在智慧的田野上——“土味”通信专利创新|专利|通信技术

自动化新农业

专利的战略布局与应用转化，正成为推动智慧农业全面数字化转型的核心动力，它不仅定义了市场竞争的格局，更催生了农业服务的新模式。

中国广袤的农田，是承载着国家粮食安全的基石，亦是乡村振兴战略的广阔舞台。伴随数字经济浪潮的涤荡，现代农业正经历一场由机械化向智能化、数字化迈进的深刻变革，尤其在提升农机装备研发应用能力与加快数字乡村建设方面，通信技术的重要性被提至前所未有的高度。

2022年2月11日，《“十四五”推进农业农村现代化规划》发布，在规划中明确了战略导向，同时也进一步细化了强化现代农业科技支撑、提高农机装备研发应用能力、加快数字乡村建设等方面的具体要求，强调了农业科技力量对农业农村现代化的重要作用。

然而，当先进的通信技术，如5G技术试图扎根于这片古老而复杂的土地时，其应用并非坦途。

农田里的信号困境

得益于一系列政策的精准发力与农业科技的持续投入，我国农业农村的现代化进程已然驶入快车道，取得了举世瞩目的实质性进展。根据2025年1月中国农业大学国家农业农村发展研究院发布的《2025中国农业农村发展趋势报告》，2024年前三季度，农林牧渔业总产值累计103774.4亿元，我国粮食产量再创历史新高，农民收入较快增长，农村社会和谐稳定，夯实了基本盘。

然而，在这激动人心的转型浪潮背后，一股无形却强大的阻力——“数字鸿沟”，正悄然横亘于田野之间，当通信技术遇上黑土地，当先进通信遇上传统农业，必然会出现新技术应用实施上的障碍和阻力。

近几年，北大荒农垦集团总公司建三江分公司大力推进智慧农业建设，让农业生产全程向信息化、自动化、数字化、智能化发展，实现了“无人化农场”，比如秧田无人植保、无人搅浆整地、无人驾驶插秧、无人驾驶割晒、无人机车翻地等等，为中国农业转型升级、实现高质量发展注入强大动力。

在这几年不断探索实现“无人化农场”的无数次实验中，有这样一种情况，在万亩稻田里，农机手李师傅的智能化收割机配备了最新款的无人驾驶系统，他正在使用控制终端操控收割机自动作业，当机械深入稻田中央时，控制终端频繁显示“信号丢失”的警告，如此一来，花费大价钱配置的设备因为信号问题成了摆设。这不仅是单个案例的缩影，更是当下中国智慧农业发展中普遍面临的通信“痛点”与瓶颈的集中体现。

根据工业和信息化部《2024年通信业统计公报》，截至2024年底，全国移动电话基站总数达1265万个，其中，5G基站为425.1万个，5G基站占移动电话基站总数33.6%，可以想到的是，在广大乡村地区，由于地理分散、人口密度低以及基础设施建设成本高等因素，5G网络的铺设速度远不及城市，其网络覆盖率远低于城市，形成了一个显著的数字服务落差。

这种区域性的网络覆盖不足，无疑成为制约智能农业装备性能发挥、阻碍智慧农业大规模推广应用的关键瓶颈。即便在网络信号可及的区域，传统农机设备本身的物理特性也为通信带来了额外挑战，比如农机设备庞大笨重的金属外壳，犹如一个天然的法拉第笼，严重的信号损耗将严重影响智能农业装备的性能发挥。

破解农业通信的“不可能三角”

在农田这片特殊的“通信考场”上，通信设备必须同时应对腐蚀、震动与信号遮挡三大“不可能三角”的严峻考验。正是为了攻克这些源于泥土的挑战，一系列聚焦于实用场景的“土味”专利创新应运而生，为智慧农业的通信韧性提供了强有力的技术支撑。

防腐蚀是首先要面对的化学战役。农田环境中高浓度的化肥、农药以及土壤中的酸碱物质，对暴露在外的通信设备构成了持续的化学侵蚀，因此，通信设备防腐是各大技术厂商和包括工业防腐在内的行业用户所应关注的要点之一。

为此，专利ZL202011320572.X提出了一种基于复合陶瓷材料的防护技术，采用氮化硅陶瓷基材配合特殊涂层，使得通信设备即使极端环境下也能保持稳定，可以显著降低农田环境下传统镀锌外壳的锈蚀率。专利ZL20231125696.6以SiC@Si3N4/MXene为改性剂，通过原位聚合法获得低温固化改性聚酯树脂，实现SSM复合导热吸波助剂在低温固化聚酯树脂中的均匀分布，提出一种专用于5G通信基站防腐粉末涂料的具有导热吸波功能的低温固化聚酯树脂，使改性聚酯粉末涂层在5G通信基站应用中实现防腐蚀、散热、吸波一体化，对通讯信号的持续和稳定有重要意义。专利CN214324434U则通过结构上的改进设计，解决现有技术中大多数5G基站、风力发电基站、太阳能发电基站的热交换器以及太阳能发电基站的降温器外端的涂层结构的防腐蚀效果较差，导致长期使用涂层结构容易老化，防护效果较弱的问题。

