“边缘计算+”赋能数字乡村建设的现状、场景与趋势研究*

薛心怡 ，周 杰

（1.贵州大学马克思主义学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州大学图书馆，贵州 贵阳 550025）

数字乡村建设是乡村振兴的战略方向，也是推进数字中国建设的重要内容。如何发挥信息化的驱动作用，利用数字技术实现乡村数字化建设迈出新步伐是重要的议题。《“十四五”国家信息化规划》指出，到2025 年，数字中国建设取得决定性进展，信息化发展水平大幅跃升，数字技术创新体系基本形成[1]。同时，随着新型基础设施建设的持续推进，以数字技术的创新应用为开端，实现乡村生产数字化、文化数字化、治理数字化、生态数字化，实现农民生活数字化、数字素养与技能提升，为数字乡村建设与发展提供了基础保障，起到了推动作用。但在新型基础设施推动乡村数字化建设过程中，因数字技术的单一性造成新型基础设施实际应用还面临诸多问题。为有效发挥新一代技术在乡村数字化建设中的优势，应利用边缘计算技术基础赋能平台的角色，实现“边缘计算+”的“数据+算法+算力”融合[2]，实现数字乡村网络化、系统化、平台化建设。

1 数字乡村建设新技术应用现状

《“十四五”信息通信行业发展规划》指出，要建设新型数字基础设施，构建以技术创新为驱动、以新一代通信网络为基础、以数据和算力设施为核心、以融合基础设施为突破的新型数字基础设施体系。尤其是5G、物联网等新一代技术在经济发展中的比重。乡村数字化建设离不开技术支撑，更要依赖于技术的创新应用。通过对相关文献资源的梳理，发现新技术在数字乡村中的应用主要在农业物联网平台、智慧农业物联网现代物流园等方面，具体如表1 所示。

表1 数字乡村中新技术的主要应用

以“5G+数字乡村”为例：1）乡村治理方面，姜英结合5G数字技术优势，从智慧治理网格化、普惠治理均等化、人才培养素养化等方面探讨乡村治理的可能性[3]，在一定程度上给予乡村治理新的路径。昌隽如提出利用5G构建虚拟农业服务平台[4]，借助虚拟技术实现对农业数字化改造。2）文化方面，唐琳以5G 为技术支撑，提出用5G 实现对非遗文化的数字化革新，实现非遗“重生”，并以5G 为平台，构建数字化文化产业链[5]，以链为基，以链为新，实现对特色文化资源的保护、传承与共享。3）系统构建方面，朱宏等借助“5G+云原生”技术，从基础感知层、中间层、应用层、展现层四个方面[6]，规划符合数字乡村发展的全生命周期应用服务系统，满足了数字乡村建设需求。

以“物联网+数字乡村”为例：未来农业农村物联网建设将加速推进形成全面感知、泛在连接、安全可信的乡村物联网感知体系，实现数字乡村自动化连接、智能化流通、平台化共享，畅通移动互联下的乡村公共文化服务供给渠道[7]，为实现乡村数字孪生奠定基础。

以“区块链+数字乡村”为例：能够实现对农业众筹，开拓新零售模式，收获新的数字经济形式，构建农业联盟链（供应链、合作链、产业链），将有效助力精准脱贫[8]。

以“边缘计算+数字乡村”为例：1）发挥其靠近端侧的技术优势，为各类新技术提供端侧存储与计算能力；2）通过将各类技术“边缘平台化”，实现各类边缘服务能力升级，由此发挥“边缘计算+”的技术融合优势，解决因差异化引起的计算与服务需求，实现与数字乡村互相融合协同创新。

