裝備與信息協(xié)同促進(jìn)現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展研究

一、前言物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能（AI）、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)正在快速發(fā)展并轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與之相互滲透、交叉融合，催生了智慧農(nóng)業(yè)這一新業(yè)態(tài)、新模式，支撐農(nóng)業(yè)建立更高級(jí)的生產(chǎn)力、生產(chǎn)方式和經(jīng)濟(jì)形態(tài)。農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家積極開(kāi)展前沿技術(shù)研發(fā)、數(shù)據(jù)共享開(kāi)放、行業(yè)人才培育等方面的規(guī)劃部署，穩(wěn)健推動(dòng)新一代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)深度融合；大數(shù)據(jù)研究與發(fā)展計(jì)劃、農(nóng)業(yè)技術(shù)戰(zhàn)略、農(nóng)業(yè)發(fā)展4.0框架等政策文件，加快推進(jìn)了智慧農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展。我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械（簡(jiǎn)稱“農(nóng)機(jī)”）的制造水平、裝備總量、作業(yè)水平取得快速發(fā)展，促使農(nóng)業(yè)從先前以人力、畜力為主的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)型為以機(jī)械動(dòng)力為主的機(jī)械化新階段。目前，我國(guó)成為世界第一大農(nóng)機(jī)生產(chǎn)與使用國(guó)家，農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)企業(yè)數(shù)量超過(guò)8000家（規(guī)模以上企業(yè)超過(guò)1700家），農(nóng)業(yè)裝備產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)量約4000種；農(nóng)機(jī)企業(yè)工業(yè)產(chǎn)值從2004年的830多億元增長(zhǎng)到2019年的4500億元。然而，在農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備自動(dòng)化、信息化、智能化等技術(shù)研究與應(yīng)用方面，農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段；以電控技術(shù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化是當(dāng)前主流，而以信息技術(shù)為核心的智能化技術(shù)仍待充分發(fā)展?！笆奈濉睍r(shí)期，我國(guó)亟需加快建設(shè)智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)體系，把握未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，支持農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。本文針對(duì)農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)、信息技術(shù)進(jìn)行闡述，深入剖析相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀、應(yīng)用成效與發(fā)展趨勢(shì)；在研判現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展需求、前瞻未來(lái)發(fā)展前景的基礎(chǔ)上，提出重點(diǎn)工程發(fā)展建議，以期為智慧農(nóng)業(yè)裝備與信息化的可持續(xù)發(fā)展、效能系統(tǒng)優(yōu)化、資源高效利用等研究提供基礎(chǔ)參考。二、裝備技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用分析

（一）動(dòng)力機(jī)械動(dòng)力機(jī)械指代替人力、畜力，為各種農(nóng)機(jī)與設(shè)施提供原動(dòng)力的機(jī)械，其應(yīng)用提高農(nóng)機(jī)作業(yè)效率、增強(qiáng)自然災(zāi)害抵制力、減少人工勞動(dòng)量，最終表現(xiàn)為顯著提升勞動(dòng)生產(chǎn)率及產(chǎn)量。拖拉機(jī)是主要的農(nóng)業(yè)動(dòng)力機(jī)械，以“高效、智能、環(huán)保、信息集成”為發(fā)展目標(biāo)，重點(diǎn)在動(dòng)力、傳動(dòng)、行走、液壓、懸掛、駕駛舒適性等多個(gè)技術(shù)方向開(kāi)展改進(jìn)優(yōu)化；信息化控制技術(shù)主要朝著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。拖拉機(jī)的自動(dòng)化、智能化與定位及導(dǎo)航、動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃、機(jī)器視覺(jué)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等密切相關(guān)，涉及導(dǎo)航、圖像、模型與策略、執(zhí)行器、數(shù)據(jù)鏈等工程技術(shù)。應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化規(guī)模擴(kuò)大所伴隨的石化燃料過(guò)多消耗、環(huán)境污染有所加重等情況，有關(guān)柴油機(jī)排放法規(guī)要求必然更為嚴(yán)格。