目前大部分國(guó)家 (地區(qū)) 全面開展農(nóng)業(yè)信息化建設(shè), “互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)初步進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。美國(guó)、德國(guó)、荷蘭和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家無論是技術(shù)體系建設(shè)還是產(chǎn)業(yè)發(fā)展均處于領(lǐng)先地位, 印度和韓國(guó)等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新雖然起步晚, 但發(fā)展速度快, 并結(jié)合自身農(nóng)業(yè)發(fā)展需求開展了不同模式的農(nóng)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐, 形成了具有較高參考價(jià)值的模式與特色。對(duì)于我國(guó)在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下加快形成具有中國(guó)特色的“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)新形態(tài)有重要意義。
1 美國(guó)的全程全網(wǎng)化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)模式
美國(guó)是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度最高的國(guó)家。以信息技術(shù)為支撐的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)20世紀(jì)90年代初在美國(guó)開始出現(xiàn), 結(jié)合Daberkow等、Schieffer和Dillon、Schimmelpfennig對(duì)美國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展歷程、技術(shù)應(yīng)用、技術(shù)影響等方面研究, 美國(guó)在發(fā)達(dá)的農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系基礎(chǔ)上, 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程、全環(huán)節(jié)得到快速發(fā)展, 并形成了一種互聯(lián)互通的系統(tǒng), 這種模式可總結(jié)為全程全網(wǎng)化的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)模式。
目前, 美國(guó)20%耕地、80%的大農(nóng)場(chǎng)均采用了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和技術(shù), 其中玉米小麥主產(chǎn)區(qū)的39%生產(chǎn)者使用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。根據(jù)Erickson和David對(duì)2015年美國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用的分析及預(yù)測(cè),美國(guó)六大精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用中, 土壤取樣、農(nóng)田繪圖、變率處理播種技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛, 其中無人機(jī)應(yīng)用增速最快 。
美國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用率
從美國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的實(shí)踐來看, 主要集中在變量施肥噴藥、雜草自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、大型噴灌機(jī)的精準(zhǔn)控制技術(shù)的規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。對(duì)于特大型農(nóng)場(chǎng), 更是形成了“計(jì)算機(jī)集成自適應(yīng)生產(chǎn)”模式, 即將市場(chǎng)信息、生產(chǎn)參數(shù)信息 (氣候、土壤、種子、農(nóng)機(jī)、化肥、農(nóng)藥和能源等) 、資金、信息和勞力信息等集中在一起, 經(jīng)優(yōu)化運(yùn)算, 選定最佳種植方案。
在知識(shí)模型應(yīng)用方面, Setiyono等在已有光合作用和生物量累積模型的基礎(chǔ)上, 構(gòu)建了近最佳生長(zhǎng)條件下大豆生長(zhǎng)和產(chǎn)量模擬模型Soy Sim, 為如何對(duì)作物選擇有利環(huán)境從而提升產(chǎn)量提供決策支持工具。在“互聯(lián)網(wǎng)+”農(nóng)機(jī)應(yīng)用方面, 2008年美國(guó)20%的農(nóng)場(chǎng)用直升機(jī)進(jìn)行耕作管理, 很多中等規(guī)模農(nóng)場(chǎng)和幾乎所有大型農(nóng)場(chǎng)都安裝了GPS定位系統(tǒng)。
此外, 美國(guó)農(nóng)機(jī)智能裝備市場(chǎng)已基本成熟, 美國(guó)Ag Junction公司、Ag Leader Technology、Dickey-John公司、Teejet Technologies、Deere公司、天寶導(dǎo)航系統(tǒng)、Precision Planting公司、ACGO公司、Topcon精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)公司和Raven公司成為全球精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)市場(chǎng)的重要企業(yè)。
