在智慧的田野上——“土味”通信專利創新

自動化新農業

專利的戰略布局與應用轉化，正成為推動智慧農業全面數字化轉型的核心動力，它不僅定義了市場競爭的格局，更催生了農業服務的新模式。

中國廣袤的農田，是承載著國家糧食安全的基石，亦是鄉村振興戰略的廣闊舞臺。伴隨數字經濟浪潮的滌蕩，現代農業正經歷一場由機械化向智能化、數字化邁進的深刻變革，尤其在提升農機裝備研發應用能力與加快數字鄉村建設方面，通信技術的重要性被提至前所未有的高度。

2022年2月11日，《“十四五”推進農業農村現代化規劃》發布，在規劃中明確了戰略導向，同時也進一步細化了強化現代農業科技支撐、提高農機裝備研發應用能力、加快數字鄉村建設等方面的具體要求，強調了農業科技力量對農業農村現代化的重要作用。

然而，當先進的通信技術，如5G技術試圖扎根于這片古老而復雜的土地時，其應用并非坦途。

農田里的信號困境

得益于一系列政策的精準發力與農業科技的持續投入，我國農業農村的現代化進程已然駛入快車道，取得了舉世矚目的實質性進展。根據2025年1月中國農業大學國家農業農村發展研究院發布的《2025中國農業農村發展趨勢報告》，2024年前三季度，農林牧漁業總產值累計103774.4億元，我國糧食產量再創歷史新高，農民收入較快增長，農村社會和諧穩定，夯實了基本盤。

然而，在這激動人心的轉型浪潮背后，一股無形卻強大的阻力——“數字鴻溝”，正悄然橫亙于田野之間，當通信技術遇上黑土地，當先進通信遇上傳統農業，必然會出現新技術應用實施上的障礙和阻力。

近幾年，北大荒農墾集團總公司建三江分公司大力推進智慧農業建設，讓農業生產全程向信息化、自動化、數字化、智能化發展，實現了“無人化農場”，比如秧田無人植保、無人攪漿整地、無人駕駛插秧、無人駕駛割曬、無人機車翻地等等，為中國農業轉型升級、實現高質量發展注入強大動力。

在這幾年不斷探索實現“無人化農場”的無數次實驗中，有這樣一種情況，在萬畝稻田里，農機手李師傅的智能化收割機配備了最新款的無人駕駛系統，他正在使用控制終端操控收割機自動作業，當機械深入稻田中央時，控制終端頻繁顯示“信號丟失”的警告，如此一來，花費大價錢配置的設備因為信號問題成了擺設。這不僅是單個案例的縮影，更是當下中國智慧農業發展中普遍面臨的通信“痛點”與瓶頸的集中體現。

根據工業和信息化部《2024年通信業統計公報》，截至2024年底，全國移動電話基站總數達1265萬個，其中，5G基站為425.1萬個，5G基站占移動電話基站總數33.6%，可以想到的是，在廣大鄉村地區，由于地理分散、人口密度低以及基礎設施建設成本高等因素，5G網絡的鋪設速度遠不及城市，其網絡覆蓋率遠低于城市，形成了一個顯著的數字服務落差。

這種區域性的網絡覆蓋不足，無疑成為制約智能農業裝備性能發揮、阻礙智慧農業大規模推廣應用的關鍵瓶頸。即便在網絡信號可及的區域，傳統農機設備本身的物理特性也為通信帶來了額外挑戰，比如農機設備龐大笨重的金屬外殼，猶如一個天然的法拉第籠，嚴重的信號損耗將嚴重影響智能農業裝備的性能發揮。

破解農業通信的“不可能三角”

在農田這片特殊的“通信考場”上，通信設備必須同時應對腐蝕、震動與信號遮擋三大“不可能三角”的嚴峻考驗。正是為了攻克這些源于泥土的挑戰，一系列聚焦于實用場景的“土味”專利創新應運而生，為智慧農業的通信韌性提供了強有力的技術支撐。

防腐蝕是首先要面對的化學戰役。農田環境中高濃度的化肥、農藥以及土壤中的酸堿物質，對暴露在外的通信設備構成了持續的化學侵蝕，因此，通信設備防腐是各大技術廠商和包括工業防腐在內的行業用戶所應關注的要點之一。

為此，專利ZL202011320572.X提出了一種基于復合陶瓷材料的防護技術，采用氮化硅陶瓷基材配合特殊涂層，使得通信設備即使極端環境下也能保持穩定，可以顯著降低農田環境下傳統鍍鋅外殼的銹蝕率。專利ZL20231125696.6以SiC@Si3N4/MXene為改性劑，通過原位聚合法獲得低溫固化改性聚酯樹脂，實現SSM復合導熱吸波助劑在低溫固化聚酯樹脂中的均勻分布，提出一種專用于5G通信基站防腐粉末涂料的具有導熱吸波功能的低溫固化聚酯樹脂，使改性聚酯粉末涂層在5G通信基站應用中實現防腐蝕、散熱、吸波一體化，對通訊信號的持續和穩定有重要意義。專利CN214324434U則通過結構上的改進設計，解決現有技術中大多數5G基站、風力發電基站、太陽能發電基站的熱交換器以及太陽能發電基站的降溫器外端的涂層結構的防腐蝕效果較差，導致長期使用涂層結構容易老化，防護效果較弱的問題。

