农业信息技术发展回顾及展望

　　摘要：农业信息技术对引领和支撑现代农业发展发挥了重要的作用。文章介绍了农业信息技术的内涵，回顾了国内外农业信息技术发展的4个主要发展，分析了农业信息技术发展存在的问题和面临的形势，提出了农业信息技术未来发展重点与发展建议。旨在为促进国内农业信息技术发展提供参考。

　　关键词：农业信息技术；农业物联网；数字农业；精准农业；智能农业

　　0引言

　　自1946年世界上第一台电子计算机“电子数字积分计算机”(ENIAC，ElectronicNumericalAndCalculator)在美国宾夕法尼亚大学问世以来，人类社会开始进入信息时代。信息技术的发展给各行各业提供了前所未有的发展机遇和挑战。信息科学与农业科学的相互渗透也深刻影响着农业科技发展，催生了一门新兴交叉学科即农业信息技术。

　　1农业信息技术发展回顾

　　农业信息技术研究起步晚，但与世界农业信息技术发展相比，大致也经历了4个阶段。第一阶段为20世纪为70年代末—80年代初，主要是以电子计算机作为工具和手段，开展农业科学统计计算、农业数据处理等农业计算应用，为农业信息技术的萌芽期（农业信息技术1.0时代）；第二阶段为20世纪80—90年代，主要是以数据库建设和计算机软件开发为主，开展农业数字模型与模拟、农业专家系统和农业知识/信息处理等研究与应用，其中最具代表性和影响力的技术为农业专家系统，为农业信息技术的成长期（农业信息技术2.0时代）；第三阶段为21世纪初—2010年前后，主要是以网站信息服务、计算机软件及电子产品开发为主，开展农业3S技术、农业知识/信息服务、大田精准农业、设施农业自动化控制等研究应用，其中最具代表性和影响力的技术为数字农业技术和精准农业技术，为农业信息技术的成熟期（农业信息技术3.0时代）；第四阶段为2011年至今，主要表现为农业物联网、农业大数据和农业智能装备技术在农业领域的广泛应用，以及新一代农业人工智能技术的发展，可以称之为农业信息技术的4.0时代。

　　1.1农业信息技术1.0阶段（1978—1985年左右）

　　1978年5月7日，《人民日报》发表题为《开展农业科研工作刻不容缓》的社论，指出“要积极开展原子能、遥感和电子计算机等新技术在农、林、牧、渔方面应用的研究，不断提高研究水平。”从而开启了农业信息技术发展的序幕。《江苏农业科技》1978年第5期发表了题为《电子计算机与农业科学》的综述性文章，回顾和展望了电子计算机在农业育种数据处理分析、气象与病虫预测预报、农业模拟试验、农产品品质快速测量、动物营养估计与遗传控制、大型温室与人工气候室环境控制，以及农业区划和情报检索等方面的应用，这是国内较早系统介绍和分析农业信息技术应用的文章。此后，开封计算技术研究所的李莉[1]利用计算机对农业试验数据进行了方差分析的验证工作，南京农学院刘正华[2]利用计算机编制了测定计算遗传距离和聚类分析的程序。从1983年起，相关学者先后探索了利用电子计算机进行农业产量预测[3]、农业数据管理与分析[4]、农业气象预报[4-5]、饲料配方计算[6-7]、农业机械选配[8]、农业生产地域类型划分[9]、农业气候模拟[10]、农业经济数据处理[11]等方面的应用，计算机从此成为农业科研人员的重要工具。

　　1.2农业信息技术2.0阶段（1985—2002年左右）

　　基层农业生产人员对农业领域专家的迫切需求以及国外农业专家系统的成功经验，使得国内学者开始关注农业专家系统的研究开发工作。中科院合肥智能机械研究所是国内较早开展农业专家系统开发的单位，研制的小麦施肥专家咨询系统[12]在农业生产中发挥了重要的作用，此后国内学者陆续开发了生物育种[13]、小麦赤霉病预报[14]、水稻推荐施肥[15]、小麦条锈病流行程度趋势预测[16]、麦田一代粘虫测报[17]、饲料配方[18]、区域农业规划[19]、稻纵卷叶螟管理[20]、棉花管理[21]、黄瓜病害诊断与防治[22]、果树害虫识别及防治[23]、冬小麦苗情诊断[24]、池塘高产养殖设计[25]、甜菜生产[26]、小麦综合管理[27]、鸡常见疾病诊断[28]、奶牛线性外貌评定[29]等一系列农业专家系统。1996—2002年“863”计划持续在全国开展以农业专家系统为核心的智能化农业信息技术应用示范工程建设，这段时间农业专家系统技术取得了2项重大突破，一是出现了开发农业专家系统的平台工具[30-33]，使农业技术人员不需要掌握软件开发知识就可以开发农业专家系统，加速了农业专家系统在不同地区、不同农业动植物种类中的开发应用；二是农业专家系统的运行环境实现了由单机版向网络版、移动终端版等多种环境的转变[34-38]，加大了农业专家系统的推广应用规模。在此基础上，农业专家系统技术先后在全国23个省级示范区大面积推广应用，取得了重大的社会经济效益，形成了特有的“电脑农业”，并于2003年12月获得世界信息首脑峰会大奖(WorldSummitAward)。

