拥抱5G数字农业发展进入快车道

人类经历了农业革命、工业革命，正在经历信息革命。新一轮科技革命和产业变革席卷全球，数据价值化加速推进，数字技术和实体经济集成融合，产业数字化应用潜能迸发释放，新模式新业态全面变革，全面进入了数字经济时代。数字产业化即信息通信产业，是数字经济发展的先导产业，为数字经济发展提供技术、产品、服务和解决方案等。数字产业化包括但不限于5G、集成电路、软件、人工智能、大数据、云计算、区块链等技术、产品及服务。党的十八大以来，党中央、国务院高度重视数字农业农村建设，做出实施大数据战略和数字乡村战略、大力推进“互联网＋”现代农业等一系列重大部署安排，为数字农业的高质量发展持续赋能，基于5G、人工智能、云计算、大数据和物联网等技术能力，以5G应用惠及农业各个环节，提升农业产业“要素＋能力”的竞争力，以产业兴旺助推乡村振兴。

数字农业飞速发展

数字农业是集农业科学、地球科学、环境科学、信息技术、自动化技术、计算机技术、数字通讯和网络技术等众多科学技术于一体的高新技术系统，也是一种现代农业发展模式，它通过对农业产前、产中、产后过程进行数字化设计、可视化表达和智能化控制，形成精准选种、精准播种、精准施肥、精准灌溉、分级收储、动态监控、适时调节的“链条”，以获取最佳的投入产出比，对于实现农业的可持续发展有着十分重要的意义。传统农业向数字农业的升级取决于由人到数据的关键决策因素转换，近年来，在多项利好政策及技术支撑下，数字农业取得了快速发展。

试点项目建设

当前，数字农业正呈现出巨大的发展潜力和广阔的应用前景。农业农村部2017年出台了《数字农业建设试点总体方案（2017—2020年）》，从2017年起连续3年印发了申报数字农业建设试点项目的通知，积极开展数字农业建设试点项目，具体试点情况如表1。相比2017年，2018年试点项目数增加17个，总投资增加了37.34%，国拨资金增加了107.36%，可以看出国家财政用于扶持数字农业引领工程的投资是增加的，而且增幅较大，同时地方配套资金支持力度也在加大。从农业农村部2019年数字农业建设试点项目申报指南来看，2019年对数字农业建设试点项目进行了政策调整，重点开展数字农业试点县、重要农产品全产业链大数据试点和数字农业创新中心试点等项目。整体上看，数字农业建设试点项目不再局限于针对特定产业开展精准作业、精准控制建设，而是更加注重示范带动农业农村整体数字化转型，提升农业生产经营和管理服务数字化水平，推动重要领域和关键环节数据资源建设，提高数字农业创新能力，增强数字技术研发推广应用能力[1]。各级地方政府也在逐步加大数字农业支持力度，以浙江省为例，为加快推进数字技术应用、智慧农业发展，浙江省农业农村厅在2019年确定的72个数字农业工厂试点示范基础上，开展第2批数字农业工厂创建工作，争取到2020年底，累计至少完成100个数字农业工厂试点示范，主要从数字植物（育种）工厂、数字牧场、数字渔场等三类开展。

企业布局

农业数字化转型是农业绿色可持续发展的必然要求，未来5年是数字农业发展的窗口期和机遇期，多家企业全面布局、多方合作，不断推进数字农业建设。以阿里巴巴为例，2019年10月，阿里巴巴成立数字农业事业部，在数字化生产、物流、营销、金融等方面全面发力，盒马村、淘宝直播成为数字农业的新业态，盒马村作为阿里数字农业基地的典型代表，在2020年疫情期间，盒马村农产品无一滞销；与先正达集团中国MAP与数字农业事业部展开合作，计划未来3年内，围绕大米、苹果、草莓等品类，在全国共建10～15个数字农业基地；与农业农村部战略合作，共推数字农业；与山东淄博战略合作，建立盒马市，全国五大产地仓落地淄博。“产地仓＋销地仓”模式构成阿里巴巴全国农产品数字化流通网络的骨架，其在广西南宁建设的产地仓，以分拣水果为例，熟练工一天最多能分拣出450 kg水果，而分拣线1 h就能将7 t水果“分门别类”，效率是前者的124倍；此外，从农产品转变成商品，数字化和自动化的产地仓完成分选、品控、装箱、打单等诸多流程只需2 min，极大提升了工作效能。

