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院士谈|赵春江:发展智慧农业,建设数字乡村

信息科技对社会经济的影响
       目前,中国的信息科技高速发展。截止到2020年底,全国网民规模为9.89亿(占全球20%),“十三五”期间互联网普及率高达70.4%,人均上网时长为3.7小时/天。随着信息化时代的到来,物联网、大数据、人工智能、芯片、量子计算机等词汇逐渐成为社会关注的热点话题。
      在信息科技高速发展的同时,国家高度重视数字经济。习近平总书记在2018年8月召开的重庆中国国际智能产业博览会的致贺信中提到,促进数字经济和实体经济融合发展,加快新旧发展动能接续转换,打造新产业新业态;在2019年10月河北召开的中国国际数字经济博览会致贺信中提到,数字经济将点燃助推世界经济高质量发展的“数字引擎”。据中国信息通信研究院数据显示,预计2035年中国数字经济规模将达到150万亿元,占GDP比重的55%,达到发达国家平均水平。
      但是,据世界银行《2001年全球经济展望报告》显示,因特网在加快全球经济增长速度的同时,也使那些不能有效获取信息的地区进一步面临经济孤立的危险。未来,中国城乡之间、工农之间、贫富之间的差距将因信息资源占有程度不同而突显。
农业进入数字化新时代
      随着信息科技的蓬勃发展,数字技术与农业深度融合,开始第三次绿色革命,进入数字化新时代。农业数字革命带来了智慧农业和数字经济,引领农业高质量发展。
      智慧农业即以信息和知识为核心要素,通过现代信息技术和智能装备等与农业深度跨界融合,实现农业生产全过程的信息感知、定量决策、智能控制、精准投入、个性化服务的全新农业生产方式。
      智慧农业是融合了生物技术、信息技术和智能装备现代农业三大生产力要素后的变革,展现出现代信息技术与农业深度融合、高质量、高效率、高效能、方便快捷与人性化的特征,已经渗透到了农业全产业链,成为我国未来农业的发展方向。
数字技术促进农业高质量发展
     2017年第十九次全国代表大会首次提出,中国经济由高速增长阶段转向高质量发展阶段,农业高质量发展是我国农业发展新阶段的客观要求。
      我国农业确保了14亿中国人的吃饭问题,粮食产量连续6年超过1.3万亿斤,水稻、小麦口粮自给率保持在100%以上,取得了巨大的成就。但是,在增长过程中也出现了各种各样的问题,制约着我国农业的继续发展。2018年世界银行数据库的分析显示,我国农业劳动生产率(人均农业GDP)仅为日本的25.6%,美国的6.9%;城镇化农村劳动力短缺、人工成本增加、农业劳力老龄化(>60岁占74%)。2019年中国农业绿色发展报告指出,2019年大田粮食作物的国内农业资源利用效率低,平均化肥利用率、农田灌溉水有效利用系数等指标均低于发达国家。生产效率低、国际竞争力弱等客观因素显示,我国农业到了高质量发展的新阶段。而发展现代科技,促进农业变革,就是高质量发展的关键。
我国典型数字技术农业应用场景
1. 大田作物智慧生产
(1)北斗精准导航与测控技术
      基于横向偏差/航向偏差的组合PID导航控制算法、速度自适应的路径追踪导航控制算法、拖拉机自动转向系统和装置,拖拉机田间导航控制3-4cm;
      农田地块全区域覆盖最优作业路径生成方法和路径优化设计软件,有效降低田间作业重叠遗漏率,大幅提高田间作业质量。
(2)精准施肥
      利用土壤营养现场测量技术,通过传感器监测土壤内的各类有机质含量。利用无人机与卫星遥感帮助作物追肥。减量高效施肥----种行肥行拟合、水稻侧深施肥,提高肥料利用率。
(3)精准施药技术
      高地隙物联网大田喷药机——一机完成小麦玉米植保作业,节药30%-40%,减少飘移70%-90%,同时运维成本降低40%-50%。
      果园对靶施药系统——使用效果显示,幼树喷洒节药达50%-60%、中龄树喷洒节药30%-40%、成龄树节药20%-30%、喷洒效率提高40-60%,达到节药与高效的双赢。
2. 蔬菜智慧生产——以山东寿光大型智能温室项目为例 
       占地8万平方米,利用6万块玻璃、3500吨钢材打造,总投资2.3亿元。年产番茄300万公斤以上,实现了大型化、智能化、国产化番茄生产体系。
主要技术内容:
