数字农业:物联网、大数据的下一个战场

数字农业是将数字化信息作为农业新的生产要素,用数字信息手艺对农业工具、环境和全历程举行可视化表达、数字化设计、信息化治理的新兴农业生长形态,是数字经济范畴下用数字化重组方式对传统产业举行变化和升级的典型应用之一。

传统农业和数字农业的焦点因素对比

从“人”到“数据”的要害决议因素转换。传统农业主要包罗养殖产业链和莳植产业链等,其中的环节有育种、浇灌、施肥、饲养、疾病防治、运输和销售等,均是以“人”为焦点,主要是依赖已往积累的履历或手艺来举行判断决议和执行,这也导致了整体生产环节效率低、波动性大、农作物或农产物质量无法控制等问题。而在数字农业模式中,通过数字化装备好比田间摄像头、温度湿度监控、土壤监控、无人机航拍等,以实时“数据”为焦点来辅助生产决议的管控和精准实行,并通过海量数据和人工智能对装备的预防性维护、智能物流、多样化风险治理手段举行数据和手艺支持,进而大幅提升农业产业链运营效率并优化资源配置效率等。

一、数字农业若何解决痛点?

1、——海量农业数据实时获取,奠基农业数字化基础农业物联网是物联网的主要应用领域,是数字农业中数据的主要泉源。农业物联网已被欧洲列为物联网18 个主要生长偏向之一,同时也是我国物联网9 大领域重点树模工程之一。

物联网在农业领域应用局限普遍,基于物联网的农业解决方案,通过实时网络并剖析现场数据及部署指挥机制的方式,到达提升运营效率、扩大收益、降低消耗的目的。可变速率、精准农业、智能浇灌、智能温室等多种基于物联网的应用将推动农业流程改善。物联网科技可用于解决农业领域特有问题,打造基于物联网的智慧农场,实现作物质量和产量双丰收。

物联网在农业领域应用普遍

农业领域有着厚实的毗邻需求,农业物联网市场潜力伟大。华为手艺数据显示,全球智能水表、智能路灯、智慧停车、智慧农业、财富跟踪、智慧家居划分有 7.5 亿、1.9 亿、2400万、1.5 亿、2.1 亿、1.1 亿的毗邻需求,由此带来的市场空间十分可观。凭据华为的展望,到2020 年,物联网在农业领域的潜在市场规模有望由2015 年的137 亿美元增进至268亿美元,年复合增进率达 14.3%。其中美国的市场份额最大而且已经进入成熟期,亚太地根据物联网手艺在农业领域中的差别应用,划分为如下几类:

物联网是农业数据的主要泉源之一

1、精准农业:作为一种农业治理方式,精准农业行使物联网手艺及信息和通讯手艺,实现优化产量、保留资源的效果。精准农业需要获取有关农田、土壤和空气状态的实时数据,在珍爱环境的同时确保收益和可连续性。

2、可变速率手艺(VRT):VRT 是一种能够辅助生产者改变作物投入速率的手艺。它将变速控制系统与应用装备相连系,在精准的时间、地址投放输入,因地制宜,确保每块农田获得最相宜的投放量。

3、智能浇灌:提升浇灌效率、削减水源虚耗的需求日益扩大。通过部署可连续高效浇灌系统以珍爱水资源的这种方式愈来愈受到重视。基于物联网的智能浇灌对空气湿度、土壤湿度、温度、光照度等参数举行丈量,由此准确盘算出浇灌用水需求量。履历证,该机制可有用提高浇灌效率。

4、农业无人机:无人机有着厚实的农业应用,可用于监测作物康健、农业摄影(以促进作物康健生长为目的)、可变速率应用、牲畜治理等。无人机可以低成本监视大面积区域,搭载传感器可容易采集大量数据。

5、智能温室:智能温室可连续监测气温、空气湿度、光照、土壤湿度等天气状态, 将作物莳植历程中的人工干预降到最低。上述天气状态的改变会触发自动反映。在对天气变化举行剖析评估后,温室会自动执行纠错功效,使各天气状态维持在最相宜作物生长的水平。

6、收获监测:收获监测机制可对影响农业收获的各方面因素举行监测,包罗谷物质量流量、水量、收获总量等,监测获得的实时数据可辅助农场主形成决议。该机制有助于缩减成本、提高产量。

7、农业治理系统(FMS):FMS 借助传感器及跟踪装置为农场主及其他利益相关方提供数据网络与治理服务。网络到的数据 经由存储与剖析,为重大决议提供支持。此外,FMS 还可用于辨识农业数据剖析最佳实践与软件交付模子。它的优点还包罗:提供可靠的金融数据和生产数据治理、提升与天气或突发事件相关的风险缓释能力。

