吳文斌 史云 周清波 楊鵬 劉海啟 王飛 劉佳 王利民 張保輝

摘? ?要：數(shù)據(jù)正在成為基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源。構(gòu)建以天空地大數(shù)據(jù)為關(guān)鍵要素的數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)，對于建設(shè)數(shù)字中國、推進農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、搶占全球農(nóng)業(yè)制高點具有重要意義。本研究圍繞農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出的天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)建設(shè)任務(wù)，從農(nóng)業(yè)信息技術(shù)學(xué)科出發(fā)，首先給出了天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)的科學(xué)內(nèi)涵，闡述了其與傳統(tǒng)數(shù)字農(nóng)業(yè)的異同點，理清了天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)在資源調(diào)查、生產(chǎn)調(diào)度、災(zāi)害監(jiān)測、市場預(yù)警、決策服務(wù)的五大核心功能;其次，重點闡述了天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)的關(guān)鍵任務(wù)，即一個觀測體系（天空地一體化的數(shù)字農(nóng)業(yè)觀測體系）、四個數(shù)字化（農(nóng)業(yè)資源權(quán)屬、生產(chǎn)過程、災(zāi)害監(jiān)測和市場預(yù)警）、一個管理平臺（農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、加工、經(jīng)營、管理、服務(wù)等全產(chǎn)業(yè)鏈的天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理平臺）;然后，明確提出了天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)在標(biāo)準規(guī)范研制、關(guān)鍵技術(shù)與裝備研發(fā)、系統(tǒng)集成與平臺開發(fā)三方面的科技創(chuàng)新重點任務(wù);最后，針對天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)建設(shè)的復(fù)雜性和系統(tǒng)性，從規(guī)劃設(shè)計、科技創(chuàng)新、資源共享、多方參與、應(yīng)用領(lǐng)域拓展等方面提出了發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：天空地一體化;數(shù)字農(nóng)業(yè);管理系統(tǒng);監(jiān)測;預(yù)警;決策

中圖分類號：S126? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ?文章編號：201812-SA021

吳文斌， 史? 云， 周清波， 楊? 鵬， 劉海啟， 王? 飛， 劉? 佳， 王利民， 張保輝. 天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)框架設(shè)計與構(gòu)建建議[J]. 智慧農(nóng)業(yè)， 2019， 1（2）： 64-72.

Wu W， Shi Y， Zhou Q， Yang P， Liu H， Wang F， Liu J， Wang L， Zhang B. Framework and recommendation for constructing the SAGI digital agriculture system[J]. Smart Agriculture， 2019， 1（2）： 64-72.（in Chinese with English abstract）

1? 引言

自“數(shù)字地球”概念提出以來，全球數(shù)字信息化迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)爆發(fā)增長、海量聚集，目前進入了新的大數(shù)據(jù)發(fā)展階段[1]。世界各國將推進經(jīng)濟數(shù)字化作為實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的重要動能，在前沿技術(shù)研發(fā)、數(shù)據(jù)開放共享、人才培養(yǎng)等方面進行了前瞻性部署。美國、歐洲和日本等國家和地區(qū)抓住數(shù)字革命的機遇，紛紛出臺了“大數(shù)據(jù)研究和發(fā)展計劃”、“農(nóng)業(yè)技術(shù)戰(zhàn)略”和“農(nóng)業(yè)發(fā)展4.0框架”，將數(shù)字技術(shù)廣泛應(yīng)用于整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動和經(jīng)濟環(huán)境，加快推進數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展，激活數(shù)字農(nóng)業(yè)經(jīng)濟，迅速成為數(shù)字農(nóng)業(yè)強國[2-4]。