2 荷蘭的工廠化設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)模式
荷蘭是典型的人多地少、資源匱乏、都市農(nóng)業(yè)主導(dǎo)的國(guó)家。針對(duì)人口密度大、可耕地少 (人均耕地面積0.06 hm2) 和全年日照時(shí)間短的環(huán)境條件, 荷蘭以提高土地利用率和農(nóng)業(yè)附加值為目標(biāo), 大力發(fā)展高標(biāo)準(zhǔn)的溫室農(nóng)業(yè), 使其成為世界農(nóng)業(yè)出口大國(guó)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 目前, 荷蘭設(shè)施農(nóng)業(yè)已成為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè), 其玻璃溫室建筑面積約有1.1億m2, 占全球玻璃溫室面積的1/4, 主要用于栽培高檔花卉和設(shè)施蔬菜, 年產(chǎn)值高達(dá)12億美元。
荷蘭的農(nóng)業(yè)信息化起步于20世紀(jì)60年代中期的作物模擬技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用, 到70年代開始實(shí)施溫室革命, 通過借助歐洲先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化技術(shù), 其以提升自動(dòng)化生產(chǎn)水平為核心, 大力發(fā)展溫室內(nèi)部自動(dòng)化生產(chǎn)裝備, 并有機(jī)地集成各作業(yè)環(huán)節(jié)生產(chǎn)裝備構(gòu)成自動(dòng)化生產(chǎn)線, 建立溫室農(nóng)業(yè)高效生產(chǎn)體系, 成為世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化、自動(dòng)化程度領(lǐng)先的國(guó)家。目前以工廠化的設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展模式為代表的“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)已成為荷蘭設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要技術(shù)應(yīng)用模式。
荷蘭設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用主要包括三大方面:
一是溫室環(huán)境的自動(dòng)化控制。近年來, 基于機(jī)器人學(xué)習(xí)的溫室黃瓜自動(dòng)采摘機(jī)器人, 基于物理的溫室知識(shí)模型和多幅圖像的水果自動(dòng)識(shí)別與計(jì)數(shù)控制器等設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化技術(shù)產(chǎn)品得到發(fā)展應(yīng)用。如Jansen等證實(shí)可以利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)氣相色譜質(zhì)譜儀獲取的溫室作物揮發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)處理, 以準(zhǔn)確測(cè)定溫室中作物健康相關(guān)有機(jī)物的濃度。
二是設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化節(jié)水控水技術(shù)的廣泛應(yīng)用。荷蘭高度重視節(jié)水控水, 每個(gè)農(nóng)戶都有計(jì)算機(jī)控制的噴淋、滴管灌溉和人工氣候系統(tǒng), 灌溉用水需要進(jìn)行再收集、處理, 反復(fù)使用, 水的計(jì)量單位精確到了“滴”。
三是養(yǎng)殖場(chǎng) (小區(qū)) 管理的自動(dòng)化。荷蘭在養(yǎng)殖場(chǎng) (小區(qū)) 采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)化管理信息系統(tǒng), 以奶牛為例, 對(duì)奶牛編號(hào)、存檔、生長(zhǎng)發(fā)育、奶產(chǎn)量、飼料消耗、疾病防治、貯藏、流通和銷售等各環(huán)節(jié)進(jìn)行全程監(jiān)控, 實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)全過程自動(dòng)化、機(jī)械化。
3 德國(guó)的技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)型“互聯(lián)網(wǎng)+”農(nóng)機(jī)智造模式
德國(guó)的農(nóng)業(yè)發(fā)展主要以50hm?以下的中小家庭農(nóng)場(chǎng)為主, 其農(nóng)業(yè)的戰(zhàn)略定位除了提供食物外, 更重要的是重視“綠色、生態(tài)、節(jié)約”, 即通過系列技術(shù)與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新, 實(shí)現(xiàn)高效節(jié)水、土壤保墑和生物多樣性等目標(biāo)。目前, 在工業(yè)4.0戰(zhàn)略框架下, 德國(guó)通過突破重點(diǎn)農(nóng)業(yè)信息化關(guān)鍵技術(shù), 構(gòu)建自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì), 從而帶動(dòng)整個(gè)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域信息化進(jìn)程, 在“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域逐步形成了以農(nóng)用智能裝備為主導(dǎo)的“互聯(lián)網(wǎng)+”農(nóng)機(jī)智造模式, 農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)進(jìn)入信息技術(shù)熟化、產(chǎn)業(yè)化和專業(yè)化發(fā)展階段。
