中国农业信息化技术发展现状及存在的问题_陈威

第29卷第22期农业工程学报 V ol.29 No.22 196 2013年11月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Nov. 2013中国农业信息化技术发展现状及存在的问题陈威1，郭书普2※（1. 中国农业科学院农业信息研究所，北京 100081；2. 安徽省农业科学院情报研究所，合肥 230031）摘要：围绕农业传感器技术、精细农作技术、农业机器人技术、农业物联网技术和农业信息服务技术五大方面，对农业信息化前沿技术的发展态势进行了分析，同时探讨了中国农业信息化前沿技术发展存在的问题并提出了相应的建议。

研究表明，农业传感器技术是农业信息获取与信息化的基础，精细农作技术代表了当今农业装备的先进水平，农业机器人技术是未来农业智能装备的重要方向，农业物联网技术是农业监管与质量监控的有效手段，农业信息服务技术则愈来愈聚焦农业信息服务中的云存储、云计算、云服务和移动互联的关键技术问题。

关键词：农业，传感器，机器人，信息化，精细农作，物联网，农业信息服务，前沿技术doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2013.22.023中图分类号：S-1，S2 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2013)-22-0196-09陈 威, 郭书普. 中国农业信息化技术发展现状及存在的问题[J]. 农业工程学报，2013，29(22)：196－205.Chen Wei, Guo Shupu. Current situation and existing problems of agricultural informatization in China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(22): 196－205. (in Chinese with English abstract)0 引 言当今世界已经进入全面信息社会，中国政府已将农业信息化作为重大国策。

农业传感器技术、精细作业技术与智能装备、农业智能机器人技术、农业物联网技术与装备和农业信息服务技术等农业信息化前沿技术的研发与应用对于发展现代农业，优化农业产业结构，提升农业整体素质，创新农业经营模式，都具有重大而积极的意义。

中国农业信息化前沿技术的发展态势总体来说是好的，但是与国际比较仍然有较大差距，存在一些问题需要研究解决。

1 农业信息化前沿技术以农业生物技术和农业信息技术等为代表的农业前沿技术迅猛发展，促使世界农业生产和经济格局发生巨大变化，正在催生一批战略性新兴产业，并成为各国战略竞争的焦点。

农业信息技术所涵盖的范围很广[1-6]，但是就其前沿发展方向而言，主要包括先进农业传感器技术、精细作业技术与智收稿日期：2013-08-04 修订日期：2013-10-18基金项目：国家自然科学基金项目（61003263）；国家“十二五”科技支撑重点项目（2012BAH20B04）；国家科技支撑项目（2009BAC4B02）; 农业部项目“农业信息监测预警与信息化”资助。

作者简介：陈 威（1981－），助理研究员，主要从事农业信息化研究。

北京中国农业科学院农业信息研究所，100081。

Email: chenwei@※通信作者：郭书普（1959－），研究员，主要从事农业信息化研究。

合肥安徽省农业科学院情报研究所，230031。

Email: guoshupu@ 能装备、农业智能机器人技术、农业物联网技术与装备和农业信息服务技术等五大关键技术部分。

1.1 先进农业传感器技术对应于农业生产的多样性特点，先进农业传感器技术也发展形成了一个种类繁多的庞大技术领域。

根据检测对象的不同，可以将先进农业传感器技术划分为两大类——生命信息传感器技术和环境信息传感器技术。

1.1.1 生命信息传感技术生命信息传感技术是指对动、植物生长过程中的生理信息、生长信息以及病虫害信息等进行检测的技术，如检测植物中的氮元素含量、植物生理信息指标、农药化肥等化学成分在植物上的残留现象等[7-8]。

先进传感器技术改变了原有的人工检测识别模式，引入了各种先进传感手段，包括光谱技术、机器视觉技术、人工嗅觉技术、痕量感知技术等[9-12]，使植物生命信息探测方式进一步向着数字化、精细化和快速化的方向发展。

1.1.2 环境信息传感技术环境信息传感技术主要是对关系动、植物生长的水、气等环境因素行传感检测的技术。

目前环境信息的检测重点集中在作物土壤环境检测和动物饲养环境气体检测环节[13-15]。

综合对环境信息进行快速检测和评估，并利用评估结果直接应用于植物生长管理的研究[16-19]，也是环境信息传感技术的重点前沿方向。

1.1.3 生物、环境综合信息检测技术现有的生物、环境信息检测技术，大都基于检第22期陈威等：中国农业信息化技术发展现状及存在的问题197测对象的静态属性，不能用于实时、动态、连续的信息感知传感与监测，不能适用于现在农业信息技术的实时动态无线传输和后续综合应用系统平台的开发。

现阶段已经开发的植物[20]、土壤[13]和气体[9]信息感知设备，大多是基于单点测定和静态测定，不能适用于动态、连续测定，同时测定信息参数的无线可感知化和无线传输水平不高，还非常缺乏适用于农业复杂环境下的微小型、可靠性、节能型、环境适应性、低成本和智能化的设备和产品，难以满足农业信息化发展的技术要求。

1.2 精细作业技术与智能装备精细作业技术与智能装备是指将现代电子信息技术、作物栽培管理决策支持技术和农业工程装备技术等集成组装起来，用于精细农业生产经营[21]。

