農(nóng)業(yè)信息技術(shù)發(fā)展回顧及展望

　　摘要：農(nóng)業(yè)信息技術(shù)對(duì)引領(lǐng)和支撐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展發(fā)揮了重要的作用。文章介紹了農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的內(nèi)涵，回顧了國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)信息技術(shù)發(fā)展的4個(gè)主要發(fā)展，分析了農(nóng)業(yè)信息技術(shù)發(fā)展存在的問(wèn)題和面臨的形勢(shì)，提出了農(nóng)業(yè)信息技術(shù)未來(lái)發(fā)展重點(diǎn)與發(fā)展建議。旨在為促進(jìn)國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)信息技術(shù)發(fā)展提供參考。

　　關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)信息技術(shù)；農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)字農(nóng)業(yè)；精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)；智能農(nóng)業(yè)

　　0引言

　　自1946年世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)“電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)”(ENIAC，ElectronicNumericalAndCalculator)在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)問(wèn)世以來(lái)，人類(lèi)社會(huì)開(kāi)始進(jìn)入信息時(shí)代。信息技術(shù)的發(fā)展給各行各業(yè)提供了前所未有的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。信息科學(xué)與農(nóng)業(yè)科學(xué)的相互滲透也深刻影響著農(nóng)業(yè)科技發(fā)展，催生了一門(mén)新興交叉學(xué)科即農(nóng)業(yè)信息技術(shù)。

　　1農(nóng)業(yè)信息技術(shù)發(fā)展回顧

　　農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究起步晚，但與世界農(nóng)業(yè)信息技術(shù)發(fā)展相比，大致也經(jīng)歷了4個(gè)階段。第一階段為20世紀(jì)為70年代末—80年代初，主要是以電子計(jì)算機(jī)作為工具和手段，開(kāi)展農(nóng)業(yè)科學(xué)統(tǒng)計(jì)計(jì)算、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)處理等農(nóng)業(yè)計(jì)算應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的萌芽期（農(nóng)業(yè)信息技術(shù)1.0時(shí)代）；第二階段為20世紀(jì)80—90年代，主要是以數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)和計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)為主，開(kāi)展農(nóng)業(yè)數(shù)字模型與模擬、農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)知識(shí)/信息處理等研究與應(yīng)用，其中最具代表性和影響力的技術(shù)為農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)，為農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的成長(zhǎng)期（農(nóng)業(yè)信息技術(shù)2.0時(shí)代）；第三階段為21世紀(jì)初—2010年前后，主要是以網(wǎng)站信息服務(wù)、計(jì)算機(jī)軟件及電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)為主，開(kāi)展農(nóng)業(yè)3S技術(shù)、農(nóng)業(yè)知識(shí)/信息服務(wù)、大田精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)自動(dòng)化控制等研究應(yīng)用，其中最具代表性和影響力的技術(shù)為數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)，為農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的成熟期（農(nóng)業(yè)信息技術(shù)3.0時(shí)代）；第四階段為2011年至今，主要表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)和農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，以及新一代農(nóng)業(yè)人工智能技術(shù)的發(fā)展，可以稱(chēng)之為農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的4.0時(shí)代。

