梁啟章，齊清文，張 岸，姜莉莉

（中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國家重點實驗室，北京100101）

0 引言

源遠(yuǎn)流長的中華農(nóng)耕文明，象征著各族人民的智慧與勤勞本色，例如，譽為魚米之鄉(xiāng)的長“長三角”農(nóng)村，起始于荒無人煙灘涂地，世代墾荒者挖渠造田、路水相伴、四通八達(dá)、宅地相鄰；世代種田者勤于整地、視情而作、養(yǎng)畜積肥、精收細(xì)打、選優(yōu)留種…，實施著人力農(nóng)作條件下一年兩熟制的精耕細(xì)作模式。世代農(nóng)民采用的“日出巡田、日作看天、依情而行”的差異式管理之道，對于實施數(shù)字農(nóng)業(yè)，依然具有重大指導(dǎo)價值［1］。

1996年，中國啟動了信息化帶動現(xiàn)代化模式，推進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)進(jìn)村、電視電話進(jìn)戶，實現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)覆蓋與成千上萬網(wǎng)站上線。至2017年我國已擁有2.1億寬帶用戶、15億移動設(shè)備使用量、36顆北斗衛(wèi)星上天與1 800個地面基站，從而推動了“政策宣傳、熱線咨詢、科技下鄉(xiāng)、災(zāi)害預(yù)報、定位導(dǎo)航”等信息服務(wù)的跨越式發(fā)展。2017年，國務(wù)院及時發(fā)出了《數(shù)字農(nóng)業(yè)建設(shè)試點總體方案（2017-2020年）》，旨在基于BNSS、4G、3S、CS與AI等高新技術(shù)，加快突破智能化農(nóng)機(jī)裝備體系，構(gòu)建“天-空-地”一體化的物聯(lián)網(wǎng)測控系統(tǒng)，以及農(nóng)機(jī)作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)管和數(shù)字農(nóng)田智慧管理平臺，全面提升農(nóng)機(jī)作業(yè)服務(wù)能力，減少化肥與劇毒農(nóng)藥使用；同時，必須配套構(gòu)建社會化服務(wù)體系，努力提高農(nóng)業(yè)需求預(yù)測、資源潛力挖掘、種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化、生產(chǎn)資料質(zhì)量保障等專業(yè)化服務(wù)水平。要確保廣大農(nóng)業(yè)工作者在實施數(shù)字農(nóng)業(yè)過程中既是參與者又是直接受益者［2］。

早在20世紀(jì)80年代，美國種植業(yè)因長期大量使用化肥引發(fā)了環(huán)境問題與農(nóng)業(yè)成本逐年提高，從而推動了精準(zhǔn)農(nóng)作（Precision Farming）實驗與應(yīng)用，推出了差異化管理模式與變量作業(yè)控制系統(tǒng)［3］。1997年，美國科學(xué)家首先提出數(shù)字農(nóng)業(yè)概念，意在實施多年精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善智能化農(nóng)機(jī)裝備體系，開發(fā)新的數(shù)字農(nóng)業(yè)服務(wù)平臺，以加快降低生產(chǎn)成本，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，達(dá)到提高農(nóng)作物產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量之目標(biāo)。

數(shù)字農(nóng)業(yè)是將信息作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素，用現(xiàn)代信息技術(shù)對農(nóng)業(yè)對象、環(huán)境和全過程進(jìn)行可視化監(jiān)管、信息流驅(qū)動、差異化管理的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。新一代人工智能支持下的數(shù)字農(nóng)業(yè)，其技術(shù)核心依然集中于產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的信息流模式及其技術(shù)體系。為此，本文首先梳理了數(shù)字農(nóng)業(yè)信息源，依據(jù)信息時效性差異，劃分了相對穩(wěn)定與動態(tài)變化2類，提出了不同的信息流管理模式；而后分析了國際上經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家以及中國的數(shù)字農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀，著重提出了大田種植數(shù)字農(nóng)業(yè)信息流與技術(shù)體系概念方案，并對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息服務(wù)機(jī)制提出了若干建議。作者急切期盼著中國數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)能夠落到實處，推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)中發(fā)揮更大效益。

1 數(shù)字農(nóng)業(yè)信息源

大田種植生產(chǎn)過程涉及農(nóng)業(yè)資源、農(nóng)業(yè)資料、農(nóng)業(yè)技術(shù)、農(nóng)情災(zāi)情、田間管理、產(chǎn)品交易等要素。各要素的信息時效性大體上可劃分為相對穩(wěn)定與動態(tài)變化二類，前者可提前進(jìn)入“田聯(lián)網(wǎng)”數(shù)據(jù)庫管理，后者須動態(tài)入庫管理。集約化或分散經(jīng)營者不僅渴望著差異化、個性化的實時信息服務(wù)，還期望提供“市場需求、種植計劃、優(yōu)質(zhì)資源、高效肥料、安全農(nóng)藥、先進(jìn)技術(shù)”等實用信息服務(wù)。

1.1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源

（1）土壤作物類型資源

著重于關(guān)注每一種土壤作物類型的分布范圍和投入產(chǎn)出潛力，相關(guān)數(shù)據(jù)將是建設(shè)“田聯(lián)網(wǎng)”基礎(chǔ)要素之一，也是實施“三元”種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)。

（2）農(nóng)村水利工程資源

有效合理用水資源將取決于農(nóng)田水利建設(shè)工程質(zhì)量和數(shù)量［4］。灌排水網(wǎng)絡(luò)連同“閘門”、“控制閥”、“流量計”等基礎(chǔ)設(shè)施，均用于創(chuàng)建“水聯(lián)網(wǎng)”，通過智能調(diào)控系統(tǒng)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)保障農(nóng)田水分。

（3）農(nóng)業(yè)氣候資源

挖掘種植潛力，推廣農(nóng)業(yè)技術(shù)，務(wù)必恰當(dāng)利用農(nóng)業(yè)氣候資源，其中重要資源指標(biāo)包括：年輻射總量、年日照時數(shù)、年長季日照時數(shù)、年平均氣溫、年大于10℃積溫、年大于0℃積溫、氣溫年較差、無霜期、年降水量、年長季降水量、年濕潤度［5］?？芍苯硬捎酶鞯貧庀笳舅^測到的氣象數(shù)據(jù)，或生成鏈接這些氣象站點的三角網(wǎng)，采用插值方法轉(zhuǎn)化為網(wǎng)格狀信息，最后繪出等值線圖來展示氣候資源空間分布。

（4）農(nóng)業(yè)生物資源

科學(xué)利用生物資源屬于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中心環(huán)節(jié)，包括可利用的植物資源和動物資源，例如作物良種、藥用植物、天敵昆蟲、生物肥料、害蟲病毒等［6］。調(diào)查并采集各類生物資源分布范圍與產(chǎn)量潛力顯得尤為重要。

1.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料

農(nóng)作物種子、肥料、農(nóng)藥、農(nóng)用塑料薄膜等生產(chǎn)資料，統(tǒng)稱為田間投入品；還包括農(nóng)機(jī)（具）及零配件、燃料與電力等生產(chǎn)資料。經(jīng)營者最關(guān)注投人品質(zhì)量與功效，以及裝備功能、效率、耐用性與能源性價比。國家工商行政管理總局于2009年9月2日發(fā)布了《農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料市場監(jiān)督管理辦法》［7］。