采用各種機(jī)內(nèi)凈化、機(jī)外尾氣處理技術(shù)來(lái)最大限度降低整機(jī)排放，并行發(fā)展高比能量動(dòng)力蓄電池、生物甲烷燃料動(dòng)力等新型替代能源技術(shù)，力求實(shí)現(xiàn)機(jī)組作業(yè)時(shí)的零排放、無(wú)污染、低噪聲、高效率，解決農(nóng)業(yè)機(jī)械化過(guò)程中的節(jié)能減排問(wèn)題。（二）大田精準(zhǔn)作業(yè)機(jī)械大田精準(zhǔn)作業(yè)機(jī)械主要分為土壤耕作機(jī)械、播種機(jī)械、田間管理作業(yè)裝備、精準(zhǔn)灌溉裝備、聯(lián)合收獲機(jī)、農(nóng)業(yè)廢棄物收集裝備等。以國(guó)產(chǎn)農(nóng)機(jī)的耕作深度控制為例，較多采用耕整機(jī)械力調(diào)節(jié)和位置調(diào)節(jié)方法（見(jiàn)圖1），實(shí)質(zhì)為機(jī)械與液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)單結(jié)合，在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)了阻力不恒定、無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等問(wèn)題；為了實(shí)現(xiàn)耕作深度的精準(zhǔn)控制,未來(lái)將采用基于機(jī)電液一體化技術(shù)的電子耕深控制系統(tǒng)。圖1?耕整地機(jī)械耕深控制系統(tǒng)示意圖耕整地正在由“功能需求”轉(zhuǎn)向“品質(zhì)需求”，加強(qiáng)精細(xì)耕整地機(jī)械的關(guān)鍵零部件材料、加工工藝等核心技術(shù)研發(fā)，優(yōu)化寬幅聯(lián)合耕整地機(jī)械工序組合，提升耕整地機(jī)械自動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷、作業(yè)深度控制、機(jī)組水平調(diào)節(jié)、作業(yè)速度匹配等水平；研制減少進(jìn)地次數(shù)、節(jié)能降耗、智能化、高速寬幅的聯(lián)合耕整地機(jī)械，是農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)發(fā)展的重要方向。（三）工廠化農(nóng)業(yè)裝備工廠化農(nóng)業(yè)指在相對(duì)可控的生長(zhǎng)環(huán)境下，采用工業(yè)化生產(chǎn)方式為農(nóng)業(yè)生物（植物、動(dòng)物、微生物）提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，以提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)量、品質(zhì)與效益，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的集約、高效與可持續(xù)發(fā)展；具有均衡生產(chǎn)（實(shí)現(xiàn)周年性、全天候、反季節(jié)生產(chǎn)）、產(chǎn)出效率高（規(guī)模化生產(chǎn)程度高、土地產(chǎn)出率高、勞動(dòng)生產(chǎn)率高、資源利用率高）、產(chǎn)品價(jià)值高（質(zhì)量安全性高、商品化程度高、市場(chǎng)適應(yīng)能力高）等顯著特征。工廠化農(nóng)業(yè)核心裝備主要分為工廠化設(shè)施設(shè)計(jì)與制造、智能傳感與感知設(shè)備、智能控制設(shè)備、精準(zhǔn)作業(yè)裝備等。目前國(guó)內(nèi)投入應(yīng)用的工廠化種植設(shè)施有日光溫室、塑料大棚、連棟溫室、人工光植物工廠等?；谛畔⒏兄谋O(jiān)測(cè)裝備包括傳感監(jiān)測(cè)、光譜監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)測(cè)，基本形成了多源信息耦合感知模式；監(jiān)測(cè)方式從實(shí)驗(yàn)室離線測(cè)量發(fā)展到便攜式多參數(shù)測(cè)量再到實(shí)時(shí)在線測(cè)量，通過(guò)快速提取工廠化種植執(zhí)行器精準(zhǔn)作業(yè)所需的各種信息，為標(biāo)準(zhǔn)化流水線作業(yè)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。以荷蘭為代表的設(shè)施園藝發(fā)達(dá)國(guó)家，在設(shè)施溫度、濕度、CO2、光照等環(huán)境調(diào)控等方面發(fā)展了成熟穩(wěn)定的設(shè)備和系統(tǒng)。我國(guó)在設(shè)施環(huán)境調(diào)控技術(shù)裝備能力及創(chuàng)新方面達(dá)到世界先進(jìn)水平，發(fā)展了基于正壓通風(fēng)的溫室環(huán)境綜合調(diào)控系統(tǒng)（見(jiàn)圖2）、基于雙熱源熱泵的溫室間能量轉(zhuǎn)移加溫系統(tǒng)、溫室環(huán)境綜合管控云平臺(tái)、基于環(huán)境–作物耦合模型的最優(yōu)控制決策算法等；但溫室環(huán)境控制策略及控制系統(tǒng)仍是我國(guó)設(shè)施園藝發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)。圖2?基于正壓通風(fēng)的溫室環(huán)境綜合調(diào)控系統(tǒng)未來(lái)智能化作業(yè)裝備技術(shù)將著力突破無(wú)人操控條件下的作物生產(chǎn)、采后、物流等環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)AI、大數(shù)據(jù)、智能裝備與農(nóng)藝的結(jié)合；形成覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用的智能作業(yè)技術(shù)裝備，如作物育苗機(jī)器人、物流機(jī)器人、植保機(jī)器人、采收機(jī)器人、采后處理作業(yè)裝備、農(nóng)業(yè)廢棄物處理機(jī)器人等；集成機(jī)械、電子、控制等技術(shù)，發(fā)展實(shí)時(shí)監(jiān)控植物生理、生態(tài)特性的生物傳感裝備，最大限度地獲得植物生長(zhǎng)需求信息、減少人為影響，全面進(jìn)行科學(xué)生產(chǎn)與信息化管理。