智慧农业发展研究报告, 新科技驱动农业变革,2,前言,“面朝黄土背朝天”，这是自古以来人们对农民的基本印象。中国是一个农业大国，也是一个农业弱国。智慧农业作为现代 农业发展的高级阶段，是我国农村经济社会发展转型的必由之路，也是增加农民收入的重要方式。伴随着物联网、大数据、 人工智能等新技术的快速发展，智慧农业有望改变现有农业生产方式，驱动农业变革。 通过研究行业现状，着重探讨新技术如何驱动农业发展、提高农业生产效率、提升农产品质量，同时探讨如何解决 水资源短缺、化肥农药使用过量以及农村劳动力不断减少等问题，改善农业“看天吃饭”的现状。 智慧农业涉及农业的生产、流通和销售三个环节。目前，智慧农业多应用于生产环节，即利用新技术实现农业生产环节的精 细化、智能化和现代化发展。从中国实际现状出发，详细列举说明了智慧农业四大典型应用，根据目前行业内存在 的问题，提出了几点关于智慧农业未来发展的建议。,目录 C O N T E N T S,Part1. 智慧农业发展背景综述,1.1中国农业发展面临的问题.05 1.2新技术助力中国农业发展.09 1.3智慧农业概念的解读及应用.14,Part2. 智慧农业四大典型应用场景,2.1智慧农业四大应用场景.21 2.2数据平台服务.25 2.3无人机植保.32 2.4农机自动驾驶.37 2.5精细化养殖.41,Part3. 智慧农业未来发展趋势与挑战,3.1智慧农业未来发展趋势.49 3.2智慧农业面临的挑战.52,Par t1.智慧农业发展背景综述,4,1.1 中国农业发展面临的问题,5,Part1. 智慧农业发展背景综述,Part1. 智慧农业发展背景综述 1.1 中国农业发展面临的问题,中国耕地面积不断减少，人均耕地面积远远小于世界平均水平， 优等耕地质量占比较少,根据世界银行以及国家统计局统计的数据，中国人均耕地面积（总耕地面积/总人口）逐年减少，远小于世界平均水平，同时由于 建设占用、自然灾害、生态退耕以及农业结构调整等多种原因导致中国耕地面积不断减少。2016年，中国耕地面积20.24亿亩，占 世界总耕地面积的8%；总人口为13.8亿，占世界总人口的19%；中国需要用占世界8%的耕地面积养活占世界19%的人口。 不仅如此，根据国土资源局2015年统计，将耕地质量按照不同级别进行分类，其中优质土地面积只占总面积的2.9%，将近53%的 土地质量属于中等级别。由于随意使用化肥、农药以及大气污染、不科学轮作耕地等原因，耕地质量问题严重，影响粮食产量以及 农产品质量。,20.29,20.27,20.27,20.26,20.25,20.24,20,20.1,20.2,20.3,20.4,20.5,20.6,2011,2014,20122013 中国现有耕地面积（亿亩）,20152016 中国人均耕地面积(亩/人),世界人均耕地面积(亩/人) 来源：世界银行、中国统计局,亿欧（）,中国耕地面积及中国与世界人均耕地面积,中等地面积占比 52.9%,6,高等地面积占比 26.5%,低等地面积占比 17.7%,注：耕地质量共为15级，1-4级为优等地；5-8级为高等地；9-12级为中等地；13-15级为低等地 来源：中国国土资源局亿欧 （）,截至2015年末，中国四个级别耕地质量占比 优等地面积占比 2.9%,Part1. 智慧农业发展背景综述 1.1 中国农业发展面临的问题,中国农业生产服务价格逐年增高，农业经营人员受教育程度较低,农业生产服务价格指的是服务农业生产所花费的价格，可通过农业生产服务价格指数来体现，农业生产服务价格指数表示的是一定 时期内农业生产服务价格变动的趋势。以2007年生产服务价格指数=100为基准，当超过100时，说明生产服务价格上涨；反之， 则说明生产服务价格下跌。从图中可以看出，中国农业生产服务价格逐年增高。 