（1）種子品牌，其品質(zhì)指標(biāo)包括：凈度、千粒重、含水量、發(fā)芽能力、生活力、優(yōu)良度等；其外觀特性包括：顏色、光澤、氣味、受病蟲害、機(jī)械損傷等。（2）肥料品牌與品質(zhì)，重點關(guān)注常用肥料類型、適用性作物、使用方法、增產(chǎn)效果。（3）農(nóng)藥品牌與品質(zhì)，重點關(guān)注完整農(nóng)藥名稱（農(nóng)藥通用名、商品名和別名）、殺蟲類型、常用劑量、適用方法、典型副作用等。

（4）農(nóng)機(jī)（具）與運輸車輛，目前市場上可提供的多種農(nóng)機(jī)/具產(chǎn)品，重點關(guān)注它們的名稱、品牌、型號、生產(chǎn)廠家、功率、速度、寬度等，必須逐一登記，創(chuàng)建“機(jī)聯(lián)網(wǎng)”。

1.3 農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害

常見的氣象災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害、生物災(zāi)害，只能預(yù)防，不能防治［8］，為此，提高災(zāi)害的預(yù)測、預(yù)報、預(yù)警水平，普及抗災(zāi)減災(zāi)知識，完善應(yīng)急預(yù)案，提高應(yīng)急能力，以增強(qiáng)抗災(zāi)救災(zāi)工作的預(yù)見性、主動性、能動性就顯得十分必要與重要。還需將不同災(zāi)害發(fā)生頻率、受災(zāi)范圍、損失程度等歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)入庫管理。

1.4 田間管理信息

作物播種、生長至收獲全過程中，必須及時監(jiān)測作物對光照、水分、養(yǎng)分、肥料等精確需求，便于及時采取促進(jìn)生長或防治病蟲害的精準(zhǔn)措施，從而確保作物質(zhì)量和產(chǎn)量［9］。早期田間管理包括壓壟、播種、施肥、補(bǔ)苗間苗、產(chǎn)地除草、壟溝深松，作物生長過程中包括灌溉、追肥與滅殺病蟲害等。

（1）農(nóng)情信息

即農(nóng)作物從播種到收獲的全過程中關(guān)鍵時節(jié)信息，以保證精準(zhǔn)播種、補(bǔ)苗、追肥、噴藥、噴水等田間管理的及時性與質(zhì)量［10］。農(nóng)作物全過程監(jiān)測包括：

①出苗率監(jiān)測，作物出苗率是確保產(chǎn)量的第一要素，應(yīng)災(zāi)害原因?qū)е鲁雒缏实陀谝欢ㄋ綍r，就需補(bǔ)種或改種其他作物。

②分蘗監(jiān)測，如果分蘗數(shù)沒有達(dá)到要求，會導(dǎo)致減產(chǎn)，此時需要提前追肥或澆水。③長勢監(jiān)測，即作物在不同生長期內(nèi)達(dá)到的高度或葉寬等健壯度是否符合標(biāo)準(zhǔn)，低于標(biāo)準(zhǔn)時可考慮追肥或澆水。

④作物肥力與水分監(jiān)測，以確定是否需要追肥或噴水。

⑤花期監(jiān)測，即正常時節(jié)內(nèi)完成開花及其數(shù)量監(jiān)測，以考慮是否需要追肥或噴水。

⑥結(jié)穗監(jiān)測，即結(jié)穗數(shù)量是否達(dá)到預(yù)計目標(biāo)，可為產(chǎn)量預(yù)測提供第一次依據(jù)。

⑦生物量監(jiān)測，即作物果實成熟前監(jiān)測，可為產(chǎn)量預(yù)測提供科學(xué)依據(jù)。

⑧成熟度監(jiān)測，即確定收獲日期監(jiān)測，以便及時做好收獲前各種準(zhǔn)備工作。

（2）病蟲害信息

及時發(fā)現(xiàn)病蟲害類型和蔓延趨勢，可以采取恰當(dāng)措施，做好防治工作，這是決定作物能否健康生長與達(dá)到預(yù)計產(chǎn)量和質(zhì)量的重大因素。不同地區(qū)不同作物可能會遇到不同病蟲害，必須做好病蟲害防治預(yù)案。例如，《大田作物病蟲害防治圖譜》［11］十分有助于確認(rèn)病蟲害種類與采取防治方案。

（3）播種與收獲信息

預(yù)測播種與收獲日期十分重要，前者探測土壤溫度與濕度，確定最佳播種時間，及時做好種子、肥料與農(nóng)機(jī)等準(zhǔn)備，以確保播種質(zhì)量；收獲前須做好烘干倉儲貯備場所、收割機(jī)、運輸車輛及其調(diào)度導(dǎo)航方案等準(zhǔn)備工作，才能確保豐產(chǎn)豐收。收獲時還可借助測產(chǎn)測水傳感器，獲取作物的區(qū)段產(chǎn)量與水分信息，以制作產(chǎn)量/水分分布圖，可用以制作下一輪播種/施肥處方圖。

1.5 農(nóng)產(chǎn)品需求預(yù)測

隨著經(jīng)營規(guī)模逐步擴(kuò)大，經(jīng)營者首先關(guān)心自己的農(nóng)產(chǎn)品能否被市場接受，并渴望政府或咨詢機(jī)構(gòu)及時幫助做好農(nóng)產(chǎn)品需求預(yù)測，例如，糧食需求應(yīng)包括：自需糧（口糧）、國庫糧、飼料糧、工業(yè)糧、地方儲備糧等［2］；農(nóng)產(chǎn)品市場需求是做好“糧經(jīng)飼”種植結(jié)構(gòu)與種植計劃優(yōu)化前提。

2 發(fā)達(dá)國家數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備體系與服務(wù)機(jī)制

2.1 美國智能化農(nóng)機(jī)裝備體系與信息管理

美國天寶公司針對大田作物栽培，所推出的智能化裝備體系，在精準(zhǔn)導(dǎo)航、精確授時、無線網(wǎng)同步、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等方面發(fā)揮著不可替代的作用，始終保持著測繪技術(shù)的領(lǐng)先地位，進(jìn)軍中國市場已經(jīng)多年。其中基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持下的“農(nóng)場信息管理平臺”鏈接了所有農(nóng)機(jī)（具）、運輸車輛與辦公室電腦、手持機(jī)等終端裝備，使各種相關(guān)信息能夠在辦公室、車輛、手持終端之間準(zhǔn)確及時傳輸，管理人員可以看到農(nóng)機(jī)或車輛實時位置，及時發(fā)送調(diào)度、導(dǎo)航指令，從而可全面提高作業(yè)效率和決策效率。天寶裝備體系可劃分為9個部分①美國“天寶”公司精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)裝備體系產(chǎn)品說明。

（1）GPS高精度模式

提供信標(biāo)差分、廣域網(wǎng)差分與實時動態(tài)差分3種模式，分別提供2.5 cm、4 cm、5～10 cm、8～10 cm、1 m等不同精度差分模式，滿足不同精度要求的定位技術(shù)體系。