我國黨中央、國務(wù)院始終高度重視數(shù)字經(jīng)濟和數(shù)字中國發(fā)展。黨的“十九大”提出建設(shè)科技強國、網(wǎng)絡(luò)強國、數(shù)字中國、智慧社會等發(fā)展目標(biāo)，做出推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經(jīng)濟深度融合等戰(zhàn)略部署。2017年12月習(xí)近平總書記在中共中央政治局第2次集體學(xué)習(xí)時指出，大數(shù)據(jù)是信息化發(fā)展的新階段，要審時度勢、精心謀劃、超前布局、力爭主動，實施國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，構(gòu)建以數(shù)據(jù)為關(guān)鍵要素的數(shù)字經(jīng)濟，發(fā)揮數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)資源作用和創(chuàng)新引擎作用，加快建設(shè)數(shù)字中國。數(shù)字農(nóng)業(yè)是數(shù)字經(jīng)濟的重要組成部分，也是數(shù)字中國的重要內(nèi)容。我國數(shù)字農(nóng)業(yè)在信息獲取技術(shù)研發(fā)[5]、5S技術(shù)應(yīng)用[6]、精準農(nóng)業(yè)發(fā)展和數(shù)字農(nóng)業(yè)應(yīng)用等方面取得了明顯進展[7，8]。2017年10月中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于創(chuàng)新體制機制推進農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的意見》明確提出，要充分利用農(nóng)業(yè)信息技術(shù)，構(gòu)建天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)。2018年2月中共中央辦公廳、國務(wù)院《關(guān)于實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的意見》提出，大力發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)，實施智慧農(nóng)業(yè)林業(yè)水利工程。2018年5月農(nóng)業(yè)農(nóng)村部部長韓長賦在第三屆“中國—中東歐國家農(nóng)業(yè)部長會議”再次提出，推進信息化與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展深度融合，加快構(gòu)建天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)。上述多個政策和意見一方面充分反映了國家對發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)的高度重視，另一方面提出了天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)的新概念和新術(shù)語。從農(nóng)業(yè)信息技術(shù)角度如何科學(xué)理解天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵？如何界定天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)的功能？如何把握天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)建設(shè)的重點任務(wù)？這些都是系統(tǒng)框架設(shè)計中需要重點考慮的關(guān)鍵問題。

2? 天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)的科學(xué)內(nèi)涵

天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代空間信息技術(shù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)深度融合形成的新型農(nóng)業(yè)經(jīng)濟體系。具體而言，是利用航天遙感、航空遙感、地面物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代空間信息技術(shù)，建立天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)觀測系統(tǒng)，實時獲取農(nóng)業(yè)資源要素、生產(chǎn)過程、市場和決策管理等數(shù)據(jù)，建立數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的信息分析與決策系統(tǒng)，優(yōu)化配置農(nóng)業(yè)資源要素，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，打造新型的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和服務(wù)體系，從而提升國家農(nóng)業(yè)治理現(xiàn)代化水平。

從上述可以看出，天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)和傳統(tǒng)的數(shù)字農(nóng)業(yè)概念既有聯(lián)系，也有區(qū)別。天空地是關(guān)鍵技術(shù)手段，旨在利用航天遙感覆蓋區(qū)域廣、空間連續(xù)，航空遙感觀測精度高、時間連續(xù)，以及地面物聯(lián)網(wǎng)實時觀測、信息真實的聯(lián)合優(yōu)勢，建立航天衛(wèi)星遙感為主，航空遙感輔助應(yīng)急、地面真實值的天空地一體化觀測系統(tǒng)，克服單一傳感器、單一平臺觀測的局限性，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息的高精度、多尺度、立體化、時空連續(xù)獲取[9];數(shù)字農(nóng)業(yè)是作用對象和服務(wù)目標(biāo)，其核心是利用數(shù)字技術(shù)建立農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用平臺，推進農(nóng)業(yè)資源要素及權(quán)屬數(shù)字化，加強農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)測、災(zāi)害動態(tài)監(jiān)測和市場監(jiān)測預(yù)警，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展，服務(wù)全球農(nóng)業(yè)合作，實現(xiàn)天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)跨越式發(fā)展。

3? 天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)的目標(biāo)和核心功能

天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)的總體目標(biāo)是以數(shù)字化驅(qū)動農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化發(fā)展為主線，推動天空地技術(shù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)深度融合，科學(xué)管理農(nóng)業(yè)資源、指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、服務(wù)農(nóng)業(yè)決策。具體而言，一是數(shù)字產(chǎn)業(yè)化，推進航天遙感、航空遙感、地面物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動，不斷催生農(nóng)業(yè)新產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)新模式，用新動能推動農(nóng)業(yè)新發(fā)展;二是產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，利用天空地等新技術(shù)對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)進行全方位、全角度、全鏈條的改造，提高農(nóng)業(yè)全要素生產(chǎn)率，釋放數(shù)字技術(shù)對農(nóng)業(yè)發(fā)展的放大、疊加、倍增作用。