德國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的應(yīng)用主要集中在計(jì)算機(jī)模擬模型、作物病蟲害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及診斷決策系統(tǒng)等多項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。特別是精確農(nóng)業(yè)技術(shù), 能夠控制同一地塊中不同位置所需施肥量和植保劑的施用量, 以避免由于多施用所造成的環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。
另外,德國(guó)在智能農(nóng)機(jī)具自主創(chuàng)新上取得較大成效, 其發(fā)明的基于“3S”信息技術(shù)的大型農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備, 可在室內(nèi)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制下進(jìn)行各項(xiàng)農(nóng)田作業(yè), 完成諸如精準(zhǔn)播種、施肥、除草、采收、畜禽精準(zhǔn)投料飼喂、奶牛數(shù)字化擠奶臺(tái)等多項(xiàng)功能。如Gerhards和Oebel利用2年時(shí)間研究了甜菜、玉米、冬小麥、冬大麥、冬油菜和春大麥的田間除草系統(tǒng), 該系統(tǒng)利用數(shù)字圖像分析、計(jì)算機(jī)決策和全球定位系統(tǒng)控制貼片噴霧進(jìn)行雜草在線檢測(cè)。Philipp等用數(shù)碼相機(jī)拍攝甜菜田間圖像, 利用程序和參數(shù)處理不同的圖像來計(jì)算單、雙子葉植物和植物區(qū), 實(shí)現(xiàn)了精確農(nóng)作的自動(dòng)雜草制圖。
4 日本的適度規(guī)模經(jīng)營(yíng)型精細(xì)化農(nóng)業(yè)模式
日本屬典型的人多地少國(guó)家。為應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)資源環(huán)境與人口的約束, 日本積極利用現(xiàn)代信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的便利, 重點(diǎn)推進(jìn)現(xiàn)代信息與通訊技術(shù)在家庭農(nóng)場(chǎng)作業(yè)中的應(yīng)用, 逐步形成了較為成熟的“日本型”適度規(guī)模經(jīng)營(yíng)型精細(xì)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式, 并進(jìn)入“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段, 成為世界上先進(jìn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的代表之一, 以輕便型智能農(nóng)機(jī)具為特征的日式精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)更成為世界典范。
日本在“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的應(yīng)用, 主要包括農(nóng)用車輛作業(yè)引導(dǎo)系統(tǒng)、田間土壤簡(jiǎn)易分析裝置、土壤采集裝置、作物生長(zhǎng)發(fā)育信息測(cè)定裝置和糧食收獲信息測(cè)定裝置。如Nagasaka等基于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全球定位系統(tǒng)、方向傳感器和制動(dòng)器開發(fā)了自動(dòng)六排水稻插秧機(jī), 極大提高了水稻種植效率。因其土地規(guī)模較小, 如何利用精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)情報(bào)來實(shí)現(xiàn)田間病蟲害的控制防治、施肥管理和收獲預(yù)測(cè)成為日本小規(guī)模精細(xì)化農(nóng)業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)。Noguchi利用遙感無人機(jī)和監(jiān)測(cè)站點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)小麥生長(zhǎng)狀況, 基于逐步回歸模型, 繪制小麥產(chǎn)量圖, 實(shí)現(xiàn)小麥產(chǎn)量監(jiān)測(cè)。
為解決農(nóng)戶精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用成本高、農(nóng)戶經(jīng)營(yíng)分散等問題, 日本在推進(jìn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)過程中形成了由農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體與技術(shù)平臺(tái)共同作用的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)共同體,該主體擔(dān)負(fù)著與農(nóng)戶組織化, 日本農(nóng)協(xié)或者其他各自治主體合作的核心工作。技術(shù)平臺(tái)則是以開發(fā)導(dǎo)入精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的企業(yè)和從事農(nóng)產(chǎn)品銷售的企業(yè)為主體的市場(chǎng)主體, 可為農(nóng)戶提供先進(jìn)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù), 并促進(jìn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的普及與利用。