（四）農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地初加工裝備農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地初加工裝備主要分為糧食干燥裝備、生鮮農(nóng)產(chǎn)品預(yù)冷保鮮裝備、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)分級(jí)裝備，相應(yīng)裝備從機(jī)械化逐漸向智能化、自動(dòng)化發(fā)展。糧食干燥裝備重點(diǎn)在高效、高質(zhì)、能源節(jié)約化、智能化等方面進(jìn)行技術(shù)突破；在增強(qiáng)對(duì)生鮮農(nóng)產(chǎn)品預(yù)冷保鮮裝備重要性認(rèn)知的基礎(chǔ)上，穩(wěn)步提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)分級(jí)裝備的可靠性與檢測(cè)精度。農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地初加工裝備將在保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、提高農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，驅(qū)動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更高效、更舒適，農(nóng)業(yè)資源利用更充分、更環(huán)保。三、信息技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用分析我國(guó)農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究起步稍晚，發(fā)展經(jīng)歷可分為：萌芽期（20世紀(jì)70年代末—80年代初）、成長(zhǎng)期（20世紀(jì)80—90年代）、成熟期（21世紀(jì)初—2010年前后）、4.0時(shí)代（2011年以后）。經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，農(nóng)業(yè)信息領(lǐng)域形成了相對(duì)完整的技術(shù)體系。（一）作物信息獲取技術(shù)作物表型信息獲取技術(shù)主要利用傳感設(shè)備、無(wú)線通信、數(shù)據(jù)庫(kù)、大數(shù)據(jù)分析等自動(dòng)化平臺(tái)裝備及信息化技術(shù)手段，系統(tǒng)、高效地獲取作物多尺度性狀（組織–器官–植株–群體）等表型信息，包含從基因與環(huán)境相互作用形成的作物表型原始數(shù)據(jù)、作物表型性狀元數(shù)據(jù)到生物學(xué)知識(shí)的全集數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的差異，表型信息獲取技術(shù)分為室內(nèi)、室外兩類：前者對(duì)各類環(huán)境因素進(jìn)行精確調(diào)控，嚴(yán)格控制生長(zhǎng)箱或溫室中的作物的生長(zhǎng)條件，能夠在復(fù)雜實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)行精確分級(jí)模擬與針對(duì)性研究，有著后者難以復(fù)制的優(yōu)勢(shì)。表型信息獲取與智能解析技術(shù)是推進(jìn)農(nóng)業(yè)數(shù)字化、智能化，引領(lǐng)未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展方向的關(guān)鍵方面。未來(lái)表型技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)為：地上表型至地下表型、宏觀表型至微觀表型、物理表型至生理表型、靜態(tài)表型至動(dòng)態(tài)表型；針對(duì)作物表型信息采集手段單一、表型數(shù)據(jù)解析時(shí)效性不足等問(wèn)題，重點(diǎn)研究多傳感器時(shí)空同步采集、多模態(tài)數(shù)據(jù)融合處理及實(shí)時(shí)在線解析等關(guān)鍵技術(shù)。構(gòu)建以自主技術(shù)為主、性能可靠穩(wěn)定、具備自主作業(yè)與自動(dòng)處理能力的系列化作物表型平臺(tái)產(chǎn)品，支撐我國(guó)植物表型研究邁入世界先進(jìn)行列。（二）農(nóng)業(yè)智能知識(shí)服務(wù)技術(shù)農(nóng)業(yè)智能知識(shí)服務(wù)技術(shù)以農(nóng)業(yè)知識(shí)為內(nèi)容，通過(guò)智能化方式將分散的農(nóng)業(yè)知識(shí)與數(shù)據(jù)組織起來(lái)，利用知識(shí)共享與綜合輔助決策模型，為廣大用戶提供個(gè)性化精準(zhǔn)服務(wù)，緩解農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中存在的資源利用低效、水肥施用過(guò)量、專家數(shù)量短缺、知識(shí)傳播受限等問(wèn)題。完整、規(guī)范、準(zhǔn)確地描述農(nóng)業(yè)知識(shí)，以本體知識(shí)圖譜等方式存儲(chǔ)農(nóng)業(yè)知識(shí)的數(shù)據(jù)及關(guān)系，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)知識(shí)的實(shí)時(shí)、高效重用及共享。農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)分類多、氣候區(qū)域差異顯著、季節(jié)性生產(chǎn)需求變化快等特征，使得用戶服務(wù)需求差異極大。傳統(tǒng)的知識(shí)服務(wù)逐步發(fā)展成為大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與知識(shí)指導(dǎo)相結(jié)合的服務(wù)模式，以20世紀(jì)90年代美國(guó)的農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)為代表。