抗震動是讓精密通信設備經受住“鐵牛”考驗的關鍵。現代農機裝備在田間作業時產生的劇烈震動，對通信模塊及信號穩定性構成嚴重威脅，為應對此挑戰，專利ZL20241096865.6通過鐵塔與隔震基座的配合使用，在非地震時間段，鐵塔與承重柱共同分擔鐵塔整體重量，使通信鐵塔更加穩固，而在地震時，承重柱承擔大部分重量，在地面晃動時，通過滑塊將上安裝座與下安裝座隔開，避免震動傳遞給鐵塔，能大大提高地震時的穩定性。專利ZL20201099658.0將基站模塊嵌入農機控制系統，巧妙地利用農機原有的防震設計，不僅解決了震動問題，還將降低通信延遲，完美契合了精準農業對實時控制的嚴苛需求，實現了通信與農機的無縫集成。

最后，信號覆蓋則是突破“綠色屏障”的硬核攻堅。在作物豐收季，茂密的作物無疑構成了天然的信號屏障，為破解這一難題，專利ZL20241162777.4提出根據節點部署數據，設計農田區域內的通訊網絡拓撲結構，考慮距離、信號干擾因素、信號強度、數據傳輸延遲等因素，在各節點間配置無線通信連接 (如LoRa、Zigbee、Wi-Fi等 )，確保傳感器節點能夠穩定、高效地通信，通過信號覆蓋范圍分析和通信協議選擇，確保在農田中合理分布的節點能夠有效地覆蓋監測區域，減少盲區和重疊覆蓋，提高信號傳輸的穩定性和準確性。

專利ZL20181078341.4面對農田復雜環境，在農田的無線傳感器網絡的概率信道模型的基礎上，對接收端信號強度、信噪比等進行估計，確定無線傳感器網絡節點間的連通概率，進而確定進行機會路由傳輸還是確定性路由傳輸，在盡可能降低傳輸能耗的同時避免低能量節點的過快能量消耗，保證農田復雜環境非可靠信道的高效可靠傳輸。

專利ZL20241076956.8在為5G基站選址規劃時，提供一種在農村地區，通過Okumura-Hata模型預測頻率在150至1500MHz之間，天線高度在30至200米的情況，在不同地形和植被條件下的信號強度分布，從而實現對廣闊農田和村落的有效覆蓋，提高基站布局的準確性。這些技術都為農田邊緣地帶的信號覆蓋帶來了革命性的改變，將通信觸角延伸至農業生產的每一個角落。

專利推動農業數字化轉型

在解決了農田通信的技術瓶頸之后，專利的戰略布局與應用轉化，正成為推動智慧農業全面數字化轉型的核心動力，它不僅定義了市場競爭的格局，更催生了農業服務的新模式。

根據中研普華研究院《2023-2028年中國智慧農業行業發展前景及投資風險預測分析報告》顯示，當前全球智慧農業產業呈現出明顯的增長趨勢，整體行業發展態勢迅猛，初步預測到2025年全球智慧農業市場規模將進一步上升至325億美元，在2022-2025年期間，年平均增長率達到約30.4%，智慧農業通信市場也正經歷著前所未有的爆發式增長，全球各國均進行積極布局。

IncoPat數據顯示，中國農業數字化專利申請數量由2018年開始有了明顯提升。有的企業深諳此道，他們建立起農業通信專利地圖，實時跟蹤技術發展態勢，并圍繞“5G+智慧農業”多方位布局。一些通信巨頭比如華為、中興等與中聯重科、一拖等農機企業之間形成了日益緊密的交叉許可協作模式。這種模式通過技術授權的互通有無，例如農機企業以自身控制專利換取通信企業的5G技術授權，實現了產業鏈上下游的深度融合與共贏，加速了創新成果的商業化落地。在農業通信標準化進程中，標準必要專利（SEP）的爭奪日趨激烈，其掌握者往往能主導行業話語權。

“物聯網農機通信協議”專利族被納入國際標準（ISO/IEC11783等）后，全球相關設備制造商均需支付專利許可費，這直接影響著產業鏈的成本與發展。面對這種壁壘，華為在農業通信領域（如NB-IoT、5G RedCap等低功耗廣域網絡技術）積累了大量SEP，并積極參與國際標準組織（如3GPP、ITU）的農業通信標準制定；中國電信積極參與CCSA（中國通信標準化協會）農業通信標準工作組，參與制定《基于廣域網通信的智能農業遠程測控應用總體技術要求》等，以及中國移動、中國聯通、大疆、阿里巴巴等企業積極作為，共同推動農業通信技術的開放與普及，構建了更具韌性的創新生態。