2004年農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)被列入日本E-Japan計(jì)劃, 截至2014年, 全日本已有一半以上農(nóng)戶選擇使用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。日本政府提出, 到2020年, 受益于生產(chǎn)效率和流通效率的提高, 其農(nóng)作物出口額有望增長(zhǎng)至1萬億日元, 同時(shí)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將達(dá)到580億至600億日元規(guī)模, 農(nóng)業(yè)云端計(jì)算技術(shù)的運(yùn)用占農(nóng)業(yè)市場(chǎng)的75%。此外日本政府還計(jì)劃在10年內(nèi)以農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)為信息主體源, 普及農(nóng)用機(jī)器人, 預(yù)計(jì)2020年農(nóng)用機(jī)器人的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到50億日元。
5 韓國(guó)的服務(wù)引領(lǐng)型農(nóng)技推廣互聯(lián)網(wǎng)模式
韓國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)技推廣中的廣泛應(yīng)用, 即通過利用遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)推廣農(nóng)業(yè)技術(shù)以培養(yǎng)新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體。如在植物保護(hù)領(lǐng)域, 病蟲資料收集和發(fā)布基本實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化, 推廣和科研專家可以通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)召開病蟲害會(huì)商。其中,由韓國(guó)農(nóng)村振興廳建立的“國(guó)家-省-農(nóng)場(chǎng) (農(nóng)戶) ”三級(jí)網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)場(chǎng)管理遠(yuǎn)程咨詢系統(tǒng)、農(nóng)場(chǎng)咨詢系統(tǒng)和涉農(nóng)技術(shù)中心網(wǎng)站等, 成為農(nóng)民獲取信息服務(wù)的重要載體, 提高了技術(shù)水平和信息選擇能力。
據(jù)統(tǒng)計(jì), 韓國(guó)政府利用Internet會(huì)議系統(tǒng)實(shí)施農(nóng)村夜校教育計(jì)劃, 每年完成1萬名農(nóng)民的教育培訓(xùn)。此外, 農(nóng)業(yè)技術(shù)信息數(shù)據(jù)庫、農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境信息系統(tǒng)和農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)境信息系統(tǒng)等均為農(nóng)民提供了個(gè)性化的實(shí)用技術(shù)和農(nóng)村生活等信息。在服務(wù)模式創(chuàng)新上, 韓國(guó)還注重為地方特色產(chǎn)品提供電子商務(wù)服務(wù), 以農(nóng)林水產(chǎn)信息中心為主體,建立了多個(gè)具有一定規(guī)模的農(nóng)業(yè)電子商務(wù)交易平臺(tái), 有效拓寬了特色優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的流通渠道。
6 印度的軟件產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)型信息服務(wù)模式
印度是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó), 其人口眾多, 勞動(dòng)力極其豐富, 而土地資源相對(duì)不足。為了解決耕地過于分散的問題, 印度政府通過制定調(diào)整土地、發(fā)展合作組織和擴(kuò)大土地經(jīng)營(yíng)規(guī)模等政策使農(nóng)民的所有資源得以充分利用。印度農(nóng)業(yè)信息化起步較晚, 目前, 印度人均信息基礎(chǔ)設(shè)施水平比世界人均水平還要低, 電話普及率為4%, 僅有5%的農(nóng)民擁有電腦。但是印度軟件業(yè)呈高速發(fā)展態(tài)勢(shì), 為農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展注入了活力。
當(dāng)前, 印度“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域是市場(chǎng)領(lǐng)域, 主要表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)行情信息系統(tǒng)和價(jià)格預(yù)測(cè)系統(tǒng)在農(nóng)民群體中得到廣泛應(yīng)用。其中由印度國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品行銷協(xié)會(huì)與卡納塔克邦農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)銷部聯(lián)合研發(fā)的農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格監(jiān)測(cè)預(yù)警應(yīng)用系統(tǒng),通過安裝數(shù)據(jù)庫和統(tǒng)計(jì)軟件, 結(jié)合經(jīng)濟(jì)學(xué)模型將多種參數(shù)、多套數(shù)據(jù)植入價(jià)格預(yù)測(cè)中, 為農(nóng)民提供實(shí)時(shí)和未來一個(gè)階段的農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格預(yù)測(cè)分析趨勢(shì)報(bào)告,提升了農(nóng)產(chǎn)品供銷市場(chǎng)的透明度, 降低了廣大農(nóng)民因價(jià)格變動(dòng)帶來市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。
