(shù)據(jù)質量，隨著高價值數(shù)據(jù)的不斷積累，有望提升產(chǎn)品實用性。只有持續(xù)打造有生命力的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，才能撬動龐大的農(nóng)業(yè)數(shù)字化市場。

以“數(shù)字化”為特征的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)4.0是毋庸置疑的未來，數(shù)字農(nóng)業(yè)將帶來更高的產(chǎn)業(yè)效率，更公平的價值分配，更可持續(xù)的發(fā)展方式。我們認為中國數(shù)字農(nóng)業(yè)的發(fā)展將呈現(xiàn)以下六大趨勢：

4.1  數(shù)據(jù)供應定制化

數(shù)據(jù)資源是發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)的基石。目前中國數(shù)字農(nóng)業(yè)面臨數(shù)據(jù)采集成本較高的困境。隨著數(shù)據(jù)思維深入人心，數(shù)據(jù)采集的組織成本將大幅下降；隨著農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的升級換代、公共數(shù)據(jù)的不斷開源以及從業(yè)者信息化水平的提升，數(shù)據(jù)采集的顯性成本將不斷減少。未來所有的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)單元都將擁有定制化的數(shù)據(jù)供應系統(tǒng)。而且，數(shù)據(jù)倉庫里的靜態(tài)資源將隨著擁有者的數(shù)字化能力提升而不斷流入產(chǎn)業(yè)鏈，通過交換、融合或再生，去不斷創(chuàng)造價值，實現(xiàn)業(yè)務的數(shù)字化驅動。

4.2  數(shù)據(jù)模型國產(chǎn)化

發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)價值是數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展的動力之源。以色列可以把硬件設備賣給我們，卻絕不開放后臺系統(tǒng)，因為真正的核心技術是實現(xiàn)數(shù)據(jù)價值的模型。當下，隨著大國科技競爭的加劇，引進科技成果的壁壘不斷增高，而且由于國內(nèi)外農(nóng)業(yè)業(yè)態(tài)差異大，我們無法套用國外的模式與模型。另一方面，中國不斷鼓勵科研成果的產(chǎn)業(yè)轉化，產(chǎn)業(yè)與學術、農(nóng)業(yè)與數(shù)據(jù)科學的跨界合作正在逐步深入，因此實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)核心數(shù)據(jù)模型的自主研發(fā)是大勢所趨。

4.3  農(nóng)業(yè)機械智能化

機械化與智能化之間只隔著一個“數(shù)據(jù)驅動”的距離。中國制造2025戰(zhàn)略明確把“智能制造”作為主攻方向，順應市場潮流，海爾、金風等老牌制造廠商已經(jīng)積極開展數(shù)字化轉型，尋找新的增長點。農(nóng)機廠商也必將不斷利用數(shù)據(jù)為機械賦能，適應數(shù)字農(nóng)場的場景需求，實現(xiàn)從制造商向服務商的轉型升級。

4.4  產(chǎn)業(yè)鏈虛擬化

隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)數(shù)字化程度的有效提升，當數(shù)字化的機器智能與商業(yè)智能走進生產(chǎn)與經(jīng)營，產(chǎn)業(yè)鏈將不斷走進網(wǎng)絡，在網(wǎng)絡世界逐步完成現(xiàn)實的數(shù)字化映射。產(chǎn)業(yè)鏈虛擬化將進一步推動消除信息不對稱，提高產(chǎn)業(yè)效率，發(fā)現(xiàn)新的增長。

4.5  供應鏈金融普惠化

近年來供應鏈金融迅猛發(fā)展，據(jù)測算，到2020年，中國供應鏈金融的市場規(guī)模可達14.98萬億元。供應鏈金融是產(chǎn)業(yè)優(yōu)化的重要組成部分。它通過優(yōu)化資金流來促進產(chǎn)業(yè)、特別是中小企業(yè)的健康發(fā)展。通過物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和人工智能等新興技術的應用，數(shù)字農(nóng)業(yè)將有效推動中小企業(yè)有機的融入產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡體系，為供應鏈金融普惠化提供堅實的產(chǎn)業(yè)基礎；同時，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)虛擬化進程所帶來的產(chǎn)業(yè)信息透明化和主體信用可追溯也將為金融風險的量化管理提供切實的保障。

4.6  數(shù)據(jù)安全增強化

無論是農(nóng)田數(shù)據(jù)還是企業(yè)的經(jīng)營數(shù)據(jù)都是反映從業(yè)者生產(chǎn)經(jīng)營狀況的關鍵信息。數(shù)據(jù)帶給產(chǎn)業(yè)動能的同時，也存在被濫用的風險。因此，數(shù)據(jù)安全是產(chǎn)業(yè)數(shù)字化發(fā)展的基本保障。存儲和應用數(shù)據(jù)的信息化系統(tǒng)安全性的訴求將不斷增強，數(shù)據(jù)權屬問題也將隨著法律的完善而得到妥善解決，解除產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的后顧之憂。