在相关政策引导和扶持下，我国数字农业建设工作快速推进，试点项目不断建成与示范，重要领域和关键环节数据资源建设逐步完善，城乡鸿沟加快弥合。在面对诸多机遇的同时，也应认识到数字农业发展基础薄弱、数据资源分散、创新能力不足等问题与挑战，必须顺应时代发展、把握发展机遇，加快传感器、智能决策系统等关键共性技术攻关，强化5G、区块链等战略性前沿性技术超前布局，从而推动数字农业高质量发展。

表1 农业农村部数字农业建设试点项目概况

5G时代已开启

当前，全球正加速迈向数字经济时代，5G（5th generation），即第五代移动通信技术，作为“新基建”领域的关键网络支撑，已经成为引领融合创新、激发新型信息消费的新动力，成为促进产业升级、驱动经济持续增长的新引擎。《中国制造2025规划纲要》中明确提出，要全面突破第五代移动通信（5G）技术；《网络强国建设三年行动计划》指出，以网络强国战略为基础，聚焦数字经济发展“硬件”升级，主要围绕城市和农村宽带提速、5G网络部署、下一代互联网部署等领域，加大网络基础设施建设。5G是一场由海量数据引发的从量变到质变的数据革命，是一场由技术创新去推动社会进步的革命。未来，5G与云计算、大数据、人工智能、虚拟增强现实等技术的深度融合，将连接人和万物，成为各行各业数字化转型的关键基础设施。

受政策、经济、社会及技术等多重共振，“5G”成为近年来最热话题，尤其2019年被誉为“5G元年”，目前我国平均每周新开通5G基站数超过1.5万个，截至2020年6月底，三大运营商在全国范围内已建设开通的5G基站数超过40万个；根据全球移动供应商协会（GSA）统计，截至2019年底，来自全球119个国家或地区的348家电信运营商已经开展了5G投资，其中，61家电信运营商已经推出5G商用服务。

5G特点及优势

5G网络基础架构与4G网络相同，包括接入网、核心网和上层应用。为满足5G移动互联和万物互联的多样化业务需求，5G在核心网和接入网均采用了很多不同于4G的新关键技术，实现了技术应用创新和网络架构变革，主要关键技术有网络功能虚拟化（NFV）、软件定义网络（SDN）、云计算、面向垂直行业的网络切片、边缘计算（MEC）、网络能力开放等[2]。关键技术的开发应用使得5G相较前几代通信技术在诸多方面优势明显。

◎ 传输速率快

与4G相比，5G信息传输速度快，如4G时代，网速为63 M/s，最快的家庭宽带网速也只有189 M/s，而5G时代的网速则高达10 000 M/s，传输速度对比高下立见，可以显著满足用户的信息传输需求。此外，针对部分用户的特殊需求，还可以进一步提升信息传输速率。

◎ 实现大规模设备连接

5G支持多设备连接，实现同频全双工，即5G网络环境下，每平方千米可以支持100万台设备同时上网，这有效地解决了在人口密集的地方信号差、网速慢等问题[3]，网络运行的稳定性、高效性将会得到有效增强。

◎ 节省能源

随着各类能源业务的快速增长，电网设备、电力终端、用电客户迫切需要通过最新的通信技术及系统支撑，满足爆发式增长的通信需求。5G技术将支持能源领域基础设施的智能化，并支持双向能源分配和新的商业模式，以提高有限的能源资源的使用效率。可再生能源、电动汽车、电网通信、智能电网等领域将成为5G在能源行业的重点应用场景。

5G时代，应用移动通信技术从1G、2G、3G、4G的迭代过程中裂变出越来越多的应用场景。相较于1G语音时代、2G文本时代、3G图片时代直至近期的4G视频时代，5G的应用场景将得到跨越式的发展。不仅在移动通信领域将实现Gb/s跨越，提供3D、超高清视频、AR/VR、云办公等浸入式交互方式的再升级，还将催生出更多全新的应用场景，如超高可靠低时延通信场景将使得移动医疗、自动驾驶、工业4.0、智慧农业等应用变为现实，而大规模机器类通信场景将广泛服务于智慧城市、智慧家居等。

