中国大田作物智慧种植目标、关键技术与区域模式

2022 年 12 月 第 4 卷 第 4 期 智 慧 农 业 （ 中 英 文 ） Smart Agriculture Dec. 2022 Vol. 4, No. 4
doi ： 10.12133/j.smartag.SA202207003
中 国 大 田 作 物 智 慧 种 植 目 标 、 关 键 技 术 与 区 域 模 式

1 2 1 2 1 ， 2
李 莉 ， 李 民 赞 ， 刘 刚 ， 张 漫 ， 汪 懋 华
（1. 中 国 农 业 大 学 农 业 农 村 部 农 业 信 息 获 取 技 术 重 点 实 验 室 ， 北 京 100083 ； 2. 中 国 农 业 大 学 智 慧 农 业 系 统 集
成 研 究 教 育 部 重 点 实 验 室 ， 北 京 100083 ）
摘 要 ： 大 田 作 物 智 慧 种 植 业 是 智 慧 农 业 的 重 要 内 容 。 本 文 通 过 分 析 智 慧 农 业 发 展 历 程 ， 明 确 了 大 田 作 物
智 慧 种 植 业 发 展 战 略 总 体 目 标 和 重 点 任 务 ， 凝 练 出 关 键 技 术 ， 有 针 对 性 地 提 出 适 宜 中 国 区 域 特 征 的 发 展 模
式 。 大 田 作 物 智 慧 种 植 的 关 键 技 术 面 临 的 主 要 挑 战 有 ： 缺 乏 原 位 精 准 测 量 技 术 与 农 业 专 用 传 感 器 ， 作 物 模
拟 模 型 与 实 际 生 产 有 较 大 差 别 ， 信 息 传 输 技 术 的 实 时 性 、 可 靠 性 、 通 用 性 和 稳 定 性 有 待 改 进 ， 智 能 农 业 装
备 还 需 要 进 一 步 解 决 好 农 机/ 农 艺 相 结 合 问 题 。 在 以 上 分 析 基 础 上 ， 提 出 了 大 田 作 物 智 慧 种 植 关 键 技 术 的 5
个 一 级 技 术 以 及 相 应 的 18 个 二 级 技 术 。5 个 一 级 技 术 包 括 环 境 与 生 物 信 息 感 知 技 术 、 信 息 移 动 互 联 与 农 业 物
联 网 技 术 、 云 计 算 与 云 服 务 技 术 、 大 数 据 分 析 与 决 策 技 术 、 智 能 农 机 装 备 与 农 业 机 器 人 技 术 。 根 据 中 国 种
植 业 区 域 特 色 提 出 了 相 应 的 6 种 智 慧 农 业 发 展 区 ， 即 东 北 与 内 蒙 古 规 模 化 智 慧 生 产 发 展 区 ， 京 津 冀 鲁 智 慧 都
市 农 业 与 节 水 农 业 发 展 区 ， 西 北 旱 区 棉 花 规 模 化 智 慧 种 植 和 旱 作 智 慧 农 业 绿 色 发 展 综 合 试 验 区 ， 东 南 沿 海
循 环 型 水 稻 智 慧 种 植 业 综 合 发 展 试 验 区 ， 长 江 中 下 游 平 原 智 慧 粮 油 优 化 发 展 区 ， 以 及 西 南 山 区 智 慧 特 色 农
业 发 展 区 。 最 后 从 基 础 设 施 建 设 、 技 术 、 人 才 和 政 策 角 度 给 出 了 发 展 建 议 。
关 键 词 ： 智 慧 种 植 ； 感 知 技 术 ； 物 联 网 ； 智 能 农 机 装 备 ； 无 人 农 场 ； 大 数 据 ； 移 动 互 联 ； 智 慧 农 业
中 图 分 类 号 ： S-1 文 献 标 志 码 ： A 文 章 编 号 ： SA202207003
引 用 格 式 ： 李 莉, 李 民 赞, 刘 刚, 张 漫, 汪 懋 华 . 中 国 大 田 作 物 智 慧 种 植 目 标 、 关 键 技 术 与 区 域 模 式[J]. 智 慧 农 业
( 中 英 文), 2022, 4(4): 26-34.
LI Li, LI Minzan, LIU Gang, ZHANG Man, WANG Maohua. Goals, key technologies, and regional models of smart
farming for field crops in China[J]. Smart Agriculture, 2022, 4(4): 26-34. (in Chinese with English abstract)
［2, 3 ］
下 提 出 的 引 领 农 业 可 持 续 发 展 的 新 理 念 。20
1 引 言
世 纪 90 年 代 初 中 期 ， 发 达 国 家 提 出 了 精 细 农 业
大 田 种 植 业 是 中 国 农 业 生 产 的 主 要 组 成 部
（Precision Agriculture ） 概 念 ， 基 于 信 息 技 术 推 进
分 。 由 于 人 口 多 、 耕 地 面 积 相 对 较 少 ， 从 保 证 粮
［4 ］
农 业 生 产 经 营 信 息 化 与 可 持 续 发 展 。 在 精 细 农
食 安 全 角 度 出 发 ， 中 国 政 府 一 直 把 粮 食 生 产 放 在
业 发 展 基 础 上 的 智 慧 农 业 是 现 代 信 息 技 术 与 农 业
农 业 主 要 地 位 。2021 年 全 国 粮 食 总 产 量 约 为68,285
的 深 度 融 合 ， 不 仅 需 要 有 更 快 捷 、 准 确 度 更 高 、
万 吨 ， 比 2020 年 增 加 1336 万 吨 ， 增 长 了 2.0% 。
成 本 更 低 廉 和 多 元 化 信 息 共 享 服 务 机 制 的 支 持 ，
其 中 谷 物 产 量 63,276 万 吨 ， 比 2020 年 增 加 1602
［1 ］
还 要 综 合 不 同 地 区 农 业 与 生 物 资 源 、 环 境 、 生 态
万 吨 ， 增 长 了 2.6% 。
智 慧 农 业 是 在 新 一 代 信 息 技 术 飞 速 发 展 背 景 和 社 会 经 济 条 件 进 行 分 析 ， 同 时 善 于 用 生 产 管 理
收 稿 日 期 ：2022-07-07
基 金 项 目 ： 中 国 工 程 院 重 大 咨 询 研 究 项 目 （2019-ZD-5 ） ； 中 国 农 业 大 学 中 央 高 校 基 本 科 研 业 务 费 （2022TC053 ）
作 者 简 介 ： 李 莉 （1978 － ） ， 女 ， 博 士 ， 副 教 授 ， 研 究 方 向 为 智 慧 农 业 信 息 获 取 与 系 统 集 成 。E-mail ：[e-mail]

通 信 作 者 ： 李 民 赞 （1963 － ） ， 男 ， 博 士 ， 教 授 ， 研 究 方 向 为 智 慧 农 业 系 统 集 成 。E-mail ：[e-mail]. 4, No. 4 李 莉 等 ： 中 国 大 田 作 物 智 慧 种 植 目 标 、 关 键 技 术 与 区 域 模 式
27
者 的 智 慧 来 充 分 利 用 客 观 的 数 据 信 息 ， 做 出 科
2 大 田 作 物 智 慧 种 植 发 展 战 略 总 体
学 、 节 本 、 增 效 的 管 理 决 策 。2013 年 ， 联 合 国 粮
思 路
食 及 农 业 组 织 发 表 了 CSA-Climate-Smart Agricul ‐
［5 ］
ture 专 著 ， 详 尽 论 述 了 气 候 变 化 条 件 下 的 智 慧
2.1 　 总 体 目 标 　
农 业 发 展 途 径 。 之 后 ， 智 慧 农 业 ， 特 别 是 面 向 大
