姜德文“智慧农业引领相关学科创新发展”-导读《塔里木大学学报》

科学技术是第一生产力，人才是当今世界生产力的核心要素。世界科技的比拼在什么方向，人才需求和培养热点在哪里，如果你关注过教育部对 全国高校新设专业 的目录表，你就会发现，“ 人工智能 ”专业是各类高校争先设立的专业，而农林类学科中“ 智慧农业 ”则是热门新专业，教育部 2019 年首次批准该专业，人才需求和培养方向可见一斑。 

作为志愿者到中国最西部的综合性大学 - 塔里木大学支教，学校 2020 年获批智慧农业专业，应学校学报之约，自选方向和题目，撰写了“智慧农业引领相关学科创新发展”一文，发表在《塔里木大学学报》 2022 年第 1 期，在此，通过导读方式，与业界、同行们做一交流。

一、为什么人工智能、智慧农业这么火  

当今中国及世界最新潮、最高频的 科技导语 ： 大数据、云计算、人工智能、互联网、物联网、区块链等现代信息技术与实体经济的深度融合 ，聚变出引领创新与发展的数字经济。它的影响与变革有多么深远，习近平总书记 2021 年 10 月在中央政治局数字经济专题集体学习会上指出“数字经济发展速度之快、辐射范围之广、影响程度之深 前所未有 ，正在成为重组全球要素资源、重塑全球经济结构、改变全球竞争格局的 关键力量 ”，强调“充分发挥海量数据和丰富应用场景优势，促进数字技术与实体经济深度融合，不断做强做优做大我国数字经济”。

智慧农业是具有广泛应用场景、与信息技术深度融合的数字经济新方向，中国《“十四五”数字经济发展规划》中，将 智慧农业、智慧水利列入国家重点行业数字化转型提升工程 ，也是当前和未来，农业领域、水利行业热点研究与发展方向。

什么是智慧农业，国家农业信息化工程技术研究中心主任、中国工程院院士赵春江认为：智慧农业是以信息和知识为核心要素，通过互联网、物联网、大数据、人工智能和智能装备等现代信息技术与农业跨界融合，实现农业生产全过程的信息感知、定量决策、智能控制、精准投入、个性化服务的全新农业生产方式，是农业信息化发展从数字化到网络化再到智能化的高级阶段。

智慧社会的工作基础是数字化，实现的路径是网络化，技术支撑是智能化。

人工智能是数字技术的核心之一，也是水土保持领域的迫切需要，我们要积极取得突破与应用，为此，自己撰写并在 《水土保持学报》 2021年第4期发表了“人工智能对水土保持信息化监管技术支撑”一文，开展前沿探索。

  二、数字技术支撑智慧农业的三大关键技术是什么  

通常所说的智慧农业是广义的农业，不仅包括传统的农作物生产、经营、管理，也涵盖了果业、林业、园艺、草业、畜牧养殖业与加工业、食品加工与生产业，以及生态保护与建设等涉农各领域，从种植、养殖、病虫害与疫病防治，生产过程中的水、土、肥、药等全要素管理，机械化自动化种植、施药、收获、仓储 ，到加工、产品销售，以及外部气象、土壤、环境状况等全链条、全覆盖的动态监测、传输、集成等智慧化。

智慧农业的三大核心技术：

一是 广泛而精准的万物感知 。信息感知是智慧农业的前提和基础，只有实现了万物感知，具有快捷、精准获取诸多相关信息源的感知系统，决策、管理才能科学、高效。大数据正在成为现代农业的新农资。

天上的：云团、降水、光照、空气温度、湿度、风力风向等实时气象数据；

地上的：作物、果树、林木、牧草等发芽、生长、抽穗、开花、长势、植物体内水分、长势、是否缺肥、果实饱满度、色泽、病虫害等实时感知信息；

地下的：地表温度、土壤温度、水份、土壤肥力状况等植物生长所需要的实时感知信息；

设施：各类农机的位置、使用正常状况、自动导航与控制、自动驾驶，无人机状况，滴灌喷灌设施状态、自动控制等实时感知信息；

各类时空感知信息......

