设施农业数字化水平评价指标体系构建＊

丁小明，李 恺，何 芬，尹义蕾，李 邵（农业农村部规划设计研究院/农业农村部农业设施结构设计与智能建造重点实验室，北京 100016）

为掌握设施农业机械化发展水平，农业农村部发布了行业标准《农业机械化水平评价第6 部分：设施农业》NY/T 1408.6-2016，规定了耕整地、种植、植株调整与采收、施药、运输、灌溉施肥、环境调控等7 个方面的指标，解决了设施农业机械化水平的评价难题。为了推进设施农业机械化进一步发展，农业农村部发布了《关于加快推进设施种植机械化发展的意见》（农机发〔2020〕3 号），提出了推进生产作业机械化、设施装备智能化的具体措施。预计到2025 年，设施蔬菜、花卉、果树、中药材的主要品种生产全程机械化技术装备体系和社会化服务体系基本建立，设施种植机械化水平总体达到50% 以上，为“十四五”时期设施农业机械化发展指出了明确的发展路径和发展目标。2022 年初，中央网信办等十部门印发《数字乡村发展行动计划（2022-2025 年）》，对“十四五”时期数字乡村发展作出部署安排，提出要充分发挥信息化对乡村振兴的驱动引领作用，加快农业生产数字化改造，重点推进适用各种作业环境的智能农机装备研发，推动农机农艺和信息技术集成研究与系统示范。2022年2 月，农业农村部发布《“十四五”全国农业农村信息化发展规划》，提出要发展智慧农业，提升农业生产保障能力，夯实大数据基础，强化科技创新，提升农业农村信息化支撑能力，明确“十四五”期间，在全国建设设施农业国家数字农业创新应用基地，建立贯通信息采集、分析决策、作业控制、智慧管理等各环节的智慧农业集成应用体系。上述政策安排和工作部署将推进数字化技术与设施农业产业加速融合，智能感知、智能分析、智能控制等数字化技术将加快向设施农业渗透，设施农业数字化将得到快速发展。

早在2012 年，周济[1]提出到2020 年，中国机械产品全面应用数控技术，总体升级为“数控一代”，中国制造业基本普及数字化技术，并在若干领域实现一定程度的智能化。到2030年，中国机械产品总体升级为“智能一代”。周济给出的中国机械产品的发展路径十分明确，首先实现数字化，然后实现智能化。李廉水[2]等曾将世界智能制造发展历程概括为数字化制造阶段、网络化制造阶段、智能制造阶段等三个阶段。刘卫国[3]等认为数字化的特征之一是可计算性，可以将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起合理的数字化模型，并转变为一系列二进制代码，成为可计算的对象。特征之二是可量化性，可以将任何连续变化的输入转化为一串分离的单元，在计算机中用数字0 和1 表示。数字化是计算机、多媒体技术、软件技术、智能技术的基础，是信息化的技术基础，没有数字化技术，就没有计算机、互联网，凸显了数字化技术的重要性。根据上述数字化、信息化和智能化的定义可以基本判断，中国设施农业机械正处于向全面普及数字化技术发展的重要时期，在环境调控、水肥一体化、采摘、嫁接等少数几个环节已经有了一定的智能化研究成果，但仍未到广泛应用阶段。所以，本文以设施农业数字化为研究出发点，评价中国设施农业数字化水平，更具现实意义。本研究在团队制定的设施农业机械化水平评价指标体系的基础上提出设施农业数字化评价指标体系，有利于评价中国设施农业数字化水平发展现状，也有利于评价现有设施农业机械化水平的发展质量，通过评价助力设施农业数字化高质量发展。

设施农业数字化水平评价指标设置

设施农业数字化

数字技术[4]（Digital Technology）是指借助一定的设备将各种信息，包括图、文、声、像等，转化为电子计算机能识别的二进制数字“0”和“1”后进行运算、加工、存储、传送、传播、还原的技术。国家标准《网络化制造技术术语》GB/T 25486-2010 规定了数字化就是以数字形式表示（或表现）本来不是离散数据的数据。具体来说，也就是将图像或声音等转化为数字码，以便这些信息能由计算机系统处理与保存。在信息化时代，数字化已经变成信息化程度的一个重要指标。设施农业数字化就是在耕整地、种植、植株调整与采收、施药、运输、灌溉施肥、环境调控等各个作业装备上应用数字化技术，实现设施农业作业装备的数字化。

