孙忠富:区块链技术在智慧农业中的应用展望

在举办的“大数据创新应用论坛”上,中国农科院农业环境与可持续发展研究所研究员孙忠富带来《区块链技术在智慧农业中的应用展望》的分享。

演讲全文如下

首先介绍一下我们的单位,中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,一看这个所的名字就知道是搞环境研究的,我们这个国家级研究机构,主要包括气象和农业的研究,防灾减灾。里面也有一些信息在农业方面的应用研究,包括最近这几年的新一代信息技术,物联网大数据、智慧农业。最近这几年又有一个新的热点,就是区块链的技术,他怎么样跟农业的结合,跟智慧农业的结合,我也做了一些学习,也做了一些思考。

下面主要讲这几个方面的问题,思考。

第一个介绍一下我们农业的现状。近几十年来我们国家粮食生产持续增长,与此同时,我们业面临新的问题,我们国家农产品进口量不断提升,对外依存度更大,包括受气侯变化影响,自然灾害频发,生产成本大幅度上升,市场环境波动,农业安全也是不容忽视的。

第二个是谁来种地,如何种地,种出来产品卖给谁,我们国家是世界上老龄化最突出的国家之一,现在农业发展劳动力与老龄化的矛盾非常突出,目前有一个数据表明,60岁以上的农村劳动力大约占了70%这些,这些人对新技术新知识的学习能力相对来说玻璃比若。

第三是生产规模比较小,管理方式落后,2006年的统计,我们国家大约有2.6个亿农户,即使到了2050年,也还是有一亿多农户生产规模是比较小的,我们人均的土地大约两亩,只有美国的两百分之一,世界平均水平的三分之一及另外我们劳动效果,或者创造的价值率也都是比较低的,主要是跟发达国家相比。

第四是我们科技竞争力还是比较低的,举几个数字,高端大型机械设备,像在东北地区,大约有80%是靠进口的。还有我们在做智慧农业当中,大量的传感器有80%靠进口,还有大量使用外国一些进口设备,也造成信息的泄露,这都是一个现状。

第五是农业环境问题,现实来看我们国家农业还在过渡依赖化肥、农药,这样的格局没有改变,尽管国家很重视,投入大量研究,但是这个还不是短期能够解决的,包括农产品安全事件经常发生,我们经常遇到各种各样负面信息,这个还是有所减缓,但还是有的。

为什么要发展智慧农业,实际上跟我们上面讲到一些农业问题有关。

第一个是国家创新驱动的需求,传统农业主要是大量以资源投入,化肥品投入,现在农业发展必须要创新驱动力,大数据现在有人讲成为新型资源和生产要素,也有人称大数据是新型石油,还有互联网对农业插上翅膀,人工智能进一步解决了生产力,所以要发展智慧农业,智慧农业可以简单说,是新一代信息技术与现代农业全面深入的融合。

第二是国家发展战略需求,国家“十三五”规划明确提出要加强农业与新型技术的融合,发挥智慧农业,2016年一号文件提出要大力推进“互联网+”,应用物联网、云计算、大数据、移动互联网等新一代信息技术推动农业全面改造升级,互联网代表着现代农业发展的新方向、新趋势,也为转变农业发展提供了新路径新模式。

第三是讲到智慧农业概念,另外一个很之黑农业相关的是农业4.0,农业4.0也是基于近年来德国提出的工业4.0,在这个基础上有人提出农业也正在向4.0的方向发展,在4.0之前有相应的农业1.0、2.0、3.0,如果智慧农业的话我们已经做到4.0,就是用现代的信息技术全面支撑,全面融合到现代农业的方方面面,这个不展开讲了。

第四智慧农业发展当中也面临一些挑战,大数据是智慧农业的核心,物联网是互联网的延伸应用,随着智慧农业的规模发展,大数据的获取,大数据的挖掘,特别在数据安全、网络安全、数据真实可靠,包括诚信知识产权保护,也是在智慧农业发展中面临一些挑战和问题。

下面简单讲一讲区块链的一些应用的问题,我估计这里有很多是专门研究IT领域的人员,对于区块链有很多的了解,我这里也是简单的回顾一下。

第一个区块链的产生也是基于信息技术或者IT技术的飞速发展,互联网的应用,互联网的出现重构了信息传播的模式,以及技术和载体,是继工业革命之后又一次大型转变。同时也知道互联网业出现一些问题,它的无序和混沌状态带来很多风险,网络社会需要一个新的支撑体系,怎么样重新构建这个互联网的问题,现在很多人在讲。区块链就是将重新定义网络,很多专家也在讲这个事情。有人讲在互联网时代,这是狄更斯很早讲的,这是最好的时代,也是最坏的时代。