根据2017年12月统计的全国农业普查数据，全国农业生产经营人员总共31422万人，且受教育程度在初中及以下占比为91.8%， 远高于76.1%，即全国受初中及以下教育人数占比，可见农业经营人员受教育程度偏低。,100.0,110.3,119.0,124.1,134.4,145.6,155.1,161.3,164.8,167.3,80,100,120,140,160,180,2007200820092010201120122013201420152016 来源：中国统计年鉴2017亿欧（）,农业生产服务价格指数(以2007年为基准),全国农业经营人员与中国整 体受教育程度在初中及以下对比,注：中国整体受教 育程度在初中及以 下数据是根据国家 统计局 2010 年人 口普查每十万人中 受高中及以上教育 人口数为23962人,来源：国家统计局农业普查数据公报亿欧（） 计算得出。,截至2017年，全国农业经 营人员受教育程度占比,7,Part1. 智慧农业发展背景综述 1.1 中国农业发展面临的问题,化肥、农药过度使用，粮食减产量受天气影响严重,5107.8,5404.4 5239.1,5561.6,5704.2,5911.8 5838.8,5995.9,6022.6,162.3,167.2,170.9,175.8,178.7,180.6,180.2,180.7,178.3,4600,5100,5600,6100,6600,7100,来源：国家统计局,200720082009201020112012201320142015 农用化肥施用量（万吨）农药使用量（万吨） 亿欧 （）,1.3,1.6,0.9,1.1,1.2,1.0,1.0,232.1,116.1,206.3 200.7,144.4,190.6,0.0,0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,0.7,1.1,1.2,0.6,0.6,0.9,113.3,240.5,282.1,82.1,125.0,247.9,0.0,0.5,1.0,1.5,2.01.8,2.5,3.0,2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 洪涝作物受灾面积(万公顷) 洪涝粮食减产(亿公斤) 来源：中国水利部,2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 干旱作物受灾面积(万公顷) 干旱粮食减产(亿公斤) 亿欧 （）,2015年，农业部出台政策到2020年化肥使用量零增长行动方案和到2020年农药使用量零增长行动方案，方案中指出， 2013年，我国农作物化肥用量21.9公斤/亩，远高于世界平均水平8公斤/亩，化肥农药的过度使用严重影响了耕地的质量以及农产 品的品质。根据国家统计局的数据，农药和化肥的使用量几乎逐年增长，直到2015年农药的使用量才出现略微下跌趋势。 中国农作物自然灾害有四大类：水灾、旱灾、风雹和冰冻。其中，水灾和旱灾最为严重，每年作物受灾面积将近2万公顷，粮食减 产总量在300-400亿公斤。从图中可以看出，粮食减产量与当年自然灾害受灾面积高度正相关。 2007-2015年，化肥和农药使用量对比洪涝和干旱受灾面积及粮食减产对比,8,1.2 新技术助力中国农业发展,9,Part1. 智慧农业发展背景综述,Part1. 智慧农业发展背景综述 1.2 新技术助力中国农业发展,以物联网、人工智能等为主的新技术助力中国农业发展,传统农业涉及到的新技术很多，如3S技术（遥感技术RS、地理信息系统GIS、全球定位系统GPS）、物联网技术、无线通信技术 以及以数据分析和数据挖掘为主的大数据技术和以机器视觉和深度学习为主的人工智能技术等，通过这些新技术与传统农业的结 合，助力农业快速发展。