随 着 中 国 城 镇 化 和 劳 动 力 老 龄 化 的 加 剧 ， 劳
田 粮 食 作 物 的 新 的 农 业 理 念 在 世 界 范 围 内 迅 速 传
动 力 成 本 越 来 越 高 ， 农 业 面 临 着 “ 谁 来 种 地 ， 怎
播 、 发 展 。
样 种 好 地 ” 的 重 大 问 题 ， 以 及 大 田 作 物 质 量 效 益
近 年 来 ， 党 和 国 家 高 度 重 视 智 慧 农 业 的 发
不 高 、 国 际 竞 争 力 不 强 等 多 重 挑 战 。 现 代 信 息 技
展 。2021 年 中 央 一 号 文 件 《 中 共 中 央 、 国 务 院 关
术 能 够 为 大 田 种 植 提 供 前 所 未 有 的 新 动 能 ， 将 现
于 全 面 推 进 乡 村 振 兴 加 快 农 业 农 村 现 代 化 的 意
代 信 息 技 术 与 大 田 作 物 智 慧 生 产 深 度 融 合 ， 大 力
见 》 提 出 了 要 发 展 智 慧 农 业 ， 建 立 农 业 农 村 大 数
发 展 智 慧 种 植 业 已 成 为 重 要 国 家 战 略 之 一 。 实 现
据 体 系 ， 推 动 新 一 代 信 息 技 术 与 农 业 生 产 经 营 深
农 业 现 代 化 是 “ 两 个 一 百 年 ” 奋 斗 目 标 的 主 要 组
度 融 合 。 农 业 农 村 部 同 年 发 布 《 关 于 落 实 好 党 中
成 部 分 ， 大 田 作 物 智 慧 种 植 业 是 现 代 农 业 的 主 要
央 、 国 务 院 2021 年 农 业 农 村 重 点 工 作 部 署 的 实
发 展 方 向 之 一 。 大 田 作 物 智 慧 种 植 业 总 体 发 展 目
施 意 见 》 ， 提 出 要 加 强 高 标 准 农 田 建 设 、 打 好 种
标 为 ： 实 现 大 田 作 物 智 慧 生 产 过 程 “ 天 空 地 ” 一
业 翻 身 仗 、 大 力 推 进 农 业 机 械 化 、 强 化 农 业 科 技
体 化 多 源 精 准 感 知 、 智 能 装 备 精 细 作 业 、 智 慧 生
支 撑 服 务 、 加 快 发 展 智 慧 农 业 。2022 年 中 央 一 号
产 知 识 体 系 深 度 融 合 和 技 术 装 备 高 效 联 通 ， 建 设
文 件 《 中 共 中 央 、 国 务 院 关 于 做 好 2022 年 全 面
完 善 的 云 服 务 体 系 ， 使 大 田 种 植 产 业 智 慧 化 程 度
推 进 乡 村 振 兴 重 点 工 作 的 意 见 》 继 续 聚 焦 乡 村 振
进 入 国 际 产 业 技 术 先 进 行 列 。 构 筑 以 无 人 农 场 为
兴 ， 提 出 要 推 进 智 慧 农 业 发 展 ， 促 进 信 息 技 术 与
基 础 的 大 田 智 慧 种 植 业 技 术 体 系 ， 形 成 具 有 高 度
农 机 农 艺 融 合 应 用 。
智 能 化 水 平 的 大 田 种 植 生 产 决 策 管 理 与 服 务
社 会 、 经 济 的 发 展 和 国 内 外 形 势 的 变 化 对 中
体 系 。
国 大 田 作 物 生 产 提 出 了 更 高 的 要 求 ， 除 了 要 保 持
2.2 　 重 点 任 务 　
高 产 、 稳 产 ， 还 必 须 重 视 食 品 品 质 、 营 养 、 安
全 、 环 保 等 特 殊 要 求 。 智 慧 农 业 技 术 体 系 的 发
2025 年 是 第 十 四 个 五 年 计 划 收 官 之 年 ， 也 将
展 ， 为 新 时 期 健 康 发 展 大 田 作 物 生 产 ， 满 足 粮 食
是 “ 二 十 大 ” 后 初 见 成 效 之 年 ， 结 合 “ 两 个 一 百
安 全 和 国 民 经 济 发 展 需 求 提 供 了 技 术 支 撑 ， 此
年 ” 奋 斗 目 标 ，2035 年 是 从 “ 十 四 五 ” 初 期 距
外 ， 非 农 业 领 域 的 跨 界 技 术 应 用 也 为 智 慧 农 业 关
2049 年 新 中 国 成 立 一 百 年 的 中 点 ， 到 2049 年 时 ，
［6 ］
键 核 心 技 术 创 新 带 来 新 的 契 机 ， 因 此 研 究 大 田
要 基 本 实 现 现 代 化 ， 建 成 富 强 民 主 文 明 的 社 会 主
作 物 智 慧 种 植 发 展 战 略 非 常 必 要 。
义 国 家 的 伟 大 目 标 。 因 此 本 文 按 上 述 时 间 节 点 ，
智 慧 种 植 业 就 是 针 对 农 作 物 生 产 ， 集 成 应 用
瞄 准 农 业 农 村 现 代 化 与 乡 村 振 兴 战 略 的 重 大 需 求 ，
现 代 计 算 机 技 术 和 信 息 通 信 技 术 （Information
围 绕 大 田 种 植 业 的 总 体 发 展 目 标 ， 研 究 各 阶 段 的
and Communications Technology ，ICT ） 等 ， 通 过
重点 任 务 。
生 物 技 术 、 工 程 技 术 和 管 理 技 术 的 深 度 融 合 ， 实
（1 ） 至 2025 年 重 点 任 务 。 围 绕 实 现 大 田 作
现 农 作 物 生 产 过 程 的 精 准 感 知 、 定 量 决 策 、 智 能
物 生 产 自 动 化 、 信 息 化 、 智 能 化 （ 机 器 人 代 替 人
作 业 与 智 慧 服 务 ， 大 幅 提 高 土 地 产 出 率 、 资 源 利
力 ） 的 目 标 ， 重 点 开 展 大 田 生 产 提 质 增 效 关 键 技
用 率 和 劳 动 生 产 率 ， 全 面 提 升 农 产 品 质 量 效 益 和
术 创 新 与 发 展 研 究 。 加 快 推 进 农 业 专 用 传 感 技 术
促 进 种 植 业 可 持 续 发 展 。 在 大 田 种 植 领 域 的 应 用 ， 重 点 突 破 不 同 应 用 场 景智 慧 农 业 （ 中 英 文 ） Smart Agriculture Vol. 4, No. 4
28
下 的 传 感 稳 定 性 问 题 ， 形 成 稳 定 可 靠 的 感 知 设
3.1 　 存 在 的 挑 战 　
备 ， 打 造 具 有 农 业 特 色 的 先 进 传 感 器 品 牌 ， 建 设
从 发 展 大 田 作 物 智 慧 种 植 业 的 产 业 转 型 升 级
农 业 专 用 传 感 器 标 准 体 系 ， 促 使 农 田 信 息 感 知 技
和 高 质 量 发 展 的 需 求 出 发 ， “ 感 移 云 大 智 ” 还 存
术 发 生 重 大 变 革 ， 乡 村 振 兴 取 得 重 要 进 展 。
在 如 下 问 题 与 挑 战 。
（2 ） 至 2035 年 重 点 任 务 。 围 绕 实 现 大 田 种
（1 ） 在 信 息 获 取 技 术 方 面 ， 缺 乏 原 位 精 准 测
植 产 业 智 慧 管 理 、 智 能 生 产 、 智 慧 服 务 （ 机 器 代
量 技 术 与 农 业 专 用 传 感 器 。 大 田 种 植 业 由 于 其 作
替 人 脑 ） 的 目 标 ， 重 点 开 展 大 田 智 慧 种 植 关 键 技
业 环 境 受 到 气 象 环 境 和 地 域 差 异 性 影 响 非 常 大 ，
术 创 新 与 示 范 。 加 快 推 进 智 慧 农 业 技 术 和 智 能 控