圍繞上述目標(biāo)，天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)主要包括“農(nóng)業(yè)資源調(diào)查、生產(chǎn)過程調(diào)度、災(zāi)害監(jiān)測評估、市場監(jiān)測預(yù)警、管理決策服務(wù)”等核心功能，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)全要素、全領(lǐng)域、全過程的數(shù)字化管理，增強我國農(nóng)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化水平，服務(wù)于數(shù)字中國建設(shè)、農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。

3.1? 農(nóng)業(yè)資源調(diào)查

針對我國農(nóng)業(yè)資源家底不清、權(quán)屬不明的關(guān)鍵問題，建立天空地一體化的農(nóng)業(yè)全資源要素的采集、處理與認知技術(shù)體系，全面提升農(nóng)業(yè)資源現(xiàn)狀及其動態(tài)變化調(diào)查的能力，進行農(nóng)業(yè)資源身份證管理，完善農(nóng)業(yè)資源資產(chǎn)產(chǎn)權(quán)制度，明確農(nóng)業(yè)資源占有、使用、收益、處分等權(quán)益歸屬關(guān)系，為優(yōu)化資源配置提供基礎(chǔ)依據(jù)。

3.2? 生產(chǎn)過程調(diào)度

瞄準農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程調(diào)度的迫切需求，進行天空地數(shù)字技術(shù)手段與農(nóng)業(yè)各產(chǎn)業(yè)的深度融合，建立開放兼容、穩(wěn)定成熟的產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后全過程動態(tài)監(jiān)測技術(shù)體系，開展種植業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)及其生產(chǎn)環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測，全面掌握農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀況并進行科學(xué)精準調(diào)度。

3.3? 災(zāi)害監(jiān)測評估

圍繞農(nóng)業(yè)旱澇、低溫凍害、臺風(fēng)風(fēng)雹、草原火災(zāi)等非生物災(zāi)害，農(nóng)作物病蟲草鼠害、草原鼠蟲等生物災(zāi)害的監(jiān)測和防御目標(biāo)，建立災(zāi)害信息快速獲取、災(zāi)情動態(tài)解析和災(zāi)損定量評估的技術(shù)體系，創(chuàng)建重大農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害監(jiān)測和應(yīng)急服務(wù)系統(tǒng)，開展國家和區(qū)域尺度的農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害監(jiān)測業(yè)務(wù)化應(yīng)用和信息服務(wù)。

3.4? 市場監(jiān)測預(yù)警

為使市場在資源配置中起決定性作用和更好發(fā)揮政府作用，建立農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、消費、價格、進出口、成本收益、庫存等數(shù)據(jù)獲取技術(shù)，研制符合國情農(nóng)情的農(nóng)產(chǎn)品監(jiān)測預(yù)警模型系統(tǒng)，強化市場監(jiān)測預(yù)警規(guī)范性和科學(xué)性，增強管理者對農(nóng)產(chǎn)品市場調(diào)控的主動權(quán)，提升市場主體應(yīng)對市場變化的掌控權(quán)。

3.5? 管理決策服務(wù)

圍繞提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策管理、服務(wù)數(shù)字化水平和質(zhì)量的目標(biāo)，構(gòu)建以大數(shù)據(jù)支撐的天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理平臺，在國家、省級或縣級層面進行農(nóng)情監(jiān)測、工程監(jiān)管和信息服務(wù)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)宏觀決策的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化;同時，在微觀層面為多元經(jīng)營主體提供個性化、多元化、精準化的農(nóng)業(yè)數(shù)字信息服務(wù)，如農(nóng)業(yè)氣象、精準植保、土地托管等，推進數(shù)字技術(shù)的普及化。

4? 天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)的關(guān)鍵任務(wù)

天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)是一項事關(guān)農(nóng)業(yè)發(fā)展全局的復(fù)雜系統(tǒng)工程，迫切需要構(gòu)建天空地一體化的數(shù)字農(nóng)業(yè)觀測體系，推進農(nóng)業(yè)資源權(quán)屬、生產(chǎn)過程、災(zāi)害監(jiān)測和市場預(yù)警的數(shù)字化，建設(shè)覆蓋農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、加工、經(jīng)營、管理、服務(wù)等全產(chǎn)業(yè)鏈的天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理平臺，提升農(nóng)業(yè)全要素、全領(lǐng)域、全過程的網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理服務(wù)水平，推進國家農(nóng)業(yè)治理能力現(xiàn)代化，形成新型數(shù)字農(nóng)業(yè)經(jīng)濟。天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)總體框架如圖1所示，其關(guān)鍵任務(wù)包括：1個觀測體系、4個數(shù)字化和1個管理平臺。此外，還包括科技創(chuàng)新和人才等兩個核心支撐。

