從產業視角看廣東省數字農業發展現狀

馮大春，王明星，吳惠粦，張興龍，劉雙印

(1.仲愷農業工程學院信息科學與技術學院，廣東廣州 510225；2.仲愷農業工程學院智慧農業創新研究院，廣東廣州 510225；3.仲愷農業工程學院現代農業研究院，廣東廣州 510225；4.廣州國家現代農業產業科技創新中心，廣東廣州 510500)

數字農業是數字經濟在農業領域的重要實踐，是農業現代化的高級階段，是我國由農業大國邁向農業強國的必經之路[1]。自2018年中央1號文件《關于實施鄉村振興戰略的意見》明確提出大力發展數字農業，實施數字鄉村戰略，國家在規劃和政策層面出臺了一系列文件，作出了一系列重大部署，包括2018年出臺的《國家鄉村振興戰略規劃(2018—2022年)》、2020年農業農村部等部委發布的《數字農業農村發展規劃(2019—2025年)》、2021年《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》，中央網信辦、農業農村部等7部門相關司局發布的《數字鄉村建設指南1.0》等，這些頂層設計為廣東數字農業發展指明了發展方向，提供了行動指南。

而廣東省自2015年出臺《廣東省“互聯網+”行動計劃(2015—2020年)》以來，就相繼出臺了一系列文件，以政策引導大力支持發展數字農業。2020年6月，廣東率先出臺《廣東數字農業農村發展行動計劃(2020—2025年)》，科學統籌規劃，探索廣東特色的數字農業農村發展模式，大力發展農業農村數字經濟，用數字化引領驅動農業農村現代化。結合廣東省現代農業產業園建設、新基建10條等行動，廣東開始大力推進物聯網、5G、大數據、云計算、人工智能等數字技術與傳統農業融合發展[2]。鑒于此，筆者結合廣東省農業農村廳2020—2022年征集的數字農業應用案例，分析廣東省數字農業發展應用現狀。

1 案例征集情況及案例分析

從搜集到的2020年世界數字農業大會(廣州)數字農業探索實踐案例、2021和2022年廣東省數字農業農村典型成果案例中，篩選獲得實用成果案例共計101件。以上述案例為基礎，從應用領域、技術基礎、科技創新等進行分析。

1.1 應用領域統計案例按農業產業鏈分布如圖1所示。由圖1可知，屬于第一產業種養殖生產共計49個，第二產業1個，第三產業51個，其中政府公共服務案例16個。針對第一產業分布如圖2所示。由圖2可知，南方特色種植案例9個，主要涉及特色蔬菜、南藥、花卉及絲苗米等。特色林果包括茶葉、荔枝、貢柑、陳皮等產業；畜禽養殖主要集中在生豬、肉牛、肉鴿、肉雞等領域；無人農場案例主要涉及水稻大田種植以及無人漁場案例。

圖1 案例在產業鏈分布Fig.1 Distribution of the cases in industry chain

圖2 第一產業案例領域分布Fig.2 Field distribution of cases of first industry

1.2 技術基礎當前數字農業相關技術包括3S、5G通訊、物聯網、大數據、人工智能、區塊鏈等。在第一產業案例涉及領域，無論在種植、畜禽、水產，還是設施農業中，物聯網覆蓋率為100%。其主要應用包括大田或設施內環境監測，如溫濕度、光照度、風速、雨量、粉塵濃度、室內氣體(二氧化碳、氨氣，硫化氫等)、土壤墑情、水產水質(溫度、電導率、pH、溶解氧等)、畜禽養殖中可穿戴或無接觸生理監測儀等；在大部分案例中，機器視覺(攝像機)都廣泛安裝使用；大數據技術在數據統計及可視化、生產指導、產量預測等方面得到初步應用；而人工智能技術(主要是基于圖像或視頻的應用)包括種植領域基于蟲情裝置的病蟲害識別和基于圖像的產量預估，畜禽養殖中基于機器視覺的動物生理監測、健康評估、行為識別等得到初步應用；3S技術，特別是基于無人機遙感在大田作物，如水稻、小麥及新疆棉花等的營養識別、產量預估中得到應用，基于衛星遙感數據在珠海近海水產養殖、陽西生蠔養殖等大范圍水質評估中得到初步應用。自動化及智能裝備應用中，水肥一體化在種植、無人機在巡田及植保作業等得到近100%使用；部分智能裝備，包括無人大田作業(耕種管收等)裝備在無人農場案例中得到實驗性應用；無人作業車在智慧果園，如荔枝、菠蘿等生產巡查，特別是采摘運輸等開始得到實驗性應用。得益于插秧補貼等政府補貼，基于北斗技術的農機作業自動監測等得到廣泛應用。