我國(guó)在2000年后研究形成了一系列農(nóng)業(yè)專家決策系統(tǒng)，涉及小麥、煙草、水稻、花卉、果樹(shù)、園藝作物的病蟲(chóng)害診斷、栽培、管理等，但在知識(shí)規(guī)則構(gòu)建、更新、維護(hù)等方面存在局限性。農(nóng)業(yè)智能知識(shí)服務(wù)技術(shù)領(lǐng)域正在逐步從傳統(tǒng)小樣本的數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計(jì)分析朝著海量數(shù)據(jù)智能分析預(yù)警模型、動(dòng)植物數(shù)字化模擬與過(guò)程建模等方向演進(jìn)?；ヂ?lián)網(wǎng)在向物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展，農(nóng)業(yè)智能知識(shí)服務(wù)能夠整合機(jī)器學(xué)習(xí)、建模與仿真、云計(jì)算、圖像識(shí)別、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)手段，使得農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的很多問(wèn)題、事件可被求解與模擬；以多模態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的農(nóng)業(yè)知識(shí)智能抽取技術(shù)、基于深度學(xué)習(xí)的農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)自適應(yīng)分析模型、跨媒體農(nóng)業(yè)知識(shí)關(guān)聯(lián)理解與服務(wù)交互機(jī)制為代表。（三）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智慧管理技術(shù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智慧管理涉及多部門(mén)、多領(lǐng)域、多學(xué)科，系統(tǒng)性與復(fù)雜性突出，按照產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域可分為作物生產(chǎn)智慧化、畜禽養(yǎng)殖智慧化、水產(chǎn)養(yǎng)殖智慧化。作物生產(chǎn)智慧管理技術(shù)指在掌握土地資源、作物群體變異情況的條件下，根據(jù)田間各個(gè)操作單元的具體情況，精準(zhǔn)調(diào)整各項(xiàng)管理措施及各項(xiàng)物資投入量，追求經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的同時(shí)降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；具體分為精準(zhǔn)施肥、精準(zhǔn)灌溉、精準(zhǔn)施藥、農(nóng)情會(huì)商、決策指揮等方向。這其中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基于智能裝備協(xié)同運(yùn)作來(lái)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息的實(shí)時(shí)感知與傳輸，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息的數(shù)字化存儲(chǔ)、分析及運(yùn)算處理，AI技術(shù)用于在海量數(shù)據(jù)中挖掘知識(shí)并對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的問(wèn)題進(jìn)行分析、判斷以提供決策支持。以畜禽養(yǎng)殖智慧管理技術(shù)為例，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)，傳感器、圖像處理、聲音識(shí)別等先進(jìn)感知監(jiān)測(cè)技術(shù)，進(jìn)行畜禽養(yǎng)殖環(huán)境智能化管理、畜禽精準(zhǔn)飼喂管理、畜禽疫病智能診斷與預(yù)警預(yù)報(bào)、畜禽養(yǎng)殖綜合信息化管理、畜禽遺傳育種數(shù)字化管理、畜產(chǎn)品質(zhì)量安全管理，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)智能化、經(jīng)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)化、管理精準(zhǔn)化、模式標(biāo)準(zhǔn)化。未來(lái)將實(shí)現(xiàn)無(wú)人/少人智慧牧場(chǎng)（覆蓋稱重、存欄、飼喂、飲水等環(huán)節(jié)），集成基因遺傳、精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)、環(huán)境控制、生產(chǎn)管理、生物安全等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化精準(zhǔn)健康管理、發(fā)情期精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、自動(dòng)補(bǔ)飼、牧場(chǎng)管理等，將畜禽因人的接觸而感染疫病的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