　　1.1農(nóng)業(yè)信息技術(shù)1.0階段（1978—1985年左右）

　　1978年5月7日，《人民日?qǐng)?bào)》發(fā)表題為《開(kāi)展農(nóng)業(yè)科研工作刻不容緩》的社論，指出“要積極開(kāi)展原子能、遙感和電子計(jì)算機(jī)等新技術(shù)在農(nóng)、林、牧、漁方面應(yīng)用的研究，不斷提高研究水平。”從而開(kāi)啟了農(nóng)業(yè)信息技術(shù)發(fā)展的序幕?！督K農(nóng)業(yè)科技》1978年第5期發(fā)表了題為《電子計(jì)算機(jī)與農(nóng)業(yè)科學(xué)》的綜述性文章，回顧和展望了電子計(jì)算機(jī)在農(nóng)業(yè)育種數(shù)據(jù)處理分析、氣象與病蟲(chóng)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、農(nóng)業(yè)模擬試驗(yàn)、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)快速測(cè)量、動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)估計(jì)與遺傳控制、大型溫室與人工氣候室環(huán)境控制，以及農(nóng)業(yè)區(qū)劃和情報(bào)檢索等方面的應(yīng)用，這是國(guó)內(nèi)較早系統(tǒng)介紹和分析農(nóng)業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用的文章。此后，開(kāi)封計(jì)算技術(shù)研究所的李莉[1]利用計(jì)算機(jī)對(duì)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了方差分析的驗(yàn)證工作，南京農(nóng)學(xué)院劉正華[2]利用計(jì)算機(jī)編制了測(cè)定計(jì)算遺傳距離和聚類(lèi)分析的程序。從1983年起，相關(guān)學(xué)者先后探索了利用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè)[3]、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)管理與分析[4]、農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報(bào)[4-5]、飼料配方計(jì)算[6-7]、農(nóng)業(yè)機(jī)械選配[8]、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)地域類(lèi)型劃分[9]、農(nóng)業(yè)氣候模擬[10]、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)處理[11]等方面的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)從此成為農(nóng)業(yè)科研人員的重要工具。

　　1.2農(nóng)業(yè)信息技術(shù)2.0階段（1985—2002年左右）

　　基層農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員對(duì)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)＜业钠惹行枨笠约皣?guó)外農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)，使得國(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)始關(guān)注農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)工作。中科院合肥智能機(jī)械研究所是國(guó)內(nèi)較早開(kāi)展農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的單位，研制的小麥?zhǔn)┓蕦?zhuān)家咨詢(xún)系統(tǒng)[12]在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用，此后國(guó)內(nèi)學(xué)者陸續(xù)開(kāi)發(fā)了生物育種[13]、小麥赤霉病預(yù)報(bào)[14]、水稻推薦施肥[15]、小麥條銹病流行程度趨勢(shì)預(yù)測(cè)[16]、麥田一代粘蟲(chóng)測(cè)報(bào)[17]、飼料配方[18]、區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃[19]、稻縱卷葉螟管理[20]、棉花管理[21]、黃瓜病害診斷與防治[22]、果樹(shù)害蟲(chóng)識(shí)別及防治[23]、冬小麥苗情診斷[24]、池塘高產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)計(jì)[25]、甜菜生產(chǎn)[26]、小麥綜合管理[27]、雞常見(jiàn)疾病診斷[28]、奶牛線性外貌評(píng)定[29]等一系列農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)。1996—2002年“863”計(jì)劃持續(xù)在全國(guó)開(kāi)展以農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)為核心的智能化農(nóng)業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用示范工程建設(shè)，這段時(shí)間農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)取得了2項(xiàng)重大突破，一是出現(xiàn)了開(kāi)發(fā)農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)的平臺(tái)工具[30-33]，使農(nóng)業(yè)技術(shù)人員不需要掌握軟件開(kāi)發(fā)知識(shí)就可以開(kāi)發(fā)農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)，加速了農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)在不同地區(qū)、不同農(nóng)業(yè)動(dòng)植物種類(lèi)中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用；二是農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境實(shí)現(xiàn)了由單機(jī)版向網(wǎng)絡(luò)版、移動(dòng)終端版等多種環(huán)境的轉(zhuǎn)變[34-38]，加大了農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)的推廣應(yīng)用規(guī)模。在此基礎(chǔ)上，農(nóng)業(yè)專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)先后在全國(guó)23個(gè)省級(jí)示范區(qū)大面積推廣應(yīng)用，取得了重大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，形成了特有的“電腦農(nóng)業(yè)”，并于2003年12月獲得世界信息首腦峰會(huì)大獎(jiǎng)(WorldSummitAward)。

　　2國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)信息技術(shù)發(fā)展存在的問(wèn)題與形勢(shì)

　　2.1國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)信息技術(shù)發(fā)展存在的問(wèn)題