2 “边缘计算+”在数字乡村建设中应用的可行性

2.1 优化信息基础设施建设

在乡村信息基础设施建设中，需要发挥新技术优势并融合各类新技术优势，从网络、算力、平台方面提升乡村基础设施内容厚度。边缘计算为新一代ICT技术的实际应用提供了必要的“云、边、端”一体多样的算力能力，边缘计算基于自身的低时延、大带宽优势满足边缘所需处理需求，并具备云端总调度、端侧协同处理能力。新技术在边缘计算的基础支撑下、实现与边缘计算的融合创新，将发挥“边缘计算+”在乡村数字化建设中的最大优势，全面拓展农业农村各领域各模块借助“边缘计算+”迎合平台创新、产业创新、治理创新。

2.2 满足差异化需求

利用“边缘计算+”技术融合创新平台，融合创新模式。在“边缘计算+5G+云计算”方面，边缘计算充分结合5G 三大技术优势，在高通量的环境下云端处理能力下沉至边缘端，有效满足边缘端实时性处理需求，如农业示范共享平台。在“边缘计算+AI+物联网”方面，通过人工智能技术与边缘计算的融合，使AI 算法嵌入到边缘计算设备上，有效缓解与云端互通损失的网络带宽，从而保证数据处理的实时性、本地性，如农场远程监控。在“边缘计算+5G+区块链”方面，以5G 大连接为前提，区块链服务可以利用边缘计算的端侧能力获取资源与计算能力，而边缘侧可借助区块链保障可信的数据信息。

2.3 增设数据保护壁垒

以“边缘计算+”方式架设数据防护层，以用户为主体，建立防护金字塔，上层为云端，储存大容量，处理结构复杂性数据；中层为边缘端，储存计算资源，处理内容复杂性数据，边缘端算力中心起到上联下达的作用；下层为用户端或移动端，储存用户即时数据，处理隐私数据。利用5G 高速率，加之边缘计算低延迟技术特点，实现用户端数据脱敏处理，并配以数字乡村平台全网络流量可视化监测系统，可防止因遭受DDOS 攻击（分布式拒绝服务攻击）导致数据流动过程中被窃取的风险，同时从用户端改变数据上传后遭遇泄露的心理抵抗，达到最底层数据防护的作用，以此缓解5G 网络应用后带给农业农村数字化建设的安全风险。

3 “边缘计算+”助力数字乡村发展

依据边缘计算产业联盟（ECC）对于边缘计算的产业分析发现，边缘计算在具备实时性、分布性、外延性等技术优势外[9]，单一技术应用尚存不足，若能融合各类技术，发挥各自技术优势，应用于数字乡村中，将能够发挥“边缘计算+”融合创新平台最大优势。

3.1 “边缘计算+5G+云计算”

边缘计算与5G 的融合能够发挥彼此最大的互补优势，依托5G 的高带宽、低时延、大连接，计算下沉于边缘端的更多应用场景将被解锁。在数字乡村建设中，借助边缘计算、5G 与云计算能够满足监测、展示、测试等场景需求。在农业农村数字化实施中，可借助边缘计算、5G 与云计算构建农业示范共享平台，将更多优质的、成熟的农业农村应用成果共享借鉴，发挥点到面的全面联动。如在安装于各处的传感器及视频获取点的基础上，通过边缘中台接入各模块源数据，上传至集控中心，对内做数据存储及分析对比、对外解析异构问题并协同共享示范点优质资源，真实展示农业管理过程中的各类信息；借助云计算庞大的计算存储优势，提供全套的模型测试方案，为决策中心输送更加智能化的设备管理方案、更精准化的农业信息分析方案、更及时性的预警管理方案。

3.2 “边缘计算+AI+物联网”

物联网基础设施大规模完善阶段，智能终端设备急速增长，本地计算能力需求日益旺盛，通过融入边缘计算可以有效提升端侧场景能力，并借助AI 增强算法能力，应对更加多元的数据形态。基于此，利用边缘AI 与物联感知能力，可实现对农场远程监控。1）可视化管理。针对位置偏远影响因素，农场实时监测、实时数据展示是管理的核心，通过边缘设备对数据的收集，经由边缘AI 做算法分析、模型测算、上报决策中心，制定不同场景下的可视化呈现。2）物联感知。智能设备的增加需要异构性到集群性再到联动性的改变，异构设备的有效串接转化为联动管理是物联感知的最终目标，是由点到面的覆盖，能够满足农场不同场景下的设备联动、数据流通、要素共享。