5G网络能力对行业的影响

5 G具有三大网络能力：增强型移动宽带（eMBB，简称大宽带）、海量机器类通信（mMTC，简称大连接）及低时延高可靠通信（uRLLC，简称低时延）[4]。当前，5G应用首先从大宽带场景开始，逐渐向大连接和低时延类渗透。在国内外市场，5G相关应用已开始出现在部分行业，包括政务与公用事业、工业、农业、文体娱乐、医疗、交通运输、金融、旅游、教育和电力10大行业35个细分应用领域。10大行业对5G网络能力的依赖程度如表1所示。可以看出，5G应用对政府与公用事业影响最大，在农业行业，5G的低时延能力影响最大，大宽带和大连接能力也会产生高度影响，整体对农业的发展有积极推动作用。

表1 十大行业应用对5G网络能力的依赖程度

5G在数字农业中的应用

5G在农业行业主要应用于智慧农场、智慧林场、智慧畜牧、智慧渔业4个细分领域（表2）。目标与环境识别（农场的农作物监测，林场的森林资源、病虫害监测等）和信息采集与服务（农业生产管理、水质监测）是5G在农业中的主要应用方面。5G推动农业的机械化、信息化和智慧化的跨越式融合发展。通过5G网络、云计算、边缘计算、物联网、大数据和人工智能等关键技术，与传统农产品市场需求、农业生产过程和农机设备控制相结合，实现农业生产过程监测、农业生产安全监控、农产品疫情病虫害监测、农业生产自动化作业等农业生产环节的自动化、信息化和智慧化水平的提升。

对于数字农业如何与5G这种高效率的网络相结合并应用其中，下面将针对5G通信在智慧农场建设、智能装备开发及基础设施构建等方面的应用进行一些分享。

5G智慧农场

5G在智慧农场中的融合应用将推动种植业实现种植技术智能化、农业管理智能化、种植过程公开化及劳力管理智能化。以淄博临淄区禾丰5G智慧农场为例，山东理工大学利用5G网络、人工智能图像识别、卫星遥感、大数据等技术，驱动各类无人驾驶农机装备，实现自动化作业，包括航空植保无人机、无人驾驶高地隙植保机、旋耕机、玉米播种机、无人喷灌系统等，实现安全可靠、环保节能的农场作业，打造了全国首个示范性生态无人农场。上海领新农业利用5G网络、边缘云和物联网平台，以及自动化农业监控设备和无人机，对农业生产进行实时监控，实现快速检测农作物疾病、害虫、杂草、农田水质、土壤，为农作物提供细粒度的营养、通风和供水，提高生产率。在浙江乌镇国际互联农业博览园的5G智慧农场里，遮阳系统、新风系统、降温系统、施肥浇灌系统、数据采集系统、补光系统等均已实现了5G控制，仅1个智能化玻璃温室便可年产番茄6万kg，比过去至少提升了200%，园区还在探索5G自动采摘、5G无人机遥感平台等新型5G技术应用，推动5G智慧农业进一步开花结果。

表2 农业与5G共性业务

5G智能装备

国内，5G的使用已经开始普及，5G的用处不仅仅用于手机，在人工智能和无人驾驶方面，5G技术也起着至关重要的作用。国家农机装备创新中心联合清华大学天津高端装备研究院与河南洛阳先进制造产业研发基地制造出了全球第一台5G＋氢燃料拖拉机ET504-H[5]，5G带来的超高运算速度，造就了这台拖拉机准确的操控感和执行力，在不同的场景会切换不同的模式，大大提高了农耕的工作效率。“ET504-H”的顺利发布是在传统农机产业的一次大胆创新，也是5G移动通信技术和氢能源技术在我国农机领域应用的探索开发。以氢燃料电堆和动力电池为动力源，具有无人驾驶和5G网联功能，是对新一代绿色智能农机装备的创新探索，对推动我国农机装备转型升级，促进数字农业发展具有重要意义。

在重庆，首个基于5G网络的无人机已投入使用，作业效率达到20.00～26.67 hm2/d，是人工作业的20倍。无人机的飞行轨迹、态势数据，通过5G网络能实时回传至中国移动5G网联无人机管理运营平台，飞行状态可被实时监控。通过无人机和卫星遥感技术采集的农业信息，平台能够智能动态分析监测区域的作物情况，对作物的实时苗情、环境动态和分布状况等进行宏观估测，并输出科学报告。农户们可根据报告清楚掌握农作物的长势情况及土壤水分情况，针对出现的问题进行生产管理，确保农事活动更加科学高效[6]。