（2）接收機(jī)與無線電臺

包括先進(jìn)雙頻接收機(jī)、高性能雙頻接收機(jī)、雙頻接收機(jī)+天線系統(tǒng)，支持多種年重覆精度的實時差分信號校準(zhǔn)與傳輸。

（3）導(dǎo)航顯示器

安裝在駕駛室內(nèi)的野外計算機(jī)，執(zhí)行中心發(fā)布命令與任務(wù)，實為農(nóng)機(jī)運行管理系統(tǒng)提供：彩色屏幕、觸摸屏、視頻攝像頭、內(nèi)置GPS接收機(jī)（多種精度模式），集成了GLONASS、輔助駕駛、自動駕駛、農(nóng)具控制、流量和應(yīng)用控制、Green Seeker傳感器、實時變量應(yīng)用、水管理、產(chǎn)量監(jiān)測、辦公室軟件于一體。提供了“多田頭導(dǎo)航、輔點導(dǎo)航、A-B導(dǎo)航、曲線辨識導(dǎo)航、田頭導(dǎo)航、A+導(dǎo)航、自由式導(dǎo)航”等模式。

（4）轉(zhuǎn)向控制

提供了輔助或自動駕駛導(dǎo)航的選擇，車輛保持直線運行，能夠更快、更準(zhǔn)確、更安全地完成田間應(yīng)用；輕松操作，注重監(jiān)管，減少操作人員疲勞度，降低投入成本；減少行間遺漏、重覆和不確定的工作進(jìn)程；在多塵、低能見度環(huán)境下日夜工作；提供地形補(bǔ)償技術(shù)，實時計算車輛的實際位置，在復(fù)雜的環(huán)境中（如丘陵、陡坡和起伏路面）提高精度。

（5）農(nóng)機(jī)具控制

包括輔助導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠確保復(fù)雜地形環(huán)境下農(nóng)機(jī)具導(dǎo)航精度，減少農(nóng)機(jī)具偏移影響，提高種子和肥料投放的準(zhǔn)確性。

（6）FIELD-IQ田間投放控制系統(tǒng)

即提供分區(qū)變量作業(yè)控制系統(tǒng)，以避免種子、肥料的重覆投放，以及物料投放量控制。

（7）收獲系統(tǒng)

收割機(jī)必須精確行間導(dǎo)航，即始終在行的中間行走；收割機(jī)上必須安裝測產(chǎn)、測水傳感器系統(tǒng)，實施提供分區(qū)產(chǎn)品產(chǎn)量及含水量數(shù)據(jù)。還可安裝攝像頭實施監(jiān)視收割機(jī)后部、清掃糧箱以及螺旋卸載機(jī)運行狀況。并可依靠Farm Works軟件，將運行軌跡與產(chǎn)量數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)睫k公室分析。

（8）水管理系統(tǒng)

主要針對水田的平地工作，可以理解為在水田缺水時，可以減少水的使用量；在水過多時，利用排水系統(tǒng)來控制用水量。美國25年使用經(jīng)驗證明，精準(zhǔn)水管理系統(tǒng)可以提高25%產(chǎn)量，減少30%用水量。

（9）農(nóng)作管理軟件（Farm Works）

農(nóng)場信息管理系統(tǒng)的核心軟件，提供了田間與辦公室相融的整套解決方案，包括查詢顯示、賬目管理、繪制地圖、水管理、移動手持電腦等子方案。

2.2 美國農(nóng)業(yè)經(jīng)銷商擔(dān)當(dāng)信息服務(wù)主體

根據(jù)中國農(nóng)業(yè)大學(xué)吳才聰教授最新公布的“美國精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)服務(wù)經(jīng)銷商調(diào)查”報告［12］顯示，至2013年末，65.5%的經(jīng)銷商向客戶提供了主要用于法律、收費及保險等精準(zhǔn)農(nóng)事服務(wù)，例如GPS土壤采樣、GIS土地測繪，分別達(dá)到64.9%和60.8%，GPS驅(qū)動噴灑作業(yè)達(dá)到52.6%，GPS物流應(yīng)用達(dá)到20.5%；經(jīng)銷商提供的田間至辦公室的遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)，從2011年的7%提高至2013年的15.2%；另外，96%的經(jīng)銷商為客戶提供農(nóng)場的數(shù)據(jù)服務(wù)，66%的經(jīng)銷商給他們的客戶提供產(chǎn)量圖、電導(dǎo)率圖和土壤養(yǎng)分圖。與2011年的調(diào)查相似，精準(zhǔn)服務(wù)中定制應(yīng)用的利潤最大，控制單個和多個營養(yǎng)元素的精準(zhǔn)噴施服務(wù)會產(chǎn)生高額利潤。由于農(nóng)機(jī)自動控制/自動駕駛需求高精度的差分改正數(shù)據(jù)服務(wù)，70%的調(diào)查對象仍然使用WAAS（廣域網(wǎng)加速器）免費差分服務(wù)，22%的調(diào)查對象使用私人RTK基站，因為這種技術(shù)非常適合那些WAAS信號強(qiáng)度很弱的農(nóng)場。

聞名全球的“孟山都”公司瞄準(zhǔn)數(shù)字農(nóng)業(yè)②孟山都中國：數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)助力現(xiàn)代農(nóng)業(yè).http://www.sohu.com/a/246731987_100119168，2015年推出數(shù)字農(nóng)業(yè)平臺“Climate Field View”，提供播種處方和大田作物視頻，指導(dǎo)氮肥和水分管理，開展農(nóng)田可視化和產(chǎn)量分析。農(nóng)民通過移動終端如智能手機(jī)或平板電腦，就可達(dá)到田間管理精準(zhǔn)高效。還開發(fā)了服務(wù)小農(nóng)戶的數(shù)字農(nóng)業(yè)平臺“Farm Rise”，可提供“信息提示、免費電話、在線咨詢、市場價格”等信息服務(wù)。這些服務(wù)的美國付費使用農(nóng)戶人數(shù)超10萬，面積已達(dá)1 400萬hm2（3 500萬英畝）；印度試用農(nóng)戶超過10萬名，應(yīng)用面積超過4 800萬hm2（1.2億英畝）；2017年種植季，平臺已覆蓋美國、巴西、加拿大，并計劃在2018年種植季拓展到歐洲（德國、法國和烏克蘭）。

2.3 德國拜耳的“未來農(nóng)場”

德國拜耳集團(tuán)始終堅信數(shù)字化是布局未來農(nóng)業(yè)的重要手段，計劃2015年至2020年，承諾至少投資2億歐元用于拓寬作物保護(hù)數(shù)字化支持系統(tǒng)，幫助農(nóng)民及時獲取特定田塊信息，包括準(zhǔn)確選種、及時了解植保時機(jī)和方案等；又如APP鑒定雜草服務(wù)，拜耳與合作者共同收集了10個國家雜草數(shù)據(jù)，可以鑒定出近100種雜草和70種病蟲害，以及相應(yīng)解決方案。2016年，拜耳集團(tuán)收購了植物健康診斷及病害感染警報服務(wù)供應(yīng)商Proplant，目前正在10個國家銷售并測試數(shù)字化農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，推廣用數(shù)據(jù)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供決策支持。拜耳專家深信基于數(shù)據(jù)進(jìn)行創(chuàng)新，是未來農(nóng)業(yè)很重要的一部分，定會引起革命性的農(nóng)業(yè)進(jìn)步③未來農(nóng)業(yè)的“數(shù)字經(jīng)”和“服務(wù)包”——德國拜耳未來農(nóng)場見聞.農(nóng)民日報, 2016-10-26:04版。