1.3 科技創新案例在一定程度上反映近年來廣東省科技投入成果，包括廣東省重點研發計劃項目、廣東數字農業科技創新基礎前沿、重大共性關鍵技術研發投入產出成果，還包括廣東省在農業信息技術學科群、數字農業相關的國家、省及地市科研平臺及產學研協同創新平臺建設成果。案例相關實施科技創新主體涉及政府機關、高校、省市相關重點實驗室以及大批企業，其中16%的公共服務平臺創新主體涵蓋從廣東省農業農村廳到地市政府部門。當前，廣東省部分代表性數字農業科技創新主體如表1所示。

表1 部分數字農業研究機構或重點實驗室

2 廣東省數字農業特點與優勢

從案例分析可以看出，廣東省作為改革開放的排頭兵，經過多年的布局與發展，數字農業已成為廣東全面推進鄉村振興的強勁引擎之一。以數字農業為代表的現代農業建設取得新成效，體現了廣東省特有的優勢。

2.1 布局頂層設計，為數字農業發展提供了清晰思路“數據”是數字農業中的核心資產，政策決策部門充分認識到當前農業大數據存在的共享開放不足而導致信息孤島、數據壁壘、數據碎片化和信息不對稱等問題，在農業數字化頂層設計中開始注重跨部門、跨區域和跨行業的互聯互通、協作協同和科學決策，初步形成了“省中心—地方中心—企業”的金字塔型數字農業建設思路。以廣東省農業農村廳主導的“粵農情”農業農村大數據中心在廳內橫向打通了51個業務系統，對外聯通了省政務大數據中心；以惠州、陽西等為代表的地市建設以政府統籌的數字技術與農業全產業鏈的深度融合平臺；各主體企業充分利用廣東省現代農業產業園、數字農業農村重大項目等契機，進行企業層面的數字農業規劃與實施。在基礎設施建設中，三大通信運營商發力，打造強大的5G基站建設基礎，為廣東省大力發展數字農業提供了重要的基礎設施和技術支撐。

2.2 面向產業特色，為農業一產數字化提供有力支撐廣東多丘陵山地、小地塊等地貌特征形成了優質水稻、特色蔬菜、南藥、茶葉、花卉、特色林果等種植業主導產業，同時廣東也是水產和畜牧養殖大省。因此，廣東省數字農業應用呈現“產業覆蓋面廣，應用特色明顯”特色，依托現有288個省級現代農業產業園，基本實現了主要特色品種數字化應用全覆蓋，特別是在特色林果應用、畜禽智慧養殖等形成了明顯的優勢以及行業細分案例。例如，以空天地結合的荔枝果園數字化應用，提升作業效率達100%，產品售價高出競品33%；肉牛養殖數字化應用，服務全國21個省市，云端接入肉牛達50萬頭；針對南方紅火蟻等區域病蟲害，建立了良好應用典范。

2.3 覆蓋全產業鏈應用，形成農業二三產業的百花齊放數字農業創新應用正成為各類農業社會化服務主體創新發展的熱點，在農產品營銷及電商、農業生產經營服務、農業保險、農機托管、數字鄉村建設、精準扶貧等領域涌現了不少成功案例，推動鄉村產業振興朝著縱深方向加速推進。

2.4 深耕細分領域，匯聚眾多行業頭部企業植根廣東先行先試的優渥土壤，近年來涌現了數字農業深入應用的行業佼佼者，逐漸在全國乃至全球占據技術制高點，包括以華為、中興、海格通信等為代表的5G行業龍頭，以極飛科技[3]、大疆科技等為代表的農用無人機裝備，以珠海歐比特為代表的農業遙感資源，以珠海云洲科技為代表的無人船裝備，以點籌網、廣農數鏈、益農控股等為代表的電商綜合應用等細分領域。

2.5 持續發力科技創新，提升數字農業核心競爭力匯聚粵港澳大灣區的人才集聚優勢及資金優勢，廣東省在重大數字農業科技創新項目投入、數字農業創新應用、數字種業等方面均走在全國前列。特別是依托廣州國家現代農業科創中心建設，在數字種業構建起全國首個水稻“基因+表型”數據庫，創設了八位一體的交流交易模式。2021年，全國首個智能育種融通平臺啟動，平臺的全部多組學信息面向全國開放共享。

3 存在問題

在數字農業應用領域，廣東省面臨與我國行業存在的共性主要問題。一方面，農業核心關鍵技術發展滯后，如數據獲取、物聯網傳感器研發、智能決策的算法模型缺乏，智能化農業裝備研發水平低下等；另一方面，仍缺乏基礎研究和技術積累，行業標準缺失，整體技術水平與發達國家存在一定差距[4-5]。此外，案例應用中還反映出以下問題：