對(duì)于農(nóng)業(yè)信息產(chǎn)業(yè)的下游產(chǎn)業(yè), 如農(nóng)業(yè)智能裝備產(chǎn)業(yè), 印度十分重視外資的利用和國(guó)際交流合作, 并使之成為農(nóng)業(yè)與農(nóng)機(jī)裝備接受外援?dāng)?shù)量最多第三世界國(guó)家。總體來看, 印度農(nóng)業(yè)信息化主要依賴農(nóng)業(yè)信息軟件服務(wù)業(yè)來推進(jìn), 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的應(yīng)用處于探索起步階段, 政府是主要的推動(dòng)主體。
1 美國(guó)的全程全網(wǎng)化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)模式
美國(guó)是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度最高的國(guó)家。以信息技術(shù)為支撐的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)20世紀(jì)90年代初在美國(guó)開始出現(xiàn), 結(jié)合Daberkow等、Schieffer和Dillon、Schimmelpfennig對(duì)美國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展歷程、技術(shù)應(yīng)用、技術(shù)影響等方面研究, 美國(guó)在發(fā)達(dá)的農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系基礎(chǔ)上, 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程、全環(huán)節(jié)得到快速發(fā)展, 并形成了一種互聯(lián)互通的系統(tǒng), 這種模式可總結(jié)為全程全網(wǎng)化的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)模式。
目前, 美國(guó)20%耕地、80%的大農(nóng)場(chǎng)均采用了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和技術(shù), 其中玉米小麥主產(chǎn)區(qū)的39%生產(chǎn)者使用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。根據(jù)Erickson和David對(duì)2015年美國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用的分析及預(yù)測(cè),美國(guó)六大精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用中, 土壤取樣、農(nóng)田繪圖、變率處理播種技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛, 其中無人機(jī)應(yīng)用增速最快 。
從美國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的實(shí)踐來看, 主要集中在變量施肥噴藥、雜草自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、大型噴灌機(jī)的精準(zhǔn)控制技術(shù)的規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。對(duì)于特大型農(nóng)場(chǎng), 更是形成了“計(jì)算機(jī)集成自適應(yīng)生產(chǎn)”模式, 即將市場(chǎng)信息、生產(chǎn)參數(shù)信息 (氣候、土壤、種子、農(nóng)機(jī)、化肥、農(nóng)藥和能源等) 、資金、信息和勞力信息等集中在一起, 經(jīng)優(yōu)化運(yùn)算, 選定最佳種植方案。
在知識(shí)模型應(yīng)用方面, Setiyono等在已有光合作用和生物量累積模型的基礎(chǔ)上, 構(gòu)建了近最佳生長(zhǎng)條件下大豆生長(zhǎng)和產(chǎn)量模擬模型Soy Sim, 為如何對(duì)作物選擇有利環(huán)境從而提升產(chǎn)量提供決策支持工具。在“互聯(lián)網(wǎng)+”農(nóng)機(jī)應(yīng)用方面, 2008年美國(guó)20%的農(nóng)場(chǎng)用直升機(jī)進(jìn)行耕作管理, 很多中等規(guī)模農(nóng)場(chǎng)和幾乎所有大型農(nóng)場(chǎng)都安裝了GPS定位系統(tǒng)。
此外, 美國(guó)農(nóng)機(jī)智能裝備市場(chǎng)已基本成熟, 美國(guó)Ag Junction公司、Ag Leader Technology、Dickey-John公司、Teejet Technologies、Deere公司、天寶導(dǎo)航系統(tǒng)、Precision Planting公司、ACGO公司、Topcon精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)公司和Raven公司成為全球精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)市場(chǎng)的重要企業(yè)。
2 荷蘭的工廠化設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)模式