4.1? 天空地一體化的數(shù)字農(nóng)業(yè)觀測體系

整合國內(nèi)外在軌衛(wèi)星資源，以及國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃衛(wèi)星，改進現(xiàn)有在軌衛(wèi)星的農(nóng)業(yè)協(xié)同組網(wǎng)觀測能力;進行新型農(nóng)業(yè)專屬衛(wèi)星星座建設(shè)，圍繞數(shù)字農(nóng)業(yè)應(yīng)用的譜段、時間和空間分辨率特定需求，新建光學(xué)和微波相結(jié)合、多光譜和高光譜相結(jié)合、幾何信息與譜段信息相結(jié)合、高中低分辨率相銜接的農(nóng)業(yè)遙感衛(wèi)星星座，建成全覆蓋、高空間分辨率、高時間分辨率的新型農(nóng)業(yè)遙感觀測系統(tǒng)[10]。

整合現(xiàn)有多尺度航空遙感數(shù)據(jù)共享聯(lián)網(wǎng)，建立統(tǒng)一規(guī)劃、區(qū)域分工協(xié)作的農(nóng)業(yè)航空觀測網(wǎng)絡(luò)，加強特定的農(nóng)業(yè)航空定位、成像、載荷集成、軟件系統(tǒng)建設(shè)，實現(xiàn)米級、亞米級航空影像覆蓋全國;推進無人機平臺和移動車載平臺的聯(lián)合定位、交互通信、穩(wěn)定傳輸和聯(lián)動控制，開展農(nóng)業(yè)無人機地面抽樣樣方信息快速精準采集，彌補衛(wèi)星遙感觀測能力的不足，服務(wù)支撐農(nóng)業(yè)高精度調(diào)查和重大農(nóng)業(yè)工程監(jiān)管;開展面向重大農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害突發(fā)事件的無人機應(yīng)急監(jiān)測，推進影像獲取、遠程傳輸、快速處理和移動會商等空地一體化聯(lián)合監(jiān)測和指揮，提高區(qū)域突發(fā)重大災(zāi)害高精度觀測和快速應(yīng)急響應(yīng)能力。

升級完善大田種植、設(shè)施園藝傳感器、采集器、控制器，整合農(nóng)業(yè)遙感地面監(jiān)測網(wǎng)點縣和地面農(nóng)情信息監(jiān)測體系，以主要糧食作物、經(jīng)濟作物、熱帶作物為重點，建立一體設(shè)計、統(tǒng)一調(diào)度的地面物聯(lián)網(wǎng)觀測網(wǎng)絡(luò)，開展大田種植、設(shè)施園藝的面積、勢情、墑情、災(zāi)情、病情、品質(zhì)、養(yǎng)分、產(chǎn)量的長期觀測[11-13];優(yōu)化完善主要牧區(qū)畜禽養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，推進草地生態(tài)環(huán)境、產(chǎn)草量、放牧承載力觀測，實施圈養(yǎng)畜禽及放牧家畜關(guān)鍵環(huán)境生態(tài)、生理與生長信息動態(tài)采集;優(yōu)化內(nèi)陸水產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，進行水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境、生長生態(tài)指標(biāo)的動態(tài)監(jiān)測和調(diào)控，健全完善全國主要漁場和漁港物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，實現(xiàn)海洋漁業(yè)資源時空變化監(jiān)測。

4.2? 農(nóng)業(yè)資源和權(quán)屬調(diào)查

構(gòu)建農(nóng)業(yè)資源要素和資源權(quán)屬數(shù)字編碼體

系[14]，建設(shè)天空地一體化的農(nóng)業(yè)要素數(shù)字化采集、核查和監(jiān)管平臺，利用國產(chǎn)和國外中高分辨率衛(wèi)星影像全覆蓋，分區(qū)域組織實施全國耕地、農(nóng)作物、草原、漁業(yè)水域等農(nóng)業(yè)資源基礎(chǔ)底圖建設(shè)，建設(shè)全國農(nóng)業(yè)資源要素數(shù)據(jù)中心，進行農(nóng)業(yè)資源要素身份證管理;建立健全天空地同步觀測網(wǎng)絡(luò)和移動采集系統(tǒng)，實施重要農(nóng)業(yè)資源要素的每五年定期調(diào)查和動態(tài)更新，進行高標(biāo)準農(nóng)田建設(shè)監(jiān)管、監(jiān)測和評價。