2.4 英國的“農(nóng)田之星”

英國農(nóng)業(yè)正繼續(xù)推進(jìn)“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”，結(jié)合數(shù)字技術(shù)、傳感技術(shù)和空間地理信息技術(shù)，更為精準(zhǔn)地進(jìn)行種植和養(yǎng)殖作業(yè)。英國Massey Ferguson公司研制開發(fā)了農(nóng)田之星（Field Star），屬于支持精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)體系的農(nóng)田信息管理系統(tǒng)，利用先進(jìn)的傳感技術(shù)和GPS技術(shù)自動記產(chǎn)量和其他有關(guān)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自動控制和優(yōu)化播種、施肥和噴藥作業(yè)，包括3個循環(huán)部分：記錄數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析和制定處方、機(jī)械控制和處方實施。

另一方面，英國教授認(rèn)為農(nóng)業(yè)可能是最后一個面臨信息化和數(shù)字化的產(chǎn)業(yè)，大數(shù)據(jù)將是未來提升農(nóng)作物產(chǎn)量、畜牧業(yè)產(chǎn)量的關(guān)鍵。因此，必須構(gòu)建強(qiáng)大的數(shù)據(jù)搜集和分析處理平臺，才能提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門和市場需求的對接，加強(qiáng)農(nóng)民對于市場的理解④英國“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”的始于大數(shù)據(jù)的整合. http://www.xjxnw.gov.cn/c/2017-03-07/1134871.shtml。

2.5 日本的“綠色數(shù)字革命”

日本是一個經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家，也是科技強(qiáng)國，積極追求發(fā)展低人工成本農(nóng)業(yè)，例如，針對現(xiàn)實中的“老人農(nóng)業(yè)”，大力發(fā)展智能農(nóng)業(yè)，借助互聯(lián)網(wǎng)開展“綠色數(shù)字革命”，實現(xiàn)種植技術(shù)與知識的數(shù)據(jù)化，確保積累的經(jīng)驗?zāi)軌蜻B續(xù)地傳承至下一代農(nóng)戶和農(nóng)企，達(dá)到提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綜合效率目標(biāo)⑤日本智慧農(nóng)業(yè)中有哪些值得我們借鑒？.http://www.sohu.com/a/152554122_796010。主要措施包括：

（1）使用高精度傳感器實時采集農(nóng)業(yè)氣象和作物長勢數(shù)據(jù)并經(jīng)適當(dāng)處理后分發(fā)給農(nóng)戶與管理人員，實現(xiàn)精準(zhǔn)澆灌和施肥等作業(yè)。

（2）信息不對稱往往造成產(chǎn)品滯銷而帶來重大損失，可借助互聯(lián)網(wǎng)實時搜索農(nóng)產(chǎn)品消費者的實際消費趨勢，幫助生產(chǎn)者依據(jù)市場需求調(diào)整種植計劃。

（3）發(fā)展農(nóng)機(jī)無人駕駛系統(tǒng)，確保大規(guī)模農(nóng)場實施24 h連續(xù)作業(yè)，達(dá)到提高生產(chǎn)效率目標(biāo)，例如日本的水稻插秧機(jī)作業(yè)，在無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)幫助下，可以同時監(jiān)管8臺插秧機(jī)自動作業(yè)。

（4）日本還重點發(fā)展可穿戴式微型機(jī)器，協(xié)助生產(chǎn)者進(jìn)行采摘、收割、除草、包裝等。

3 中國數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀

3.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)特點與應(yīng)用

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自主建設(shè)、獨立運行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，也是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)的國家重要空間基礎(chǔ)設(shè)施，2020年將建成北斗全球系統(tǒng)［13］。迄今為止，全國建立了超過1 800個地基增強(qiáng)站，融合“北斗衛(wèi)星網(wǎng)”，定位精準(zhǔn)至“厘米級”。目前，北斗系統(tǒng)在汽車前裝市場、智能手機(jī)、高精度應(yīng)用等方面實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化突破和跨越式發(fā)展，相關(guān)定位終端產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于交通運輸、海洋漁業(yè)、水文監(jiān)測、氣象預(yù)報、測繪地理、森林防火、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、通信時統(tǒng)、電力調(diào)度、救災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)急搜救等領(lǐng)域。北斗系統(tǒng)特點如下：

（1）天地融合，提供地基增強(qiáng)系統(tǒng)以及星基增強(qiáng)系統(tǒng)，天地網(wǎng)絡(luò)融合構(gòu)成了中國北斗高精度定位能力基礎(chǔ)設(shè)施。

（2）兼容融合，與世界其他全球?qū)Ш较到y(tǒng)兼容與互操作，各大系統(tǒng)融合發(fā)展，給全球用戶提供更好的服務(wù)。

（3）技術(shù)融合，北斗與互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、移動通信、遙感等創(chuàng)新融合，帶動了新興產(chǎn)業(yè)的加速興起，已在4G手機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用，并將成為5G通信的時空標(biāo)簽。

3.2 數(shù)字農(nóng)業(yè)裝備現(xiàn)狀與信息服務(wù)期望

（1）自動導(dǎo)航和駕駛系統(tǒng)

目前，基于GPS的自動駕駛系統(tǒng)已經(jīng)逐步推廣到進(jìn)口農(nóng)機(jī)裝備上，但是尚未開展信息管理系統(tǒng)推廣應(yīng)用?；诒倍返膰a(chǎn)自動駕駛系統(tǒng)［14］，也已進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。例如，北京合眾思壯公司首先推出的“慧農(nóng)”北斗導(dǎo)航農(nóng)機(jī)自動駕駛系統(tǒng)，已在新疆維吾爾族自治區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)、河北省等10余個省市區(qū)域積極布局和推廣應(yīng)用，實現(xiàn)單臺農(nóng)機(jī)日均作業(yè)量較人工駕駛提高100～200%、單作業(yè)季一臺農(nóng)機(jī)節(jié)本增效達(dá)3 000元人民幣的突破，同時還宣布推出新一代“慧農(nóng)”精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈解決方案，它涵蓋北斗農(nóng)機(jī)導(dǎo)航自動駕駛系統(tǒng)、變量作業(yè)系統(tǒng)以及農(nóng)業(yè)信息化系統(tǒng)，旨在全面布局農(nóng)業(yè)信息化領(lǐng)域。上海聯(lián)適導(dǎo)航公司于2017年再次率先在國內(nèi)推出全自主知識產(chǎn)權(quán)的AF300自動駕駛系統(tǒng)，打破了國外品牌的壟斷，整個市場的價格下降了近50%。該公司主要產(chǎn)品和服務(wù)涵蓋高精度GNSS板卡、高精度北斗/GNSS接收機(jī)、無線數(shù)傳設(shè)備、組合導(dǎo)航產(chǎn)品、變形監(jiān)測系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)、智能導(dǎo)航、變量控制等產(chǎn)品與解決方案以及相關(guān)軟件開發(fā)應(yīng)用等方面。