 

二是丰硕的研究 成果支撑智能决策 。 智慧决策需要科学知识和研究成果的支持， 在获取了万物感知的海量数据基础上，结合多年的农业、林业、果业、畜牧业等农业生产研究成果，形成计算机可分析、会判断、能决策的智慧与指令，实现自动诊断、分析、决策。例如长期积累的、实践证明是成功的耕地质量评价、林业立地条件分析、水资源承载力分析、土地承载力及生产力评价等研究成果，加上万物感知到的区域或地块的水、土、气、生等自然与环境条件大数据，科学、智能诊断土地的适宜性，科学决策种植方向、品种等。

再如设施农业，大数据实时感知，在水、肥定量的前提下，进行多要素最优调控，优化温度、湿度、二氧化碳、光照等控制，实现设施蔬菜、果品的优质、高产、高效生产，等等。以往的研究成果要支撑智慧农业，就需要将其转换为程序化、标准化，可判别、可操控的指令，通过全过程、全要素感知的信息，由系统智能分析、判断，做出科学决策。当遇到非常规的特殊情况时，由专家团队做线下智慧支撑，判断与决策。

三是 全链条智能控制与管理 。智慧农业要靠计算机大脑控制生产全过程，各类传感器、控制器、计算机、手机、触摸屏、信息系统、移动终端、PC终端、手机APP等，都要做到自动控制、自动完成电子指令，还要做到远程监测、控制、手机端监控，可视化人机交互。

有了智慧农业的上述三大支柱，种什么品种，什么时间种植，智能实施机械化自动播种，什么时间需要灌溉、施肥、打药，用量、方法等，万物感知与智能平台将科学、精准实施，什么时间收获，智能平台实施自动化作业，直至仓储，全过程、全方位智能化、自动化、精准化。

可以说， 智慧农业只靠一部智能手机，依托万物感知、AI技术，无论你在世界的任何地方，生产管理均控制自如 。

  三、智慧农业引领相关学科发展  

2019年“智慧农业”正式成为我国高等教育的一个新专业，它既是一门应用学科，更是一个创新、引领相关科学技术发展的学科。从智慧农业的三大技术可以看出，智慧农业具有显著的多学科交叉的特点，智慧农业专业以农业科学为基础（包括农业、林业、果业、畜牧及加工业、水利等），紧密结合生物技术、信息技术、工程技术等现代高新科技，成为一门多学科交叉融合的新型学科。

1、多学 院多专业协同，构建智慧农业学科体系

无论是智慧农业的万物感知，还是智能决策，以及智能控制与管理，都需要许多学院、相关专业、基础与专业课程的协同、创新。从塔里木大学来看，综合性大学建设智慧农业具有良好的资源和条件，涉及到农学院、园艺与林学学院、动物科学与技术学院、生命科学与技术学院、食品科学与工程学院、机械电气化工程学院、信息工程学院、水利与建筑工程学院等多个学院，所需专业知识涉及到机械设计制造与自动化、机械电子工程、车辆工程、电气工程及自动化、农业机械化与自动化、农业电气化、通信工程、自动化、计算机科学与技术、网络工程、物联网工程等专业，以及应用领域的农学、林学、园林、园艺、植物保护、种子科学与工程、设施农业科学与工程、农业资源与环境、动物科学、动物医学、水产养殖学、草业科学、水利等等专业，还有遥感、3S技术应用等密切相关的课程。

  

 

2、智 慧农业教学与人才培养

从智慧农业学科和应用角度，要加快智慧农业专业的基础课、专业基础课、专业课学科体系建设，各相关学院、相关课程不能简单按原教学大纲授课和实践，应紧紧围绕支撑智慧农业，调整和加强相关知识、技术学习，特别是现代农业果业生产学、现代育种学、智能农机装备与运用、遥感监测、农业物联网、农业人工智能、智能控制等，以及各类监测设施设备、传感仪器设备、遥感自动识别、信息系统开发与应用、信息自动收集、传输、集成、分送，AI识别病虫害与作物果树长势等等，形成面向智慧农业的现代信息技术专业知识体系和课程构架。

3、 智慧农业的广泛实践推动着学科发展

农业现代化是中国新四化（工业化、城镇化、信息化、农业现代化）的重要方向，据统计2020年全国注册智慧农业企业达3006家，分布广泛、类型多样的实践案例，推动着智慧农业学科与技术的发展。

如果你对智慧农业没有多少认知与感受，从央视网搜索“智慧农业”，就会看到有上千条新闻和专题报告，南方高品质柑橘种植，知名的褚橙数字化精准灌溉节水增产，新疆喀什无人驾驶精准高效种植棉花，内蒙古智能高效种植土豆，黑龙江无人插秧机精准作业智能控制，江西智能管控有机茶产业园，广东惠州水肥一体智能管理，云南智慧农业咖啡产业园，各地设施农业蔬菜水果高效产业园，宁夏优质肉鸡智能养殖示范，一个企业管理12万亩种植玉米、小麦、大豆、向日葵的农场，只用14个经营管理人员，建成无人化农场，等等。