利用天空地一體化技術(shù)手段，實施農(nóng)民、集體和國有農(nóng)場土地、草原、水產(chǎn)養(yǎng)殖水域的確權(quán)登記頒證，建設(shè)基于地塊和承包養(yǎng)殖水域的資源權(quán)屬和用途數(shù)字化底圖，建設(shè)全國農(nóng)業(yè)資源權(quán)屬數(shù)據(jù)中心;建立農(nóng)業(yè)資源權(quán)屬數(shù)字化管理平臺，推進農(nóng)業(yè)資源權(quán)屬、用途變化的快速核查和定期更新。

同時，定期開展全球、主要貿(mào)易國耕地和后備耕地資源調(diào)查，加強全球海洋漁場環(huán)境、重要漁業(yè)資源時空分布與變化監(jiān)測，為國際農(nóng)業(yè)貿(mào)易合作、實施農(nóng)業(yè)“走出去”戰(zhàn)略提供信息支撐。

4.3? 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)測

針對我國獨特的復(fù)雜地形與作物混雜種植結(jié)構(gòu)特點，開展全國主要作物種植面積、勢情、墑情、災(zāi)情、病情、品質(zhì)和產(chǎn)量、輪休耕等實時監(jiān)測，進行設(shè)施園藝作物生理、生長及環(huán)境生態(tài)指標(biāo)動態(tài)監(jiān)測，快速掌握農(nóng)作物生產(chǎn)動態(tài)變化[15-18]。

進行畜牧業(yè)數(shù)字化改造，建設(shè)畜禽養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測和養(yǎng)殖個體體征智能監(jiān)測系統(tǒng)，研發(fā)數(shù)據(jù)科學(xué)驅(qū)動的動物生長模擬模型，提升畜禽生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時采集和輔助決策能力;開展電子識別、精準上料、自動飲水、產(chǎn)品收集、分等分級、畜禽糞污處理等數(shù)字化設(shè)備集成應(yīng)用;精準監(jiān)測畜禽養(yǎng)殖投入品和產(chǎn)出品數(shù)量，實現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖數(shù)字化管理;進行畜禽糞便及病死畜禽的無害化處理、重大動物流行疫情的動態(tài)監(jiān)測與預(yù)警，提升重大動物疫病疾病防控能力;開展擠奶、飼喂、清理等養(yǎng)殖機器人示范應(yīng)用，推動養(yǎng)殖模式變革和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級[19]。

建設(shè)數(shù)字漁業(yè)，推廣應(yīng)用水體環(huán)境實時監(jiān)控、自動增氧、餌料自動精準投喂、水產(chǎn)養(yǎng)殖病害監(jiān)測預(yù)警、循環(huán)水裝備控制、網(wǎng)箱升降控制、無人機巡航等技術(shù)裝備，研發(fā)智慧漁船、水產(chǎn)健康養(yǎng)殖、魚類資源變化預(yù)測系統(tǒng)，進行漁業(yè)生產(chǎn)智慧化管理;綜合水文環(huán)境立體監(jiān)測預(yù)警、漁場漁情和船位實時監(jiān)控、海上漁撈和漁獲物信息采集、漁船物資消耗動態(tài)管理等系統(tǒng)，建立“捕撈漁船—物流漁船—陸上基地”的一體化信息化管理綜合平臺，打通漁業(yè)產(chǎn)、供、銷產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)線上線下有機融合互動。

同時，開展我國主要貿(mào)易國家和地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)測，更好利用國際國內(nèi)“兩種資源、兩個市場”，服務(wù)我國“一帶一路”倡議。

4.4? 農(nóng)業(yè)重大災(zāi)害監(jiān)測評估

開展農(nóng)業(yè)非生物災(zāi)害監(jiān)測與評估，重點對干旱、洪澇、低溫凍害、臺風(fēng)、風(fēng)暴潮、草原火災(zāi)等進行實時監(jiān)測，評估災(zāi)害發(fā)生、災(zāi)情動態(tài)和受損情況;進行農(nóng)業(yè)生物災(zāi)害監(jiān)測與評估，開展農(nóng)作物病蟲草鼠害、草原鼠病蟲害、漁業(yè)赤潮、藍藻、滸苔發(fā)生時間、地點、強度，定量評估災(zāi)害風(fēng)險和災(zāi)害損失。