（2）農(nóng)機(jī)監(jiān)管與調(diào)度導(dǎo)航服務(wù)

隨著農(nóng)業(yè)部發(fā)布《全國農(nóng)機(jī)深松整地作業(yè)實施規(guī)劃（2011—2015）》，我國已經(jīng)部署了4 666.7萬hm2（7億畝）耕地將全部進(jìn)行深松整地作業(yè)，并進(jìn)入了“同一地塊三年深松一次”的作業(yè)周期。為了準(zhǔn)確統(tǒng)計農(nóng)機(jī)作業(yè)面積和發(fā)放農(nóng)機(jī)作業(yè)補(bǔ)貼，必須采用衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)提供實時的精確測量信息［15］。黑龍江省、天津市、北京市、河北省三河市等省市和地方農(nóng)機(jī)局已建立相應(yīng)的農(nóng)機(jī)監(jiān)管調(diào)度平臺，已為國家補(bǔ)貼購置的農(nóng)機(jī)具和作業(yè)拖拉機(jī)安裝GPS監(jiān)控終端，應(yīng)用規(guī)模約1萬臺套。河南省、安徽省針對農(nóng)機(jī)跨區(qū)作業(yè)監(jiān)管與服務(wù)應(yīng)用需求，為拖拉機(jī)配置車載GPS和專用手機(jī)，建成后規(guī)模約5萬余臺。新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)主要的采棉機(jī)公司已安裝車載監(jiān)控GPS，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控與作業(yè)統(tǒng)計。

目前，正在基于“云-端”架構(gòu)，構(gòu)建國家級農(nóng)機(jī)導(dǎo)航與位置服務(wù)平臺，建立大數(shù)據(jù)和云服務(wù)中心，遠(yuǎn)程診斷規(guī)?？蛇_(dá)千萬量級。為了保障基礎(chǔ)服務(wù)，發(fā)展增值服務(wù)，正在創(chuàng)新商業(yè)模式和盈利模式，終將成為我國農(nóng)業(yè)社會化服務(wù)體系中的重要組成部分。

（3）北斗“增強(qiáng)綜合服務(wù)”

北斗定位利用了間距為50～300 km的地面基準(zhǔn)站，通過地面通信系統(tǒng)播發(fā)導(dǎo)航信號修正量和輔助定位信號，向用戶提供厘米級至亞米級精度的定位導(dǎo)航和大眾終端輔助增強(qiáng)服務(wù)。目前，1 800個地面基站基本覆蓋我國廣大地區(qū)，但在基站稀疏的邊遠(yuǎn)地區(qū)還不能達(dá)到隨時隨地獲得無縫漫游式的增強(qiáng)服務(wù)。因此，建設(shè)“星基增強(qiáng)系統(tǒng)”，再融合農(nóng)場自建RTK，將可滿足特定區(qū)域的定位精度需求。目前，中國正在通過基于北斗的示范工程建設(shè)，調(diào)動各級政府、導(dǎo)航企業(yè)、農(nóng)機(jī)企業(yè)和最終用戶的積極性，逐步建立北斗農(nóng)業(yè)應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈，形成北斗農(nóng)業(yè)應(yīng)用推廣的新產(chǎn)品、新平臺和新模式［16］。

3.3 種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化與差異化分析示范研究

大田種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化已經(jīng)是各地區(qū)農(nóng)業(yè)主管部門的當(dāng)務(wù)之急，大田生產(chǎn)差異化管理又是實施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)核心思想，2方面示范研究已經(jīng)取得較好的成果。

（1）種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化決策與年度計劃

種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)是穩(wěn)定糧食產(chǎn)量、增加經(jīng)濟(jì)作物收益，大力發(fā)展飼料作物來推進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)的增值產(chǎn)業(yè)鏈。結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究的初步成果包括以下方面：

①摸清當(dāng)?shù)貎?yōu)勢作物耕地資源潛力。

②建立不同作物在不同耕地類型上增產(chǎn)措施和單產(chǎn)潛力模型。

③基于多年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，建立統(tǒng)計預(yù)測模型，預(yù)測農(nóng)產(chǎn)品需求、科技增產(chǎn)潛力、產(chǎn)品價格變化趨勢。

④設(shè)定可選評估目標(biāo)及其權(quán)重（可調(diào)），例如：產(chǎn)量最高，或效益最大，或投入最小等評價目標(biāo)。

⑤開發(fā)具有對弈操作方式的多目標(biāo)評估軟件平臺，允許決策者選擇不同目標(biāo)、權(quán)重與決策方案，并由決策者做出最終方案決策，確保結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案切合實際情況，增加可操作性與實用性。

⑥基于種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，就能快速完成耕地、種子、水、肥、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的年度計劃決策方案。

（2）精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫

基于GIS與GPS技術(shù)，設(shè)計并建立示范區(qū)綜合數(shù)據(jù)庫，目前的示范研究已經(jīng)完成了基于田塊的矢量與經(jīng)緯度網(wǎng)格（1秒或0.5秒）2種結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫框架，同時建立了相應(yīng)要素的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)類型包括：數(shù)字農(nóng)田、田塊檔案、三維地形、衛(wèi)星影像、農(nóng)情監(jiān)測、土壤監(jiān)測、產(chǎn)量監(jiān)測、基礎(chǔ)設(shè)施、農(nóng)機(jī)具與人員等相關(guān)數(shù)據(jù)資源，同時開發(fā)了基于Web GIS的數(shù)據(jù)共享管理平臺［17］。

（3）農(nóng)情遙感監(jiān)測與差異性分析

目前的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測方法已經(jīng)實現(xiàn)了基于田塊的播種期與收割期監(jiān)測識別方法，以及基于網(wǎng)格（10 m×10 m）的出苗率、作物長勢、作物肥力與水分、作物生物量與成熟度的監(jiān)測識別方法。因此，基于GIS平臺的田塊或網(wǎng)格空間數(shù)據(jù)庫，可以快速完成各種監(jiān)測指標(biāo)的空間分布地圖，例如：播種期圖、肥力圖、收割期圖、產(chǎn)量圖、處方圖等，為實施差異化農(nóng)作管理與變量作業(yè)提供了基礎(chǔ)控制信息。已有的示范研究證明，規(guī)模化農(nóng)場大田快內(nèi)部，或分散農(nóng)戶經(jīng)營的自然田塊內(nèi)部，均存在各種指標(biāo)的空間差異性，充分地提供了實施差異化管理與變量作業(yè)的精準(zhǔn)農(nóng)作模式的科學(xué)依據(jù)［18］。