荷蘭是典型的人多地少、資源匱乏、都市農(nóng)業(yè)主導(dǎo)的國(guó)家。針對(duì)人口密度大、可耕地少 (人均耕地面積0.06 hm2) 和全年日照時(shí)間短的環(huán)境條件, 荷蘭以提高土地利用率和農(nóng)業(yè)附加值為目標(biāo), 大力發(fā)展高標(biāo)準(zhǔn)的溫室農(nóng)業(yè), 使其成為世界農(nóng)業(yè)出口大國(guó)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 目前, 荷蘭設(shè)施農(nóng)業(yè)已成為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè), 其玻璃溫室建筑面積約有1.1億m2, 占全球玻璃溫室面積的1/4, 主要用于栽培高檔花卉和設(shè)施蔬菜, 年產(chǎn)值高達(dá)12億美元。
荷蘭的農(nóng)業(yè)信息化起步于20世紀(jì)60年代中期的作物模擬技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用, 到70年代開始實(shí)施溫室革命, 通過借助歐洲先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化技術(shù), 其以提升自動(dòng)化生產(chǎn)水平為核心, 大力發(fā)展溫室內(nèi)部自動(dòng)化生產(chǎn)裝備, 并有機(jī)地集成各作業(yè)環(huán)節(jié)生產(chǎn)裝備構(gòu)成自動(dòng)化生產(chǎn)線, 建立溫室農(nóng)業(yè)高效生產(chǎn)體系, 成為世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化、自動(dòng)化程度領(lǐng)先的國(guó)家。目前以工廠化的設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展模式為代表的“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)已成為荷蘭設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要技術(shù)應(yīng)用模式。
荷蘭設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用主要包括三大方面:
一是溫室環(huán)境的自動(dòng)化控制。近年來, 基于機(jī)器人學(xué)習(xí)的溫室黃瓜自動(dòng)采摘機(jī)器人, 基于物理的溫室知識(shí)模型和多幅圖像的水果自動(dòng)識(shí)別與計(jì)數(shù)控制器等設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化技術(shù)產(chǎn)品得到發(fā)展應(yīng)用。如Jansen等證實(shí)可以利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)氣相色譜質(zhì)譜儀獲取的溫室作物揮發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)處理, 以準(zhǔn)確測(cè)定溫室中作物健康相關(guān)有機(jī)物的濃度。
二是設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化節(jié)水控水技術(shù)的廣泛應(yīng)用。荷蘭高度重視節(jié)水控水, 每個(gè)農(nóng)戶都有計(jì)算機(jī)控制的噴淋、滴管灌溉和人工氣候系統(tǒng), 灌溉用水需要進(jìn)行再收集、處理, 反復(fù)使用, 水的計(jì)量單位精確到了“滴”。
三是養(yǎng)殖場(chǎng) (小區(qū)) 管理的自動(dòng)化。荷蘭在養(yǎng)殖場(chǎng) (小區(qū)) 采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)化管理信息系統(tǒng), 以奶牛為例, 對(duì)奶牛編號(hào)、存檔、生長(zhǎng)發(fā)育、奶產(chǎn)量、飼料消耗、疾病防治、貯藏、流通和銷售等各環(huán)節(jié)進(jìn)行全程監(jiān)控, 實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)全過程自動(dòng)化、機(jī)械化。
3 德國(guó)的技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)型“互聯(lián)網(wǎng)+”農(nóng)機(jī)智造模式
德國(guó)的農(nóng)業(yè)發(fā)展主要以50hm?以下的中小家庭農(nóng)場(chǎng)為主, 其農(nóng)業(yè)的戰(zhàn)略定位除了提供食物外, 更重要的是重視“綠色、生態(tài)、節(jié)約”, 即通過系列技術(shù)與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新, 實(shí)現(xiàn)高效節(jié)水、土壤保墑和生物多樣性等目標(biāo)。目前, 在工業(yè)4.0戰(zhàn)略框架下, 德國(guó)通過突破重點(diǎn)農(nóng)業(yè)信息化關(guān)鍵技術(shù), 構(gòu)建自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì), 從而帶動(dòng)整個(gè)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域信息化進(jìn)程, 在“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域逐步形成了以農(nóng)用智能裝備為主導(dǎo)的“互聯(lián)網(wǎng)+”農(nóng)機(jī)智造模式, 農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)進(jìn)入信息技術(shù)熟化、產(chǎn)業(yè)化和專業(yè)化發(fā)展階段。