挖掘整理農(nóng)業(yè)重大自然災(zāi)害歷史數(shù)據(jù)，加強分析研判和預(yù)警，強化實時監(jiān)測，研發(fā)農(nóng)作物災(zāi)害遙感監(jiān)測快速評估技術(shù)，實現(xiàn)對農(nóng)作物災(zāi)害遙感監(jiān)測的快速響應(yīng)。以我國周邊國家和區(qū)域為重點，周期性開展草原蟲災(zāi)和火災(zāi)監(jiān)測和預(yù)警，動態(tài)掌握周邊國家草原災(zāi)情發(fā)生、發(fā)展態(tài)勢，定量評估對我國草原生產(chǎn)狀況的影響，提出應(yīng)對措施。

4.5? 農(nóng)產(chǎn)品市場監(jiān)測預(yù)警

以重點品種生產(chǎn)、國際貿(mào)易、成本收益等全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)的采集、分析、發(fā)布服務(wù)為主線，建設(shè)“一網(wǎng)打盡”式的重點農(nóng)產(chǎn)品市場信息平臺，實現(xiàn)對各類農(nóng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)多維度展現(xiàn)和大數(shù)據(jù)專業(yè)分析;定期發(fā)布農(nóng)產(chǎn)品市場價格日度監(jiān)測、供需月度監(jiān)測、供需平衡表、中長期農(nóng)業(yè)展望等信息服務(wù)產(chǎn)品，提供信息發(fā)布、大盤分析、大數(shù)據(jù)在線、標(biāo)準查詢等服務(wù)，發(fā)揮數(shù)據(jù)信息引導(dǎo)市場、指導(dǎo)生產(chǎn)、銜接產(chǎn)銷、服務(wù)決策的重要作用。

實現(xiàn)農(nóng)業(yè)主要投入品可追溯，建設(shè)農(nóng)業(yè)投入品監(jiān)管信息平臺，加強種子、農(nóng)藥、肥料、飼料、獸（漁）藥等農(nóng)業(yè)投入品信息動態(tài)采集、分析和監(jiān)控，開展大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)投入品生產(chǎn)經(jīng)營、市場營銷、售后服務(wù)、審批管理、監(jiān)督檢查等產(chǎn)品全生命周期、產(chǎn)業(yè)鏈全流程各環(huán)節(jié)的應(yīng)用，實現(xiàn)投入品數(shù)字化智慧監(jiān)管;進行農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)全過程追溯，推進與“三品一標(biāo)”系統(tǒng)、特別是綠色食品、有機食品系統(tǒng)及省級農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯平臺對接，建立質(zhì)量追溯、執(zhí)法監(jiān)管、檢驗檢測、疫病蟲害防控等數(shù)據(jù)共享機制，探索與大型銷售終端企業(yè)合作的信息對接機制，實現(xiàn)生產(chǎn)、收購、貯藏、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)的全程信息共享和追溯管理;建立農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估大數(shù)據(jù)平臺，開展農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險隱患監(jiān)測預(yù)警，進行農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險隱患定點監(jiān)測評估。

4.6? 天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理平臺

建立農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準，統(tǒng)籌國內(nèi)國際農(nóng)業(yè)數(shù)字化信息資源，進行農(nóng)業(yè)歷史存檔資料的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，整合天空地觀測數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、政務(wù)信息等多源數(shù)據(jù)，建設(shè)國家農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)。

構(gòu)建技術(shù)先進、系統(tǒng)開放、國家、省、縣三級系統(tǒng)組成的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)Windows——天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理平臺[20]，開發(fā)種植業(yè)、畜牧獸醫(yī)、漁業(yè)漁政、農(nóng)業(yè)機械、監(jiān)督管理、政務(wù)服務(wù)、政務(wù)管理、農(nóng)村經(jīng)營管理、科教生態(tài)、國際合作、應(yīng)急管理等業(yè)務(wù)板塊，提供資源調(diào)查、生產(chǎn)調(diào)度、災(zāi)害監(jiān)測、市場預(yù)警、政策評估、輿情分析等專題服務(wù)，構(gòu)建“用數(shù)據(jù)說話、用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)管理”的輔助決策系統(tǒng)，實現(xiàn)政府決策科學(xué)化、公共服務(wù)高效化。

開展農(nóng)業(yè)數(shù)字化信息服務(wù)，進行屬地化的種植、放牧、養(yǎng)殖捕撈服務(wù)支撐系統(tǒng)建設(shè)，開展面向農(nóng)民、牧民、漁民的農(nóng)業(yè)植保、農(nóng)機、氣象、保險、金融、載畜優(yōu)化、捕撈效益最大化的精準服務(wù)。

