智慧農(nóng)業(yè)的基本概念與核心邏輯

智慧農(nóng)業(yè)是新一代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)決策、生產(chǎn)、流通交易等深度融合的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式與綜合解決方案，通過對人、機(jī)、物等的全面連接，一方面對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行全流程跟蹤式監(jiān)測、管理，以數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)流、資金流、人才流、物資流，實(shí)現(xiàn)更為高端化、智能化、綠色化的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的種、管、采收、儲存、加工等。

01 智慧農(nóng)業(yè)的基本概念

智慧農(nóng)業(yè)是新一代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)決策、生產(chǎn)、流通交易等深度融合的新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式與綜合解決方案（詳見圖1），通過對人、機(jī)、物等的全面連接，一方面對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行全流程跟蹤式監(jiān)測、管理，以數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)流、資金流、人才流、物資流，實(shí)現(xiàn)更為高端化、智能化、綠色化的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的種、管、采收、儲存、加工等；另一方面打通供需連接渠道，打造快速、高效、精準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)銷生態(tài)系統(tǒng)，重塑農(nóng)業(yè)與消費(fèi)者之間雙向互動關(guān)系，構(gòu)建起覆蓋農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈的全新生產(chǎn)和服務(wù)體系。

智慧農(nóng)業(yè)不是新一代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)的簡單應(yīng)用，而是具有更為豐富的內(nèi)涵和外延，它既是農(nóng)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型的具象化、系統(tǒng)化呈現(xiàn)，同時(shí)也是一種新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)，將重塑生產(chǎn)形態(tài)、供應(yīng)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈，在推動農(nóng)業(yè)提質(zhì)、增效、降本、綠色、安全發(fā)展等方面蘊(yùn)含著巨大潛力。

02 核心邏輯：數(shù)字孿生與定制化生產(chǎn)

智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的具體形態(tài)。數(shù)字化發(fā)展是以新一代信息技術(shù)（NextGenerationICT）1的研發(fā)應(yīng)用為基礎(chǔ)支撐，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)全流程數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為目的的技術(shù)范式革新2。數(shù)字化發(fā)展需要具備一個(gè)由硬件與軟件所共同構(gòu)筑的，集“感知、傳輸、計(jì)算、存儲、應(yīng)用”等為一體的“閉環(huán)”。通過“閉環(huán)”的不斷迭代與升級，產(chǎn)業(yè)發(fā)展逐步數(shù)字孿生（DigitalTwin），以及定制化生產(chǎn)邁進(jìn)。

（1）控制論、閉環(huán)、反饋與智慧農(nóng)業(yè)

1948年諾伯特·維納（NorbertWiener）的代表性著作《控制論》出版，成為一個(gè)時(shí)代開啟的標(biāo)志。維納將這本書的副標(biāo)題取為“關(guān)于在動物和機(jī)器中控制與通信的科學(xué)”，指出無論是機(jī)器還是動物，一切能夠適應(yīng)周圍環(huán)境變化，具備自主決策能力的“智能”系統(tǒng)都包含有信息提取、信息傳輸、信息處理、信息存儲和信息利用等環(huán)節(jié)，而閉環(huán)和反饋在整個(gè)系統(tǒng)中占據(jù)基礎(chǔ)性地位（所謂的“智能”行為不過是這套機(jī)制運(yùn)作的外在表現(xiàn)）?？刂普撘愿叨瘸橄蟮姆绞浇沂玖税ㄉ铩C(jī)器、經(jīng)濟(jì)社會等在內(nèi)的一切簡單或復(fù)雜系統(tǒng)在面對不斷變化的周邊環(huán)境與不確定性時(shí)自主運(yùn)行的本質(zhì)規(guī)律。