4 大田種植數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)體系概念設(shè)計

圖1展示了大田種植數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)體系概念方案，由多種箭頭符號連接的“智能感知”、“智能控制”與“智慧管理”，共同構(gòu)成了信息循環(huán)傳輸技術(shù)體系。其中智能感知系統(tǒng)向“機(jī)聯(lián)網(wǎng)”、“田聯(lián)網(wǎng)”與“水聯(lián)網(wǎng)”傳輸實時信息，如此數(shù)據(jù)的實時采集傳輸循環(huán)系統(tǒng)確保數(shù)據(jù)庫生命力；智慧管理系統(tǒng)借助專家模型與相關(guān)數(shù)據(jù)生成“作業(yè)處方圖”與調(diào)度、導(dǎo)航方案，直接提交智能農(nóng)機(jī)控制系統(tǒng)執(zhí)行差異化作業(yè)，同時返回實時位置、物耗與產(chǎn)量數(shù)據(jù)，用以避免重復(fù)、計算進(jìn)程，以及制作田塊產(chǎn)量圖與效益決算等，如此設(shè)計的智慧管理與智能控制系統(tǒng)之間的往返循環(huán)系統(tǒng)，能夠有效提高機(jī)械化農(nóng)作效率；實時感知的農(nóng)情、災(zāi)情信息，還能通過Web GIS加工成肥力圖、農(nóng)情與災(zāi)情圖等可視化產(chǎn)品，提交農(nóng)業(yè)時空大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺對外發(fā)布，確保區(qū)內(nèi)經(jīng)營者均可實時分享。今年的基肥處方圖與產(chǎn)量圖以及收獲后的肥力圖，借助專業(yè)模型進(jìn)行疊加處理，可以產(chǎn)生下一輪相同作物播種期的基肥處方圖，從而進(jìn)入了新一輪監(jiān)測、處理與控制運行循環(huán)模式。

圖1 大田種植數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)體系概念設(shè)計Fig.1 The concept design of field planting digital agriculture technology system

4.1 智能感知系統(tǒng)

指采用多種智能傳感器（衛(wèi)星傳感器、地面?zhèn)鞲衅骷盁o人機(jī)等），實時提供土壤溫/濕度、作物肥力與水分、作物長勢、旱澇、病蟲害等基于田塊或網(wǎng)格的空間信息。

（1）土壤肥力監(jiān)測

土壤肥力監(jiān)測指標(biāo)包括：有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效鉀、微量元素、重金屬、pH值、碳酸鈣、容重、質(zhì)地、剖面構(gòu)成、障礙層等指標(biāo)。

目前常用的采樣分析技術(shù)系統(tǒng)，即使通過科學(xué)抽樣減低采樣工作量，其分析成本依然很高，小范圍內(nèi)可行；如果采用衛(wèi)星遙感多光譜數(shù)據(jù)反演技術(shù)，易于實現(xiàn)大范圍覆蓋，但只能獲取部分指標(biāo)數(shù)據(jù)，且反演算法還沒有得到足夠精確度論證。期望高精度快速測土智能傳感器系統(tǒng)能夠盡快安裝到整地/松地農(nóng)機(jī)具上進(jìn)入實際應(yīng)用。

（2）農(nóng)田灌溉水質(zhì)監(jiān)測

根據(jù)農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB 5084—92），監(jiān)測指標(biāo)包括：生化需氧量（BOD5）、化學(xué)需氧量、懸浮物、陰離子、表面活性劑、水溫、pH值、全鹽量、氯化物、硫化物、總汞、鎘、總砷等。目前常用水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)，依然采用實地采樣、快速分析與室內(nèi)詳細(xì)分析相結(jié)合技術(shù)模式，急需探索并開發(fā)出新型快速高精度的水質(zhì)監(jiān)測傳感器系統(tǒng)。

（3）農(nóng)情、災(zāi)情監(jiān)測指標(biāo)

農(nóng)情指農(nóng)作物生長過程中關(guān)鍵時節(jié)狀態(tài)，通常包括：播種期、出苗率、分蘗數(shù)、拔節(jié)數(shù)、高度、肥力、水分、結(jié)穗數(shù)、生物量、成熟度、收割期等；災(zāi)情指農(nóng)作物遭受自然災(zāi)害或病蟲害范圍與嚴(yán)重程度，通常包括：倒伏、淹沒、干旱、以及病蟲害類型、始發(fā)時間、蔓延趨勢、受害程度等。

（4）農(nóng)情與災(zāi)情監(jiān)測技術(shù)比較

①遙感衛(wèi)星監(jiān)測與識別系統(tǒng)

衛(wèi)星遙感具有高分辨率、多光譜與周期性過境特點，適宜大范圍且不受過境周期影響的農(nóng)情與災(zāi)情監(jiān)測，識別技術(shù)已經(jīng)達(dá)到應(yīng)用價值，從而可以提供正確、快速、經(jīng)濟(jì)的農(nóng)情、災(zāi)情監(jiān)測識別結(jié)果［19］，可在Web GIS可視化技術(shù)支持下，實現(xiàn)農(nóng)情、災(zāi)情的速報服務(wù)。

②無人機(jī)應(yīng)急低空遙感系統(tǒng)

無人機(jī)遙感系統(tǒng)，同樣地提供了GPS差分定位、多光譜低空遙感及其影像識別技術(shù)，能夠快速獲取農(nóng)田或農(nóng)作物狀態(tài)分布信息。無人機(jī)遙感系統(tǒng)具有機(jī)動、快速、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢，已經(jīng)成為世界各國爭相研究熱點，并已進(jìn)入實際應(yīng)用階段［20］。

③近地面無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

農(nóng)情變化迅速，災(zāi)情易于突發(fā)，擬選擇“智能手機(jī)、大屏幕、Web GIS與4G”集成的近地面無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)平臺，才能實現(xiàn)農(nóng)情、災(zāi)情視頻的實時監(jiān)測、分析、管理、決策與指揮。在這個自循環(huán)信息平臺上，依靠眾多手機(jī)APP實時上傳農(nóng)情、災(zāi)情圖片、視頻或音頻，服務(wù)器上依靠Web GIS完成實時接收入庫，以及自動完成圖片、視頻與音頻的定位、計時、入庫與制圖等操作，并通過智能大屏幕顯示主管區(qū)域內(nèi)的作物圖片或?qū)ｎ}地圖，管理中心專家或領(lǐng)導(dǎo)可以隨機(jī)觀看大屏幕顯示，聆聽音頻，對比歷史數(shù)據(jù)，快速做出分析、決策，發(fā)布指揮命令。如此靈活機(jī)動的近地面監(jiān)測管理平臺，一定能提高農(nóng)場、或縣鄉(xiāng)相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)的實時管理效率。

（5）產(chǎn)量精準(zhǔn)測量

精準(zhǔn)收獲既是本輪作物終止環(huán)節(jié)，又是下一輪相同作物生產(chǎn)過程決定投入方案的重要參數(shù)之一。因此，獲取收獲過程中產(chǎn)量分布數(shù)據(jù)，成為實施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的重要環(huán)節(jié)之一。產(chǎn)量傳感器系統(tǒng)能夠提供最小空間產(chǎn)量數(shù)據(jù)，并實時傳輸?shù)焦芾碇行娜霂?，并隨需輸出產(chǎn)量分布圖（數(shù)字地圖），再疊加土壤肥力圖，基于施肥模型生成施肥處方圖或播種方案圖等。