其主要目标是更好地利用耕地资源潜力，科学投入，提高产量，降低生产成本，减少农业活动带来的环境后果，实现作物生产系统的可持续发展。

目前中国农业装备研发和创新的技术储备严重缺乏，适用品种少、水平低、可靠性差，不能适应现代农业生产发展需要，而且也严重滞后于农业生产技术的发展。

从精细农业的未来发展来看，能够实现农田信息快速获取的机载田间信息采集技术、保证农机具实现精细作业的精细作业导航与控制技术、实现变量作业的决策模型与处方生成技术以及智能化的精细实施技术装备[22]，成为精细作业技术与智能装备领域研究的主要方面。

1.2.1 机载田间信息采集技术国外机载田间信息采集技术研究方面，信息采集主要采用接触式传感技术和非接触式遥感技术，已经出现了一批商品化的田间信息采集软硬件产品[6]，软件设计功能强大，尤其是在图形处理、可视化分析方面技术比较成熟，硬件设计上考虑到系统应用的实际环境，可满足机载或徒步采集的不同要求。

国内在农田空间信息快速采集技术领域已经积累了较丰富的理论基础和实践经验，已设计出便携式土壤养分测试仪、基于时域反射仪（TDR）原理的土壤水分及电导率测试仪、基于光纤传感器土壤pH值测试仪，并在作物病虫草害的识别、作物生长特性与生理参数的快速获取等方面开展了有益的探索[5,22-23]。

机载田间信息采集技术未来的发展趋势是结合新的物理化学原理及学科移植的方法，把相关领域的新理论和新技术融合到田间信息的采集技术研究中，研制成本低、精度高、响应性好的采集技术和传感器设备，开发集多种测量要素于一体的多功能车载田间采集设备，能够实现田间信息的快速在线采集，以提高数据采集效率，降低数据采集的成本。

1.2.2 精细作业导航与控制技术精细作业导航与控制技术[22]是精细农业智能装备技术的一个重要组成部分。

随着大功率、高速大幅宽作业机械的不断发展，人工驾驶难度增加，作业质量难以保证，需要借助自动控制技术保证作业机械按设计路线高速行驶和良好的机组作业性能。

导航技术能有效提高田间作业质量和效率，提高作业精度，减轻劳动强度[24]。

从国内外发展的现状来看，精细作业导航与控制技术的未来发展方向是结合GPS/GPRS技术在目标定位和数据传输的优点，将计算机技术，多传感器融合技术和数据通讯技术等集成，研究车载移动监控终端系统，实现终端监控功能[24-25]1.2.3 决策模型与处方生成技术国外决策模型与处方生成技术发展趋势表现为由局部性到系统化、由经验性到普适性、由智能化到数字化[26-27]。

在系统性上，将使模型内容与功能的深度和广度得到进一步加强，能综合用于作物生长系统的动态预测和农业生产系统的管理决策。

在适用性上，将尽量减少模型的输入条件，探索模型参数的数字化和规范化估算方法，同时提高模型的可靠性和精确性。

在数字化上，将注重作物生长系统和生产系统的综合量化和动态决策，结合3S 技术，开发基于生长模型和管理[25]模型的数字化决策支持平台[26,28-29]。

预期通过这样的努力，将进一步提高农作系统模型的完整性和可靠性，同时改善农作管理决策的动态性和广适性。

国内决策模型与处方生成技术的研究起步虽然较晚，但发展较快。

中国科学家日益重视农业信息关键技术和应用系统的研究与开发工作，特别是作物系统模型和生产管理专家系统的研究快速发展，并在区域农业生产系统分析和管理决策方面，发挥了重要的作用，取得了显著的社会经济效益[27,30]。

总的来看，国内已有的作物生长模型尚未在不同条件下得到广泛的检验和应用，而农业专家系统及决策支持系统大多具有明显的区域性和经验性，难以在全国大范围内推广应用[3,5]。

因此，今后的发展趋势将是在发展和完善作物生长模型的同时，着力增强作物系统模型的可靠性和实用性；同时实现农业专家系统知识体系的动态化和定量化表达，从而提升决策系统的广适性和数字化水平。

1.2.4 精细实施技术装备精细实施技术装备是精细作业技术得以有效实施和推广的重要载体，主要是包括应用在播种、灌溉、施肥、除草、喷药等生产环节的智能型农业装备[21-22,31]，能够实现定位变量作业。

发达国家农农业工程学报 2013年198业装备设计制造技术已趋于成熟，用于精细作业的智能装备迅速向大型、高速、复式作业、人机和谐与舒适性设计方向快速发展，国外先进智能农业装备已开始融合现代微电子技术、仪器与控制技术、信息技术，加速向智能化、机电一体化方向快速发展。

中国已经研制出了现代农业生产技术装备及配套生产管理技术[6]，形成了系列的智能农业机械化作业装备和高效的生产监控管理体系，各种电子监视、控制装置已应用于复杂农业机械上，光机电液一体化的信息、控制技术在农业装备中的应用，有效提高了农业装备的作业性能和操作性能。

智能装备技术在农业播种、灌溉、施肥、除草、喷药等生产环节中得到广泛应用，变量播种机、施肥机、施药机、联合收割机等高度智能化农业机械已逐步进入国际市场。