5G基础设施

5G是智能化时代的基础设施，其“极高速率、极大容量、极低时延”的特征，可为满足未来智慧农业发展需求提供基础支撑。但要实现虚拟现实、智能制造、无人驾驶等应用，5G技术还有限制，解决问题需要新的基础设施，这就是北斗全球导航卫星系统。2020年，随着2颗地球静止轨道北斗三号卫星在太空部署，北斗三号全球导航系统卫星组网全面完成。基于北斗的农机作业监管平台，已实现农机远程管理与精准作业，服务农机设备超过5万台，精细农业产量提高5%，农机油耗节约10%。北斗本身是国家重要的时空基础设施，提供高精度的位置和时间信息，5G和北斗具有融网络、融科技、融技术、融终端、融应用的天然优势。同时，北斗可以构建高精度、高可靠、高安全的新一代信息时空技术体系，物联网、云计算、大数据、人工智能、区块链等技术都离不开北斗，也离不开5G。北斗与5G相互赋能、彼此增强，可以产生感知、学习、认知、决策、调控五大能力，让广域或全球性分布的物理设备，能在感知的基础上具有计算、通信、远程协同、精准控制和自治等功能[7]。

5G在数字农业中的应用限制

从目前来看，5G市场需求巨大，整个产业链将受到强力拉动。预计到2030年，5G的直接和间接经济产出将达16.9万亿元，增加直接和间接就业机会1 950万个。但5G与农业的融合发展还存在限制因素。目前我国农业生产模式普遍为以家庭为单位的小型耕种模式，受经济条件及农耕思维模式限制，对数字农业技术和软硬件的接受程度普遍偏低，尤其是5G类前沿技术。此外，5G相比2G、3G、4G时代，对基站、网络控制设备需求数量大幅增加，5G基站在市区预计平均300 m需要部署一个，4G基站大致1 km左右部署一个，若运营商提供相同的信号覆盖度，所需的基站数量将是4G的2～3倍，并且现有基站配套设施预计96%需进行改造，复用率低于4%。大范围应用5G技术不仅网络基建成本提高，电力与运维成本比4G也高得多。

应对新5G基础设施建设及推广中遇到的困难，可从以下方面入手：做好5G网络覆盖规划，明确各5G站址覆盖范围目标，争取加大新建5G站址的共享率，实现降低各方的建网成本；充分利用各类丰富的社会资源，不但可以多拓展如路灯杆、广告牌、电力塔等社会塔，而且可以加强和政府相关部门之间的沟通，争取更多政府公共物业及公共绿地的免费开放使用，增大站址资源池的容量[8]；同时要加强对5G技术的宣传，让人们不再“惧怕”基站，依托政府主管部门、环保监管部门及网络媒体，正确、开放地进行科学宣传，引导先进农业领域、环节优先使用5G技术；尽快制定出台5G农业应用补贴和优惠政策，鼓励社会资本、运营商、互联网企业等共同参与，因地制宜打造智慧农业示范区、试验区，全面提升农业领域的高新科技应用程度。

展望

数据显示，相较2000年，我国农业人口已下降了约25%，如今55岁以上的农业人口已超34%，中国正处在农村缺乏劳动力的前夜。应对劳动力缺乏挑战，数字农业及未来无人化农业是一个重要解决方案，同时也将迎来巨大发展空间。2020年是脱贫攻坚的决战决胜之年，是衔接乡村振兴战略的关键之年，同时也是5G等“新基建”促进中国经济转型升级的元年。5G在农业产业互联网上的应用，能够极大促进农村尤其是贫困地区产业发展升级，带动就业增收。作为数字农业的关键技术之一，5G带来的高速互联能够让农业物联网、农产品追溯系统、智能决策系统等智能化农业进一步提高数据传输分析的实时度及精确度，同时让农业丰富的数据类型和应用场景不断进行深度融合，使数字农业各环节实现提速与升级，成本更低、效率更高。无论对可持续脱贫还是实现农业的升级发展，5G赋能“数字农业”的意义和前景都非比寻常。