第二是区块链面临这种状况是生逢其时,区块链将推动网络社会进入秩序互联网的发展,重构互联网无序混沌乱象,解决安全和信任危机,有人把互联网比喻为同乡远方的高速公路,大数据是行使在高速公路上的滚滚车流,区块链是管理高速行使的交通法则,

第三是区块链基本内涵,区块链是比特币的底层技术,2008年由中本聪首次提出,是分布式数据存储,点对点传输,共识机制,通过密码学保证安全,简单讲是去中心化的分布式数据库,将数据区块块按时间顺序组成新的秩序。

第四是区块链的分类,大体上有这几个,一个是私有链,一个是公有链,一个是联盟链,私有链就是满足特定条件的个人开放,公有链就是向所有人开放,联盟链是在授权组织或者机构内部进行开放,或者是应用。

第五是区块链主要技术,最主要一个是分布式账本技术,还有是共识机制,还有智能合约技术,包括非对称加密技术。只有通过这些技术,最后实现一个多节点的参与,去中心化,防止篡改,保证数据安全性和真实性,这是区块链核心功能。

第六是区块链的演变,基本上也是最早的是区块链的1.0,在这个基础上出现了比特币,到了2.0是在金融领域得到比较多的应用,现在提出3.0是为了各行各业更多的使用区块链,包括到1.0可编程货币,2.0可编程金融,到3.0是可编程社会,到3.0阶段各个行业都会有大规模应用,现在有个别的一些案例。

区块链给大家讲了一点普及性的,在座有区块链的高手,就不多讲了,最后讲一讲区块链与智慧农业,最终怎么样把区块链和智慧农业进行融合。

第一个方面是区块链将对智慧农业发展保驾护航,刚才讲到广义的大农业涉及的领域繁多,发展“智慧农业”是一个庞大的系统工程,总体的技术薄弱,农业是一个薄弱的产业,一个领域,在智慧农业当中,对大数据的管理,物联网的应用,如何确保安全可靠,数据真实,建立诚信,包括数据权的维护,知识产权的维护,实际上都是我们下一步要大规模发展智慧农业要思考的问题。

第二是区块链在农业的应用,我总结一下大体可以分两个层面,也不一定对,也是参考一些学者的思考。

1、是基础类通用技术应用,这个主要为了加快区块链产品的开发和应用,以便构建基于区块链技术应用,提供区块链与智慧农业底层支撑技术,与物联网、大数据、云计算、人工智能深度融合。

2、行业和专业领域的比较特殊的应用,主要在农业不同的领域和专业进行融合,如农产品安全溯源问题,农业金融还有供应链等融合。

首先讲一讲区块链+大数据的问题,这里面是农业大数据,农业是一个很庞大的体系,涉及的领域非常宽泛,大数据的获取,安全管理,数据维护,是智慧农业需要解决的问题,区块链就具有这样功能,可以确保数据真实有效,不可伪造,不可篡改,去中心化的特征,所以下一步区块链与大数据是一个发展趋势。还有区块链+农业物联网的领域,最近这些年业面临发展当中一些平静,比如投入和维护成本比较高,将来如果跟区块链进行结合,包括去中心化,包括自我维护,这样可能都会大大提高它的效率,这是物联网在农业当中快速的发展。

区块链+云计算,区块链与云计算融合也将改变去中心化的云存储,形成一种云分布存储计算模式,农业上大量分散和碎片化的资源可以通过区块链得到优化整合,并能保护期利益权和行使交易权。

区块链+人工智能。人工智能发展主要依赖于数据和算力,包括机器学习和模型的构建都是人工智能的基础,怎么样确保数据的安全真实,包括数据的私有性和使用权,都是对人工智能发展有更大的影响,区块链在这方面会有更加广泛的应用前前景。

区块链+质量溯源问题,农业上我们对民以食为天,大家在温饱解决之后,更关注怎么赤扬的好,吃的健康,吃的可口,怎么样确保农产品的安全,这是一个难点,区块链很可能在农业质量溯源上取得突破,我看到一个学者讲,区块链将成为安全溯源的引爆点,我基本上同意他的观点,区块链可能最多最早在农业上,就是安全溯源方面得到广泛的应用。

区块链+农业保险,随着农业的发展,农业保险业发展的很快,但是农业保险面临的定损理赔认证都是比较传统和复杂的过程,数据真实可靠不可篡改面临一个很大问题,与区块链结合,农业保险在保护农业产权交易方面有很大的空间。另外区块链智能合约也将提升保险领域,更加智能化开展,使裴负效率得到更大提高。

区块链+农村金融,从大的行业来讲,区块链应用最广泛还是金融,理所当然在农业金融上,区块链也将有它的广泛的应用,发展空间。包括农业金融的瓶颈,就是怎么样抵押的问题,农民财产比较少,怎么样在农业上把这个问题解决,也可以通过区块链有更大的应用。