（四）農(nóng)產(chǎn)品智慧流通技術(shù)農(nóng)產(chǎn)品智慧流通主要涉及流通環(huán)境信息獲取技術(shù)、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)感知技術(shù)、農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸與配送路徑優(yōu)化技術(shù)。流通環(huán)境信息獲取旨在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈流通過(guò)程尤其是長(zhǎng)距離運(yùn)輸過(guò)程中，嚴(yán)格控制食品的溫度、濕度、光照、空氣含氧量、乙烯含量、硫化氫含量等環(huán)境參數(shù)；針對(duì)單一溫區(qū)、單一產(chǎn)品的配送冷藏車，經(jīng)由傳感器完成運(yùn)輸車內(nèi)環(huán)境信息的實(shí)時(shí)采集、傳輸及存儲(chǔ)。農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)感知是保證冷鏈?zhǔn)称焚|(zhì)量與安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。食品品質(zhì)分為外表品質(zhì)、物理品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、安全品質(zhì)、感官品質(zhì)等方面，針對(duì)于此發(fā)展快速無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，涉及力學(xué)、電子學(xué)、光學(xué)、電化學(xué)、生物學(xué)等方法；可細(xì)分為嗅覺(jué)、味覺(jué)、視覺(jué)傳感器技術(shù)，光譜分析技術(shù)，生物傳感器技術(shù)。農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸與配送路徑優(yōu)化指通過(guò)海量數(shù)據(jù)的挖掘、處理與分析，增強(qiáng)冷鏈物流企業(yè)的信息獲取及應(yīng)用、流程優(yōu)化等能力，為農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供基礎(chǔ)信息平臺(tái)。針對(duì)多目標(biāo)最優(yōu)配送路徑選取問(wèn)題，多數(shù)理論研究利用加權(quán)求和方式將多目標(biāo)尋優(yōu)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)尋優(yōu)，進(jìn)而開(kāi)展模型構(gòu)建與分析應(yīng)用；而在實(shí)際配送過(guò)程中，群體智能算法能夠?qū)嵸|(zhì)性解決最優(yōu)配送路徑方面的多目標(biāo)尋優(yōu)問(wèn)題（依據(jù)與偏重目標(biāo)相對(duì)應(yīng)的最優(yōu)解）。四、我國(guó)現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展價(jià)值分析（一）發(fā)展需求以衛(wèi)星定位、智能控制、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)為核心的智能農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)是未來(lái)農(nóng)機(jī)裝備發(fā)展的趨勢(shì)和主流。我國(guó)農(nóng)機(jī)裝備技術(shù)走過(guò)了機(jī)械替代人力、畜力階段，產(chǎn)品綜合水平取得長(zhǎng)足進(jìn)展，但相比農(nóng)業(yè)農(nóng)機(jī)強(qiáng)國(guó)還有不小的差距。隨著信息技術(shù)發(fā)展及其運(yùn)用深化，我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正在向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)必將朝著與新一代信息技術(shù)深度融合的智能農(nóng)業(yè)裝備方向發(fā)展。也要注意到，我國(guó)農(nóng)機(jī)裝備的自動(dòng)化、信息化、智能化等技術(shù)研究尚屬起步，亟需對(duì)標(biāo)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用、加大投入力度、保持高速發(fā)展。結(jié)合新形勢(shì)下國(guó)家糧食安全戰(zhàn)略、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展要求，農(nóng)業(yè)裝備領(lǐng)域圍繞發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、城鄉(xiāng)統(tǒng)籌等重大發(fā)展需求，形成推進(jìn)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新、加快農(nóng)業(yè)科技推廣應(yīng)用的行動(dòng)計(jì)劃；面向主要糧食作物與經(jīng)濟(jì)作物、設(shè)施農(nóng)業(yè)、畜牧養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)廢棄物加工利用等生產(chǎn)環(huán)節(jié)智能化精準(zhǔn)生產(chǎn)實(shí)際，根據(jù)各地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)及農(nóng)藝要求，開(kāi)展主要環(huán)節(jié)精準(zhǔn)作業(yè)智能裝備技術(shù)研究；盡快發(fā)展農(nóng)機(jī)智能技術(shù)與裝備體系，切實(shí)推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)由粗放型經(jīng)營(yíng)向集約化經(jīng)營(yíng)方式轉(zhuǎn)變、由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變。（二）應(yīng)用前瞻農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展是守住綠水青山、建設(shè)美麗中國(guó)的擔(dān)當(dāng)之舉，對(duì)保障永續(xù)發(fā)展具有重大意義。以綠色生態(tài)為導(dǎo)向的農(nóng)業(yè)永續(xù)發(fā)展科技創(chuàng)新體系的全面構(gòu)建，在激活農(nóng)業(yè)發(fā)展內(nèi)生動(dòng)力的同時(shí)，將推動(dòng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)有效修復(fù)，產(chǎn)地環(huán)境更加清潔、綠色供給能力顯著增長(zhǎng)、資源利用效率改善提升?