而 且 作 业 具 有 农 时 限 制 较 大 等 因 素 ， 对 原 位 精 准
制 装 备 在 大 田 种 植 领 域 的 应 用 ， 重 点 突 破 全 领
测 量 技 术 有 迫 切 需 求 。 然 而 ， 大 多 科 研 成 果 仅 适
域 、 全 过 程 农 田 和 作 物 信 息 的 互 联 共 享 与 安 全 问
用 于 某 些 作 物 或 者 某 些 区 域 ， 缺 乏 普 适 性 ， 导 致
题 ， 形 成 稳 定 可 靠 的 全 国 大 田 耕 地 与 种 植 作 物 产
智 慧 农 业 发 展 所 依 赖 的 获 取 信 息 源 头 出 现 偏 差 ，
业 图 谱 ， 打 造 具 有 中 国 特 色 的 大 田 全 产 业 链 云 服
影 响 到 后 期 数 据 的 分 析 和 控 制 决 策 。
务 平 台 ， 建 设 大 田 农 业 专 属 智 慧 服 务 体 系 ， 促 使
（2 ） 在 信 息 传 输 技 术 方 面 ， 实 时 性 、 可 靠
国 家 粮 食 安 全 保 障 体 系 重 大 变 革 。 基 本 完 成 无 人
性 、 通 用 性 和 稳 定 性 还 有 待 改 进 。 农 业 生 产 环 境
农 场 技 术 体 系 的 构 建 ， 在 智 能 农 机 装 备 和 农 业 机 的 特 点 和 低 功 耗 传 感 器 的 技 术 需 求 对 农 业 物 联 网
的 数 据 传 输 提 出 了 实 时 性 、 可 靠 性 、 通 用 性 和 稳
器 人 的 支 撑 下 ， 实 现 农 业 生 产 工 厂 化 。
［7 ］
定 性 等 更 高 的 要 求 。 由 于 缺 乏 标 准 和 规 范 ， 物
（3 ） 至 2050 年 重 点 任 务 。 确 立 大 田 种 植 产
［8 ］
联 网 在 该 领 域 的 标 准 化 应 用 受 到 限 制 。
业 智 慧/ 智 能 生 产 体 系 的 目 标 ， 大 田 作 物 种 植 业
（3 ） 在 信 息 处 理 与 决 策 方 面 ， 模 拟 模 型 与 实
全 面 、 全 程 实 现 智 慧/ 智 能 化 ， 生 产 过 程 、 农 产
际 生 产 差 别 较 大 。 目 前 ， 在 大 田 智 慧 种 植 中 ， 农
品 品 质 可 调 可 控 ， 依 靠 智 慧 农 业 生 产 体 系 和 技
业 知 识 模 型 、 农 业 模 式 识 别 、 农 业 知 识 表 示 、 农
术 ， 彻 底 解 决 粮 食 安 全 和 食 品 安 全 问 题 。
业 病 虫 害 诊 断 机 器 学 习 等 方 面 都 取 得 了 显 著 进
［9, 10 ］
3 大 田 作 物 智 慧 种 植 关 键 技 术
展 。 但 部 分 模 型 、 算 法 还 不 足 以 全 面 反 映 客
［11-13 ］
观 现 实 ， 指 导 农 业 精 细 生 产 时 还 有 局 限 。 农
智 慧 种 植 业 是 信 息 经 济 时 代 基 于 新 一 代 ICT
业 大 数 据 技 术 目 前 面 临 的 挑 战 是 如 何 使 大 数 据 转
与 农 业 现 代 化 深 度 融 合 发 展 的 集 成 体 系 ， 其 技 术
化 为 便 于 农 民 接 受 和 使 用 的 智 能 数 据 ， 为 精 细 农
核 心 可 以 概 括 为 “ 感 、 移 、 云 、 大 、 智 ” 五 个 主
业 和 智 慧 农 业 的 研 究 与 实 践 提 供 知 识 支 撑 。
要 环 节 。 “ 感 ” 是 指 高 效 感 知 技 术 ， 包 括 农 业 信
（4 ） 在 智 能 农 业 装 备 应 用 方 面 ， 还 需 要 进 一
息 先 进 感 知 技 术 和 农 业 传 感 器 。 “ 移 ” 是 指 移 动
步 解 决 好 农 机/ 农 艺 相 结 合 问 题 。 农 业 的 作 业 对
通 信 和 移 动 互 联 技 术 ， 实 现 农 业 信 息 的 实 时 传 递
象 是 土 壤 、 动 植 物 等 有 系 统 组 织 结 构 和 生 物 活 性
和 农 业 生 产 的 实 时 调 控 。 “ 云 ” 是 指 云 计 算 和 云
的 客 体 ， 智 能 农 业 装 备 只 有 与 农 业 科 学 和 生 物 与
服 务 ， 支 撑 农 业 生 产 数 字 化 和 信 息 化 。 “ 大 ” 是
生 命 科 学 技 术 相 互 交 叉 、 渗 透 、 融 合 ， 才 能 满 足
指 大 数 据 技 术 ， 农 业 数 据 是 大 田 智 慧 种 植 业 的 基
现 代 农 业 生 产 工 艺 技 术 要 求 ， 农 机 与 农 艺 的 契 合
础 ， 农 业 大 数 据 技 术 是 智 慧 农 业 时 代 数 据 挖 掘 和
［14 ］
性 仍 需 进 一 步 挖 掘 。
大 数 据 应 用 的 工 具 。 “ 智 ” 包 括 智 慧 和 智 能 ， 例 如
3.2 　 关 键 技 术 　
大 田 种 植 智 慧 管 理 决 策 、 大 田 种 植 智 能 装 备 等 等 ，
是 智 慧 农 业 的 核 心 。 随 着 现 代 农 业 的 发 展 ， “ 感 移
“ 感 、 移 、 云 、 大 、 智 ” 是 大 田 作 物 智 慧 种
云大智”技术在智慧农业领域发挥着核心作用 。 植 业 技 术 体 系 的 关 键 环 节 ， 因 此 本 文 重 点 围 绕 这Vol. 4, No. 4 李 莉 等 ： 中 国 大 田 作 物 智 慧 种 植 目 标 、 关 键 技 术 与 区 域 模 式
29
五 个 环 节 开 展 了 智 慧 种 植 业 关 键 技 术 的 分 析 、 遴 服 务 技 术 、 大 数 据 分 析 与 决 策 技 术 ， 以 及 智 能 农 机
选 ， 最 终 确 定 了 5 个 一 级 技 术 以 及 相 应 的 18 个 二 装 备 与 农 业 机 器 人 技 术 。 大 田 作 物 智 慧 种 植 关 键 技
级 技 术 。5 个 一 级 技 术 是 环 境 与 生 物 信 息 感 知 技 术 清 单 思 维 导 图 如 图1 所 示 。
术 、 信 息 移 动 互 联 与 农 业 物 联 网 技 术 、 云 计 算 与 云
图 1 　 大 田 作 物 智 慧 种 植 领 域 关 键 技 术 清 单 思 维 导 图
Fig. 1 Mind map of key technologies list in the smart farming of filed crops
3.2.1 　 环 境 与 生 物 信 息 感 知 技 术 　 促 进 生 态 环 境 和 农 产 品 安 全 ， 以 及 对 于 中 国 粮 食
该 一 级 技 术 包 含 4 项 二 级 技 术 ： 土 壤 肥 力 信
贸 易 策 略 制 定 和 社 会 经 济 发 展 均 具 有 重 要 战 略
［25-27 ］
息 感 知 技 术 、 作 物 生 长 信 息 感 知 技 术 、 作 物 表 型
意 义 。
信 息 感 知 技 术 和 作 物 病 虫 害 信 息 感 知 技 术 。
3.2.2 　 信 息 移 动 互 联 与 农 业 物 联 网 技 术 　
土 壤 是 农 业 的 基 础 ， 现 有 的 现 场 快 速 检 测 设
该 一 级 技 术 包 含 3 项 二 级 技 术 ： 物 联 网 技
备 在 检 测 灵 敏 度 、 精 密 度 和 准 确 度 方 面 无 法 满 足