区块链+供应链,在供应链,刚才讲到安全溯源有类似之处,主要确保农产品在交易过程当中有诸多的节点,有诸多的过程,怎么样记录它的数据,确保各个环节的安全可靠,建立一个可信任的体系,这都是在供应链上的应用。

区块链+精准扶贫,我们国家在党中央政策在2020年全面脱贫,现在这个精准扶贫也达到了一个关键的时刻,可以利用区块链防篡改、共监管,推进精准定位的技术,发挥更大的作用,包括精确的识别,准确的帮扶,精确的感觉,这就是区块链在精准扶贫当中可以发挥非常好的作用。

第三是区块链的应用业面临着一些挑战。

是前景十分广阔,刚才讲到将近十个应用的领域,实际上代表了有广泛的应用的前景,总的来,尤其农业是信息化程度比较薄弱的产业,目前区块链还是面临一个早期初级阶段,创新技术从诞生到成熟应用都不可避免出现这样或那样的问题,总的来看,出现刚性需求,智慧农业处在快速发展时期,我们国家“十三五”,我们智慧农业可以快速发展,在这里面也出现了包括由于参与,信息的庞杂,不够透明,这种去中心化难度,信任缺失,区块链的技术是非常有需求的,有非常大的市场。区块链在农业上的应用我认为是在比其他领域应用难度更大,因为农业主要对象都是生命生物,变化还要受外部环境影响。另外就是目前农业上的应用场景还是比较少的,所以需要进一步的设计和进一步的拓宽,这个要靠我们技术人员要和农业深度融合,拓展出更多的领域。还有一个方面是技术人才奇缺,区块链技术门槛比较高,研发成本比较高,尤其复合型人才缺乏。还有是从区块链本身的技术上,包括安全漏洞,计算机交易成本高,大量的基点参与的维护,包括网络带宽问题都是一些挑战。

最后我简单的快速的把我的科研团队最近这几年做的智慧农业成果快速展示一下。

(一)是我们从2009年开始在国家农业部有关行业支持下,我们对小麦为主的作物进行了建立了物联网监测系统,全面覆盖典型的区域,这个系统主要是对作物全程的生长信息,包括灾害的信息,环境的信息,主要是为全程的精准的管理提供决策支持,右下角这些点是我们建立互联网的节点。

这个是我们建立物联网系统基本的架构,可以看到这是不同的监测区域,在这些区域构建了物联网的节点,这些节点把大量的数据通过互联网包括无线的技术传到数据中心,开发了远程监控决策系统。

这是我们开发的软件的界面,包括一些数据分析的模块,包括专家系统诊断的模块,包括视频监控的模块。

这个是我们项目当中开发一系列产品,这些产品具有数据实时的监测,包括远程传输,包括分布式处理等这样的功能。我们也开发了基于手机的应用,现在基于移动互联网的研究和应用发展越来越快。很多应用都是开发到手机上,基于APP的技术,或者基于小程序的开发都得到了应用。

这个是我们开发基于机器识别的技术,怎么样对于植物的缺素,对于病虫害进行识别,刚才赵地博士讲了在医学上怎么样识别人的疾病,我们也是在农作物上也进行了类似的研究。

我们这个还性感了摇杆的信息,因为大家知道我们现在谈到物联网还是局限在地面的传感器,怎么样和空间的遥感技术进行深度的融合,我们也开展了这项工作,这样就是点面结合,空间和地面的融合,使我们这个系统的监测精度,包括覆盖面都得到了延伸。

(二)就是在园艺上的应用,包括智能温室,我们国家也是设施园艺大国,需要对环境进行实时监控,对各种各样环境进行控制,我们也是用物联网开发这样系统。另外我们也在利用物联网技术对果树,对果园的区域进行了物联网的系统的研发,这些系统可以实现对灾害的远程报警,通过短信,通过各种模式进行远程报警和远程管理。

这个是装在现场一些实际的场面,包括一些监测设备,一些监测的节点。这是一个基于果树气象灾害的物联网系统界面,这是开发的手机软件。

再给大家简单介绍一下我们这两年也取得了一些成果,得到了社会和政府的认可,我们2015年全国农业信息化基础创新示范基地和创新单位,包括我们也成为全球“互联网+现代农业”百佳案例单位之一。包括两次节本增效的农业互联网应用模式。我们两次获得了中国产学研成果奖,这个主要是与清华大学,包括和北京恺琳科技发展有限公司(音)共同取得的成果。我们成果也比较早得到了央视媒体广泛的报道,包括中央新闻,包括一些相关的频道对我们的成果都进行了一些跟踪报道。这个是电视台采访我的一个界面,这个是我们录制的一个物联网的普及节目,我们的研究成果核心的素材,我们是他们频道的一个技术总监。我们的产品也参加过一些展览会,一些大型的技术的展览会。

这个是和我们长期合作研发的工作一个公司,大家如果有什么需要可以联系,谢谢大家。

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