——8公顷下沉式大斜面外保温连栋温室
——玻璃温室外保温系统
——正压过滤消毒调温的环境综合智能控制系统
——可分时调控外遮阳外保温系统
——不同温室间能量转移系统
——设施果菜高效精准智能栽培管理系统
——基于知识图谱的温室智慧管控决策方法与系统
——一批设施农业机器人
——托管式可视化温室智慧管控云平台
3. 动物智慧生产
       动物智慧生产能够减少抗病用药,确保产品安全,也能够提高动物福利,践行健康养殖。
(1)畜禽养殖环境监测控制
        控制技术趋向于“建筑+设备”
       控制设备更加智能、精准,远程监控的需求越来越高
(2)畜禽体只生物信息识别
        畜禽群体体温测量系统,用于养殖人员快速筛查发热动物。系统可实时显示被测群体动物的温度场。
        个体温度监测系统,采用视频流模式监测系统,用于养殖人员快速筛查发热动物。
       基于视觉定位的畜禽运动行为实时跟踪,利用视觉分析技术,实时获取运动畜禽当前位置,解决遮挡条件下目标跟踪丢失问题。
(3)精细饲养
          基于图像分析的畜禽饲养精准管理技术
        人工智能图像增强技术
(4)畜禽疫病智能防控
       北京峪口禽业蛋鸡疫病自助诊疗系统——基于深度学习方法,将养殖专家经验与专业知识转换成量化数学模型,实现肉鸡疾病的线上自动问诊与秒级响应,提升蛋鸡疾病诊断的精度与覆盖面。诊断次数达到33万,疾病模型准确率96%,用户使用满意度为99.7%。
        畜禽健康状况巡检机器人——可监控养殖环境,通过分析动物体温、声音、图像等状态,实时进行全天候异常状态监测及预警。提升了养殖精准化、节省了人力物力与财力。已在北京峪口、天津宝坻、山东青岛、广东清远等地示范应用。
       智能化防疫消毒机器人——针对畜禽养殖智能化防疫消毒作业需要,研发防疫消毒机器人,具备自动导航、消毒液精准喷洒、远程视频监测、智能控制等功能,实现养殖舍内无人化消毒喷雾。
展望
      中共中央《十四五规划建议》指出,提高农业质量效益和竞争力、实施乡村建设行动、深化农村改革、实现巩固拓展脱贫攻坚成果同乡村振兴有效衔接。
1. 坚持现代、绿色、智慧发展理念
      习近平总书记于2014年中央网信领导小组第一次会议指出,没有信息化,就没有现代化;于2018年9月视察建三江国家农业科技园时指出,大力推进农业机械化、智能化,给农业现代化插上科技的翅膀。可见,农业机械化、信息化、智能化是农业长久发展的根本。
 2. 大力发展农业数字创意产业
      大力发展农业数字创意产业,让农业生产功能变小、农业生活功能变大、农业生态功能增强、农业科技功能显著。增加农产品的文化创意和营销策略,提高农产品的设计水平,提升企业形象、挖掘产品文化内涵、提升产品附加值、吸引高端购买人群。
3. 构建农产品智慧供应链
      利用生产大数据、加工大数据、流通大数据、消费大数据构建农产品智慧供应链,实现生产源头可追溯、流通过程可控制、供需平衡可响应、应急需求可保障。
4. 加强数字农村建设
      效仿欧洲,中国应该加强数字农村建设,实施数字农业农村建设工程,打造产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕的新农村景象。
      建议建立“3个工程、1个平台、1套标准”:数字农业工程、数字富民工程、数字乡村工程、农业农村大数据平台和数据与技术标准。
    (1)数字农业工程:将数字技术应用于农业“耕、种、管、收”全过程,应用于育种-精准生产-流通-文旅全产业链。提高农业劳动生产效率、促进涉农资源优化配置、降低农业生产管理成本、加速农业社会分工协作、提升农产品质量品质、推动农业供应链管理创新。
     (2)乡村数字化富民工程:利用农业科研人员为村民开展技术培训与知识更新,发展村民就业帮扶信息服务和村民市场信息服务,开展村民诚信体系建设,提升村民素质水平;塑造农产品品牌,打造农产品分级、仓储与电商体系,适应当代市场需求。
     (3)数字乡村建设工程:发展乡村新基建和乡村数字化实体建设,激活资源要素,发展数字经济。开发乡村治理大数据平台,建设乡村集体资产、公共服务、公共事务、公共安全、乡村党建等数字系统。为村民提供优质公共服务,提高农村地区居民生活质量,培育亲农惠农乡村新业态、新模式。