术 、5G 技 术 和 智 能 手 机 农 业 应 用 。
［15-18 ］
对 土 壤 多 参 数 原 位 快 速 检 测 的 需 求 ， 而 且 核 目 前 中 国 已 经 发 展 了 多 项 大 田 种 植 类 农 业 物
［28 ］
心 部 件 主 要 依 赖 进 口 。 因 此 ， 急 需 研 发 和 推 广 具 联 网 应 用 模 式 ， 包 括 水 稻 、 小 麦 、 玉 米 、 棉
有 自 主 知 识 产 权 的 土 壤 多 参 数 快 速 检 测 核 心 硬 件 花 、 果 树 和 菌 类 等 作 物 种 类 ， 形 成 的 应 用 模 式 包
和 集 成 技 术 。 括 智 能 灌 溉 、 土 壤 墒 情 监 测 和 病 虫 害 防 控 等 单 领
大 田 作 物 生 长 发 育 实 时 监 测 技 术 可 以 监 测 和
域 物 联 网 系 统 ， 也 包 括 涵 盖 育 苗 、 种 植 、 采 收 、
预 测 作 物 各 方 面 的 生 长 状 况 指 标 ， 对 于 作 物 的 田
仓 储 等 全 过 程 的 复 合 物 联 网 系 统 。
间 智 慧 管 理 、 产 量 预 测 、 品 质 检 测 和 采 收 等 具 有
基 于 5G 的 新 一 代 移 动 互 联 技 术 在 大 田 种 植
［19, 20 ］
［29-31 ］
切 实 的 指 导 意 义 。
中 发 挥 着 重 要 作 用 ， 利 用 5G 大 带 宽 、 低 时
作 物 表 型 组 学 的 测 量 目 标 多 为 常 见 的 粮 食 和 延 特 性 ， 可 实 现 农 机 的 无 人 化 作 业 ， 包 括 无 人 拖
经 济 作 物 ， 如 小 麦 、 玉 米 、 高 粱 、 大 麦 和 豆 类 拉 机 、 无 人 插 秧 机 和 无 人 收 割 机 等 。
等 ， 通 过 表 型 测 量 技 术 对 作 物 形 态 学 参 数 和 生 理
智能 手机 正在 逐渐 成为 重要 的现 代农 业装 备 ，
学 参 数 的 自 动 化 高 通 量 测 量 ， 为 作 物 的 智 慧 育 种
通 过 APP 完 成 农 田 信 息 获 取 、 农 业 机 械 操 控 以 及
［21-24 ］
以 及 智 慧 管 理 提 供 关 键 信 息 。
农 产 品 电 子 商 务 等 智 慧 农 业 生 产 相 关 的 功 能 。
作 物 病 虫 害 是 农 业 生 产 过 程 中 影 响 粮 食 产 量
3.2.3 　 云 计 算 与 云 服 务 技 术 　
和 质 量 的 重 要 生 物 灾 害 ， 对 病 虫 害 进 行 早 期 预 警 该 一 级 技 术 包 含 2 项 二 级 技 术 ： 大 田 作 物 与
和 防 控 对 减 少 农 业 化 学 药 剂 的 使 用 量 和 残 留 量 ， 环 境 模 拟 模 型 技 术 和 云 计 算 与 云 服 务 平 台 技 术 。智 慧 农 业 （ 中 英 文 ） Smart Agriculture Vol. 4, No. 4
30
作 物 生 长 模 型 是 根 据 作 物 品 种 特 性 、 气 象 条 机 技 术 的 成 熟 ， 为 电 动 农 业 装 备 的 发 展 提 供 了 基
件 、 土 壤 条 件 以 及 作 物 管 理 措 施 ， 采 用 数 学 模 型 础 条 件 。
方 法 描 述 作 物 光 合 作 用 、 呼 吸 作 用 、 蒸 腾 作 用 ， 灌 溉 、 收 获 、 水 肥 药 一 体 化 等 精 细 作 业 技 术
和 农 业 机 器 人 是 现 代 信 息 技 术 与 现 代 农 业 深 度 融
以 及 营 养 等 机 理 过 程 ， 可 以 准 确 模 拟 作 物 在 单 点
合 的 典 范 ， 推 动 农 业 生 产 向 优 质 、 高 产 、 低 污
尺 度 上 生 长 发 育 的 时 间 演 进 以 及 产 量 的 形 成 动 态
［32 ］
染 、 节 水 、 节 能 、 智 能 和 现 代 化 方 向 发 展 。
过 程 。
无 人 农 场 是 在 人 不 进 入 农 场 的 情 况 下 ， 综 合
作 物 和 环 境 模 拟 模 型 技 术 为 大 田 作 物 智 慧 种
采 用 物 联 网 、 大 数 据 、 人 工 智 能 、5G 、 智 能 农
植 云 计 算 与 云 服 务 平 台 提 供 了 有 力 工 具 。 以 作 物
机 装 备 和 农 业 机 器 人 等 上 述 的 所 有 关 键 技 术 ， 完
识 别 为 例 ， 把 作 物 生 长 模 型 及 各 项 参 数 输 入 到 云
成 所 有 农 场 生 产 、 管 理 任 务 的 一 种 全 天 候 、 全 过
服 务 器 ， 通 过 云 平 台 强 大 的 分 析 运 算 功 能 可 以 识
程 、 全 空 间 的 无 人 化 生 产 作 业 模 式 。 无 人 农 场 代
别 区 分 不 同 作 物 或 者 作 物 的 不 同 生 长 阶 段 ， 区 分
［33 ］
表 着 最 先 进 的 农 业 生 产 力 ， 将 引 领 大 田 作 物 智 慧
杂 草 和 作 物 以 优 化 除 草 剂 实 施 方 案 等 。
［39 ］
种 植 业 的 发 展 。
3.2.4 　 大 数 据 分 析 与 决 策 技 术 　
该 一 级 技 术 包 括 2 项 二 级 技 术 ： 数 据 挖 掘 与
4 大 田 作 物 智 慧 种 植 区 域 发 展 模 式
机器学习技术 ，无人机遥感应用与灾害防控技术 。
中 国 地 域 辽 阔 ， 不 仅 区 域 自 然 条 件 差 别 较
农 业 大 数 据 技 术 包 括 清 洗 、 集 成 、 融 合 和
大 ， 同 一 区 域 内 部 也 存 在 较 大 差 异 ， 作 物 种 类 和
挖 掘 等 ， 以 发 现 隐 藏 其 间 的 数 据 价 值 ， 为 发 展
特 色 也 不 尽 相 同 ， 因 此 从 战 略 角 度 全 局 考 虑 ， 本
智 慧 农 业 提 供 指 导 和 服 务 。 机 器 学 习 是 人 工 智
文 结 合 中 国 不 同 区 域 特 征 提 出 了 6 种 大 田 作 物 智
能 的 核 心 研 究 领 域 之 一 ， 利 用 机 器 学 习 提 供 的
慧 种 植 业 发 展 模 式 。
技 术 进 行 数 据 挖 掘 来 分 析 农 业 大 数 据 ， 二 者 协
4.1 　 东 北 与 内 蒙 古 — — 规 模 化 智 慧 农 业 生
同 互 补 促 进 大 田 种 植 大 数 据 分 析 与 决 策 技 术 的
［34, 35 ］
产 发 展 区
发 展 。
在 农 作 物 种 植 前 采 用 无 人 机 对 土 壤 进 行 监 测
东 北 三 省 是 中 国 粮 食 “ 压 舱 石 ” ， 东 北 三 江
分 析 ， 对 农 业 种 植 的 前 期 规 划 具 有 至 关 重 要 的 作
平 原 是 国 家 重 要 商 品 粮 基 地 ， 人 均 粮 食 产 量 是 全
用 。 生 长 期 的 作 物 生 长 无 人 机 检 测 可 为 农 田 的 智
国 平 均 的 四 倍 。 近 年 ， 三 江 平 原 智 慧 农 业 发 展 一
慧 管 理 提 供 可 靠 的 基 础 数 据 。 中 国 的 无 人 机 植 保
直 是 中 国 的 领 头 羊 之 一 ， 智 慧 农 场 示 范 、 “ 企 业+
已 成 为 发 展 最 快 的 新 兴 领 域 ， 也 是 未 来 农 业 发 展