抗震动是让精密通信设备经受住“铁牛”考验的关键。现代农机装备在田间作业时产生的剧烈震动，对通信模块及信号稳定性构成严重威胁，为应对此挑战，专利ZL20241096865.6通过铁塔与隔震基座的配合使用，在非地震时间段，铁塔与承重柱共同分担铁塔整体重量，使通信铁塔更加稳固，而在地震时，承重柱承担大部分重量，在地面晃动时，通过滑块将上安装座与下安装座隔开，避免震动传递给铁塔，能大大提高地震时的稳定性。专利ZL20201099658.0将基站模块嵌入农机控制系统，巧妙地利用农机原有的防震设计，不仅解决了震动问题，还将降低通信延迟，完美契合了精准农业对实时控制的严苛需求，实现了通信与农机的无缝集成。

最后，信号覆盖则是突破“绿色屏障”的硬核攻坚。在作物丰收季，茂密的作物无疑构成了天然的信号屏障，为破解这一难题，专利ZL20241162777.4提出根据节点部署数据，设计农田区域内的通讯网络拓扑结构，考虑距离、信号干扰因素、信号强度、数据传输延迟等因素，在各节点间配置无线通信连接 (如LoRa、Zigbee、Wi-Fi等 )，确保传感器节点能够稳定、高效地通信，通过信号覆盖范围分析和通信协议选择，确保在农田中合理分布的节点能够有效地覆盖监测区域，减少盲区和重叠覆盖，提高信号传输的稳定性和准确性。

专利ZL20181078341.4面对农田复杂环境，在农田的无线传感器网络的概率信道模型的基础上，对接收端信号强度、信噪比等进行估计，确定无线传感器网络节点间的连通概率，进而确定进行机会路由传输还是确定性路由传输，在尽可能降低传输能耗的同时避免低能量节点的过快能量消耗，保证农田复杂环境非可靠信道的高效可靠传输。

专利ZL20241076956.8在为5G基站选址规划时，提供一种在农村地区，通过Okumura-Hata模型预测频率在150至1500MHz之间，天线高度在30至200米的情况，在不同地形和植被条件下的信号强度分布，从而实现对广阔农田和村落的有效覆盖，提高基站布局的准确性。这些技术都为农田边缘地带的信号覆盖带来了革命性的改变，将通信触角延伸至农业生产的每一个角落。

专利推动农业数字化转型

在解决了农田通信的技术瓶颈之后，专利的战略布局与应用转化，正成为推动智慧农业全面数字化转型的核心动力，它不仅定义了市场竞争的格局，更催生了农业服务的新模式。

根据中研普华研究院《2023-2028年中国智慧农业行业发展前景及投资风险预测分析报告》显示，当前全球智慧农业产业呈现出明显的增长趋势，整体行业发展态势迅猛，初步预测到2025年全球智慧农业市场规模将进一步上升至325亿美元，在2022-2025年期间，年平均增长率达到约30.4%，智慧农业通信市场也正经历着前所未有的爆发式增长，全球各国均进行积极布局。

IncoPat数据显示，中国农业数字化专利申请数量由2018年开始有了明显提升。有的企业深谙此道，他们建立起农业通信专利地图，实时跟踪技术发展态势，并围绕“5G+智慧农业”多方位布局。一些通信巨头比如华为、中兴等与中联重科、一拖等农机企业之间形成了日益紧密的交叉许可协作模式。这种模式通过技术授权的互通有无，例如农机企业以自身控制专利换取通信企业的5G技术授权，实现了产业链上下游的深度融合与共赢，加速了创新成果的商业化落地。在农业通信标准化进程中，标准必要专利（SEP）的争夺日趋激烈，其掌握者往往能主导行业话语权。

“物联网农机通信协议”专利族被纳入国际标准（ISO/IEC11783等）后，全球相关设备制造商均需支付专利许可费，这直接影响着产业链的成本与发展。面对这种壁垒，华为在农业通信领域（如NB-IoT、5G RedCap等低功耗广域网络技术）积累了大量SEP，并积极参与国际标准组织（如3GPP、ITU）的农业通信标准制定；中国电信积极参与CCSA（中国通信标准化协会）农业通信标准工作组，参与制定《基于广域网通信的智能农业远程测控应用总体技术要求》等，以及中国移动、中国联通、大疆、阿里巴巴等企业积极作为，共同推动农业通信技术的开放与普及，构建了更具韧性的创新生态。