设施农业数字化水平

设施农业数字化水平是在设施农业生产过程中，主要作业项目使用具备数字技术的设施农业装备所覆盖的程度。设施农业数字化水平反映了数字化技术在设施农业生产中实际作用的大小，表明使用具备数字化技术的机械化生产方式替代传统机械化生产方式达到的程度。

指标设置原则

设施农业数字化评价指标的设置与量化，是对设施农业数字化的应用效果进行科学评价与分析的过程。因此，评价指标体系的设置从产业实际需求出发，遵循科学全面可行的原则，以适应设施多种类型、装备配套及管理水平。具体指标设置原则如下。

（1）前瞻性和导向性。指标设定充分考虑对现阶段设施农业数字化发展成效评价的需要，也充分预判对未来一段时期设施农业数字化发展的影响。

（2）系统性和完整性。指标设定充分考虑设施农业生产所涉及的大多数重要生产作业环节，指标相对独立但又有一定的相关性，全面反映设施农业数字化发展现状。

（3）可比性和可操作性。指标设定充分考虑在不同时期和发展阶段上具有一定的可比性，定量化、数据易获得，对那些应设定但又难以获得可靠统计数据的指标少设或不设。

指标选择

指标选取需要全面、科学、合理地反映中国设施农业数字化发展现状，指标明确且具备区分度，指标的内容解释符合现阶段设施农业数字化发展现状和趋势。

设施农业数字化水平评价指标体系构建

指标体系框架

设施农业数字化指标体系设一级指标1个，二级指标7 个。①一级指标为设施农业数字化水平；②二级指标根据生产作业环节分别为耕整地数字化水平、种植数字化水平、植株调整与采收数字化水平、施药数字化水平、运输数字化水平、灌溉施肥数字化水平、环境调控数字化水平。为了便于比较，各指标权重与行业标准《农业机械化水平评价第6部分：设施农业》NY/T 1408.6-2016 保持一致，具体见表1。评价指标及统计数据解释见表2。

表1 评价指标体系

表2 评价指标及统计数据解释

设施农业数字化水平按式（1）计算：

根据NY/T 1408.6-2016，设施农业机械化水平按式（2）计算：

B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7 分别为耕整地机械化水平、种植机械化水平、植株调整与采收机械化水平、施药机械化水平、运输机械化水平、灌溉施肥机械化水平和环境调控机械化水平。

设施农业数字化水平评价指标体系应用

选取北京市房山区D1、昌平区D2、大兴区D3、平谷区D4、海淀区D5 等5 个生产基地作为评价对象，对5 个基地的设施农业机械化水平和设施农业数字化水平进行了评价分析，结果见表3～4。

表3 五个生产基地设施农业数字化水平/%

表4 五个生产基地设施农业机械化水平/%

讨论与结论

本研究在中国设施农业机械化水平评价指标体系的基础上，提出了中国设施农业数字化水平评价指标体系，阐述了设施农业数字化水平的定义，确定了各个指标设定的原则和具体内容，并在北京的五个生产基地进行了初步验证。验证结果表明，指标容易理解，统计数据易获得，指标体系具有可行性。通过分析五个基地的机械化和数字化水平，北京市典型设施农业园区的机械化水平平均为42.72%，数字化水平仅为8.81%，数字化水平低于机械化水平33.96%。从各环节看，机械化水平评价结果中只有植株调整与采收机械化水平1 个环节为0，而数字化水平评价结果中只有灌溉施肥数字化水平和环境调控数字化水平不为0，灌溉施肥数字化水平较高，达到了37.78%，其余5 个环节均没有数字化技术应用。从机械化作业质量看，耕整地机械化水平虽然高达100%，但数字化水平为0。由此可见耕整地机械没有数字化技术应用，作业质量主要依靠农机手，劳动强度依然很大，作业质量不高；环境调控是设施农业的一个显著标志，机械化水平为46.01%，而数字化水平为7.45%，环境调控主要基于经验判断，基于模型的环控系统应用比例较低。通过分析比较看出，现阶段设施农业机械化水平评价结果虽然反映了各个环节使用机械作业的程度，但却不能反映各个环节机械化发展质量，数字化技术、智能化技术应用情况得不到真实体现，全面开展设施农业数字化水平评价很有必要，符合现阶段设施农业数字化、智能化发展的需要。