（6）農(nóng)機(jī)運行參數(shù)

農(nóng)機(jī)位置、運行軌跡，以及物耗（種子/肥料/農(nóng)藥/燃料）動態(tài)參數(shù)，均為管理者和農(nóng)機(jī)手所關(guān)心的重要數(shù)據(jù)。管理者基于這些參數(shù)，可快速做出運輸車調(diào)度決策，實時了解農(nóng)機(jī)作業(yè)進(jìn)程，提出下一步協(xié)同管理方案，指導(dǎo)農(nóng)機(jī)/車輛維護(hù)工作等。

4.2 智能控制系統(tǒng)

國產(chǎn)農(nóng)機(jī)裝備系列急需提升投入品智能調(diào)控與農(nóng)機(jī)運行自監(jiān)測能力，才能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的精準(zhǔn)作業(yè)需求。通常包括4類控制系統(tǒng)，分別介紹如下。

（1）農(nóng)機(jī)自動駕駛系統(tǒng)

提供全天候作業(yè)、人力輔助工作環(huán)境。主要功能有：自動感知車身姿態(tài)，獲取位置信息，自動控制車輛轉(zhuǎn)向，使車輛始終準(zhǔn)確地沿預(yù)定航線行駛；導(dǎo)航顯示器可接入攝像頭及高清視頻；依靠基準(zhǔn)站和農(nóng)場RTK提供實時精準(zhǔn)定位控制。

（2）田間投放調(diào)控與監(jiān)測系統(tǒng)

提供輔助導(dǎo)航與監(jiān)測控制系統(tǒng)，既能確保農(nóng)機(jī)具遇到復(fù)雜地形環(huán)境的導(dǎo)航精度，增加種子和肥料投放的準(zhǔn)確性，避免重覆投放；又可依靠田間投放調(diào)控系統(tǒng)，確保遵照處方圖控制物料實時位置應(yīng)用量，完成區(qū)段變量作業(yè)，還可監(jiān)測投放阻斷情況。

（3）收獲測產(chǎn)、測水傳感器系統(tǒng)

谷物產(chǎn)量及其水分監(jiān)測傳感器是智能收割機(jī)上的核心裝備之一，確保收獲過程中的分區(qū)段谷物產(chǎn)量及其含水量數(shù)據(jù)實時采集，及時完成產(chǎn)量、水分分布圖制作。

（4）農(nóng)機(jī)運行參數(shù)感知系統(tǒng)

分別感知農(nóng)機(jī)運行過程中的實時位置與物耗狀態(tài)（種子、肥料、農(nóng)藥、燃料等），并實時傳輸?shù)街腔酃芾砥脚_，自動執(zhí)行農(nóng)機(jī)運行軌跡監(jiān)控、進(jìn)程管理等功能。

4.3 智慧管理平臺

智能管理平臺擔(dān)負(fù)著3類任務(wù)：接收智能監(jiān)測系統(tǒng)提供的多種實時信息，做好數(shù)據(jù)庫更新維護(hù)與共享服務(wù)；依靠所建立多種專業(yè)化模型及時完成“作業(yè)處方圖”，提交智能農(nóng)機(jī)執(zhí)行；快速完成各種農(nóng)情地圖、災(zāi)情地圖，借助Web GIS云服務(wù)平臺提供發(fā)布服務(wù)，讓全部經(jīng)營者及時分享信息資源。為此，智慧管理平臺需要完成4項基礎(chǔ)建設(shè)，即田聯(lián)網(wǎng)、水聯(lián)網(wǎng)、機(jī)聯(lián)網(wǎng)以及農(nóng)業(yè)時空大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺。

（1）田聯(lián)網(wǎng)

田聯(lián)網(wǎng)以自然田塊或相同作物田塊為基礎(chǔ)單元并構(gòu)建地理坐標(biāo)網(wǎng)格，創(chuàng)建GIS大田種植數(shù)據(jù)庫，均以高精度地理坐標(biāo)為定位基準(zhǔn)，分層存儲“數(shù)字農(nóng)田”、“田塊檔案”。田聯(lián)網(wǎng)還是農(nóng)情、災(zāi)情、土壤、水情，以及農(nóng)機(jī)運行動態(tài)位置、軌跡，以及產(chǎn)量數(shù)據(jù)等載體，從而構(gòu)建了具有綜合性、動態(tài)性特點的農(nóng)田定位數(shù)據(jù)庫，可供各種專業(yè)分析模型生成基于田塊的農(nóng)機(jī)作業(yè)處方圖，驅(qū)動農(nóng)機(jī)具實施精準(zhǔn)播種、施肥、噴藥、收獲等作業(yè)。

（2）水聯(lián)網(wǎng)

保持農(nóng)田標(biāo)準(zhǔn)含水量視為作物產(chǎn)量的命脈。水聯(lián)網(wǎng)指灌溉農(nóng)區(qū)或水田區(qū)域的灌排水網(wǎng)絡(luò)的GIS數(shù)據(jù)網(wǎng)（區(qū)分進(jìn)水網(wǎng)與排水網(wǎng)），還包括閘門、控制閥、滴灌、噴灌、儲水坑等設(shè)施，均以高精度地理坐標(biāo)為定位基準(zhǔn)，可根據(jù)農(nóng)田含水量實時監(jiān)測結(jié)果以及可能降水預(yù)報，預(yù)測合理灌水量或排水量，以指導(dǎo)實現(xiàn)精準(zhǔn)灌排水作業(yè)。

（3）機(jī)聯(lián)網(wǎng)

機(jī)聯(lián)網(wǎng)即農(nóng)機(jī)與運輸車輛的運行動態(tài)監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)，要求每輛拖拉機(jī)上安裝機(jī)載GPS定位導(dǎo)航設(shè)備、自動駕駛系統(tǒng)與油耗傳感器，才能依靠基于田聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)機(jī)導(dǎo)航與位置服務(wù)平臺，實時接收農(nóng)機(jī)運行位置、軌跡與油耗數(shù)據(jù)，從而能有助于拖拉機(jī)與運輸車輛的優(yōu)化調(diào)度、實時位置與軌跡監(jiān)控、作業(yè)進(jìn)程監(jiān)管與農(nóng)機(jī)維護(hù)咨詢等。農(nóng)機(jī)活動區(qū)域主要在農(nóng)田，從機(jī)庫到農(nóng)田需要農(nóng)機(jī)道路支持，否則，則需運輸車輛轉(zhuǎn)運；運輸車輛活動區(qū)域主要在倉儲與農(nóng)田之間，或許可承擔(dān)區(qū)外運輸任務(wù)。

（4）農(nóng)業(yè)時空大數(shù)據(jù)云服務(wù)

基于Web GIS農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)云服務(wù)器平臺成為數(shù)字農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的智慧管理核心，確保數(shù)字農(nóng)業(yè)系統(tǒng)能夠按照既定信息流模式實現(xiàn)可持續(xù)循環(huán)運行，如此循環(huán)運行直至本輪作物全生長季結(jié)束，又可迎來下一輪作物生長季?？蛻舳丝赏ㄟ^手機(jī)、電腦、大屏幕隨時查詢或指揮者可根據(jù)需要隨時發(fā)送指令。云服務(wù)平臺具體執(zhí)行4項任務(wù)。

