我國農業物聯網發展現狀、問題和對策

文|袁學國 科技部中國農村技術開發中心

朱 軍 安徽農業大學信息與計算機學院

我國農業物聯網發展現狀、問題和對策

文|袁學國 科技部中國農村技術開發中心

朱 軍 安徽農業大學信息與計算機學院

物聯網是指在物理世界實體中部署具有感知、計算、和執行能力的各種信息設備，通過信息傳輸、協同和處理，實現人與物、物與物之間信息交換的網絡，是互聯網和通信網的拓展應用和網絡延伸。它通過感知識別、網絡傳輸、計算處理和應用服務四層架構，實現了人們任何時間、任何地點及任何物體的連接，所以又被稱為“物物相連的互聯網”。物聯網是繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮，我國已將物聯網列為“十二五”國家戰略性新興產業，并且在農業生產與管理領域開始應用物聯網的理念和技術，建立農業物聯網系統，通過物聯網技術和裝備，實現農業產前、產中、產后的過程監控，科學決策和實時服務。近年來，在政府、科研機構及農業生產企業等的共同推動下，部分地區在農業物聯網技術應用方面進行了積極探索，我國農業物聯網發展與應用取得了重大突破，呈現出可喜局面。同時，不可忽視的是現階段我國農業物聯網尚處于應用初創期，推廣應用剛起步、技術標準不健全、產業鏈構成不完整、商業模式不成熟、發展環境有待進一步優化，這些問題在很大程度上制約了我國農業物聯網的發展。本文剖析了我國農業物聯網發展現狀及其存在的問題，提出了相應的應對措施。

1 我國農業物聯網發展現狀

作為現代信息技術的新生力量，物聯網技術是發展現代農業的重要支撐，是推動我國農業向“高產、優質、高效、生態、安全”發展的重要手段。農業物聯網系統集成了傳感器、無線通訊、自動控制和輔助決策支持等技術，對農業生產環境、作物生長實時監測，獲取作物生長發育狀態、病蟲害以及農業生產環境等實時信息，并通過對農業生產過程的動態建模和對生長環境的相應調控，初步實現合理使用農業資源、降低成本、提高農產品產量和質量的目標[1]。農業物聯網已經從概念走向應用，國家發改委、科技部、農業部先后發布了農業物聯網發展的相關政策，為農業物聯網營造了深厚的政策環境，推動了我國農業物聯網建設加快向前發展。

1.1 農業物聯網應用初見成效

2012年1月農業部發布《關于組織實施好國家物聯網應用示范工程農業項目的通知》正式啟動農業物聯網區域試驗工程，構建農業物聯網應用技術、標準、政策體系和公共服務平臺。2013年4月農業部發布《農業物聯網區域試驗工程工作方案》選擇天津、上海、安徽三省市率先開展試點試驗工作?？萍疾吭谏綎|、湖南、安徽、河南、湖北、廣東、重慶7省市開展國家農村信息化示范省建設試點工作，將實施農業物聯網示范工程納入建設范圍，組織實施農業物聯網重大技術專項，積極推進應用系統軟件開發、傳感器、數據采集終端、接口中間件、系統集成等關鍵技術研發。北京、安徽等很多省市相繼開展了農業物聯網的相關研究和應用試點[2]。北京市重點開展了農業物聯網在設施農業和環境調控等方面的應用示范，實現了設施農業環境監測和調控的精細管理；安徽省全面推動農業物聯網發展，按照“頂層設計、整體推進、典型示范”的模式，全省小麥“四情”（苗情、墑情、病蟲情、災情）監測調度系統（一期）、省農業生產指揮調度平臺以及全椒縣、長豐縣、黃山區等重點縣（市、區）農業物聯網已經建成運行；黑龍江省圍繞“現代化大農業”的總體目標，構建大田種植物聯網應用技術體系，探索了大田種植物聯網應用的運行機制和模式，建設了大田種植物聯網基礎平臺和服務平臺，促進物聯網技術條件下大田種植生產管理方式的變革；浙江省在設施花卉上應用物聯網技術，實現了花卉種植全過程的自動監測和傳輸控制；江蘇省重點在設施農業、水產養殖等方面進行探索，開發了農業物聯網一體化智能管理平臺，并在畜牧、水產養殖等領域初步形成比較成熟的商業模式。