　　2国内农业信息技术发展存在的问题与形势

　　2.1国内农业信息技术发展存在的问题

　　经过近30年的发展，国内农业信息技术已初步形成了包括农业大数据与云计算、农业传感器与物联网、动植物生命与环境信息感知、多尺度农业遥感信息融合、动植物生长数字化模拟与设计、农产品质量安全无损检测、农业飞行器智能控制与信息获取、农业机器人智能识别与控制、农业精准作业技术与装备、全自动智能化动植物工厂等技术的智能化农业技术体系。但与美国、日本、欧盟等发达或地区相比，在技术创新能力、产业化水平和体制机制等方面均存在较大差距。

　　2.1.1核心关键技术多处于跟踪阶段

　　根据科技部《“十三五”数字农业领域国内外技术竞争综合研究报告》，除“农业传感器与物联网技术”和“动植物生命与环境信息感知技术”达到了与国际并行的水平外，绝大多数的智能农业关键技术处于跟踪阶段，总体发展水平与国际领先水平平均相差12年。在基础研究和领先优势技术均不及主要发达，且基础研究成果向优势技术转化的能力较弱。

　　2.1.2产业化水平总体落后

　　与领先相比，各项关键技术的研发仍处于实验室、中试阶段，而发达的相关技术已经进入了产业化阶段。农业大数据、物联网等新兴技术在国内的应用研究相比于其他技术而言起步更晚，还基本处于实验室阶段，而其他技术正在逐步向中试阶段迈进。

　　2.2国内农业信息技术发展面临的形势

　　2016年3月，谷歌(Google)旗下DeepMind公司开发的阿尔法围棋(AlphaGo)击败韩国棋手李世石，全球掀起了新一轮人工智能浪潮。国际上发达高度重视人工智能技术与农业领域的融合，美国卡内基梅隆大学建立了农业机器人实验室，提出智能农业研究计划，预计到2020年，美国平均每个农场将拥有50台连接物联网的设备。日本2014年启动实施“战略创新/创造计划”(Cross-MinisterialStrategicInnovationPromotionProgram，SIP)，并于2015年启动了基于智能机械+IT的“下一代农林水产业创造技术”。英国精准农业研究中心在欧盟FP7支持下，正实施FutureFarm智能农业项目，研发除草机器人，替代化学农药。加拿大联邦政府预测与策划组织在其发布的《MetaScan3：新兴技术与相关信息图》报告中指出，土壤与作物感应器（传感器）、家畜生物识别技术、变速收割控制、农业机器人、机械化农场网络、封闭式生态系统、垂直（工厂化）农业等技术将在未来5~10年进入生产实际，改变传统农业。利用下一代人工智能技术改变传统农业，已成为当今世界现代农业科技发展的大趋势。2017年7月，发布《新一代人工智能发展规划》，规划中部署了“智能农业”产业升级重大任务，指出要研制农业智能传感与控制系统、智能化农业装备、农机田间作业自主系统等。建立完善天空地一体化的智能农业信息遥感监测网络。建立典型农业大数据智能决策分析系统，开展智能农场、智能化植物工厂、智能牧场、智能渔场、智能果园、农产品加工智能车间、农产品绿色智能供应链等集成应用示范。为未来一段时间农业信息技术的发展指明了方向。

　　3农业新技术未来发展重点与建议

　　面向世界农业信息技术发展前沿，面向国内现代农业发展的重大需求，未来一段时间，农业信息技术的发展应以提高农业劳动生产率、资源利用率和土地产出率，促进农业发展方式转变为目标，加强人工智能技术与农业领域融合发展的基础理论突破、关键技术研究、重大产品创制、标准规范制定和典型应用示范，建立以“信息感知、定量决策、智能控制、精准投入、个性服务”为特征的农业智能生产技术体系、农业知识智能服务体系和智能农业产业体系，支撑农业生产经营方式实现“电脑替代人脑”、“机器替代人力”、“自主可控替代技术进口”3个转变，全面推进农业现代化进程。

　　3.1智能农业关键技术研发

　　针对农业“非结构化复杂农田作业环境与作业对象的生物特性”等特点，研究智能农业总体技术、理论方法、核心技术和软硬件工具，构建智能农业应用的理论方法和技术架构体系。

　　3.2智能农业重大产品创制

　　面向现代农业产业发展和智能农业产业培育，创制并熟化一批农业智能感知、智能控制、自主作业、智能服务等智能农业重大技术产品，培育形成产业链条完整、产业集群度高的智能农业产业。

　　3.3智能农业技术集成应用

　　面向智能农业生产价值链，全面推进人工智能技术与农业深度跨界融合，建立高可控智能化植物工厂、智能农场、智能牧场、智能渔场、智能果园、农业装备智能工厂、农产品加工智能车间和农产品绿色智能供应链等技术集成和应用模式，构建高效能、高效率、高效益的全新生产方式，保障农业生产安全，推进农业现代化进程。

　　3.4农业知识智能服务工程

　　重点面向农村地区农民和新型农业经营主体精准化、个性化主动服务的重大需求，构建面向农业生产、农民生活、农村生态、农村商务和基层政务等应用领域全过程、全环节的农业知识智能服务平台，提供高效便捷、简明直观、双向互动、视觉与听觉相结合的农业知识主动服务。

　　参考文献

　　[1]李莉.一个对农业实验数据进行方差分析的计算机程序[J].河南农林科技,1981(9):38-40.

　　[2]刘正华.微型电子计算机在我院农业科学研究中已初步应用[J].南京农业大学学报,1982(2):126.

　　[3]张正铀,区进明,甘虹,等.利用电子计算机预报农业产量[J].广西科学院学报,1983(1):100-102.

　　[4]王遗宝.微型计算机在农业上的应用[J].上海农业科技,1983(5):19-20.

　　赵春江，杨信廷，李斌，李明，闫华

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