8、土壤监测系统:土壤监测系统协助农场主跟踪并改善土壤质量,防止土壤恶化。系统可对一系列物理、化学、生物指标(如土质、持水力、吸收率等)举行监测,降低土壤侵蚀、密化、盐化、酸化、以及受危害土壤质量的有毒物质污染等风险。

9、精准牲畜饲养:精准牲畜饲养可对牲畜的滋生、康健、精神等状态举行实时监测,确保收益最大化。农场主可行使先进科技实行连续监测,并凭据监测效果做出利于提高牲畜康健状态的决议。

智慧农业市场规模展望(2015-2020年,亿美元,%)

二、与人工智能——生产谋划决议“数字化”,周全提升生产效率

万物互联在推动海量装备接入的同时,也将在云端天生海量数据。而挖掘这些由物联网发生的大数据中隐藏信息的方式就是行使人工智能。物联网最焦点的商业价值就是将这些海量的数据举行智能化的剖析、处置,从而天生基于差别商业模式的各种应用。

基于人工智能对中国经济整体影响的模拟剖析,并连系行业规模数据,埃森哲剖析人工智能对中国15 个行业可能带来的经济影响。研究显示,制造业、农林渔业、批发和零售业将成为从人工智能应用中获益最多的三个行业。到2035 年,人工智能将推动这三大行业的年增进率划分提升2%、1.8%和1.7%。

人工智能在农业领域的应用潜力伟大。机械学习所具备的通过使用大数据集来优化单个或一系列要害目的的能力很适合用来解决农业生产中的作物产量、疾病预防和成本效益等问题:

在莳植领域,人工智能有望提高粮食产量、削减资源虚耗。机械学习手艺可以被用来剖析来自无人机和卫星的图像、气象数据、土壤样本和湿度传感器的数据,并辅助确定播种、施肥、浇灌、喷药和收割的最佳方式。在精准农业中的各个环节中,机械学习都能施展主要的作用,从而提高粮食的产量。

在养殖领域,行使人工智能可以有用降低疾病造成的损失。在一项学术研究中,研究人员网络和剖析鸡的声音,并训练神经网络模式识别算法后,研究人员能够准确地识别出熏染了致命疾病的鸡,其中发病 2 天的鸡的识别准确率为66 %,而发病8 天的鸡的识别准确率为 100 %。准确诊断牲畜所患疾病并尽早在损失发生之前举行治疗可以消除由疾病导致的损失。据行业专家估量,挽回的损失可达20 亿美元。

人工智能缩短农业研发历程。人工智能手艺可以用于提高粮食产量、降低损失,但这并不是其施展作用的唯一领域。在实验室和研究中心,机械学习算法能够辅助培育更好的植物基因,缔造更平安、更高效的农作物珍爱产物和化肥,而且开发更多的农产物。实际上,人工智能在这些领域的介入加倍成熟,由于这一领域的数据加倍厚实,数据获取的速率也更快。凭据2016 年Philips McDougall 的剖析,将一种新的作物珍爱产物推向市场需要11年的发现和生长时间,剖析16 万份化合物,每个产物商业化支出跨越2.8 亿美元。在新农化产物的开发中,整个行业每年的破费跨越26 亿美元。而人工智能的接纳可以提高这一历程的效率。

以孟山都的玉米育种为例。在将玉米杂交品种投入市场之前,孟山都对其举行了多年的评估,从发现到商业化,这个历程可能需要8 年时间。玉米育种通常被比作“草堆中捞针”,这是个拥有32000 个基因的大草堆,代表了几代滋生者面临的搜索难题。从历史上来看,一个育种项目每年可以从成千上万可用选项中选出约莫500 种组合举行试验。这种选择受到与治理现场测试程序相关的后勤和成本的限制。

为了削减这些限制,孟山都的AI 研究人员开发了一种算法,能够评估育种决议,并展望哪一个杂交品种将在试验的第一年显示出最佳的性能。这个算法正被已往15 年的分子符号和现场试验信息举行训练。这种算法可以优化育种历程,使育种者能够更快地把他们最好的想法投入到大规模的实地试验中。这一算法不仅加快了育种历程,而且与传统方式相比,还使孟山都将其玉米育种管道规模提高5 倍。育种者可以行使AI 工具完成更多的事情。

 三、数字农业应用偏向与各国生长现状

全球数字农业规模已超千亿人民币,细分领域倍速生长。智慧农业是数字农业中一种详细的综合应用形式,可在较大水平上反映数字农业的整体生长情形。按应用划分,从体量上来看,精准农业(含莳植与养殖)、监测(含收获监测与土壤监测)、农业无人机三领域是智慧农业中生长较为领先的偏向,2020 年展望规模划分在45.85 亿美元、22.15 亿美元、和11.79 亿美元;从生长速率上来看,智能浇灌、智能温室、农业无人机领域生长较快,5 年CAGR (复合年均增进率)划分到达37.60%、33.28%、32.66%。

以应用划分的潜在市场规模(百万美元)