1.2 農業物聯網關鍵技術產品研發快速推進

我國在農業物聯網關鍵技術和產品研發方面取得的進展，為農業物聯網的集成應用奠定了基礎。在農業生產方面，開發了植物生命信息獲取設備、動物行為信息傳感器、環境信息傳感器，作物長勢分析儀、作物成像光譜儀等一批作物信息監測和診斷儀器，初步具備實時獲取動植物生長發育信息的技術手段和能力。在農產品質量追溯方面，完成了農產品產地信息的實時采集與傳輸技術相關開發工作，構建了農產品產地信息認證平臺，初步建立了農產品產地安全數字化預警模型，開發了質量全程跟蹤與溯源便攜式終端產品。在農產品流通方面，制定了農產品電子標簽信息分類和編碼規則，突破了一維與二維條碼混合標記的技術難題，開發了電子標簽中間技術，研制了電子標簽讀寫設備，初步構建了農產品物流信息管理和農產品電子交易信息管理平臺。

1.3 農業物聯網行業標準體系逐步建立

我國已成立工信部電子標簽（RFID）、工信部信息資源共享協同服務、全國信息技術標準化委員會傳感器網絡等標準工作組，物聯網的總體架構、無線傳感網及物聯網應用等標準也在制訂中，其中部分標準已在相關國際標準組織立項[3]。國家傳感器網絡標準工作組中成立了“農業應用研究項目組”，針對農業物聯網領域的應用和產業發展需求，對物聯網標準體系進行完善補充，并且與物聯網基礎標準工作組溝通銜接，反映了農業物聯網應用的標準化需求[4]。2011年12月，農業部成立了國家農業物聯網行業應用標準工作組。目前，我國在農用傳感器網絡接口、標識、安全、物聯網體系架構等方面的技術標準研究已取得了初步成果，農業物聯網應用體系已具雛形?？傮w上看，全球農業物聯網標準化工作幾乎處于同一起跑線上。

1.4 農業物聯網應用覆蓋面逐步擴大

物聯網技術在農業領域應用物聯網技術業已涵蓋農業資源環境監測、農業生產精細管理、農產品質量溯源和農產品物流等多個農業領域。在農業資源的精細監測和調度方面，利用衛星或高空飛行器搭載高精度感知設備，獲取土壤、墑情、水文等極為精細的農業資源信息，配合農業資源調度專家系統，實現科學決策。在農業生態環境的監測和管理方面，利用傳感器感知技術、信息融合傳輸技術和互聯網技術，構建農業生態環境監測網絡，實現對農業生態環境的自動監測。在農業生產過程的精細管理方面，應用于大田種植、設施農業、果園生產、畜禽飼養、水產養殖，實現生產過程的智能化控制和科學化管理，提高資源利用率和勞動生產率。在農產品質量溯源方面，通過對農產品生產、流通、銷售過程的全程信息感知、傳輸、融合和處理，初步實現農產品“從農田到餐桌”的全程追溯。在農產品物流方面，利用條形碼技術和射頻識別技術實現產品信息的采集跟蹤，有效提高農產品在倉儲和貨運中的效率，促進農產品電子商務發展。

2 農業物聯網發展存在的問題

目前，物聯網技術在農業領域應用涵蓋了農業生產的多個方面，并在政策扶持、技術研發、示范應用等方面積累了一定的經驗。但農業物聯網技術應用總體還處于初步應用階段，還有許多問題亟待解決。