现 代 农 业 ” 模 式 的 无 人 农 场 探 索 ， 为 中 国 农 业 先
［36-38 ］
的 主 要 方 向 之 一 。
进 地 区 发 展 智 慧 农 业 探 索 出 了 可 行 的 模 式 。 松 嫩
3.2.5 　 智 能 农 机 装 备 与 农 业 机 器 人 技 术 　
平 原 和 辽 河 平 原 一 带 以 玉 米 和 大 豆 为 主 ， 这 里 土
该 一 级 技 术 包 括 7 项 二 级 技 术 ： 农 业 机 械 自
地 肥 沃 ， 分 布 有 世 界 三 大 黑 土 带 的 东 北 黑 土 ， 是
动 导 航 技 术 、 电 动 农 业 机 械 、 精 准 灌 溉 装 备 、 谷
中 国 重 要 的 粮 食 主 产 区 。 根 据 东 北 三 省 区 域 的 地
物 自 动 测 产 技 术 、 农 田 作 业 机 器 人 技 术 、 水 肥 药
域 特 点 ， 在 规 模 化 农 户 种 植 和 家 庭 农 场 的 基 础
一 体 化 技 术 ， 以 及 无 人 农 场 技 术 。
上 ， 适 宜 发 展 规 模 化 农 户 种 植 模 式 ， 继 续 为 保 证
北 斗 系 统 的 建 成 与 应 用 保 证 了 中 国 农 业 机 械
中 国 的 粮 食 安 全 发 挥 重 要 作 用 。
的 自 动 导 航 技 术 的 可 靠 性 和 健 康 发 展 。 农 机 自 动 导
内 蒙 古 自 治 区 也 是 中 国 粮 食 生 产 的 重 要 基 地 和
航 驾 驶 系 统 主 要 应 用 于 播 种 、 开 沟 、 起 垄 、 中 耕 、
重 要 的 牧 区 之 一 。 内 蒙 古 地 区 发 展 牧 草 生 产 具 有 天
打 药 等 对 直 线 度 及 结 合 线 精 度 要 求 较 高 的 作 业 。
然 的 优 势 ， 牧 草 生 产 作 为 产 业 适 于 规 模 化 经 营 ， 因
电 机 和 电 池 技 术 的 发 展 尤 其 是 低 速 大 扭 矩 电 此 内 蒙 古 宜 采 用 规 模 化 模 式 发 展 智 慧 牧 草 生 产 。Vol. 4, No. 4 李 莉 等 ： 中 国 大 田 作 物 智 慧 种 植 目 标 、 关 键 技 术 与 区 域 模 式
31
西 的 东 部 地 区 ， 这 里 纬 度 低 ， 自 然 条 件 优 越 ， 光
4.2 　 京 津 冀 鲁 — — 智 慧 都 市 农 业 与 节 水 农
热 充 足 ， 降 水 丰 沛 ， 为 该 地 区 发 展 特 色 农 业 、 区
业 发 展 区
域 农 业 、 循 环 型 农 业 创 造 了 有 利 条 件 。 发 展 智 慧
京 津 冀 鲁 地 处 华 北 平 原 （ 或 称 黄 淮 海 平 原 ） ，
农 业 是 建 立 循 环 农 业 体 系 的 技 术 支 撑 ， 广 东 开 展
京 津 作 为 2 个 直 辖 市 ， 将 主 要 以 发 展 智 慧 都 市 农
的 水 稻 栽 培 无 人 农 场 实 验 ， 大 大 提 高 了 劳 动 生 产
业 为 主 ， 而 冀 鲁 两 省 自 然 条 件 相 似 ， 又 都 处 于 黄
率 ， 提 高 了 资 源 利 用 效 率 。 基 于 无 人 机 智 能 植 保
淮 海 平 原 ， 缺 水 一 直 是 该 地 区 农 作 生 产 面 临 的 最
作 业 ， 使 得 农 药 使 用 精 准 可 控 ， 为 发 展 循 环 农 业
大 难 题 ， 发 展 智 慧 型 节 水 农 业 是 冀 鲁 两 省 农 业 可
创 造 了 条 件 。 发 展 东 南 沿 海 地 区 以 循 环 型 农 业 为
持 续 发 展 的 必 由 之 路 。 冀 鲁 农 业 宜 采 用 农 业 合 作
特 色 的 智 慧 农 业 体 系 ， 采 用 “ 农 户+ 合 作 社 ” 或
社 、 家 庭 农 场 以 及 规 模 化 农 业 模 式 ， 以 节 水 高 效
者 家 庭 农 场 的 方 式 是 较 优 选 择 。
农 业 为 抓 手 ， 以 智 慧 农 业 关 键 技 术 为 支 撑 ， 推 广
4.5 　 长 江 中 下 游 平 原 — — 智 慧 粮 油 优 化 发 展 区
墒 情 物 联 网 检 测 、 作 物 生 长 检 测 、 滴 灌 等 现 代 农
业 技 术 ， 保 证 冀 鲁 地 区 农 业 的 可 持 续 发 展 。
长 江 中 下 游 平 原 地 区 包 括 上 海 、 江 苏 、 安
徽 、 湖 南 、 湖 北 和 江 西 等 地 区 农 业 发 达 ， 土 地 垦
4.3 　 西 北 旱 区 — — 棉 花 规 模 化 智 慧 种 植 和
殖 指 数 高 ， 是 中 国 重 要 的 粮 、 油 、 棉 生 产 基 地 。
旱 作 智 慧 农 业 绿 色 发 展 综 合 试 验 区
推 动 长 江 中 下 游 地 区 农 业 绿 色 发 展 ， 对 于 实 现 长
西 北 旱 区 （ 非 行 政 区 划 ） 包 括 新 疆 、 青 海 、
江 经 济 带 、 长 江 流 域 乃 至 全 国 整 体 绿 色 发 展 具 有
甘 肃 、 宁 夏 、 陕 西 和 山 西 等 省 区 ， 这 一 区 域 除 了
重 要 意 义 。 为 实 现 该 区 域 农 业 绿 色 发 展 这 一 目
陕 西 关 中 平 原 风 调 雨 顺 、 土 地 肥 沃 、 农 业 发 达
标 ， 必 须 发 展 精 细 农 业 ， 提 高 水 肥 效 率 。 长 江 中
外 ， 其 他 地 区 都 面 临 恶 劣 的 气 候 条 件 ， 特 别 是 水
下 游 地 区 需 要 充 分 利 用 当 前 现 代 农 业 “ 数 字 化 ”
资 源 短 缺 ， 属 于 旱 作 农 业 区 。 棉 花 是 新 疆 （ 含 新
转 型 发 展 的 历 史 机 遇 ， 大 力 发 展 精 细 农 业 和 智 慧
疆 生 产 建 设 兵 团 ） 的 主 要 作 物 ， 在 国 家 、 自 治
农 业 等 现 代 农 业 模 式 ， 构 建 长 江 中 下 游 平 原 特 色
区 、 生 产 建 设 兵 团 的 支 持 、 补 贴 和 引 导 下 ， 新 疆
的 粮 油 作 物 智 慧 化 生 产 体 系 ， 提 高 水 、 肥 等 各 种
棉 花 生 产 的 机 械 化 、 数 字 化 、 精 细 化 和 智 慧 化 迅
资 源 利 用 效 率 ， 加 快 区 域 农 业 绿 色 发 展 步 伐 。
速 发 展 。 在 新 的 国 内 外 形 势 下 ， 新 疆 棉 区 对 发 展
4.6 　 西 南 山 区 — — 智 慧 特 色 农 业 发 展 区 　
智 慧 种 植 业 的 要 求 会 更 迫 切 ， 采 用 “ 企 业+ 现 代
农 业 ” 模 式 发 展 智 慧 农 业 将 是 必 然 的 选 择 。 西 南 山 区 包 括 四 川 、 重 庆 、 云 南 、 贵 州 和 西
除 了 陕 西 关 中 平 原 和 新 疆 棉 区 之 外 ， 西 北 旱 藏 自 治 区 。 西 南 山 区 山 地 和 丘 陵 地 形 较 多 ， 耕 地
区 其 他 农 业 区 自 然 条 件 相 近 ， 地 形 地 貌 复 杂 ， 呈 面 积 较 小 且 分 布 较 为 零 散 ， 坡 地 耕 种 面 积 的 比 例
现 灌 溉 农 业 区 、 旱 作 农 业 区 、 草 原 牧 区 和 沙 漠 戈