另外,德國(guó)在智能農(nóng)機(jī)具自主創(chuàng)新上取得較大成效, 其發(fā)明的基于“3S”信息技術(shù)的大型農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備, 可在室內(nèi)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制下進(jìn)行各項(xiàng)農(nóng)田作業(yè), 完成諸如精準(zhǔn)播種、施肥、除草、采收、畜禽精準(zhǔn)投料飼喂、奶牛數(shù)字化擠奶臺(tái)等多項(xiàng)功能。如Gerhards和Oebel利用2年時(shí)間研究了甜菜、玉米、冬小麥、冬大麥、冬油菜和春大麥的田間除草系統(tǒng), 該系統(tǒng)利用數(shù)字圖像分析、計(jì)算機(jī)決策和全球定位系統(tǒng)控制貼片噴霧進(jìn)行雜草在線檢測(cè)。Philipp等用數(shù)碼相機(jī)拍攝甜菜田間圖像, 利用程序和參數(shù)處理不同的圖像來計(jì)算單、雙子葉植物和植物區(qū), 實(shí)現(xiàn)了精確農(nóng)作的自動(dòng)雜草制圖。
4 日本的適度規(guī)模經(jīng)營(yíng)型精細(xì)化農(nóng)業(yè)模式
日本屬典型的人多地少國(guó)家。為應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)資源環(huán)境與人口的約束, 日本積極利用現(xiàn)代信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的便利, 重點(diǎn)推進(jìn)現(xiàn)代信息與通訊技術(shù)在家庭農(nóng)場(chǎng)作業(yè)中的應(yīng)用, 逐步形成了較為成熟的“日本型”適度規(guī)模經(jīng)營(yíng)型精細(xì)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式, 并進(jìn)入“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段, 成為世界上先進(jìn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的代表之一, 以輕便型智能農(nóng)機(jī)具為特征的日式精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)更成為世界典范。
日本在“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的應(yīng)用, 主要包括農(nóng)用車輛作業(yè)引導(dǎo)系統(tǒng)、田間土壤簡(jiǎn)易分析裝置、土壤采集裝置、作物生長(zhǎng)發(fā)育信息測(cè)定裝置和糧食收獲信息測(cè)定裝置。如Nagasaka等基于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全球定位系統(tǒng)、方向傳感器和制動(dòng)器開發(fā)了自動(dòng)六排水稻插秧機(jī), 極大提高了水稻種植效率。因其土地規(guī)模較小, 如何利用精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)情報(bào)來實(shí)現(xiàn)田間病蟲害的控制防治、施肥管理和收獲預(yù)測(cè)成為日本小規(guī)模精細(xì)化農(nóng)業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)。Noguchi利用遙感無人機(jī)和監(jiān)測(cè)站點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)小麥生長(zhǎng)狀況, 基于逐步回歸模型, 繪制小麥產(chǎn)量圖, 實(shí)現(xiàn)小麥產(chǎn)量監(jiān)測(cè)。
為解決農(nóng)戶精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用成本高、農(nóng)戶經(jīng)營(yíng)分散等問題, 日本在推進(jìn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)過程中形成了由農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體與技術(shù)平臺(tái)共同作用的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)共同體,該主體擔(dān)負(fù)著與農(nóng)戶組織化, 日本農(nóng)協(xié)或者其他各自治主體合作的核心工作。技術(shù)平臺(tái)則是以開發(fā)導(dǎo)入精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的企業(yè)和從事農(nóng)產(chǎn)品銷售的企業(yè)為主體的市場(chǎng)主體, 可為農(nóng)戶提供先進(jìn)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù), 并促進(jìn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的普及與利用。
2004年農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)被列入日本E-Japan計(jì)劃, 截至2014年, 全日本已有一半以上農(nóng)戶選擇使用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。日本政府提出, 到2020年, 受益于生產(chǎn)效率和流通效率的提高, 其農(nóng)作物出口額有望增長(zhǎng)至1萬億日元, 同時(shí)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將達(dá)到580億至600億日元規(guī)模, 農(nóng)業(yè)云端計(jì)算技術(shù)的運(yùn)用占農(nóng)業(yè)市場(chǎng)的75%。此外日本政府還計(jì)劃在10年內(nèi)以農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)為信息主體源, 普及農(nóng)用機(jī)器人, 預(yù)計(jì)2020年農(nóng)用機(jī)器人的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到50億日元。