　　經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)信息技術(shù)已初步形成了包括農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)與云計(jì)算、農(nóng)業(yè)傳感器與物聯(lián)網(wǎng)、動(dòng)植物生命與環(huán)境信息感知、多尺度農(nóng)業(yè)遙感信息融合、動(dòng)植物生長(zhǎng)數(shù)字化模擬與設(shè)計(jì)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全無(wú)損檢測(cè)、農(nóng)業(yè)飛行器智能控制與信息獲取、農(nóng)業(yè)機(jī)器人智能識(shí)別與控制、農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)作業(yè)技術(shù)與裝備、全自動(dòng)智能化動(dòng)植物工廠等技術(shù)的智能化農(nóng)業(yè)技術(shù)體系。但與美國(guó)、日本、歐盟等發(fā)達(dá)或地區(qū)相比，在技術(shù)創(chuàng)新能力、產(chǎn)業(yè)化水平和體制機(jī)制等方面均存在較大差距。

　　2.1.1核心關(guān)鍵技術(shù)多處于跟蹤階段

　　根據(jù)科技部《“十三五”數(shù)字農(nóng)業(yè)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)綜合研究報(bào)告》，除“農(nóng)業(yè)傳感器與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”和“動(dòng)植物生命與環(huán)境信息感知技術(shù)”達(dá)到了與國(guó)際并行的水平外，絕大多數(shù)的智能農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)處于跟蹤階段，總體發(fā)展水平與國(guó)際領(lǐng)先水平平均相差12年。在基礎(chǔ)研究和領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)技術(shù)均不及主要發(fā)達(dá)，且基礎(chǔ)研究成果向優(yōu)勢(shì)技術(shù)轉(zhuǎn)化的能力較弱。

　　2.1.2產(chǎn)業(yè)化水平總體落后

　　與領(lǐng)先相比，各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)仍處于實(shí)驗(yàn)室、中試階段，而發(fā)達(dá)的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化階段。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用研究相比于其他技術(shù)而言起步更晚，還基本處于實(shí)驗(yàn)室階段，而其他技術(shù)正在逐步向中試階段邁進(jìn)。

　　2.2國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)信息技術(shù)發(fā)展面臨的形勢(shì)

　　2016年3月，谷歌(Google)旗下DeepMind公司開(kāi)發(fā)的阿爾法圍棋(AlphaGo)擊敗韓國(guó)棋手李世石，全球掀起了新一輪人工智能浪潮。國(guó)際上發(fā)達(dá)高度重視人工智能技術(shù)與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的融合，美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)建立了農(nóng)業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，提出智能農(nóng)業(yè)研究計(jì)劃，預(yù)計(jì)到2020年，美國(guó)平均每個(gè)農(nóng)場(chǎng)將擁有50臺(tái)連接物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備。日本2014年啟動(dòng)實(shí)施“戰(zhàn)略創(chuàng)新/創(chuàng)造計(jì)劃”(Cross-MinisterialStrategicInnovationPromotionProgram，SIP)，并于2015年啟動(dòng)了基于智能機(jī)械+IT的“下一代農(nóng)林水產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造技術(shù)”。英國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究中心在歐盟FP7支持下，正實(shí)施FutureFarm智能農(nóng)業(yè)項(xiàng)目，研發(fā)除草機(jī)器人，替代化學(xué)農(nóng)藥。加拿大聯(lián)邦政府預(yù)測(cè)與策劃組織在其發(fā)布的《MetaScan3：新興技術(shù)與相關(guān)信息圖》報(bào)告中指出，土壤與作物感應(yīng)器（傳感器）、家畜生物識(shí)別技術(shù)、變速收割控制、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)械化農(nóng)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)、封閉式生態(tài)系統(tǒng)、垂直（工廠化）農(nóng)業(yè)等技術(shù)將在未來(lái)5~10年進(jìn)入生產(chǎn)實(shí)際，改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)。利用下一代人工智能技術(shù)改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，已成為當(dāng)今世界現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的大趨勢(shì)。2017年7月，發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，規(guī)劃中部署了“智能農(nóng)業(yè)”產(chǎn)業(yè)升級(jí)重大任務(wù)，指出要研制農(nóng)業(yè)智能傳感與控制系統(tǒng)、智能化農(nóng)業(yè)裝備、農(nóng)機(jī)田間作業(yè)自主系統(tǒng)等。建立完善天空地一體化的智能農(nóng)業(yè)信息遙感監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。建立典型農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)智能決策分析系統(tǒng)，開(kāi)展智能農(nóng)場(chǎng)、智能化植物工廠、智能牧場(chǎng)、智能漁場(chǎng)、智能果園、農(nóng)產(chǎn)品加工智能車(chē)間、農(nóng)產(chǎn)品綠色智能供應(yīng)鏈等集成應(yīng)用示范。為未來(lái)一段時(shí)間農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的發(fā)展指明了方向。