超 过 了 所 有 耕 种 面 积 的 七 成 。 中 国 西 南 山 区 的 土
壁 区 等 交 错 分 布 的 空 间 格 局 。 且 西 北 旱 区 旱 作 农 地 较 为 贫 瘠 、 土 壤 侵 蚀 较 为 严 重 ， 这 些 客 观 的 自
业 发 展 成 效 显 著 ， 地 膜 覆 盖 、 膜 下 滴 灌 、 保 护 性
然 原 因 造 成 西 南 山 区 的 农 业 作 物 的 产 量 一 直 较
耕 作 等 现 代 农 业 技 术 发 挥 了 重 要 作 用 。 因 此 以 发
低 ， 发 展 现 代 农 业 宜 采 用 农 户 或 “ 农 户+ 合 作 社 ”
展 节 水 高 效 农 业 为 核 心 ， 采 用 “ 农 户+ 合 作 社 ” 、
方 式 ， 促 进 智 慧 特 色 农 业 发 展 。 积 极 开 展 优 质 粮
家 庭 农 场 或 规 模 化 农 户 种 植 模 式 发 展 智 慧 农 业 是
油 、 特 色 水 果 、 特 色 食 用 菌 和 高 原 蔬 菜 品 种 选
这 一 地 区 发 展 现 代 农 业 的 方 向 。
育 ， 为 特 色 产 业 发 展 提 供 品 种 支 撑 。
4.4 　 东 南 沿 海 — — 循 环 型 水 稻 智 慧 种 植 业
5 总 结 与 建 议
综 合 发 展 试 验 区
发 展 大 田 作 物 智 慧 种 植 业 应 该 作 为 乡 村 振 兴
东 南 沿 海 包 括 浙 江 、 福 建 、 广 东 、 海 南 和 广 和 农 业 现 代 化 的 重 要 内 容 ， 纳 入 有 关 发 展 战 略 和智 慧 农 业 （ 中 英 文 ） Smart Agriculture Vol. 4, No. 4
32
业[J/OL]. [2022-07-24]. 智 慧 农 业( 中 英 文).
总 体 规 划 。 立 足 目 前 中 国 大 田 种 植 业 发 展 现 状 ，
HU R, LIU W. Technological revolution, disruptive
深 刻 理 解 制 约 产 业 发 展 的 桎 梏 ， 规 划 智 慧 大 田 产
technology and smart agriculture[J/OL]. [2022-07-24].
Smart Agriculture. https://kns. cnki. net/kcms/detail/
业 集 群 ， 从 顶 层 设 计 完 善 的 产 业 链 ， 制 定 路 线 图
10.1681.S.20220720.2005.002.html.
和 时 间 表 。
[ 7 ] 王 亚 华, 臧 良 震, 苏 毅 清 . 2035 年 中 国 农 业 现 代 化 前
景 展 望[J]. 农 业 现 代 化 研 究, 2020, 41(1): 16-23.
从 基 础 设 施 建 设 角 度 ， 发 展 大 田 作 物 智 慧 种
WANG Y, ZANG L, SU Y. Prospects for China''s agri ‐
植 业 需 要 加 强 大 田 作 物 智 慧 生 产 基 础 设 施 建 设 。
cultural modernization in 2035 [J]. Research of Agri ‐
cultural Modernization, 2020, 41 (1): 16-23.
将 大 田 种 植 智 慧 生 产 专 用 传 感 器 、 高 速 稳 定 的 信
[ 8 ] 马 龙 . 现 代 农 业 发 展 中 物 联 网 应 用 的 困 境 分 析[J]. 中
息 传 输 系 统 、 智 能 化 农 业 机 械 装 备 等 纳 入 国 家 新
国 管 理 信 息 化, 2021, 24(24): 106-107.
[ 9 ] 李 道 亮, 杨 昊 . 农 业 物 联 网 技 术 研 究 进 展 与 发 展 趋 势
基 建 内 容 ， 构 建 适 用 的 云 平 台 提 供 高 效 的 智 慧 化
分 析[J]. 农 业 机 械 学 报, 2018, 49(1): 1-20.
服 务 ， 扶 持 农 业 生 产 用 户 运 用 先 进 技 术 和 物 质 装
LI D, YANG H. State-of-the-art review for Internet of
Things in agriculture[J]. Transactions of the CSAM,
备 以 及 手 机 等 ， 建 立 智 慧 大 田 服 务 企 业 与 新 型 经
2018, 49 (1): 1-20.
营 主 体 和 小 农 户 的 共 享 机 制 。
[10] 黄 魏, 许 伟, 汪 善 勤, 等 . 基 于 不 确 定 性 模 型 的 土 壤
— — 环 境 关 系 知 识 获 取 方 法 的 研 究[J]. 土 壤 学 报,
从 技 术 角 度 ， 重 点 突 破 大 田 作 业 中 信 息 获 取
2018, 55(1): 54-63.
专 用 传 感 技 术 、 作 物 表 型 信 息 与 生 长 需 求 关 系 模
HUANG W, XU W, WANG S, et al. Extraction of
knowledge about soil-environment relationship based
型 ， 提 升 传 感 器 与 智 能 装 备 的 可 靠 性 ， 突 破 卡 脖
on an uncertainty model[J]. Acta Pedologica Sinica,
子 的 共 性 关 键 技 术 ， 形 成 一 整 套 共 性 关 键 技 术 的
2018, 55(1):54-63.
[11] 赵 福 年, 王 润 元 . 基 于 模 式 识 别 的 半 干 旱 区 雨 养 春 小
行业标准，提升大田种植产业发展的国际竞争力 。
麦 干 旱 发 生 状 况 判 别[J]. 农 业 工 程 学 报, 2014, 30
从 人 才 角 度 ， 加 强 高 水 平 创 新 人 才 和 团 队 培
(24): 124-132.
ZHAO F, WANG R. Discrimination of drought occur ‐
养 力 度 ， 加 强 学 科 体 系 建 设 与 宣 传 ， 完 善 农 学 、
rence for rainfed spring wheat in semi-arid area based
农 业 工 程 学 、 信 息 学 等 多 学 科 交 叉 融 合 ， 完 善 人
on pattern recognition[J]. Transactions of the CSAE,
2014, 30(24): 124-132.
［40 ］
才 激 励 制 度 ， 培 养 复 合 型 人 才 。
[12] WHITE E L, THOMASSON J A, AUVERMANN B,
从 政 策 角 度 ， 发 展 大 田 作 物 智 慧 种 植 业 需 要 et al. Report from the conference, ''identifying obsta ‐
cles to applying big data in agriculture''[J]. Precision
充 分 发 挥 “ 产- 学- 研- 用 ” 共 建 共 享 共 赢 共 创 的 合
Agriculture, 2021, 22: 306-315.