2.1 關鍵設備與核心技術儲備不足

從總體上看，我國農業物聯網建設的基礎設施較差、缺乏實時采集、采集成本高、維護困難，而技術研發應用尚處于初級階段，關鍵產品設備及核心技術儲備不足，集成體系成熟度較低，大面積推廣應用的難度較大。農業物聯網要先對環境因子或生物本體的因素進行感知，然后將這些信息傳輸到數據處理中心，通過數據的處理來進行環境因子的控制，實現生物體的高效健康生長，提高農產品的產量和質量。農業生產環境因子包括以下幾種：種植業方面的，包括水、肥、熱、氣、光、病、蟲、草害等；在養殖業方面，包括光照、溫度、空氣、水中的pH 值、溶解氧、富營養物等。

與國外相比，我國在農業信息傳感方面，缺乏國產、價格低、運行穩定的傳感器，尤其是傳感器要向小型化、精確化、靈敏化發展。此外，我國傳感器品種不夠多，主要集中在對溫度、濕度等環境監測，而動植物生命體系的監測傳感器還比較缺乏，需要進一步研究攻破一些產業技術瓶頸。在農業智能化決策支持方面，有關農作物、畜禽生長數字化模型大都沒有建立，使計算機分析缺乏參照，控制系統的技術參數單一。在農業自動化控制設備方面，對水、氣、溫、光、肥等環境因素遠程調控的設備自動化程度還不夠高，需要提高傳感器的靈敏度，加強信息采集的實用性，讓農業物聯網技術更貼近實際的農業生產。

2.2 農業物聯網應用標準體系尚不完善

農業應用對象復雜、獲取信息廣泛，傳感器的標準是否統一、采集的信息是否可以標準化應用，都成為影響農業物聯網應用成敗的重要因素。盡管我國在物聯網標準制定方面已經成為國際標準制定的主導國家，但適應國內物聯網產業發展的統一標準體系尚未出臺。現有標準還很零散、缺失和不統一，標準制定與市場應用結合不夠，導致物聯網市場分割，制造和服務成本偏高，這已成為制約物聯網技術在現代農業發展中推廣應用的重要因素。

目前，我國雖有很多傳感器、傳感網、RFID 研究中心及產業基地都在積極參與建立物聯網標準，但由于對物聯網本身的認識還不統一，有些還停留在戰略性粗線條層面，物聯網標準制定進程緩慢。當前，農業物聯網發展的數據標準、接口標準、應用標準、測試標準、維護標準等方面都缺乏統一的指導標準。農業物聯網產業的發展需要經過一個培育、發展和成熟的過程，當前行業標準的缺失成為制約我國農業物聯網發展的重要因素。

2.3 農業物聯網產業鏈各環節發展不均衡

農業物聯網的應用需求還是低層次的，難以激發產業鏈各環節的參與和投入熱情，龐大的行業和大范圍的應用需求還沒有被激發出來。農業物聯網產業整體環境過多集中于概念的炒作，而缺乏具體實踐的持續改進。在芯片設計制造、軟件應用及開發等技術含量相對較高的環節相對薄弱，而且高端產品仍以國外產品為主導。實施農業物聯網成本較大，且收益也很難很快顯現，成本大、效益慢成為了物聯網技術發展應用的瓶頸。

在產業化應用中市場需求得不到大的提升，價值回報不能吸引相關的參與者加入到產業應用中。農業物聯網產業發展的不平衡不僅表現在產業的上下游，還表現在產業的回報層面，農業物聯網產業的市場回報仍處于比較低的階段，因而在價值回報的分配方面，各個參與方的關系就十分難以協調，難以開展集體協作，推進產業發展。

2.4 農業物聯網應用商業模式亟待建立

我國農業物聯網還處于發展初期，缺乏成熟的商業模式。目前農業物聯網的市場需求仍然是以設備采購、網絡接入為主，直接的農業物聯網產品需求較少，整個產業并沒有注重提高農業物聯網產品質的提升，而更多的是把農業物聯網當成一種營銷的手段和宣傳的工具，導致農業物聯網的產出與預期的估計差別太大。農業物聯網究竟能夠為農產品有效供給、農民增收、農產品質量安全、緩解市場波動等帶來怎樣的效果，人們并不清楚。