3.3 “边缘计算+5G+区块链”

目前，区块链技术在农业农村领域的应用场景主要以溯源、增信、存证为主[10]，受应用场景单一、使用成本较高等因素限制，该技术在农业农村领域的融合应用整体较少。但边缘计算的融入为区块链技术赋予了新的应用可能性。一是区块链服务下的场景节点能够基于边缘计算获得端侧的算力资源与低时延能力，二是运行在边缘上的端侧设备能够利用区块链的智能合约能力实现可信数据安全存储与可信数据共享。基于两种技术天然的融合性，在5G大连接的支持下，以边缘计算与区块链技术为支撑，实现对乡村旅游的智慧巡检，为设备日常巡检及后期巡检数据提供更加稳定的全过程追溯，确保巡检数据的真实性和可靠性。基于可信巡检数据的分析和处理，能够支持乡村旅游在数据上的可信流通，解决旅游业务真实数据中的伪数据，保障乡村旅游在日常的人流控制、偏好决策、统计分析、兴趣点改造等方面的创新优化。

4 “边缘计算+”赋能数字乡村智慧化

4.1 “一体化”智慧乡村综合管理平台

“边缘计算+”作为技术融合的能力底座，将为数字乡村诸多应用提供一体化的资源保障方案，为最终受益者提供一体化的服务体验，为乡村治理提供一体化的决策支持，为数字乡村的智慧化延伸添砖加瓦，是构建一体化智慧乡村综合管理平台的核心。“边缘计算+”融合基础设施共建共享，将缩小运营成本，是满足国家总体发展战略的需要，是实现可持续绿色发展的关键部署。“边缘计算+”的技术融合架构，将为解决异构性问题带来的困扰提供服务能力。在实现智慧乡村一体化综合管理基础上，“边缘计算+”将在融合数据、算力、算法的基础上，提供个性化的数据感知、场景感知、流通感知、智能感知、安全感知能力。

4.2 “云边端”智慧乡村数据要素协同发展

《中国数据要素市场发展报告（2021—2022）》中指出，数据要素对2021 年GDP 增长的贡献率和贡献度分别为14.7%和0.83%，足以说明数据要素的有效流通在经济发展中的作用与地位。数据要素应在解放和发展数字化生产力上，以数据要素价值流通为本，以信息化工具、智能化设备、智慧化手段引领驱动农业农村现代化建设，统筹推进数字乡村向智慧乡村的转型发展，助力乡村振兴。发挥“边缘计算+”的优势，主要表现在，端侧分布式采集源数据，并按照规则与数据模型分析处理后上传至边缘数据中心，经由中心整理上传至云端，云端提供数据海量存储与关联分析，“云边端”的数据协同，将有效支持数据的可控有序流通，一定程度上解决了底层基础架构的差异性和复杂性，壮大了数据要素的流转路径，提供了最佳运行效率的数据要素协同发展环境。

4.3 “智慧化”传承乡村优秀文化

乡村文化设施和内容数字化改造工程是国家推进乡村文化数字化战略的重要内容。如何利用数字化手段保存乡村优秀传统文化、利用智慧化模式传播乡村优秀传统文化，是乡村文化振兴的首要前提。“边缘计算+”融合创新平台能够为“云上民族村寨工程”的实施增加优质力量。“边缘计算+”通过依托各类技术，能够在近底层、近端侧发挥实时高可靠、高带宽、大连接优势，为“云上民族村寨工程”的数据平台建设与信息管理系统的建立提供底层支撑，保障平台有效运行，为智慧化传承乡村优秀文化提供全场景、全方位、全流程的增值服务。