最终，这些技术与专利的价值，体现在其在农业生产中的实际应用落地与商业模式的创新。根据中国信通院《数字乡村发展实践白皮书（2024年）》，数字技术大大提升了农业生产效率和保障能力，如江苏南京浦口区通过数字化技术，节省养殖人工成本15%以上，节约仓储加工物流配送成本20%以上，同时通过无人驾驶拖拉机等智能农机装备，让耕作更加规范化、标准化，提高了产量降低了能耗和成本。

海尔卡奥斯以工业互联网推动设施农业智能化，通过物联网赋能农业产业链，实现了交互模式创新和生产模式创新，搭建起从农田到餐桌零距离的交互定制平台，实现生态农业共创共赢。

托普云农是国内先行的数字农业综合服务商，在数字农业领域深耕十余年间。托普云农利用人工智能、物联网、大数据、区块链等数字技术，为助推农业现代化发展提供了不少技术支撑与数据服务，其惠农服务（低收入帮促）和“亲农在线”解决了农业产业中涉农补贴的发放、农技指导、农产品交易免税发票开具及农保、农贷等农户的“心头事”问题，受到了仙居10万梅农的普遍欢迎。

这些创新模式使得先进技术更易触达广大的农业生产者，这不仅为专利的价值衡量提供了更量化的标准，也激励了更多贴近农业生产实际需求的“土味”创新涌现。

打通创新“最后一公里”

在这场“农田里的战争”中，打通创新“最后一公里”面临多重挑战，同时也有赖于政策的精准发力与生态的协同构建。其中一个显著的挑战源于认知差距与应用瓶颈，事实上，我国广大农村地区依然普遍存在信息基础设施薄弱、农村居民数字技术接触率偏低、数字素养水平有限等问题。

国家网信办信息化发展局发布的《全民数字素养与技能发展水平调查报告（2024）》显示，农村居民数字素养比城市居民低15.35%，城乡之间依然存在明显的信息逆差，有的农户对通信专利技术不关心不了解，大多数对5G与4G等技术更是认知空白，直接影响了先进技术的推广与应用，亟需加大科普力度，让技术的价值以更直观、更易理解的方式触达基层。另一个突出难题是专利碎片化，智慧农业项目往往涉及多个技术领域，可能需要协调来自不同企业的数十项专利授权，漫长的谈判周期和高昂的授权成本，严重制约了系统集成的效率与规模化推广。

面对当前复杂的国内外形势与不断增多的不确定性，夯实“三农”工作基础以应对风险挑战显得尤为重要。2025年初，中共中央、国务院发布《关于进一步深化农村改革扎实推进乡村全面振兴的意见》，为农村地区通信基础设施建设指明了方向，明确提出要全面提升农村地区电信普遍服务水平，扩大4G/5G网络及固网宽带覆盖范围，并加强网络维护管理。

政策鼓励运营商联合地方政府申报“数字乡村”示范工程，争取税收减免或低息贷款，并通过PPP模式（政府和社会资本合作）参与农村基建项目，这将有力推动“县县通千兆、乡乡通5G、村村通宽带”目标的落地，尤其有助于优化偏远山区网络信号稳定性，从根本上解决覆盖盲区问题，为“土味”创新的蓬勃发展提供了坚实的政策沃土。农业农村部开展的“数字农田”建设试点，更是将通信专利技术纳入考核指标，直接驱动了技术应用的落地。

在全球竞争日益激烈的背景下，破局之路则需要双轨并进。

其一，向内扎根，强化自主创新的“源头供给”。我们必须清醒地认识到，单纯的专利申请数量增长已不足以支撑高质量发展，未来的创新必须更加聚焦于基础研究和核心技术，中国的核心优势在于无与伦比的、多样化的应用场景——从东北的万亩平原到西南的梯田丘陵，从设施农业到大田种植，这些“土味”场景中蕴含的独特技术挑战，如复杂地形下的信号补偿、高密度种养殖环境下的网络容量优化等，恰恰是催生颠覆性技术创新的最佳土壤。我们要将这些“土味”难题转化为世界级的科研课题，形成具有中国特色且难以被模仿的核心专利组合。

其二，向外拓展，积极主导和参与国际标准的制定。在这场没有硝烟的“农田战争”中，专利是“弹药”，而标准则是定义战场的“游戏规则”。仅仅拥有专利，就只是一个技术参与者，而掌握了标准，则意味着掌握了行业的话语权和产业链的制高点。中国必须从一个“标准的使用者”转变为“标准的制定者”，积极向国际电信联盟（ITU）、3GPP等国际标准组织输送融合了自身专利技术的解决方案，推动将我们在自适应天线、移动中继无人机等领域的创新成果转化为国际标准必要专利（SEP），为中国企业“出海”扫清障碍，更能让全球产业链分享中国智慧，构建以我为主的创新生态。

随着技术的持续突破和应用的不断深入，数字农业的广阔前景正在我们眼前徐徐展开。（作者单位：国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心）

（文章来源：《创意世界》2025年10月号）

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