　　3農(nóng)業(yè)新技術(shù)未來(lái)發(fā)展重點(diǎn)與建議

　　面向世界農(nóng)業(yè)信息技術(shù)發(fā)展前沿，面向國(guó)內(nèi)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重大需求，未來(lái)一段時(shí)間，農(nóng)業(yè)信息技術(shù)的發(fā)展應(yīng)以提高農(nóng)業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率、資源利用率和土地產(chǎn)出率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?biāo)，加強(qiáng)人工智能技術(shù)與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域融合發(fā)展的基礎(chǔ)理論突破、關(guān)鍵技術(shù)研究、重大產(chǎn)品創(chuàng)制、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定和典型應(yīng)用示范，建立以“信息感知、定量決策、智能控制、精準(zhǔn)投入、個(gè)性服務(wù)”為特征的農(nóng)業(yè)智能生產(chǎn)技術(shù)體系、農(nóng)業(yè)知識(shí)智能服務(wù)體系和智能農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系，支撐農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式實(shí)現(xiàn)“電腦替代人腦”、“機(jī)器替代人力”、“自主可控替代技術(shù)進(jìn)口”3個(gè)轉(zhuǎn)變，全面推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程。

　　3.1智能農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)

　　針對(duì)農(nóng)業(yè)“非結(jié)構(gòu)化復(fù)雜農(nóng)田作業(yè)環(huán)境與作業(yè)對(duì)象的生物特性”等特點(diǎn)，研究智能農(nóng)業(yè)總體技術(shù)、理論方法、核心技術(shù)和軟硬件工具，構(gòu)建智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用的理論方法和技術(shù)架構(gòu)體系。

　　3.2智能農(nóng)業(yè)重大產(chǎn)品創(chuàng)制

　　面向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和智能農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)培育，創(chuàng)制并熟化一批農(nóng)業(yè)智能感知、智能控制、自主作業(yè)、智能服務(wù)等智能農(nóng)業(yè)重大技術(shù)產(chǎn)品，培育形成產(chǎn)業(yè)鏈條完整、產(chǎn)業(yè)集群度高的智能農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。

　　3.3智能農(nóng)業(yè)技術(shù)集成應(yīng)用

　　面向智能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)價(jià)值鏈，全面推進(jìn)人工智能技術(shù)與農(nóng)業(yè)深度跨界融合，建立高可控智能化植物工廠、智能農(nóng)場(chǎng)、智能牧場(chǎng)、智能漁場(chǎng)、智能果園、農(nóng)業(yè)裝備智能工廠、農(nóng)產(chǎn)品加工智能車(chē)間和農(nóng)產(chǎn)品綠色智能供應(yīng)鏈等技術(shù)集成和應(yīng)用模式，構(gòu)建高效能、高效率、高效益的全新生產(chǎn)方式，保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全，推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程。

　　3.4農(nóng)業(yè)知識(shí)智能服務(wù)工程

　　重點(diǎn)面向農(nóng)村地區(qū)農(nóng)民和新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體精準(zhǔn)化、個(gè)性化主動(dòng)服務(wù)的重大需求，構(gòu)建面向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)民生活、農(nóng)村生態(tài)、農(nóng)村商務(wù)和基層政務(wù)等應(yīng)用領(lǐng)域全過(guò)程、全環(huán)節(jié)的農(nóng)業(yè)知識(shí)智能服務(wù)平臺(tái)，提供高效便捷、簡(jiǎn)明直觀、雙向互動(dòng)、視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)相結(jié)合的農(nóng)業(yè)知識(shí)主動(dòng)服務(wù)。

　　參考文獻(xiàn)

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　　趙春江，楊信廷，李斌，李明，閆華

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