3.1 頂層設計及統籌規劃仍然存在不足數字農業活動往往涉及農業農村局、網信辦等多個政府管理部門，這給統一協調推進帶來一定難度[6]，難以形成統籌規劃的頂層性綱領及舉措。數字農業建設中重復投資和不能互聯互通等現象仍然嚴重，造成資金的極大浪費，特別是數字農業建設中，普遍出現重硬輕軟、重一產輕二三產、重建設輕運營等問題。當前農業主體大多以生產階段視頻監控、少量物聯網、大數據展示、自動化裝備等基礎性信息化應用為主，政府與企業多在一產數據采集上投入重金，而未形成從田間到餐桌的全程數字獲取，導致有限數據并不能很好發揮價值。另外，受各方面因素影響，普遍忽略了數據的核心資產價值，長期不能得到有效應用于指導農業生產，造成極大的資源浪費。究其原因，一方面，云計算、大數據、人工智能、區塊鏈等高層級數字化技術投入成本較大；另一方面，缺乏明確的業務化方向和必要的數據運營技能，對獲取數據的質量把控、深層次分析與知識挖掘、標準化的接口服務等應用方面的工作投入較少，研究及應用相對滯后[7]，運用范圍不廣。同時，因為統籌原因，導致農業信息共享開放不足。

3.2 保障要素不全面數字農業從底層數據獲取到知識的深層次應用，都離不開物聯網等硬件及軟件的投入以及相關技術服務的持續支持。盡管廣東省現有政策扶持力度較大，但總體上財政資金投入以及企業相關人力及資金投入的比例都較低，而由于當前農業生產回報的長期性，社會資本很少長期持續進入。

由于當前年輕人從事農業的意愿較低，農村缺乏具有數字農業相關技術知識的人才，這也是制約數字農業發展的普遍性問題[8]。此外，對于科研機構，特別是農業類大學普遍存在科研基地、實驗基地缺乏等問題，客觀上也制約了對合格的數字農業人才的培養。

缺乏利益分配機制、科技人員服務機制、成果共享機制等相關政策支持，導致科技人員成果共享不足、重研究輕應用等現象，制約了數字農業科技成果的進步。

3.3 產業基礎薄弱，產品化能力弱同國內大部分地區一樣，數字農業的絕大部分應用還停留在種養殖等一產環節，其應用程度也多停留在有限的數據采集與展示。在當前疫情背景下，數字農業在農產品銷售端開始深入，但總體而言，產業鏈其他環節，如加工、貯藏及物流等數字化程度較低，且存在各階段數據互相脫節，信息難以互相支撐，制約了數字信息對“全產業鏈”的有效指導。農業數字化市場潛力巨大是各方共識，農業數據服務也得到相關企業重視，但當前相關數字農業服務對農業生產經營主體帶來的有效支撐尚不足。

4 對策

由于廣東省所在南方地區地形多樣，其中70%以上的土地為丘陵和山地，具有熱帶亞熱氣候，獨特的地理位置和氣候特點使得廣東省在畜牧業、水產業、種植業等都具有區域優勢。因此，廣東省數字農業發展不僅要考慮到全國數字農業發展中存在的問題，同時還要兼顧自身特點，進行針對性布局與發展。

4.1 重點研究領域

4.1.1研究農業大數據多源信息感知及融合的關鍵技術。該關鍵技術包括海量多源異構信息感知、大規模數據采集、融合與解析、服務應用及多級安全訪問控制模型等關鍵技術。重點研究包括基于北斗衛星、無人機、物聯網、氣象數據四位一體的陸基、海基多源數據感知、通訊及數據融合技術；作物表型多源數據信息感知技術、水禽表型信息高通量獲取技術；動物生長、攝食、環境脅迫、爭斗等行為的快速識別技術；實時分析監測和重大災害的提前預警；農用裝備狀態動態識別與故障診斷關鍵技術；區塊溯源信息自動獲取技術。

4.1.2研究行業生產管控模型及知識庫系統共性關鍵技術。積累一批嶺南智慧農場相關的核心自主知識產權的生產管控基礎數據庫、生產管控模型及知識庫系統。研究多源異構數據清洗、處理、合并，多源異構數據交換與共享、數據自動更新技術；基于應用領域的概念提取、深層語義分析，分布式協同語義組織、語義一致性驗證、普適機理剖析和歸納等大數據融合方法及技術；面向關系數據、圖數據、流數據、非結構化等大數據挖掘算法；基于智慧農業領域多維數據的各類預測預警、智能調控、智能決策、智能推薦模型；自我學習和完善的知識庫系統。重點突破以下5點：①實時動態的果蔬檢測算法；水果品質高效檢測評價與管控方法；水果機器人作業智能化方法；②動物生長優化調控模型和基于環境-行為的精準飼喂模型，基于大數據的環境-營養-病害關系模型和農場智能管理知識庫系統；③大數據和人工智能的水禽生長與繁殖精準管控模型，數據驅動的水禽集約化健康生長狀態評估及預測技術；④基于大數據與深度學習的病蟲害識別與病害程度分級技術；⑤設施環境綜合動態調控技術；設施環境多系統多設備協同控制技術。