5? 科技創(chuàng)新重點領(lǐng)域

5.1? 標(biāo)準規(guī)范研制

標(biāo)準化是天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)建設(shè)的基本前提。針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理和服務(wù)中涉及數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、涵蓋信息多、動態(tài)性、多維度等特點，迫切需要進行天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)規(guī)范標(biāo)準研制，制定一批數(shù)字農(nóng)業(yè)國家標(biāo)準和行業(yè)標(biāo)準，包括農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集、存儲、分析、處理和服務(wù)標(biāo)準，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺和系統(tǒng)標(biāo)準、數(shù)據(jù)訪問和交換標(biāo)準，促進農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)互聯(lián)共享。

5.2? 關(guān)鍵技術(shù)與裝備研發(fā)

圍繞農(nóng)業(yè)感知與獲取、處理與分析、決策與控制、管理與服務(wù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，進行天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)與裝備研制。重點攻克農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、動植物生理體征、智能感知與識別關(guān)鍵技術(shù)，突破農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大田物聯(lián)網(wǎng)測控、遙感監(jiān)測、智能化精準作業(yè)、基于北斗系統(tǒng)的農(nóng)機物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)和產(chǎn)品。

開展高光譜農(nóng)業(yè)應(yīng)用、作物表型參數(shù)反演、作物健康和品質(zhì)診斷、農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害監(jiān)測評估等農(nóng)業(yè)遙感關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)[21]。進行天空地多源數(shù)據(jù)采集與融合、智能診斷與分析、智能決策與控制等關(guān)鍵技術(shù)研究，推動農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的開發(fā)應(yīng)用[22]。開發(fā)專用傳感器和智能終端，突破生產(chǎn)環(huán)境和動植物體征行為信息采集、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理精準控制等智能裝備核心裝置，研發(fā)適應(yīng)不同作物、不同耕作環(huán)境，研發(fā)嫁接、扦插、移栽、耕地等專用機器人。

構(gòu)建和完善我國主要農(nóng)作物和畜牧養(yǎng)殖動物的生物生長數(shù)字模型，實現(xiàn)高效的數(shù)字模擬和設(shè)計;研究開發(fā)不同層次、不同農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)類型的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)數(shù)字模型，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、管理、經(jīng)營、決策的數(shù)字化和智能化。

5.3? 系統(tǒng)集成與平臺開發(fā)

開展天空地組網(wǎng)數(shù)據(jù)匯聚高效存儲、有序組織、快速訪問與動態(tài)調(diào)度機制研究，加快天空地農(nóng)業(yè)信息快速獲取、智能決策與精準作業(yè)等技術(shù)的一體化集成研究，實現(xiàn)多源多維與異地數(shù)據(jù)的集成匯交、在線融合處理及協(xié)同分析。

夯實基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的精準時空服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施平臺，研發(fā)集成農(nóng)田生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)資源管理系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)科技信息管理系統(tǒng)、農(nóng)作物估產(chǎn)系統(tǒng)等大田農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)和精細管理及公共服務(wù)系統(tǒng)[23]。

進行溫室大棚環(huán)境監(jiān)測控制系統(tǒng)和工廠化育苗系統(tǒng)研究，集成產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)控系統(tǒng)和采后商品化處理系統(tǒng)。

在畜禽養(yǎng)殖方面，重點開展自動化精準環(huán)境控制系統(tǒng)和數(shù)字化精準飼喂管理系統(tǒng)研究，研發(fā)養(yǎng)殖機械化自動產(chǎn)品收集平臺，突破畜禽養(yǎng)殖無害化糞污自動處理系統(tǒng)，實現(xiàn)糞污無害化處理和資源化利用。

在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面，研發(fā)養(yǎng)殖在線監(jiān)測系統(tǒng)和現(xiàn)場無線傳輸自主網(wǎng)絡(luò)，完善水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)，攻克生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)和綜合管理保障系統(tǒng)，建立高效的水產(chǎn)養(yǎng)殖公共服務(wù)平臺。