，F(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)體系將成為我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的技術(shù)支撐，以現(xiàn)代種業(yè)、裝備技術(shù)為代表的智慧化、生態(tài)化集成解決方案，在種植、養(yǎng)殖、水產(chǎn)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，構(gòu)成推動(dòng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與升級(jí)發(fā)展的主要推動(dòng)力。到2050年，生物、信息、裝備等高新技術(shù)推進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)完成轉(zhuǎn)型升級(jí)，信息技術(shù)與智能裝備的農(nóng)業(yè)應(yīng)用比例超過(guò)50%；農(nóng)業(yè)機(jī)械化、設(shè)施裝備化水平取得重大突破，實(shí)現(xiàn)“機(jī)器替代人力”“電腦替代人腦”“自主技術(shù)替代進(jìn)口”的三大轉(zhuǎn)變。在大田種植領(lǐng)域，機(jī)械化、信息化、智能化成為主流應(yīng)用的基本特征，2050年將全面實(shí)現(xiàn)信息、生命科學(xué)、關(guān)鍵裝備、營(yíng)養(yǎng)改良等先進(jìn)技術(shù)在大宗作物生產(chǎn)中的集成應(yīng)用。在設(shè)施與工廠化農(nóng)業(yè)方面，智能自主決策走向主流，智能溫室、植物工廠、太空農(nóng)業(yè)規(guī)?；瘧?yīng)用，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的綜合效率達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。在畜禽養(yǎng)殖方面，智能設(shè)施設(shè)備以及大數(shù)據(jù)、AI技術(shù)集成應(yīng)用成為主要方式，到2050年將全面實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)喂養(yǎng)、智能飼喂、自動(dòng)清掃、疫病防控的智能化，形成綠色生態(tài)的智慧養(yǎng)殖體系，生產(chǎn)效率與質(zhì)量控制顯著提升。五、保障現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)工程（一）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)新基建工程目前，我國(guó)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)主要采用地面調(diào)查統(tǒng)計(jì)、定點(diǎn)觀測(cè)、農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測(cè)等方式，“天空地”一體化監(jiān)測(cè)技術(shù)框架初步構(gòu)建并投入應(yīng)用。然而，傳感器實(shí)時(shí)性、自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)用水平不高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)包括生產(chǎn)、流通、服務(wù)在內(nèi)的農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈快速監(jiān)測(cè)；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)字化水平僅為18.6%，自主研發(fā)的農(nóng)業(yè)傳感器應(yīng)用數(shù)量不到世界的10%。與農(nóng)業(yè)強(qiáng)國(guó)應(yīng)用、國(guó)內(nèi)其他行業(yè)相比，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)設(shè)施薄弱、手段單一，監(jiān)測(cè)結(jié)果的實(shí)時(shí)性、精準(zhǔn)性不足；缺乏全方位、立體式的監(jiān)測(cè)評(píng)估網(wǎng)絡(luò)，難以支撐以生態(tài)目標(biāo)為導(dǎo)向的全產(chǎn)業(yè)鏈、全要素資源優(yōu)化配置。建設(shè)集衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)、移動(dòng)通信基站、傳感器于一體的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)立體監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)新型基礎(chǔ)設(shè)施，組建國(guó)家級(jí)智慧農(nóng)業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，加強(qiáng)實(shí)時(shí)感知、智能分析、智慧決策等核心技術(shù)研發(fā)。以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率提升為直接目標(biāo)，兼顧農(nóng)業(yè)面源污染與溫室氣體排放控制目標(biāo)，建設(shè)以生態(tài)為導(dǎo)向的智慧農(nóng)場(chǎng)、智慧漁場(chǎng)、智慧牧場(chǎng)。（二）國(guó)家農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中心及運(yùn)行機(jī)制構(gòu)建工程落實(shí)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)國(guó)家戰(zhàn)略，構(gòu)建國(guó)家農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中心，包括農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)、農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)綜合分析平臺(tái)。