目前農業物聯網示范工程大多依賴政府的科技推動和項目資金支持建設，但項目研究結束后項目的推廣也終止了，而且各地都存在物聯網著重復建設的問題。如何加強頂層設計，避免重復建設，探索農業物聯網發展的“長效機制”是當前急需解決的問題。

2.5 農業物聯網技術專業人才缺乏

據統計，2012年教育部審批開設物聯網專業的高校為80所，僅占全國高等院校的3.2%[5]，物聯網專業培養的人才總體數量不大，專門的農業物聯網專業人才培養數量更少，部分開設物聯網專業的高校在師資、教材和實習基地等辦學條件方面還有待改善，而其他信息技術專業如計算機、電子等專業的畢業生又很少有人愿意從事農業信息技術工作。

農業物聯網技術是一項多學科交叉融合的新興技術，技術含量較高，要求從事該項工作的技術人員不僅要有較為豐富的農學背景，還要對計算機、網絡、電子、傳感器技術等知識比較熟悉。這與傳統的農業科技推廣有較大的差異，很多基層農技推廣人員不熟悉信息技術，在基層難以開展農業物聯網的推廣應用工作。

3 對策與思考

基于現階段農業物聯網發展中存在的問題，本文從以下幾方面提出對策建議，以期促進我國農業物聯網的進一步發展。

3.1 加快組織制訂農業物聯網發展戰略規劃

農業物聯網工作涉及面廣，資源整合和共享問題突出，要強化頂層設計，減少重復投資，大力推進農業物聯網技術研發、成果轉化和推廣應用過程中的關鍵技術研究，在國家層面組織開展農業物聯網專項的規劃和研究工作，并成立農業物聯網應用推進工作領導小組，建立部門聯動機制，按照“政府主導、多方參與”的模式，組織科研單位、高等院校、相關信息技術企業和農業生產單位共同參與，為農業物聯網的發展創造良好的環境。同時加強農業物聯網發展戰略等相關政策研究，開展國家層面的農業物聯網政策制訂工作，強化政府對農業物聯網工作的宏觀指導，鼓勵社會各界參與農業物聯網技術研發、成果轉化和推廣應用，將支持農業物聯網應用發展納入到國家強農惠農政策中。

3.2 突破核心技術和重大共性關鍵技術

以農業專用傳感器、網絡互聯和智能信息處理等農業物聯網共性關鍵技術突破為重點，積極消化吸收國際先進技術、攻克關鍵技術、熟化已有技術，力爭盡快突破核心和共性關鍵技術，迅速形成規模效益，達到降低傳感器價格的目的，為農業物聯網工程建設提供有力支持。

農業物聯網包括感知層、傳輸層和應用層。在感知層，研究符合農業多種不同應用目標的高可靠、低成本、適應惡劣環境的農業資源、環境、作物生長動態信息獲取傳感器和動物行為信息傳感器，研究開發微小型傳感器能源自激供給和節能控制技術，著力培育一批面向農業與生物系統應用的電子信息產品制造業。在傳輸層，主要研究農業物聯網自組織網絡體系結構、感知節點的部署能量管理、安全管理機制等技術，解決農業物聯網的自組織網絡和感知節點科學部署等共性問題[6]。在應用層，積極引進云計算和大數據等新型數據存儲與處理技術，建立符合我國農業應用需求的農業物聯網應用服務平臺，為農業物聯網技術產品系統集成和大規模應用提供技術支撐[7]。

3.3 加快農業物聯網應用標準體系建設

堅持國際標準和國內標準同步推進的原則，密切跟蹤國家物聯網標準的制定，積極參與和主導國際標準的制定，進一步確立并擴大我國在國際物聯網標準制定中的發言權[8]。在國家物聯網基礎標準上，按照“保障重點、急用先行”的原則，積極推進農業物聯網標準的研訂，加快建立我國農業物聯網標準體系，指導農業物聯網技術應用發展。