作 模 式 ， 加 强 高 水 平 创 新 人 才 和 团 队 培 养 力 度 ， [13] KENDALL H, CLARK B, LI W. et al. Precision agricul ‐
ture technology adoption: A qualitative study of small-
加 强 国 家 级 创 新 平 台 建 设 。 加 强 国 际 交 流 与 合
scale commercial "family farms" located in the North
China Plain[J]. Precision Agriculture, 2022, 23: 319-351.
作 ， 提 升 智 慧 大 田 种 植 业 国 际 竞 争 力 。
[14] 陈 学 庚, 温 浩 军, 张 伟 荣, 等. 农 业 机 械 与 信 息 技 术 融 合 发
展 现 状 与 方 向[J]. 智 慧 农 业( 中 英 文), 2020, 2(4): 1-16.
参 参 考 考 文 文 献 献 ：
CHEN X, WEN H, ZHANG W, et al. Advnces and
[ 1 ] 新 华 网 . 2021 年 全 国 粮 食 总 产 量 达 13657 亿 斤 同 比
progress of agricultural machinery and sensing technol ‐
增 长 2.0%[EB/OL]. (2021-12-06) [2022-06-22]. http://
ogy fusion[J]. Smart Agriculture, 2020, 2 (4): 1-16.
www.news.cn/politics/2021-12/06/c_1128134859.htm. [15] 吴 嘉 敏, 贺 玉 成, 徐 征, 等 . 用 于 土 壤 水 分 测 量 的 磁 共
[ 2 ] 汪 懋 华 院 士: 关 于 智 慧 农 业 释 义 与 创 新 驱 动 发 展 的
振 射 频 线 圈 宽 频 匹 配 方 法[J]. 波 谱 学 杂 志, 2021, 38
思 考[J]. 农 业 工 程 技 术, 2018, 38(21): 24-28.
(3): 414-423.
[ 3 ] 齐 美 娟 . 精 细 农 业 的 实 践 助 推 智 慧 农 业 创 新 发 展
WU J, HE Y, XU Z, et al. A wide-band matching meth ‐
— — 访 中 国 工 程 院 院 士 、 国 际 欧 亚 科 学 院 院 士 汪 懋 od for radio frequency coils used in soil moisture mea ‐
华[J]. 中 国 国 情 国 力, 2018(7): 6-7, 5. surement[J]. Chinese Journal of Magnetic Resonance,
[ 4 ] IDOJE G, DAGIUKLAS T, IQBAL M. Survey for 2021, 38 (3): 414-423.
smart farming technologies: Challenges and issues[J].
[16] 吕 中 秀 . 土 壤 环 境 监 测 过 程 中 有 机 质 测 定 方 法 对 比
Computers & Electrical Engineering, 2021, 92: ID 分 析[J]. 山 东 化 工, 2021, 50(18): 291-292.
107104. LYU Z. Comparative analysis of organic matter deter ‐
[ 5 ] The World Bank Group. Climate-Smart Agriculture mination methods in the process of soil environment
[EB/OL]. (2021-04-05) [2022-06-22]. https://www. monitoring[J]. Shandong Chemical Industry, 2021, 50
worldbank.org/en/topic/climate-smart-agriculture. (18): 291-292.
[ 6 ] 胡 瑞 法, 刘 万 嘉 文 . 科 技 革 命 、 颠 覆 性 技 术 与 智 慧 农 [17] 张 飞 扬, 胡 月 明, 谢 英 凯, 等 . 天 空 地 一 体 耕 地 质 量 监Vol. 4, No. 4 李 莉 等 ： 中 国 大 田 作 物 智 慧 种 植 目 标 、 关 键 技 术 与 区 域 模 式
33
测 移 动 实 验 室 集 成 设 计[J]. 农 业 资 源 与 环 境 学 报, 2022, 4(1): 1-16.
2021, 38(6): 1029-1038. YANG G, HE Y, FENG X, et al. Methods and new re ‐
ZHANG F, HU Y, XIE Y, et al. Design of integrated search progress of remote sensing monitoring crop
space-air-ground farmland quality monitoring mobile diseases and pests stress using unmanned aerial vehi ‐
laboratory[J]. Journal of Agricultural Resources and
cle[J]. Smart Agriculture, 2022, 4(1): 1-16.
Environment, 2021, 38(6): 1029-1038.
[27] 邓 巍, 陈 立 平, 张 瑞 瑞, 等 . 无 人 机 精 准 施 药 关 键 技 术
[18] 路 逍, 潘 林 沛, 李 雁 华, 等 . 基 于 ISE 的 土 壤 硝 态 氮 原 综 述[J]. 农 业 工 程, 2020, 10(4): 1-10.
位 检 测 模 型 比 较 [J]. 农 业 机 械 学 报 , 2021, 52(S1): DENG W, CHEN L, ZHANG R, et al. Review on key
297-303.
technologies for UAV precision agro-chemical applica ‐
LU X, PAN L, LI Y, et al. Comparison of detection
tion[J]. Agricultural Engineering, 2020, 10 (4): 1-10.
models for soil nitrate concentration based on ISE[J].
[28] 邬 贺 铨: 移 动 互 联 网 已 进 入" 大 智 移 云" 时 代[EB/OL].
Transactions of the CSAM, 2021, 52 (S1): 297-303.
(2015-01-23) [2022-06-22]. https://news.sciencenet.cn/
[19] 蒋 焕 煜, 应 义 斌, 谢 丽 娟 . 光 谱 分 析 技 术 在 作 物 生 长
htmlnews/2015/1/312128.shtm.
信 息 检 测 中 的 应 用 研 究 进 展[J]. 光 谱 学 与 光 谱 分 析,
[29] SOLDANI D, MANZALINI A. Horizon 2020 and be ‐
2008(6): 1300-1304.
yond: On the 5G operating system for a true digital so ‐
JIANG H, YING Y, XIE L. Research progress on appli ‐
ciety[J]. IEEE Vehicular Technology Magazine, 2015,
cation of spectral analysis technology in detection of
10(1): 32-42.
crop growth information[J]. Spectroscopy and Spectral
[30] 黄 韬 , 刘 江 , 霍 如 , 等 . 未 来 网 络 体 系 架 构 研 究 综
Analysis, 2008(6): 1300-1304.
述[J]. 通 信 学 报, 2014, 35(8): 184-197.
[20] 张 晓 东, 毛 罕 平, 倪 军, 等 . 作 物 生 长 多 传 感 信 息 检 测
HUANG T, LIU J, HUO R, et al. Survey of research
系 统 设 计 与 应 用 [J]. 农 业 机 械 学 报 , 2009, 40(9):
on future network architectures[J]. Journal on Commu ‐
164-170.
nications, 2014, 35(8): 184-197.
ZHANG X, MAO H, NI J, et al. Intelligent detection sys ‐
[31] 杨 普, 赵 远 洋, 李 一 鸣, 等 . 基 于 多 源 信 息 融 合 的 农 业
tem of multi-sensor information for growing crops[J].
空 地 一 体 化 研 究 综 述 [J]. 农 业 机 械 学 报 , 2021, 52
Transactions of the CSAM, 2009, 40(9): 164-170.
(S1): 185-196.
[21] 邓 若 玲, 潘 威 杰, 王 志 琪, 等 . 农 作 物 表 型 技 术 及 其 智
YANG P, ZHAO Y, LI Y, et al. Review of research on
能 装 备 研 究 进 展 与 展 望[J]. 现 代 农 业 装 备, 2021, 42
integration of agricultural air-ground integration based
(1): 2-9.
on multi-source information fusion[J]. Transactions of
DENG R, PAN W, WANG Z, et al. Research progress
the CSAM, 2021, 52(S1): 185-196.
and prospect of crop phenotyping technology and its in ‐
[32] 陈 天 恩, 刘 军 萍, 王 登 位, 等 . 农 业 云 服 务 可 适 性 技 术
telligent equipment[J]. Modern Agricultural Equip ‐
研 究 进 展[J]. 中 国 农 业 信 息, 2018, 30(1): 67-78.
ment, 2021, 42(1): 2-9.
