智慧農(nóng)業(yè)是指利用信息技術(shù)，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理、服務(wù)全產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行智能化控制，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)、高效、安全和可控。我國高度重視發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)，發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的必由之路。
在一、二、三產(chǎn)業(yè)的融合過程中，智慧農(nóng)業(yè)可以打破信息瓶頸、促進(jìn)信息流動和分享。智慧農(nóng)業(yè)的技術(shù)框架大體包括信息感知、智能決策和決策實(shí)施3個方面。信息感知包括通過農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等獲得各種與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營相關(guān)的信息，如作物、土壤等環(huán)境以及從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人乃至社會的信息；智能決策如同大腦，對各類信息進(jìn)行分析處理，提供管理或控制的方案，例如專家系統(tǒng)；決策實(shí)施則根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行，包括經(jīng)營策略、種植方案、環(huán)境調(diào)控或農(nóng)機(jī)（例如無人機(jī)、播種機(jī)）的操控。信息感知和決策實(shí)施往往依托于硬件設(shè)備，智能決策則主要是數(shù)據(jù)和知識的處理和計算。當(dāng)今大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)的時代背景，對智能決策提出了更高的要求。
大數(shù)據(jù)是智慧農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)，信息感知則是農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的源頭。狹義來說，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)是指人之外的農(nóng)作物自身及環(huán)境的生物物理信息。然而，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動離不開人的活動，生產(chǎn)者自身的經(jīng)驗(yàn)、消費(fèi)者構(gòu)成的市場均會對生產(chǎn)產(chǎn)生影響。因此，廣義來說，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)還包括從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人、社會環(huán)境、市場動態(tài)等社會信息。
生物物理信息感知包括空間信息感知和地面信息感知。前者主要包括遙感技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)、地理信息技術(shù)（“3S”技術(shù)）：基于遙感技術(shù)可獲得種植面積、作物長勢、洪澇、病蟲害情況及土壤和作物營養(yǎng)等空間信息；基于衛(wèi)星定位技術(shù)可獲得裝備的精準(zhǔn)位置，可用于農(nóng)業(yè)機(jī)械的移動定位；地理信息技術(shù)則給出了一個直觀的管理數(shù)據(jù)的方式。后者主要是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)所涉及的傳感技術(shù)，獲得如土壤和空氣的溫濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、風(fēng)速、土壤鹽度等數(shù)據(jù)。除此之外，還有通過可見光/近紅外光譜、近紅外光譜速測植物養(yǎng)分、土壤肥力、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的傳感器技術(shù)。地面感知還包括在田間設(shè)置攝像機(jī)或紅外監(jiān)測儀等，用戶可遠(yuǎn)程觀測，用于提升種植透明度、增強(qiáng)消費(fèi)者的信心。低功耗、低成本、性能穩(wěn)定的傳感器是長期獲得可靠數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，也正是目前推廣應(yīng)用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的瓶頸。
社會信息感知包括農(nóng)產(chǎn)品市場需求、農(nóng)產(chǎn)品價格、農(nóng)業(yè)政策、種植者經(jīng)驗(yàn)等方面。當(dāng)前，在農(nóng)業(yè)市場國際一體化的發(fā)展趨勢下，農(nóng)業(yè)企業(yè)、協(xié)會、合作社等經(jīng)濟(jì)合作組織對產(chǎn)前種什么效益高、產(chǎn)中何種農(nóng)資優(yōu)質(zhì)優(yōu)價、產(chǎn)后賣給誰等市場與技術(shù)信息有著更迫切的需求，這些信息對我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)特別是規(guī)模化農(nóng)業(yè)、訂單農(nóng)業(yè)以及地方特色農(nóng)業(yè)的發(fā)展意義重大。