優(yōu)化頂層設(shè)計(jì)，實(shí)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、分布存儲(chǔ)、集中管控、合理開(kāi)放，匯集全局性、區(qū)域性、專業(yè)性（優(yōu)先種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)機(jī)、種業(yè)、耕地、科教、典型農(nóng)產(chǎn)品）大數(shù)據(jù)。建設(shè)基于大數(shù)據(jù)的“一張圖”，涵蓋農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素、環(huán)境要素、產(chǎn)業(yè)布局等。開(kāi)展基于農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的創(chuàng)新應(yīng)用，融合農(nóng)業(yè)部門(mén)的三次產(chǎn)業(yè)，提高生產(chǎn)調(diào)度、決策、管理、服務(wù)能力。推動(dòng)涉農(nóng)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和共享機(jī)制建設(shè)，圍繞采集、存儲(chǔ)、共享、流通、使用、安全等數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)，編制數(shù)據(jù)資源管理辦法、數(shù)據(jù)生產(chǎn)規(guī)范、數(shù)據(jù)共享機(jī)制等，為農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)歸集、應(yīng)用管理、開(kāi)放共享等確立制度依據(jù)。聚焦農(nóng)業(yè)應(yīng)用，對(duì)農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、集成、融合、挖掘，研究數(shù)據(jù)挖掘分析、動(dòng)植物本體模型、大數(shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)農(nóng)村應(yīng)用場(chǎng)景，形成農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)預(yù)測(cè)、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)預(yù)警多維模擬等能力，提高農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)預(yù)警的準(zhǔn)確性。在兼顧數(shù)據(jù)資產(chǎn)安全、數(shù)據(jù)合規(guī)風(fēng)險(xiǎn)、數(shù)據(jù)生產(chǎn)效率的前提下，建設(shè)數(shù)據(jù)流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)的防治體系，平衡數(shù)據(jù)流動(dòng)與數(shù)據(jù)安全問(wèn)題，同時(shí)提升各利益相關(guān)方的協(xié)同治理能力；提出關(guān)鍵信息的軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)物理流動(dòng)的溯源與安全預(yù)警能力。（三）智能農(nóng)機(jī)裝備研發(fā)應(yīng)用工程智能農(nóng)機(jī)技術(shù)以衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用為核心，整合了傳感器、大數(shù)據(jù)、決策支持等功能，因而需要從智能傳感器、智能導(dǎo)航、精準(zhǔn)化作業(yè)、運(yùn)營(yíng)管理等方面開(kāi)展研究。①立足敏感性材料、核心芯片的技術(shù)與產(chǎn)品能力，研發(fā)農(nóng)機(jī)裝備專用智能傳感器，用于機(jī)體性能、環(huán)境狀態(tài)、作業(yè)情況等的信息傳輸。②應(yīng)用機(jī)組定位、星基增強(qiáng)導(dǎo)航等技術(shù)，研發(fā)農(nóng)機(jī)裝備智能導(dǎo)航系統(tǒng)，提升農(nóng)機(jī)導(dǎo)航的精準(zhǔn)性與穩(wěn)定性，保障農(nóng)機(jī)裝備自動(dòng)化作業(yè)水平。③開(kāi)展農(nóng)機(jī)裝備作業(yè)過(guò)程實(shí)時(shí)分析、智能化農(nóng)機(jī)決策與控制研究，建立并驗(yàn)證農(nóng)機(jī)裝備智能化、精準(zhǔn)化作業(yè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)播種、智能灌溉、智能施肥（藥）等功能，提升農(nóng)機(jī)作業(yè)水平與質(zhì)量。④跟蹤和應(yīng)用信息技術(shù)，開(kāi)展農(nóng)機(jī)裝備智能化運(yùn)營(yíng)管理研究，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)裝備遠(yuǎn)程智能調(diào)控、智能預(yù)警、智能診斷、協(xié)同作業(yè)等功能，提升農(nóng)機(jī)裝備的運(yùn)營(yíng)管理效率。（四）農(nóng)業(yè)信息服務(wù)示范工程農(nóng)業(yè)信息服務(wù)主要依托智能化技術(shù)手段，為農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈（含生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、銷售）提供高質(zhì)量的信息服務(wù)能力，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；是促進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革的重要途徑、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。