科技赋能乡村发展系列专题报告

科技赋能乡村发展系列专题报告 数字科技赋能乡村产业发展 图片来源：中国科学院 科技赋能乡村发展系列专题报告 数字科技赋能乡村产业发展 前言 全球新冠肺炎疫情为各国确保粮食安全和农业生产带来了极大的挑战。联合国发布的最新报告[1] 显示，2021年全球受饥饿影响的人数已达8.28亿，自新冠肺炎疫情暴发以来累计增加1.5亿。 疫情下中国涌现出的云学校、无人机喷洒农药、直播带货助销农产品等实践做法，充分显示出科技助力乡村发展的中国智慧。如何以科技赋能乡村发展，缩减“数字鸿沟”、培育高素质的新型农民、为粮食安全保驾护航，中国做出了许多有益探索，也给全世界向数字经济驱动的农村转型带来了重大启示。 “科技赋能乡村发展”专题研究由联合国粮农组织驻华代表处、国际农业发展基金驻华代表处、联合国世界粮食计划署中国办公室、联合国可持续农业机械化中心、中国互联网新闻中心联合发起。旨在梳理总结科技赋能乡村的发展趋势，挖掘各地涌现出的鲜活案例、典型经验，特别是具有可持续性和借鉴意义的创新做法。通过深度调研、专题报告、媒体报道、论坛研讨、优秀案例展示等多种形式，推广科技赋能乡村发展的中国方案，通过知识分享推动发展中国家经验交流。 本年度的专题报告由联合国粮农组织驻华代表处、国际农业发展基金驻华代表处、联合国世界粮食计划署农村发展卓越中心、联合国可持续农业机械化中心、中国互联网新闻中心会同阿里研究院、中国普惠金融研究院联合编纂，聚焦数字科技赋能乡村产业发展的实用新型技术和最新实践。 第一章政策回溯 农业是国民经济的基础，农村经济是现代化经济体系的重要组成部分。中国的“乡村振兴”战略是对农村脱贫攻坚工作的衔接、巩固与深化，也是为建设现代化经济体系、实现第二个百年奋斗目标提出的重要任务。而“数字乡村”是乡村振兴战略的重要内容和战略方向。 1.1从“网络扶贫行动”到“数字乡村战略” 2014年底电商扶贫被纳入精准扶贫十大工程，2015年起电子商务进农村综合示范开始实施。 2016年10月，《网络扶贫行动计划》[2]印发，其中， “网络覆盖工程”和“农村电商工程”有效补 齐了偏远农村地区的通信和物流基础设施短板；“网络扶智工程”为农村地区培养了一批能够使用互联网工具学习、工作的网络用户；“信息服务工程”为农村地区建设了民生保障网络，积累下海量的扶贫大数据；“网络公益工程”丰富了城乡之间的沟通渠道； 此外，精准扶贫十大工程在致富带头人创业培训、扶贫小额信贷等多个方面，为实施数字乡村战略打下了基础。 1.2“数字乡村战略”的提出和细化 2018年《关于实施乡村振兴战略的意见》 要求“实施数字乡村战略，做好整体规划设计，加快农村地区宽带网络和第四代移动通信网络覆盖步伐，开发适应‘三农’特点的信息技术、产品、应用和服务，……弥合城乡数字鸿沟[3]。” 2019年《数字乡村发展战略纲要》将“数字乡村”定义为“伴随网络化、信息化和数字化在农业农村经济社会发展中的应用，以及农民现代信息技能的提高而内生的农业农村现代化发展和转型进程[4]”。为数字乡村战略的实施划定了“四步走”计划，力图“到本世纪中叶，全面建成数字乡村，助力乡村全面振兴，全面实现农业强、农村美、农民富的战略目标”。 2022年《数字乡村标准体系建设指南》[5]，划定了从基础与通用标准、数字基础设施标准、农业农村数据标准、农业信息化标准、乡村数字化标准、建设与管理标准、安全与保障标准等7个方面的国家标准。 1.3“数字乡村战略”内容 数字乡村主要涉及三个方面： 增强数字乡村基础设施和物流基础设施； 推进农村相关产业的数字化转型，扩展数字技术在农村的应用场景； 数据增强乡村治理能力，为动态研判、实施监管提供支撑； 行政通村宽、带脱率贫村 100% 通行政4G村比通例光均纤超、 99% 截止2021年底 截止2021年底，中国行政村、脱贫村通宽带率100%，行政村通光纤、通4G比例均超过99%，农村地区互联网普及率提升到57.6%，城乡地区互联网普及率差异缩小11.9个百分点。 