韓國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)技推廣中的廣泛應(yīng)用, 即通過利用遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)推廣農(nóng)業(yè)技術(shù)以培養(yǎng)新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體。如在植物保護(hù)領(lǐng)域, 病蟲資料收集和發(fā)布基本實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化, 推廣和科研專家可以通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)召開病蟲害會(huì)商。其中,由韓國(guó)農(nóng)村振興廳建立的“國(guó)家-省-農(nóng)場(chǎng) (農(nóng)戶) ”三級(jí)網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)場(chǎng)管理遠(yuǎn)程咨詢系統(tǒng)、農(nóng)場(chǎng)咨詢系統(tǒng)和涉農(nóng)技術(shù)中心網(wǎng)站等, 成為農(nóng)民獲取信息服務(wù)的重要載體, 提高了技術(shù)水平和信息選擇能力。
據(jù)統(tǒng)計(jì), 韓國(guó)政府利用Internet會(huì)議系統(tǒng)實(shí)施農(nóng)村夜校教育計(jì)劃, 每年完成1萬名農(nóng)民的教育培訓(xùn)。此外, 農(nóng)業(yè)技術(shù)信息數(shù)據(jù)庫、農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境信息系統(tǒng)和農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)境信息系統(tǒng)等均為農(nóng)民提供了個(gè)性化的實(shí)用技術(shù)和農(nóng)村生活等信息。在服務(wù)模式創(chuàng)新上, 韓國(guó)還注重為地方特色產(chǎn)品提供電子商務(wù)服務(wù), 以農(nóng)林水產(chǎn)信息中心為主體,建立了多個(gè)具有一定規(guī)模的農(nóng)業(yè)電子商務(wù)交易平臺(tái), 有效拓寬了特色優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的流通渠道。
6 印度的軟件產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)型信息服務(wù)模式
印度是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó), 其人口眾多, 勞動(dòng)力極其豐富, 而土地資源相對(duì)不足。為了解決耕地過于分散的問題, 印度政府通過制定調(diào)整土地、發(fā)展合作組織和擴(kuò)大土地經(jīng)營(yíng)規(guī)模等政策使農(nóng)民的所有資源得以充分利用。印度農(nóng)業(yè)信息化起步較晚, 目前, 印度人均信息基礎(chǔ)設(shè)施水平比世界人均水平還要低, 電話普及率為4%, 僅有5%的農(nóng)民擁有電腦。但是印度軟件業(yè)呈高速發(fā)展態(tài)勢(shì), 為農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展注入了活力。
當(dāng)前, 印度“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域是市場(chǎng)領(lǐng)域, 主要表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)行情信息系統(tǒng)和價(jià)格預(yù)測(cè)系統(tǒng)在農(nóng)民群體中得到廣泛應(yīng)用。其中由印度國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品行銷協(xié)會(huì)與卡納塔克邦農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)銷部聯(lián)合研發(fā)的農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格監(jiān)測(cè)預(yù)警應(yīng)用系統(tǒng),通過安裝數(shù)據(jù)庫和統(tǒng)計(jì)軟件, 結(jié)合經(jīng)濟(jì)學(xué)模型將多種參數(shù)、多套數(shù)據(jù)植入價(jià)格預(yù)測(cè)中, 為農(nóng)民提供實(shí)時(shí)和未來一個(gè)階段的農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格預(yù)測(cè)分析趨勢(shì)報(bào)告,提升了農(nóng)產(chǎn)品供銷市場(chǎng)的透明度, 降低了廣大農(nóng)民因價(jià)格變動(dòng)帶來市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。
對(duì)于農(nóng)業(yè)信息產(chǎn)業(yè)的下游產(chǎn)業(yè), 如農(nóng)業(yè)智能裝備產(chǎn)業(yè), 印度十分重視外資的利用和國(guó)際交流合作, 并使之成為農(nóng)業(yè)與農(nóng)機(jī)裝備接受外援?dāng)?shù)量最多第三世界國(guó)家。總體來看, 印度農(nóng)業(yè)信息化主要依賴農(nóng)業(yè)信息軟件服務(wù)業(yè)來推進(jìn), 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的應(yīng)用處于探索起步階段, 政府是主要的推動(dòng)主體。
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