農(nóng)產(chǎn)品需求信息是農(nóng)業(yè)市場的靈魂，便捷、準(zhǔn)確地捕捉市場信息，把握市場動向，及時調(diào)整生產(chǎn)及銷售方向，是感知社會信息的主要目標(biāo)。基于爬蟲技術(shù)的自動采集是通過網(wǎng)絡(luò)感知市場價格的重要方式，可用于每周的農(nóng)產(chǎn)品價格預(yù)測等。而以投入占用產(chǎn)出技術(shù)為核心的糧食產(chǎn)量預(yù)測模型則考慮多種體現(xiàn)社會信息的農(nóng)業(yè)投入。
數(shù)據(jù)傳輸基于通信網(wǎng)絡(luò)，將分散的具有獨(dú)立功能的設(shè)備或子系統(tǒng)連接起來，并按照規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)硬件和軟件資源的共享及系統(tǒng)的綜合管理與控制。在技術(shù)層面，國內(nèi)很多科研院所和公司均可實(shí)現(xiàn)不同的傳輸方式，實(shí)際應(yīng)用采用哪種數(shù)據(jù)傳輸方式則需根據(jù)農(nóng)田環(huán)境、方案需求、成本約束等因素綜合確定。
農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)涵蓋農(nóng)業(yè)生產(chǎn)本身和產(chǎn)前、產(chǎn)后以及農(nóng)產(chǎn)品加工、銷售整個鏈條中所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。目前獲取各種農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的成本還比較高，缺乏成熟的產(chǎn)品，而且不同的用戶有不同的需求。如何融合生物物理和社會信息，為農(nóng)戶、政府、商家等不同的利益相關(guān)方提供相應(yīng)的信息服務(wù)，仍是未來要應(yīng)對的挑戰(zhàn)。
智能決策是智慧農(nóng)業(yè)的核心，是數(shù)據(jù)產(chǎn)生價值的過程，覆蓋農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從產(chǎn)前規(guī)劃、產(chǎn)中種植管理及環(huán)境控制到產(chǎn)后存儲、加工、運(yùn)輸和銷售等各個環(huán)節(jié)。產(chǎn)前規(guī)劃包括需求分析和種植方案推薦；產(chǎn)中種植管理包括環(huán)境調(diào)控（對于設(shè)施農(nóng)業(yè)）、施肥、打藥、灌溉等方面的智能決策支持；產(chǎn)后農(nóng)產(chǎn)品的庫存控制、運(yùn)輸車輛調(diào)配、流通加工與配送中心的選址等，均需要智能計算方法提供決策支持。作物生產(chǎn)管理決策支持技術(shù)的研究，集中在作物生長模擬及各類專家系統(tǒng)方面。
作物管理專家系統(tǒng)是專家系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的具體應(yīng)用，一般包含一個由權(quán)威農(nóng)業(yè)專家的經(jīng)驗(yàn)、資料、數(shù)據(jù)與成果構(gòu)成的知識庫，并能利用其知識，模擬農(nóng)業(yè)專家解決問題的思維方法進(jìn)行判斷、推理，以求得解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題結(jié)論的智能程序系統(tǒng)。
隨著農(nóng)業(yè)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時代，農(nóng)業(yè)智能決策轉(zhuǎn)入以大數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式，并且體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。農(nóng)業(yè)智能決策支持系統(tǒng)的算法和呈現(xiàn)方式需隨之迭代。隨著數(shù)據(jù)獲取的相對便捷和智能手機(jī)的普遍使用，過去只能在電腦上離線使用、被詬病為“電子詞典”的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)迎來了新的發(fā)展時代。
智能農(nóng)機(jī)和管理軟件是信息感知、智能決策后的呈現(xiàn)形式。隨著我國農(nóng)業(yè)從業(yè)人員的老齡化和數(shù)量減少，農(nóng)業(yè)智能裝備的應(yīng)用是必然趨勢。農(nóng)業(yè)智能裝備包括服務(wù)于施肥、打藥、灌溉、修剪、采摘、播種、環(huán)境調(diào)控等各種操作的設(shè)備。
國外的智能農(nóng)機(jī)裝備較為先進(jìn)，應(yīng)用較廣，主要有智能導(dǎo)航、自動駕駛、變量施肥、變量噴藥等功能。隨著國家對農(nóng)業(yè)智能裝備研發(fā)的重視和投入，國內(nèi)的多個機(jī)構(gòu)開展了相關(guān)研究，研究內(nèi)容包括自動導(dǎo)航、變量施肥、精準(zhǔn)噴藥、播種、插秧、噴藥、除草和收獲等。此外，我國的農(nóng)業(yè)航空作業(yè)量逐年增加，作業(yè)領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大，除對糧食作物、園藝作物、經(jīng)濟(jì)作物施藥外，還開展了植物生長授粉等作業(yè)。
農(nóng)田作業(yè)裝備精準(zhǔn)控制技術(shù)是發(fā)達(dá)國家在大面積機(jī)械化條件下發(fā)展起來的，而我國的作物生產(chǎn)地域環(huán)境條件差異較大，因此技術(shù)和裝備的選擇不可千篇一律地套用。發(fā)展適應(yīng)我國國情的精準(zhǔn)農(nóng)機(jī)化必須持續(xù)地、因地制宜地逐步完善。
摘自《中國科學(xué)報》