快递进村比例已超 收投快递包裹总量370亿件 80% 网络零售额达2.05万亿元 农产品网络零售额达 4221亿元 截止2021年底，中国建制村快递进村比例已超过 80%，全年农村地区收投快递包裹总量370亿件，带动农产品出村进城和工业品下乡进村超1.85万亿元，全国农村网络零售额达2.05万亿元，农产品网络零售额达4221亿元。 本报告将由三部分内容构成，分别聚焦数字技术近年来 在农业生产、小农价值链发展和农村电商、以及农村数字化金融服务等方面的应用。通过案例分析，向面临农业农村转型的其他发展中国家分享中国经验。 第二章：农业生产的科学技术创新 2.1综述 智能农业解决方案正在优化生产，通过降低成本提高生产力，提供更好的市场机会，增加价值链的可追溯性。电子农业平台和应用程序正在将研究人员、推广人员和其他生态系统的参与者联系起来，以完善知识获取渠道，促进农民实施可持续的农业或畜牧业管理实践。 本部分集中关注在农业生产中，信息通信技 术介入农业价值链的可能性，介绍了两个方面的科技创新和中国的案例。第一部分是数字化农机技术发展与应用现状，分享了智能农机装备在水稻生产过程中的应用实践与发展趋势，覆盖水稻生产耕、种、管、收全过程。第二部分是精准农业的技术现状，分享了中国在花卉、茶叶和水产养殖等领域的应用实践。最后结合联合国机构在中国和亚太区域开展的相关工作，展望了如何通过南南合作进一步释放农业生产科技创新的潜力，助力其他发展中国家的粮食农业体系可持续转型。 2.2农业生产案例 正如联合国粮农组织在《亚洲和太平洋地区扩大农业食品链的包容性创新》[6]一文所总结，农业无人机和精准农业是两个重塑该地区农业的、基于数字的解决方案。包括农业无人机在内的数字化农机技术和精准农业等技术可以帮助农 民用更少的水、土地、能源和劳动力，生产更多的农产品。同时，这些技术有助于保护生物多样性和减少碳排放。 2.2.1数字化农机技术 1.数字化农机技术发展与应用现状 在农业机械上运用的先进数字信息化技术主要包括智能感知、卫星导航定位、自动导航驾驶、路径规划与复杂轨迹复用等。目前相关技术研究与应用情况大致如下： （1）智能感知技术 智能感知技术包括机外感知和机内感知。机外感知指对农机作业环境和对象信息参数的感知，包括作物生长及病虫草害信息感知、作业环境与障碍物信息感知等；机内感知指对农业装备自身的工作参数及作业状态参数的感知。农业装备机内共性参数包括发动机信息、动力输出信息、扭矩信息、滑转率、姿态信息、安全隐患信息等。目前，发动机、动力输出信息等可通过CAN总线按照ISO11783协议读出，姿态信息可采用北斗模块和陀螺仪获得，在中国的高端拖拉机和收割机上已基本得到加载应用，但扭矩信息和滑转率信息感知技术目前尚未成熟。 （2）卫星导航定位技术 卫星导航定位技术是目前农业机械应用最 为广泛的技术之一。将卫星定位信息与已有的地图系统进行算法结合，便可实现实时导航功能。目前应用在农业机械上的卫星导航自动驾驶系统，精度误差可控制在±2.5cm以内。国内高精度差分导航与定位技术基本通过国内三大运营商信号基站来提供RTK信号，可在全国大部分区域得到有效覆盖。据统计，截止2021年末，中国安装高精度卫星导航自动驾驶系统的农机已超过6万台，涵盖拖拉机、收割机、插秧机、植保机等众多机械类别[7]。 （3）自动导航驾驶技术 自动导航驾驶技术可以大幅度提高农业机械的作业质量和作业效率。为实现这一功能，需要农业机械按照卫星导航的路径进行自动调整姿态自主作业。以轮式农业机械为例， 当前实现的方法是利用姿态传感器、角度传感器感知车辆姿态、车轮转向角度，然后将卫星导航信息与农业机械当前的运用状态参数综合计算，通过液压或电控方向盘控制农机行走路线，从而实现自动驾驶作业。