一是要研訂信息感知標準。包括農業物聯網傳感器產品的生產、測試、使用標準與規范；傳感器數據模型、數據接口標準、田間數據傳輸通訊協議標準等。二要是研訂信息服務標準。包括農資與農產品分類、標識、數據格式與編碼；農資與農產品溯源數據格式標準、物流信息服務標準；農業物聯網服務對象的命名、分類與標識等。三是要研訂信息應用標準。包括農業物聯網項目建設規范，種植業精準管理物聯網系統集成與應用服務標準，經濟作物產業鏈精準管理物聯網系統集成與應用服務標準，家禽、水產等精細養殖物聯網系統集成與應用服務標準，設施農業自動化、智能化系統集成與應用服務標準，農產品與農業投入品溯源信息應用服務標準等。

3.4 探索建立農業物聯網運行機制和應用模式

農業物聯網作為農業高新技術具有基礎薄弱、一次性投入大、受益面廣、公益性強的特點，在當前農業產出效益不高、農民收入水平較低、農業信息化市場化運作還不完善的情況下，迫切需要政府加大投入力度，開展示范，統籌規劃、優先考慮發展設施農業和規?；B殖業的農業物聯網的應用，發揮典型引導作用，探索建立可持續發展的建設運行模式。

鼓勵科研單位、高等院校、相關信息技術企業和農業生產單位共同參與農業物聯網項目建設，創建政府主導、多方參與、市場運作、合作共贏的農業物聯網應用發展模式，按照需求牽引、技術驅動、因地制宜、突出實效的原則，在大田生產、設施園藝、畜禽水產養殖等領域開展規模化應用。圍繞構建農業物聯網感知與應用技術體系加強資源整合，通過示范項目建設，推動農業物聯網技術的研發、集成、示范和推廣應用，培育農業物聯網龍頭企業，完善農業物聯網應用產業技術鏈，建立可持續發展運營模式，實現農業物聯網全面發展。

3.5 加快農業物聯網應用人才培養

制定農業物聯網人才培養與培訓計劃。聯合高等院校和科研院所，在物聯網專業中引入農業領域培養方向，探索訂單式人才培養模式，開展校企合作，加快對農業物聯網專業技術人才的培養，提高農業物聯網技術創新能力。同時，依托高等院校的辦學條件和師資隊伍，聯合農業物聯網應用企業，加強對農業生產經營人員的培訓，提高農業物聯網技術應用能力；建立人才激勵機制，穩定和擴大人員隊伍，滿足農業物聯網發展的人才需求。

總之，在政府、科研機構等多方推動下，通過積極探索，我國的農業物聯網應用已經取得了一定的成績。但物聯網作為新生現代信息技術，在其農業領域中的應用尚處于探索與快速發展階段，尚存在關鍵技術產品成熟度較低、標準體系缺失、運行機制和發展模式尚未建立、專業人才缺乏等問題。因此，今后相當長一段時間內，我們必須統籌兼顧、循序漸進地解決這些問題，推進物聯網技術在農業領域的規?；?、標準化、產業化應用，促進農業物聯網的長遠發展。

[1]嚴璋鵬等. 基于物聯網技術的智慧農業實施方案研究[J].西安郵電學院學報,2013,07:105-108.

[2]吳婷.開心農場:從網絡走進現實--物聯網技術在農業信息化中的應用[J]. 湖南農業科學,2012,20:42-45.

[3]李紹穩等. 安徽農業物聯網創新思路謀發展[J]. 中國農村科技,2013,10:66-69.

[4]舒文瓊. 物聯網示范應用紛紛上馬行業標準亟待建立[J]. 通信世界, 2012,21:21

[5]趙域等. 物聯網在廣西農業生產中的應用現狀、前景分析及發展對策[J]. 南方農業學報,2012,5:714-717

[6]張長利. 物聯網在農業中的應用[J]. 東北農業大學學報,2011,5:1-5

[7]彭程. 基于物聯網技術的智慧農業發展策略研究[J]. 西安郵電學院學報, 2012,2:94-98

[8]王光輝. 我國物聯網產業發展態勢分析及建議[J]. 科技創新與生產力，2010,12：32-34

注：本文得到國家外國專家局高端外國專家項目(GDW20143400157)資助。