我國(guó)農(nóng)業(yè)信息服務(wù)邁入了智慧農(nóng)業(yè)信息服務(wù)的初級(jí)階段，仍存在數(shù)據(jù)共享程度與數(shù)據(jù)分析挖掘能力不足、信息服務(wù)供需不匹配、資源配置不合理等現(xiàn)象，因而基于信息的可靠傳輸、對(duì)信息的深入分析來(lái)開(kāi)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性服務(wù)，需求強(qiáng)烈。開(kāi)展基于新一代信息技術(shù)的農(nóng)業(yè)信息服務(wù)工程建設(shè)，推動(dòng)大數(shù)據(jù)技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性服務(wù)的深度融合，以數(shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用引導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、提供精準(zhǔn)服務(wù)。深入推進(jìn)“寬帶中國(guó)”戰(zhàn)略，支持第五代移動(dòng)通信等新基建工程向農(nóng)業(yè)農(nóng)村地區(qū)延伸，為農(nóng)業(yè)信息服務(wù)提供底層基礎(chǔ)設(shè)施支撐。針對(duì)農(nóng)業(yè)區(qū)域的生態(tài)性、分散性、品種類型、種養(yǎng)方式特點(diǎn)，以各級(jí)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園、農(nóng)業(yè)科技園區(qū)、重點(diǎn)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地為重點(diǎn)形式，開(kāi)展農(nóng)業(yè)信息服務(wù)試點(diǎn)示范。面向農(nóng)村新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體，通過(guò)深度學(xué)習(xí)方法整合跨媒體、海量、碎片化的農(nóng)業(yè)信息知識(shí)，建立綜合農(nóng)業(yè)知識(shí)中心，提供高效便捷、簡(jiǎn)明直觀、雙向互動(dòng)的農(nóng)業(yè)知識(shí)主動(dòng)服務(wù)。搭建統(tǒng)一的智慧農(nóng)業(yè)信息服務(wù)平臺(tái)，培育信息服務(wù)專業(yè)組織（線上、線下），開(kāi)展農(nóng)機(jī)資源實(shí)時(shí)調(diào)用服務(wù)信息、農(nóng)資信息、農(nóng)事安排、作物植保、病蟲(chóng)害防治指導(dǎo)、農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)、技能培訓(xùn)等服務(wù)。提升企業(yè)的服務(wù)主體地位，支持涉農(nóng)信息服務(wù)企業(yè)提供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)領(lǐng)域的智能解決方案與服務(wù)，構(gòu)建以滿足農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體多樣化、個(gè)性化信息服務(wù)需求為目標(biāo)的多元化服務(wù)體系。（五）果蔬商品化處理智能感控技術(shù)與裝備研發(fā)示范工程相比發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)冷鏈物流體系發(fā)展起步較晚，在冷鏈物流管理運(yùn)營(yíng)方式、法律法規(guī)監(jiān)管體制及基礎(chǔ)硬件設(shè)施等方面還存在不足與隱患，如冷鏈斷鏈、環(huán)境溫濕度波動(dòng)或分布不均、冷鏈流通過(guò)程不透明等現(xiàn)象，導(dǎo)致采后蘋(píng)果在冷鏈流通過(guò)程中（即采后預(yù)冷、運(yùn)輸、貯藏及銷售環(huán)節(jié)）的損失率高達(dá)15%~25%。冷鏈各環(huán)節(jié)制冷條件操控不當(dāng)或各環(huán)節(jié)之間缺乏無(wú)縫交接保障（即斷鏈），都將影響果品所需適宜低溫高濕環(huán)境的穩(wěn)定性，從而影響冷鏈流通中通風(fēng)箱體內(nèi)風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)及濕度場(chǎng)的均勻性及穩(wěn)定性分布，導(dǎo)致果品品質(zhì)下降。因此，明確冷鏈環(huán)境溫濕度波動(dòng)與果品品質(zhì)劣變互作機(jī)理，對(duì)改善冷鏈各環(huán)節(jié)環(huán)境溫濕度分布均勻性及保障果品品質(zhì)安全具有重要意義。針對(duì)我國(guó)果蔬商品化處理低端化的現(xiàn)狀，開(kāi)展果蔬商品化處理過(guò)程中預(yù)冷、分選、包裝、貯存、配送等關(guān)鍵操作環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)信息收集、感知、控制，果蔬成熟度預(yù)判及品質(zhì)分選等技術(shù)研究；構(gòu)建果蔬貯藏期和貨架期精準(zhǔn)預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型，建立配套的智能化預(yù)判技術(shù)；提出我國(guó)大宗及特色果蔬成熟度精準(zhǔn)判斷標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，制定果蔬智能化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；研發(fā)果蔬商品化處理智能感控技術(shù)配套裝備。建立現(xiàn)代化的果蔬商品化處理智能裝備和技術(shù)示范基地。六、對(duì)策建議（一）加大農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新投入并優(yōu)化結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)科技投