,、,人工智能 以计算机视觉、图 像识别以及深度学 习等人工智能技术 实现作物产量预测 土地规划及病虫害 防治等。,物联网 通过传感器、摄 像头等监测设备， 使用无线传感技 术，实现动植物 的远程监控、管 理等。,大数据 以天气、土壤、农作 物、病虫害以及动 物身体特征数据等 作为大数据基础，对 动植物生长情况进 行分析、预测等。,3S技术 使用卫星遥感技术 实现作物勘测、生 长情况以及病虫害 预测、预防，运用 GPS进行精准定位、 跟踪等。,10,Part1. 智慧农业发展背景综述 1.2 新技术助力中国农业发展,新技术着重体现在农业的生产环节中，当前主要应用于农业种植 和畜牧养殖上,广义的农业分为种植业、林业、畜牧业、渔业以及副业等五种产业形式；农业产业链包括生产环节和流通环节，以及与之搭配的物 流系统和金融系统等四个部分。 目前，新技术主要体现在农业的生产环节中，应用在农业种植和畜牧养殖上，本报告将着重探讨农业生产环节的农业种植和畜禽养 殖方向。 流通环节,11,物流系统,金融系统,电 商 微 商,批 发 市 场,餐 饮 零 售,深加工,销售,加冷包配 工藏装送,Part1. 智慧农业发展背景综述 1.2 新技术助力中国农业发展,当前，新技术主要应用于产中环节,传统农业种植在产前环节主要需要作物种子、化肥、农药、农机、农具和温室大棚需要用的农膜；在产中环节，需要对作物进行播 种、施肥、除草、灌溉以及病虫害防治等；在产后环节，需要对农产品进行采摘和分拣。 传统的畜牧养殖需要选址、建设养殖舍、选种以及准备饲料和兽药；在产中环节，需要进行繁育、饲养以及疾病防疫和环境清理等 管理；产后环节，需要对畜禽进行称重和屠宰。 目前，以物联网、人工智能为主的新技术，主要应用于农业和畜牧业的产中环节。,种子 农药 农具,化肥 农机 农膜,建造 选种 兽药,选址 孵化 饲料,农 业 种 植,畜 牧 养 殖,施肥 灌溉,病虫害防治,繁育,饲养,疾病防疫 环境清理,采摘,分拣,称重,屠宰,产前环节,产中环节,产后环节,播种 除草,12,Part1. 智慧农业发展背景综述 1.2 新技术助力中国农业发展,新技术可应用在农业生产环节两种不同的种植模式中,农业 种植 生产 环节,农业生产环节种植方式主要分为设施种植和大田种植。大田种植主要以粮食作物为主，其中包括世界三大口粮：水稻、小麦和玉米； 而设施种植由于成本的问题，主要以经济作物为主，包括蔬菜、水果、花卉等。 设施种植分为温室大棚种植、集装箱种植两种，目前多采用无土栽培技术，利用LED灯代替自然光，自动控制植物光合作用，增加 植物营养；由于设施种植受天气气候及病虫害等因素的影响较少，可以提高作物产量，增加效益。 目前，大田种植主要运用3S技术、人工智能技术监测室外的天气气候、病虫害以及农作物生长等数据；而设施种植主要通过物联网 技术实施监测空气温湿度、二氧化碳浓度以及作物生长情况等。,设施种植,大田种植,温室大棚,集装箱,粮食作物,蔬菜、水果、 花卉等,水稻、小麦、 玉米等,经济类作物,13,1.3 智慧农业概念的解读及应用,14,Part1. 智慧农业发展背景综述,Part1. 智慧农业发展背景综述 1.3 智慧农业概念的解读及应用,中国历年一号政策文件大力支持农业发展，智慧农业相关概念多 次被提出,15,2015,2016,201220132014,“加快推动农业科技创新” 突出农业科技创新重点，加快推 进前沿技术研究，在信息技术、 先进制造技术、精准农业技术等 方面取得重大突破,“加快发展现代农业” 确保国家粮食安全，加强科技 创新，继续实施种业发展，以 及农机装备、高效安全肥料农 药兽药的研发,“全面深化农村改革” 推进农业科技创新，建设以农 业物联网和精准装备为重点的 农业全