6? 結(jié)論與展望

進行天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)建設(shè)，推動天空地現(xiàn)代空間信息技術(shù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)深度融合，符合全球農(nóng)業(yè)發(fā)展新趨勢和我國農(nóng)業(yè)發(fā)展新需求，對加快我國數(shù)字中國建設(shè)進程、提高農(nóng)現(xiàn)代化水平具有深遠的戰(zhàn)略意義，是一項利國利民的重要部署，具有高度的必要性和緊迫性。

但是，天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及多部門、多領(lǐng)域和多學(xué)科交叉，不可能一蹴而就。這需要從我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的復(fù)雜性、多樣性特點出發(fā)，圍繞農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)迫切需求和鄉(xiāng)村振興突出制約：

（1）進行頂層設(shè)計和科學(xué)規(guī)劃，明確天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)發(fā)展重點，主攻天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)信息獲取、智能分析、系統(tǒng)集成、應(yīng)用平臺、標(biāo)準規(guī)范等薄弱環(huán)節(jié);

（2）實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，把天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新擺在核心位置，貫穿于天空地數(shù)字管理系統(tǒng)建設(shè)的各個環(huán)節(jié)，協(xié)同推進天空地一體化精準感知、智能分析、北斗導(dǎo)航、自動作業(yè)等原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新，在理論、方法、工具、系統(tǒng)等方面取得變革性、顛覆性突破[24];

（3）倡導(dǎo)共享開放理念，以共享促共建，先內(nèi)部后外部，建立健全天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)資源整合和信息系統(tǒng)互聯(lián)互通平臺，堅持政府主導(dǎo)、市場推動，充分調(diào)動社會力量參與建設(shè)，促進技術(shù)方法、數(shù)據(jù)資源、監(jiān)測成果共享共用，降低工作成本;

（4）不斷拓展天空地數(shù)字農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域、空間范圍和服務(wù)功能，最大程度發(fā)揮數(shù)字關(guān)鍵生產(chǎn)要素的驅(qū)動作用，挖潛數(shù)字資源價值。

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Framework and recommendation for constructing

the SAGI digital agriculture system

Wenbin Wu1， Yun Shi1， Qingbo Zhou1， Peng Yang1， Haiqi Liu2， Fei Wang2，

Jia Liu1， Limin Wang1， Baohui Zhang1

（1.Institute of Agricultural Resources and Regional Planning， Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Agricultural Remote Sensing， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Beijing 100081， China; 2. Chinse Academy of Agricultural Engineering/Key Laboratory of Cultivated Land Use， Ministry of Agriculture and Rural Affairs，

Beijing 100125， China）

Abstract： The human society is entering the era of big data and data is becoming one of the key production elements. It is thus critical to develop the China's data-driving digital agriculture system， which would greatly promote the construction of digital China， stimulate the agriculture high-quality development and improve the agricultural competitiveness at the global market. To achieve this goal， strong integration of information is needed from multi-sources， multi-sensors， and multi-scales. This research， from the perspective of agricultural information science， describes the new framework of satellite， aerial， and ground integrated （SAGI） digital agriculture system for comprehensive agricultural monitoring， modeling， and management. The SAGI system differs from traditional digital agriculture systems and includes 5 important functionalities which are resource survey， production controlling， disaster monitoring， market early-warning and decision supporting. To make the system running in operation， it is necessary to first build an observation system， which integrates the satellite， aerial， and ground in-situ observation systems to capture more sophisticated， accurate and reliable data at different scales. The system is extremely needed for China， a large country with a great geographic difference， diverse agricultural cultivation and multiple agricultural traditions. This observing system helps to form the agricultural big data for subsequent data analysis and data mining. Secondly， using the big data collected， 4 key digitalization and monitoring tasks targeting at resource property right， production process， natural disaster and market status should be implemented so as to transform the data to knowledge. In this process， some diagnosis algorithms and models are developed to understand the growth and health of crops and animals， as well as their interaction with the agro-environment. With the above support， a management system covering the full range of agricultural production， processing， selling， management and services should be established to provide the rapid and reliable information support to decision-making as well to the local farming management， thereby guaranteeing agricultural sustainability and national food security. Thirdly， some key fields for future science and technology innovation to support the applications of the SAGI system should to be enhanced such as the standardization designing， innovation in technologies and instruments， system integration and platform development. Finally， considering the complicated and integrative characteristics of this SAG system， this research also proposed some recommendations such as holistic planning， science-technology innovation， resource sharing， multi-stakeholders participation， and expansion of application fields， so as to drive this idea to the reality.

Key words： aerial and ground integrated （SAGI）; digital agriculture; management system; monitoring; early-warning; decision