在新一代信息技術(shù)大范圍普及的今天，信息的主要表現(xiàn)形式與承載主體就是存儲在各類電子計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)有效控制的前提——對信息的有效組織，本質(zhì)上就是對承載信息的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸、分析與利用。在數(shù)據(jù)大量增長、數(shù)據(jù)來源和種類多樣化、數(shù)據(jù)快速生成、數(shù)據(jù)質(zhì)量有待提升、數(shù)據(jù)價(jià)值密度不高的時(shí)代背景下，解決好“數(shù)據(jù)從物理世界中來，到物理世界去”的問題是實(shí)現(xiàn)“智能”的關(guān)鍵。無論是一臺智能農(nóng)機(jī)，還是一間智能大棚，或是一個(gè)智能農(nóng)場，構(gòu)建有效的信息流，消除不確定性，快速做出最優(yōu)決策的重點(diǎn)都是打造一個(gè)完整的數(shù)據(jù)閉環(huán)。

完整、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集是閉環(huán)的起點(diǎn)。對于一個(gè)系統(tǒng)而言，其所處的外部環(huán)境復(fù)雜多變，自身運(yùn)行狀態(tài)也會時(shí)刻改變，如果不能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握外部環(huán)境情況和內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)，就難以提取出有效信息，減小不確定性。目前能夠采集溫度、濕度、氣壓等多物理量的傳感器已開始廣泛應(yīng)用，讓系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)量更大、質(zhì)更優(yōu)。

網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)在閉環(huán)中流動提供管道。智能行為實(shí)現(xiàn)的前提是構(gòu)建閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)反饋控制，需要系統(tǒng)中各個(gè)部分相互連接、相互溝通、相互交流。與動物的神經(jīng)系統(tǒng)相似，網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)采集交互、分析處理和反饋執(zhí)行聯(lián)通可靠通道，是“大閉環(huán)”各部分連接的紐帶。5G等新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是系統(tǒng)內(nèi)各部分互聯(lián)互通和無縫集成的關(guān)鍵技術(shù)支撐。

科學(xué)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析是閉環(huán)核心。一個(gè)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)閉環(huán)和反饋控制的智能行為，除了充分感知周圍環(huán)境和自身狀態(tài)以外，還需要對提取的信息進(jìn)行分析和處理。對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、分析和處理，為智能行為的實(shí)現(xiàn)提供決策依據(jù)。人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展為實(shí)現(xiàn)更高層次的智能決策開辟了新路徑。

精準(zhǔn)、高效的執(zhí)行是閉環(huán)的終點(diǎn)。系統(tǒng)的智能行為最終體現(xiàn)為一系列動作及其產(chǎn)生的積極效果。執(zhí)行是在數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析的基礎(chǔ)上發(fā)出指令，做出行為，產(chǎn)生效果。

數(shù)字孿生是基于上述理論的高層次實(shí)踐，其依托知識機(jī)理、仿真技術(shù)為物理實(shí)體在虛擬空間創(chuàng)建數(shù)字孿生體或者應(yīng)用場景，模擬、反映物理世界的狀態(tài)和行為?；诙嗑S度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測物理個(gè)體（系統(tǒng)）的未來狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)物理上的組織性加強(qiáng)、精準(zhǔn)性提升和不確定性緩解（盧陽光，2020；殷浩棟等，2020）。由于數(shù)字孿生在產(chǎn)品開發(fā)、監(jiān)督和驗(yàn)證及應(yīng)對突發(fā)情況等方面的顯著成效，數(shù)字孿生逐漸在牲畜家禽養(yǎng)殖、作物種植、智能農(nóng)場管理等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到了推廣與應(yīng)用。