數(shù)字技術中物聯(lián)網(wǎng)技術，能實時獲取大量農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，是數(shù)字農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的主要來源，為農(nóng)業(yè)數(shù)字化奠定了基礎。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)被列為歐洲物聯(lián)網(wǎng)18個重要發(fā)展方向之一，也是中國物聯(lián)網(wǎng)9個領域的重點示范項目之一。物聯(lián)網(wǎng)技術可以用來解決農(nóng)業(yè)領域的獨特問題，各種基于物聯(lián)網(wǎng)的應用，如精準農(nóng)業(yè)、智能灌溉和智能溫室將推動農(nóng)業(yè)過程的改進。未來基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術，數(shù)字農(nóng)業(yè)技術和模式將有望在以下幾個典型的農(nóng)業(yè)細分領域優(yōu)先突破、大有作為。

5.1  智能農(nóng)機裝備

作為一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)手段，智能農(nóng)機裝備利用物聯(lián)網(wǎng)技術和信息通信技術實現(xiàn)最佳生產(chǎn)和精益化生產(chǎn)，從農(nóng)業(yè)作業(yè)手段上，推動農(nóng)產(chǎn)品增產(chǎn)，農(nóng)民降本增效，從集約化運作角度，實現(xiàn)環(huán)境資源可持續(xù)發(fā)展，農(nóng)業(yè)生態(tài)良性循環(huán)。

5.2  智能灌溉

提高灌溉效率和減少水資源浪費的需求正在增長。這種通過部署可持續(xù)和有效的灌溉系統(tǒng)來保護水資源的方法正在受到越來越多的關注。基于物聯(lián)網(wǎng)的智能灌溉測量空氣濕度，土壤濕度，溫度和照度等參數(shù)，從而準確計算出對灌溉用水的需求。已經(jīng)證明，這種機制可以有效地提高灌溉效率。

5.3  農(nóng)業(yè)無人機

無人機擁有豐富的農(nóng)業(yè)應用，用于監(jiān)測作物健康，農(nóng)業(yè)攝影（用于促進健康作物生長），可變速率應用，牲畜管理等。無人機可以低成本監(jiān)測大面積區(qū)域，傳感器可以輕松實現(xiàn)收集大量數(shù)據(jù)。

5.4  智能溫室

智能溫室持續(xù)監(jiān)測氣候條件，如溫度，空氣濕度，光照，土壤濕度等，并最大限度地減少作物種植期間的人工干預。這些氣候條件的變化會觸發(fā)自動響應。在分析和評估氣候變化后，溫室將自動進行誤差校正，以將氣候條件保持在作物生長的最佳水平。

5.5  收獲監(jiān)測

收獲監(jiān)測機制可以監(jiān)測影響農(nóng)業(yè)收獲的各種因素，包括糧食質量流量，水量和總收獲量。從監(jiān)測中獲得的實時數(shù)據(jù)可以幫助農(nóng)民做出決策。這種機制有助于降低成本和增加產(chǎn)量。

5.6  農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)（FMS）

FMS通過傳感器和跟蹤設備為農(nóng)民和其他利益相關者提供數(shù)據(jù)收集和管理服務。收集的數(shù)據(jù)被存儲和分析以支持復雜的決策。此外，F(xiàn)MS可用于識別農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)分析最佳實踐和軟件交付模型。其優(yōu)勢包括：提供可靠的財務數(shù)據(jù)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理，以及改善與天氣或緊急情況相關的風險緩解能力。

5.7  土壤監(jiān)測系統(tǒng)

土壤監(jiān)測系統(tǒng)幫助農(nóng)民跟蹤和改善土壤質量，防止土壤退化。該系統(tǒng)可以監(jiān)測一系列物理，化學和生物指標（如土壤質量，持水能力，吸收率等），以減少土壤侵蝕，致密化，鹽堿化，酸化和被有毒物質污染的風險。土壤的質量。

5.8  精準家畜飼養(yǎng)

精準家畜育種提供牲畜生殖，健康和心理狀況的實時監(jiān)測，以確保最大的回報。農(nóng)民可以使用先進技術實施持續(xù)監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結果做出決策，從而改善牲畜的健康狀況。

據(jù)華為技術數(shù)據(jù)預測，到2020年，世界數(shù)字農(nóng)業(yè)的潛在市場規(guī)模預計將從2015年的137億美元增長到268億美元，復合年增長率為14.3%。未來農(nóng)業(yè)發(fā)展對信息流通性、行業(yè)連通性要求極高，數(shù)字農(nóng)業(yè)，順勢發(fā)展，將擁有巨大的市場潛力。

來源：中科感知、新華社