中国目前已将该技术广泛应用于旋耕机、播种机、插秧机、喷雾机和收获机等众多农业机械上，其中水田作业机械自 作业精度高、稳定性好、误差修正反应灵敏，可以极大地提高土地利用率，减低生产成本。研究表明，采用自动导航的农业机械作业，可提高作物产量2%-3%，减少肥料和农药用量5%-10%，降低生产成本5%-10%[8]。 （4）路径规划与复杂轨迹复用技术 路径规划与复杂轨迹复用技术具备作业路径自动规划能力是农业机械实现自动驾驶的前提。当前一般采用“S”形、“几”字形、“回”字形以及两者方式组合的路径进行作业。智能农机按照规划的路径进行作业后，轨迹上传至远程管理平台，可以利用平台数据进行轨迹复用。目前规则地块的全覆盖路径规划算法已经比较成熟，未来的研究方向是不规则地块及多障碍、多 动导航系统已居国际领先水平。特别 是大型地块区域作业过程中，由于其 2022年9月，中国科学院在黑龙江大河湾发布“鸿鹄”系列智能农机， 主驱电机功率达到300千瓦，搭配智能电控系统和智能无人驾驶作业系统，通过田间作业智能控制系统可实现全程智能化集群作业。 约束的全覆盖路径规划算法。 基于上述数字化技术，结合大数据分析和 农业专家决策系统，即可实现农机自主作业、精准作业和远程智能管理等功能。 案例一：智能农机装备在水稻生产过程中的应用实践与发展趋势 水稻行业的发展对可持续农业及农村发展和扶贫减困具有重要影响。在中国，水稻是播种面积最大、总产最多、单产最高的粮食品种，中国65%以上的人口以稻米为主食，中国的稻米产量占世界总产量近40%，位列世界第一。因此，对于中国而言，水稻种植具有重要的战略地位。中国农业机械化的发展起步于粮食作物尤其是水稻的生产过程，智能农机在水稻生产中的应用可以窥见数字农机技术在中国的发展。 国外自上世纪90年代就已经出现将卫星导航技术应用于农业机械进行生产的先例。中国智 能农机的发展起步较晚，始于2010年前后，但随着新一轮科技革命和产业变革的兴起，一批知名农机企业开始布局农机装备先进制造、农业物联网、农业大数据和农业机器人等先进领域。数字农机装备整机产品越来越丰富，功能越来越完善，性能越来越稳定。以水稻为例，目前已开发出智能拖拉机、智能水稻插秧机、智能植保机、智能水稻收割机等产品，可覆盖水稻生产耕、种、管、收全过程，应用范围正逐步扩大。 耕地方面：近年来，中国企业在智能拖拉机的创新发展中取得了突破性进展，相继研制出全无人智能拖拉机，具有自主路径规划、自主作业等功能，其关键运行参数可全程监控并在后台记录，并设有预警系统，可实现高效、稳定、安全地作业。未来智能拖拉机将朝两个方向发展：一是向大型无级变速（HMCVT）方向发展，以满足大型田块、重负荷作业场景的需求；二是向新能源方向发展，以达到越来越严格的碳排放要求。 播种/插秧方面：受气候条件、种植制度等因素的影响，中国的稻麦轮作区和双季稻区都面临“抢茬口”的问题，水稻的最佳播种期较短，适宜机插秧的秧苗叶龄期也短，并且插秧工作用工量大、劳动强度也大，智能水稻插秧机尤其是智能全无人插秧机便能在很大程度上解决这一问题。其可以自动规划路径、自主导航作业，只需要一人协助装载秧苗。并且作业质量较高，可保证插苗深度的一致性和行株距的可控性，从而达到合理的密植度和较高的成活率，实现高产。2019年中国研制成功国内第一款成熟的智能全无人插秧机产品，并已投入实际生产中。目前智 能插秧机的发展方向是由6行向8行发展，并普及卫星导航驾驶系统在普通插秧机上的装载应用。 植保方面：传统机械植保方式下药不离身、喷雾不均匀、极易喷洒过量，不仅对人身健康造成伤害，更会导致空气水土环境污染。而智能植保机械则能很好地克服这些问题。电动多旋翼飞行植保机作业速度快，对秧苗无损伤，且实现了人药分离。目前国内飞行植保机载荷能力已经发展到40L级别，部分的植保无人机已广泛用于各类作物的农药和液态化肥喷洒作业。中国已有6万多个农村使用了精准施药技术。智能自走式植保机是最近几年发展起来的一种智能机械，相对飞行植保机而言，其