4.1.3開發嶺南智慧農場先進智能裝備。包括以下4點：①研發針對性農業機器人及其通用組件[9]。研發能適應嶺南地形地貌及其作業環境的農業作業機器人，包括相應農業生產機器人通用高效低損末端執行器、農業機械臂等；設施種苗組培的增生切割智能裝備；花卉苗杯移植的智能裝備；嶺南林果采摘及其運輸機器人；設施溫室作業機器人等。②變量智能投餌機及相關智能終端、工廠化循環水養殖巡檢與日常管理機器人。③水禽身份識別、禽類種蛋采集跟蹤、工廠養殖環境信息及健康識別等多維傳感一體的新型感知智能終端；④節能環保的特殊冷鏈裝備。

4.1.4大力發展數字農業深層次產業集成應用。將數字農業應用與《廣東數字農業農村發展行動計劃(2020—2025年)》所布局的“3個創建、8個培育”進行深度融合。構建主要農業產業大數據云平臺，集成農業知識圖譜構建、虛擬現實、農業協同決策、數字孿生、農業大數據云服務、智能裝備等技術和農業全產業鏈的深度融合，實現對種植、養殖對象的標準化管理、生產過程的智慧化決策，農產品智能化供應，及精準化數字營銷。

4.1.5積極開展數字種業及無人農場探索。深度融合數字與種業的有機和占領現代種業新高地是引領現代農業高質量發展的戰略任務。基于云管控平臺的自主計劃、自主決策、自主作業的完全無人的自主作業農場[10]，是農場發展的終極形態，也是解決當前困擾我國農業“無人種地”窘境的重要途徑。

4.2 創新方法與路徑針對廣東省乃至全國，提高農業發展質量和效益，提升農業現代化水平，實現傳統農業到現代農業的轉化，數字農業就是重要的抓手。

4.2.1堅持頂層設計整體規劃。堅持統籌規劃，防止重復建設。根據農業生產實際需求和農業信息化基礎條件，做好總體規劃。構建省及市級數字農業綜合服務平臺，建設農業資源大數據管理與服務中心，融合省級與市縣各級各類涉農相關業務系統，以方便實現業內資源共享。建立健全信息服務運維制度和保障措施。

4.2.2加強公共平臺建設。以“整合、共享、協作”為原則，依托廣東省科研機構、大學、企業等現有的科研情況，由政府牽頭構建數字農業相關公共專業的各類創新平臺，整合創新資源，并由政府進行政策配套與場地、資金、儀器設備以及實驗基地等資源配置，提供各類公共服務，實現資源整合、共享，有效避免信息孤島和重復建設。同時，制定創新保障機制，打破參與各方的互相保密與猜忌，提高各方積極性，培育創新主體，促進科技與經濟的深度融合。

4.2.3加強相關機制建設。打破現有各類創新主體束縛，從稅收、補貼等方面鼓勵企業科研創新，簡化高新技術申請政府補貼程序；制定科研機構、大學、企業及科研人員的利益分配機制；制定科技人員服務機制；制定知識產權保護機制與共享機制，激發科研人員科技成果轉化與服務的積極性。

4.2.4開展集成應用示范。政府支持建立建設科研基地、示范基地，研發推廣，開放實驗區，切實解決科研機構，特別是大學科研實驗基地問題。重點可以在廣州國家現代農業產業科技創新中心或分中心建設集成數字農業相關技術和裝備的嶺南智慧農場典型示范及基地，包括以下6點：①陸基工廠化循環水養殖無人漁場；②山地丘陵水果精準作業相關智能裝備及應用場景；③南藥種苗育苗設施生產智能化系統、高增殖花卉栽培智能裝備平臺及花卉栽培智慧系統、智能化(無人化)植物工廠；④智慧水禽產業化示范基地；⑤以南方水稻等作物為對象，探索和建立無人大田種植農場；⑥農產品冷鏈物流系統、基于區塊鏈和大數據的農產品全產業鏈質量安全可信溯源系統、農產品質量安全預測與推薦系統。

5 結語

總體而言，廣東數字農業發展在制度創新上先行先試、在技術創新層面上引領創新、在政策導向上帶頭突破、在實踐應用上爭先創優，在一定范圍內形成了可復制可推廣的模式和經驗，并在全域推進種植業、畜牧業、漁業、質量安全監管和農產品流通等領域的數字化改造中發揮了示范帶動作用，推動廣東數字農業發展走在了全國的前列。