①自動接收、處理感知信息，確保數(shù)據(jù)庫生命力與共享服務(wù)效率。

②自動制作并發(fā)布作業(yè)處方圖、農(nóng)情圖、災(zāi)情圖、播種期與收割期等地圖。

③自動制作并發(fā)送農(nóng)機(jī)調(diào)度方案、變量作業(yè)處方圖，并完成作業(yè)進(jìn)程監(jiān)管。

④自動接收農(nóng)機(jī)作業(yè)動態(tài)參數(shù)，及時提供動態(tài)調(diào)度與導(dǎo)航方案。

5 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息服務(wù)機(jī)制探討

中國正在大力推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)社會化服務(wù)體系建設(shè)，包括農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣體系，動植物疫病防控體系，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管體系，農(nóng)產(chǎn)品市場體系，農(nóng)業(yè)信息收集和發(fā)布體系，農(nóng)業(yè)金融和保險服務(wù)體系等［21］。針對北方大部分地區(qū)的大田種植業(yè)已經(jīng)進(jìn)入全面農(nóng)機(jī)作業(yè)服務(wù)，南方大部分地區(qū)還處于小規(guī)模分散經(jīng)營態(tài)勢，我們應(yīng)加快建設(shè)符合國情的農(nóng)業(yè)信息化服務(wù)技術(shù)體系以及服務(wù)機(jī)制。

5.1 經(jīng)銷商承擔(dān)農(nóng)業(yè)信息服務(wù)主體責(zé)任

中國現(xiàn)時的土壤信息、GIS數(shù)字農(nóng)田、農(nóng)業(yè)管理信息系統(tǒng)等服務(wù)，大多采取“政府投資、專家領(lǐng)銜、實體分享”的模式。一方面由于投資需求超過政府能力，導(dǎo)致關(guān)鍵信息服務(wù)嚴(yán)重滯后；另一方面各種農(nóng)資企業(yè)只管銷售盈利，不承擔(dān)任何風(fēng)險，最終造成農(nóng)民吃虧，無人問津局面。國外通行的服務(wù)機(jī)制是：“經(jīng)營實體為服務(wù)對象、經(jīng)銷商或服務(wù)類企業(yè)承擔(dān)主體服務(wù)責(zé)任、公益性服務(wù)機(jī)構(gòu)協(xié)同政府做好監(jiān)管與協(xié)調(diào)”。為此，我們要面向農(nóng)業(yè)與農(nóng)民的實際需求，建設(shè)有效的社會化服務(wù)機(jī)制，關(guān)鍵是調(diào)動經(jīng)銷商積極性，例如，種子企業(yè)提供農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量保障責(zé)任，肥料企業(yè)提供土壤信息服務(wù)，地籍企業(yè)承擔(dān)土地測繪服務(wù)，農(nóng)藥企業(yè)承擔(dān)農(nóng)藥質(zhì)量保障責(zé)任，金融企業(yè)承擔(dān)農(nóng)村金融服務(wù)，綜合性大型農(nóng)企提供農(nóng)業(yè)信息化服務(wù)平臺等。

5.2 政府監(jiān)管協(xié)調(diào)是關(guān)鍵

各級黨政機(jī)關(guān)歷來發(fā)揮著領(lǐng)導(dǎo)與監(jiān)管農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重大責(zé)任。然而，進(jìn)入了市場經(jīng)濟(jì)時期所興辦的大量專業(yè)性種子、肥料、農(nóng)藥、燃料等農(nóng)資企業(yè)，本應(yīng)了解當(dāng)?shù)赝寥琅c作物類型特性，推選符合當(dāng)?shù)刈匀惶匦缘膬?yōu)良品種，銷售最佳肥料與農(nóng)藥，承擔(dān)黨政機(jī)關(guān)的監(jiān)管責(zé)任。然而，許多農(nóng)資企業(yè)常以盈利為目標(biāo)，并沒有承擔(dān)起農(nóng)資質(zhì)量的監(jiān)管責(zé)任，導(dǎo)致假冒偽劣產(chǎn)品進(jìn)入局部地區(qū)市場，帶給農(nóng)民極大傷害。

在實施政府監(jiān)管責(zé)任時，應(yīng)充分發(fā)揮已有的農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心潛力，建設(shè)以農(nóng)機(jī)服務(wù)為中心的綜合性服務(wù)機(jī)制，發(fā)揮組織、策劃、協(xié)調(diào)與監(jiān)管作用，一方面協(xié)同農(nóng)業(yè)資料企業(yè)（農(nóng)機(jī)、種子、肥料、農(nóng)藥、水管理、燃料等）共同做好綜合服務(wù)與監(jiān)管工作；另一方面，協(xié)同政府主管機(jī)構(gòu)聯(lián)合創(chuàng)建近地面網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管服務(wù)平臺，由智能手機(jī)、管理中心大屏幕與服務(wù)器構(gòu)建硬件環(huán)境，配備網(wǎng)絡(luò)GIS提供建庫、處理與發(fā)布服務(wù)。平臺運行時，組織鄉(xiāng)村信息員、科技特派員、村干部或有經(jīng)驗農(nóng)民，使用智能手機(jī)APP，隨時上傳圖片、視頻與音頻信息；中心服務(wù)器可實時接收手機(jī)發(fā)來的圖片、視頻或音頻，并完成定位、計時、入庫以及處理、制圖、大屏幕顯示等。常駐專家或主管干部隨時觀看大屏幕，及時做出分析與判斷，從而可確保農(nóng)情、災(zāi)情監(jiān)管不誤農(nóng)時，體現(xiàn)出政府監(jiān)管下的社會化服務(wù)體系的強(qiáng)大力量。

6 結(jié)論與展望

基于綜合分析國內(nèi)外數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)體系與信息服務(wù)機(jī)制，提出了未來大田種植數(shù)字農(nóng)業(yè)信息流循環(huán)體系與配套技術(shù)體系，其核心內(nèi)容如下。

（1）創(chuàng)新構(gòu)建土壤肥力、谷物產(chǎn)量、實時農(nóng)情等精準(zhǔn)信息智能感知系統(tǒng)。

（2）創(chuàng)新開發(fā)農(nóng)機(jī)（具）智能控制裝備體系。

（3）創(chuàng)新構(gòu)建“機(jī)聯(lián)網(wǎng)、田聯(lián)網(wǎng)、水聯(lián)網(wǎng)與智能決策模型”支持的智慧管理平臺。

（4）創(chuàng)新構(gòu)建基于Web GIS時空大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺，實時發(fā)布農(nóng)情災(zāi)情信息（包括農(nóng)情圖、災(zāi)情圖、肥力圖、產(chǎn)量圖與處方圖），提供差異化、個性化、精細(xì)化與實時性的信息服務(wù)。

展望未來，由智能感知、智能控制與智慧管理構(gòu)建的數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)體系，伴隨社會化農(nóng)業(yè)信息服務(wù)機(jī)制保障，必將展示出中國特色數(shù)字農(nóng)業(yè)技術(shù)體系的美好前景。