最終，這些技術與專利的價值，體現在其在農業生產中的實際應用落地與商業模式的創新。根據中國信通院《數字鄉村發展實踐白皮書（2024年）》，數字技術大大提升了農業生產效率和保障能力，如江蘇南京浦口區通過數字化技術，節省養殖人工成本15%以上，節約倉儲加工物流配送成本20%以上，同時通過無人駕駛拖拉機等智能農機裝備，讓耕作更加規范化、標準化，提高了產量降低了能耗和成本。

海爾卡奧斯以工業互聯網推動設施農業智能化，通過物聯網賦能農業產業鏈，實現了交互模式創新和生產模式創新，搭建起從農田到餐桌零距離的交互定制平臺，實現生態農業共創共贏。

托普云農是國內先行的數字農業綜合服務商，在數字農業領域深耕十余年間。托普云農利用人工智能、物聯網、大數據、區塊鏈等數字技術，為助推農業現代化發展提供了不少技術支撐與數據服務，其惠農服務（低收入幫促）和“親農在線”解決了農業產業中涉農補貼的發放、農技指導、農產品交易免稅發票開具及農保、農貸等農戶的“心頭事”問題，受到了仙居10萬梅農的普遍歡迎。

這些創新模式使得先進技術更易觸達廣大的農業生產者，這不僅為專利的價值衡量提供了更量化的標準，也激勵了更多貼近農業生產實際需求的“土味”創新涌現。

打通創新“最后一公里”

在這場“農田里的戰爭”中，打通創新“最后一公里”面臨多重挑戰，同時也有賴于政策的精準發力與生態的協同構建。其中一個顯著的挑戰源于認知差距與應用瓶頸，事實上，我國廣大農村地區依然普遍存在信息基礎設施薄弱、農村居民數字技術接觸率偏低、數字素養水平有限等問題。

國家網信辦信息化發展局發布的《全民數字素養與技能發展水平調查報告（2024）》顯示，農村居民數字素養比城市居民低15.35%，城鄉之間依然存在明顯的信息逆差，有的農戶對通信專利技術不關心不了解，大多數對5G與4G等技術更是認知空白，直接影響了先進技術的推廣與應用，亟需加大科普力度，讓技術的價值以更直觀、更易理解的方式觸達基層。另一個突出難題是專利碎片化，智慧農業項目往往涉及多個技術領域，可能需要協調來自不同企業的數十項專利授權，漫長的談判周期和高昂的授權成本，嚴重制約了系統集成的效率與規模化推廣。

面對當前復雜的國內外形勢與不斷增多的不確定性，夯實“三農”工作基礎以應對風險挑戰顯得尤為重要。2025年初，中共中央、國務院發布《關于進一步深化農村改革 扎實推進鄉村全面振興的意見》，為農村地區通信基礎設施建設指明了方向，明確提出要全面提升農村地區電信普遍服務水平，擴大4G/5G網絡及固網寬帶覆蓋范圍，并加強網絡維護管理。

政策鼓勵運營商聯合地方政府申報“數字鄉村”示范工程，爭取稅收減免或低息貸款，并通過PPP模式（政府和社會資本合作）參與農村基建項目，這將有力推動“縣縣通千兆、鄉鄉通5G、村村通寬帶”目標的落地，尤其有助于優化偏遠山區網絡信號穩定性，從根本上解決覆蓋盲區問題，為“土味”創新的蓬勃發展提供了堅實的政策沃土。農業農村部開展的“數字農田”建設試點，更是將通信專利技術納入考核指標，直接驅動了技術應用的落地。

在全球競爭日益激烈的背景下，破局之路則需要雙軌并進。

其一，向內扎根，強化自主創新的“源頭供給”。我們必須清醒地認識到，單純的專利申請數量增長已不足以支撐高質量發展，未來的創新必須更加聚焦于基礎研究和核心技術，中國的核心優勢在于無與倫比的、多樣化的應用場景——從東北的萬畝平原到西南的梯田丘陵，從設施農業到大田種植，這些“土味”場景中蘊含的獨特技術挑戰，如復雜地形下的信號補償、高密度種養殖環境下的網絡容量優化等，恰恰是催生顛覆性技術創新的最佳土壤。我們要將這些“土味”難題轉化為世界級的科研課題，形成具有中國特色且難以被模仿的核心專利組合。

其二，向外拓展，積極主導和參與國際標準的制定。在這場沒有硝煙的“農田戰爭”中，專利是“彈藥”，而標準則是定義戰場的“游戲規則”。僅僅擁有專利，就只是一個技術參與者，而掌握了標準，則意味著掌握了行業的話語權和產業鏈的制高點。中國必須從一個“標準的使用者”轉變為“標準的制定者”，積極向國際電信聯盟（ITU）、3GPP等國際標準組織輸送融合了自身專利技術的解決方案，推動將我們在自適應天線、移動中繼無人機等領域的創新成果轉化為國際標準必要專利（SEP），為中國企業“出海”掃清障礙，更能讓全球產業鏈分享中國智慧，構建以我為主的創新生態。

隨著技術的持續突破和應用的不斷深入，數字農業的廣闊前景正在我們眼前徐徐展開。（作者單位：國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心）

（文章來源：《創意世界》2025年10月號）

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編校：苑寶平，審讀：郭麗

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