智慧農(nóng)業(yè)之所以能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、高效、低碳的發(fā)展目標(biāo)，就是將傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)“靠天靠地靠簡單勞動投入”的落后生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;可感知、可控制、可預(yù)測”智能化生產(chǎn)模式。智慧農(nóng)業(yè)根據(jù)各種類型的生產(chǎn)模型、系統(tǒng)規(guī)則與數(shù)據(jù)集合對農(nóng)業(yè)知識進(jìn)行數(shù)字固化，通過在虛擬空間建構(gòu)物理對象（動植物、運(yùn)動軌跡）的實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)數(shù)字化映射，面向增產(chǎn)、提質(zhì)等應(yīng)用需求，展開分析量化的預(yù)測和決策反饋，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全流程的優(yōu)化。正因如此，智慧農(nóng)業(yè)需要系統(tǒng)化、全局性的發(fā)展方案，任何單一種類和單一環(huán)節(jié)的技術(shù)缺失都無法促成農(nóng)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)存在未連接的問題，整個(gè)閉環(huán)的數(shù)據(jù)感知、采集、傳輸和處理將難以有效實(shí)現(xiàn)，整個(gè)系統(tǒng)就難以實(shí)現(xiàn)“智能”運(yùn)行。

（2）服務(wù)化延伸：智慧農(nóng)業(yè)的增收邏輯

智慧農(nóng)業(yè)可以通過對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的服務(wù)化延伸實(shí)現(xiàn)增收增效，這源于新一代信息技術(shù)的三次產(chǎn)業(yè)融合拓展了農(nóng)業(yè)的多功能性。新一代信息技術(shù)能夠創(chuàng)新服務(wù)供給內(nèi)容、改變服務(wù)供給方式（江小涓、羅立彬，2019）。在傳統(tǒng)“人對人”“點(diǎn)對點(diǎn)”的生產(chǎn)過程當(dāng)中，勞動力是主要的供給要素，難以引入新的技術(shù)和設(shè)備，缺乏規(guī)模經(jīng)濟(jì)。勞動生產(chǎn)率不僅長期保持不變（江小涓，2017），也很難對于其他產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生技術(shù)的外溢效應(yīng)。一些新興、小眾的服務(wù)由于相對高昂的獲客成本和低頻次的需求而難以存活。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)具有這個(gè)特點(diǎn)，內(nèi)卷化現(xiàn)象較為常見，沒有發(fā)揮出多元價(jià)值。

新一代信息技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的融合使得產(chǎn)業(yè)發(fā)展愈發(fā)表現(xiàn)出顯著的差異化、服務(wù)化和敏捷化。不同于一般意義上的效率提升，智慧農(nóng)業(yè)在服務(wù)化方面的影響包括依托新一代信息技術(shù)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的延伸、農(nóng)耕文明傳承、山水田園生活意境表達(dá)等。一方面通過更多樣化的連接形式，重塑生產(chǎn)者與消費(fèi)者之間的關(guān)系，不僅包括物質(zhì)生產(chǎn)、實(shí)物銷售，還有內(nèi)容體驗(yàn)與服務(wù)享受等。智慧農(nóng)業(yè)通過訂單式作業(yè)、云上參與、視頻直播等方式，讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)憑借“原生態(tài)”“定制化”“生活化”的標(biāo)簽，變現(xiàn)自然景觀、文化價(jià)值、勞動凝聚等。另一方面新一代信息技術(shù)以更為低成本的數(shù)字化方式，消除物理隔閡、打通連接渠道，幫助以往難以單獨(dú)存活的小眾供需實(shí)現(xiàn)“線上規(guī)?；?rdquo;，有效的將“長尾供需”轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢杂@益的“大市場”。尤其是，中國是一個(gè)具有超大規(guī)模統(tǒng)一市場的國家，消費(fèi)者眾多、小眾消費(fèi)規(guī)模龐大，能夠支持多種新模式新業(yè)態(tài)的發(fā)展壯大。如新一代信息技術(shù)能夠幫助城市消費(fèi)者以更便捷的方式參與耕種飼養(yǎng)，還能通過認(rèn)養(yǎng)、認(rèn)種的方式為農(nóng)產(chǎn)品溢價(jià)買單。

本文節(jié)選自：中國信息通信研究院政策與經(jīng)濟(jì)研究所與中國人民大學(xué)智慧農(nóng)業(yè)與數(shù)字鄉(xiāng)村發(fā)展研究中心聯(lián)合發(fā)布的《中國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告——新一代信息技術(shù)助力鄉(xiāng)村振興》