CHEN T, LIU J, WANG D, et al. Advances in adapt ‐
[22] 程 曼, 袁 洪 波, 蔡 振 江, 等 . 田 间 作 物 高 通 量 表 型 信 息
able technologies of agricultural cloud services[J]. Chi ‐
获 取 与 分 析 技 术 研 究 进 展[J]. 农 业 机 械 学 报, 2020,
na Agricultural Information, 2018, 30(1): 67-78.
51(S1): 314-324.
[33] 郑 勇, 王 光 华, 杜 鹏 飞 . 智 慧 农 业 云 平 台 建 设 探 索 与
CHENG M, YUAN H, CAI Z, et al. Research progress
实 践[J]. 农 业 工 程 技 术, 2018, 38(21): 31-35.
on high-throughput phenotypic information acquisition
[34] 许 世 卫 . 农 业 高 质 量 发 展 与 农 业 大 数 据 建 设 探 讨[J].
and analysis technology of field crops[J]. Transactions
农 学 学 报, 2019, 9(4): 13-17.
of the CSAM, 2020, 51(S1): 314-324.
XU S. Discussion on agricultural high-quality develop ‐
[23] 卢少志, 杨蒙, 杨万能, 等 . 田间作物表型检测平台 设计
ment and agricultural big data construction [J]. Journal
与 试 验[J]. 华 中 农 业 大 学 学 报, 2021, 40(4): 209-218.
of Agriculture, 2019, 9 (4): 13-17.
LU S, YANG M, YANG W, et al. Design and experi ‐
[35] 姜 侯, 杨 雅 萍, 孙 九 林 . 农 业 大 数 据 研 究 与 应 用[J]. 农
ment of a platform for detecting phenotype of field
业 大 数 据 学 报, 2019, 1(1): 5-15.
crop[J]. Journal of Huazhong Agricultural University,
JIANG H, YANG Y, SUN J. Research and application
2021, 40 (4): 209-218.
of big data in agriculture[J]. Journal of Agricultural
[24] 朱荣胜, 李帅, 孙永哲, 等 . 作物三维重构技术研究 现状
Big Data, 2019, 1(1): 5-15.
及 前 景 展 望[J]. 智 慧 农 业( 中 英 文), 2021, 3(3): 94-115.
[36] 张 立 辉 . 农 业 大 数 据 的 应 用 及 发 展 建 议[J]. 南 方 农
ZHU R, LI S, SUN Y, et al. Research advances and
机, 2020, 51(14): 47-48.
prospects of crop 3D reconstruction technology[J].
ZHANG L. Application and development suggestions
Smart Agriculture, 2021, 3(3): 94-115.
of big data in agriculture[J]. Southern Agricultural Ma ‐
[25] 王 翔 宇, 温 皓 杰, 李 鑫 星, 等. 农 业 主 要 病 害 检 测 与 预 警 技
chinery, 2020, 51(14): 47-48.
术 研 究 进 展 分 析[J]. 农 业 机 械 学 报, 2016, 47(9): 266-277.
[37] 宋 长 青, 温 孚 江, 李 俊 清, 等 . 农 业 大 数 据 研 究 应 用 进
WANG X, WEN H, LI X, et al. Research progress anal ‐
展 与 展 望[J]. 农 业 与 技 术, 2018, 38(22): 153-156.
ysis of mainly agricultural diseases detection and early
[38] YOU Y. Data mining of regional economic analysis
warning technologies[J]. Transactions of the CSAM,
based on mobile sensor network technology[J]. Journal
2016, 47(9): 266-277.
of Sensors, 2022, 2022: 1-13.
[26] 杨 国 峰, 何 勇, 冯 旭 萍, 等 . 无 人 机 遥 感 监 测 作 物 病 虫
害 胁 迫 方 法 与 最 新 研 究 进 展[J]. 智 慧 农 业( 中 英 文), [39] 罗 锡 文, 廖 娟, 胡 炼, 等. 我 国 智 能 农 机 的 研 究 进 展 与 无 人智 慧 农 业 （ 中 英 文 ） Smart Agriculture Vol. 4, No. 4
34
农 场 的 实 践[J]. 华 南 农 业 大 学 学 报, 2021, 42(6): 8-17. 征 、 发 展 逻 辑 与 系 统 阐 释[J]. 吉 林 农 业 大 学 学 报,
LUO X, LIAO J, HU L, et al. Research progress of in ‐ 2021, 43(2): 146-152.
telligent agricultural machinery and practice of un ‐ YANG Y, XUE C, XU Y, et al. Social and economic
manned farm in China[J]. Journal of South China Agri ‐ characteristics,development logic and systematic inter ‐
cultural University, 2021, 42(6): 8-17. pretation of smart agriculture[J]. Journal of Jilin Agri ‐
[40] 杨 印 生, 薛 春 序, 许 莹, 等 . 智 慧 农 业 的 社 会 经 济 特 cultural University, 2021, 43(2): 146-152.
Goals, Key Technologies, and Regional Models of Smart
Farming for Field Crops in China
1 2 1 2 1,2
LI Li , LI Minzan , LIU Gang , ZHANG Man , WANG Maohua
（1. Key Laboratory of Agricultural Information Acquisition Technology, Ministry of Agriculture and Rural Affairs,
China Agricultural University, Beijing 100083, China; 2. Key Laboratory of Smart Agriculture System Integration,
Ministry of Education, China Agricultural University, Beijing 100083, China ）
Abstract: Smart farming for field crops is a significant part of the smart agriculture. It aims at crop production, integrating mod ‐
ern sensing technology, new generation mobile communication technology, computer and network technology, Internet of
Things(IoT), big data, cloud computing, blockchain and expert wisdom and knowledge. Deeply integrated application of bio ‐
technology, engineering technology, information technology and management technology, it realizes accurate perception, quanti ‐
tative decision-making, intelligent operation and intelligent service in the process of crop production, to significantly improve
land output, resource utilization and labor productivity, comprehensively improves the quality, and promotes efficiency of agri ‐
cultural products. In order to promote the sustainable development of the smart farming, through the analysis of the develop ‐
ment process of smart agriculture, the overall objectives and key tasks of the development strategy were clarified, the key tech ‐
nologies in smart farming were condensed. Analysis and breakthrough of smart farming key technologies were crucial to the in ‐
dustrial development strategy. The main problems of the smart farming for field crops include: the lack of in-situ accurate mea ‐
surement technology and special agricultural sensors, the large difference between crop model and actual production, the instan ‐
taneity, reliability, universality, and stability of the information transmission technologies, and the combination of intelligent ag ‐
ricultural equipment with agronomy. Based on the above analysis, five primary technologies and eighteen corresponding second ‐
ary technologies of smart farming for field crops were proposed, including: sensing technologies of environmental and biologi ‐
cal information in field, agricultural IoT technologies and mobile internet, cloud computing and cloud service technologies in
agriculture, big data analysis and decision-making technology in agriculture, and intelligent agricultural machinery and agricul ‐
tural robots in fireld production. According to the characteristics of China''s cropping region, the corresponding smart farming
development strategies were proposed: large-scale smart production development zone in the Northeast region and Inner Mon ‐
golia region, smart urban agriculture and water-saving agriculture development zone in the region of Beijing, Tianjin, Hebei and
Shandong, large-scale smart farming of cotton and smart dry farming green development comprehensive test zone in the North ‐
west arid region, smart farming of rice comprehensive development test zone in the Southeast coast region, and characteristic
smart farming development zone in the Southwest mountain region. Finally, the suggestions were given from the perspective of
infrastructure, key technology, talent and policy.
Key words: smart farming; sensing technologies; Internet of Things; intelligent agricultural machinery; unmanned farm; big da ‐
ta; mobile internet; smart agriculture
（ 登 陆 www.smartag.net.cn 免 费 获 取 电 子 版 全 文 ）