从数字农业领先国家的情形来看,各国均重视生长农业手艺,同时因地制宜,各自开发出适合自身的数字农业发展门路。以美国为例,梳理数字农业在差别国家若何助力农业提升产业效率。

美国:优质自然禀赋与先进手艺奠基数字农业全球领先地位。美国是世界上农业最蓬勃的国家,美国农业谋划模式主要以大型农场谋划为主,农业高度蓬勃,机械化水平高,主要有畜牧业和莳植业两大部门。最早提出精准农业观点,农业率先进入数字化时代。20 世纪80 年月初,美国便提出了精准农业的观点和设想。智能中央盘算机浇灌控制系统于80 年月就被应用于温室控制和治理。今后,盘算机控制与治理系统可控局限、天真水平逐渐提高。美国41.6%的家庭农场、46.8%的奶牛场和52%的年轻农场主通过盘算机举行网络信息联络,有专业的农业手艺服务组织将农业信息提供给农民,服务于农业生产治理和精细化耕作。

农业手艺的提高是推动美农业生产力提高的主要气力。现在,美国农场由于手艺的提高,包罗传感器、装备、机械和信息手艺,现在的运营模式与几十年前存在较大差异。今天的农业通常使用重大的手艺,如机械人,温度和湿度传感器,航拍图像和GPS 手艺。这些先进的装备和机械人系统使农业效率得以提高,在成本险些稳定的情形使企业收入连续增进,更高效的同时也更平安、更环保。

四、墟落振兴+5G 时代来临,我国数字农业机遇几何?

数字农业生长相对滞后,数字化转型才刚开始农业数字化相对滞后是当前我国农业生长的大靠山。凭据中国信息通讯研究院公布的《中国数字经济生长与就业白皮书(2019 年)》,2018 年,我国数字经济规模到达31.3 万亿元,按可比口径盘算,名义增进20.9%,占GDF 比重的34.8%。三产中,我国农业数字经济占农业整体比重的平均值为7.30%,而工业为18.30%,服务业为35.90%。与工业和服务业相比,农业不仅数字化水平处于相对较低位置,数字化速率也相对较慢。农业各细分行业中,数字经济占比水平从高到低依次为林产物、渔产物、农产物、畜牧产物,均低于大多数服务业和工业行业,可见三产中,农业存在较大数字化提升空间。

2018年农业各细分行业数字经济比重(%,亿元)

五、手艺提升产业效率,新兴手艺不停提高,应用成本下降

1、手艺成熟度提升带来部署成本不停下降。相比10 年前,全球物联网处置器价格下降98%,传感器价格下降54%,带宽价格下降97%,成本的降低为农业物联网大规模部署提供了基础。

2、联网手艺不停突破。联网手艺是物联网产业兴起的主要条件,在全球局限内低功率广域网(LPWAN)手艺快速兴起并逐步商用,面向物联网广笼罩、低时延场景的5G 手艺标准化历程加速,同时、LTE-V、短距离通讯手艺等相关通讯手艺也取得显著希望。

3、数据处置手艺与能力有显著提升。随着大数据整体手艺系统的基本形成,信息提取、知识显示、机械学习等人工智能研究方式和应用手艺生长迅速。大数据、物联网、人工智能在数字农业升级中的应用能够有用释放农业产业重大数据的潜在价值。

4、产业生态构建所需的要害能力加速成熟。云盘算的成熟、开源软件等有用降低了企业构建生态的门槛,推动全球局限内农业数字化的兴起和农业物联网操作系统的提高。

当前智慧农业主要使用的物联网通讯手艺

5、 5G 赋能已有手艺,全方位提升数字农业效率

详细到数字农业,5G 将提升的是数字农业价值链中移动网络环节效率,联动前后环节适配手艺升级迭代。由于智慧农业价值链与数字农业类似,若5G 商用落地,前环节中的装置/装备制造商、联网供应商,后环节中的联网平台、应用供应商、数据剖析、系统集成商和外包供应商、终端用户等众多介入方将受益来自移动网络环节的手艺革新。这些介入方可分为供应商和小我私家消费者两大类,而现在在农业相关领域中,无论是B 端照样C 端均有较多需求未被知足。

凭据华为对终端用户的痛点剖析,现在在通讯手艺方面,60%以上的农场主以为低笼罩局限和高投资成本是数字农业相关手艺必须解决的主要难题。其次,另有部署周期长、带宽、高时延等问题需要解决。同时,讲述对农场主的投资意愿举行了统计,70%以上的农场主愿意投资有助于提高生产力和利润的先进手艺。5G 商用落地有望大幅改善当前数字农业中因信息手艺导致的痛点,同时由于终端用户对改善现状具有较高投资意愿,5G+智慧农业有望在5G 大生态万亿市场中占有一席之地。

以上数据泉源于:中国农业科学院,华为手艺公司,天风证券等

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