基于物聯網的英國智能農業進展研究

彭英 陳楠 施小飛

（南京郵電大學管理學院，江蘇南京 210023）お

摘要 物聯網（IOT，Internet of Things）技術是世界第三次信息產業革命的代表，將其應用到農業生產管理領域，使農業生產由傳統農業轉變為智能農業。介紹了物聯網、智能農業的相關概念，并以英國發展智能農業為例，分別闡述了英國農業發展的歷史階段、物聯網環境下英國智能農業的實施基礎以及物聯網技術在英國農業種植業、畜牧業、農產品與食品安全領域的應用現狀，呈現了英國現代農業的精細化、智能化，為我國農業信息化建設提供經驗借鑒。

關鍵詞 物聯網；英國；農業；智能農業

中圖分類號 SB126；FB303.3；FB603文獻標識碼 A文章編號 0517-6611（2014）19-06458-04

Research on the Application of IOT in Intelligent Agriculture of United Kingdom

PENG Ying et al

(School of Management, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing, Jiangsu 210023)

Abstract Internet of Things (IOT) is the symbol of the worlds third information industrial revolution. When it is applied to the management of agricultural industry, intelligent agriculture will be formed. This article briefly describes the conception of IOT as well as intelligent agriculture and takes UK intelligent agriculture as an example. It also concerns the history of agricultural development in Great Britain, the basis of the implementation of UK intelligent agriculture based on IOT and its application in the UK farming industry, animal husbandry, agricultural and food security, which reflects the refinement and intelligence of modern agriculture in UK. The study will provide a reference for agriculture information construction in China.

Key words Internet of Things(IOT); UK; Agriculture; Intelligent agriculture

基金項目 國家社科基金項目（12FGL006）；江蘇省社科基金項目（10TQC010）；江蘇省高校哲學社會科學重點研究基地重大項目（TJS211020）；江蘇省高校優秀中青年骨干教師境外研修項目；江蘇省“青藍工程”學術帶頭人培養資助項目。

作者簡介 彭英（1971-），女，四川三臺人，教授，博士，碩士生導師，從事農村信息服務創新管理研究。

收稿日期 20140528

1 物聯網與智能農業

物聯網（IOT，Internet of Things）被認為是繼計算機、互聯網之后，世界信息產業的第3次浪潮。有關物聯網的實踐，最早可以追溯到1990年施樂公司的網絡可樂販售機（Networked Coke Machine）的使用。1991年美國麻省理工學院（MIT）的Kevin Ashton教授首次提出物聯網的概念，1995年比爾·蓋茨在《未來之路》一書中提及物物互聯。1998年麻省理工學院提出了當時被稱作EPC（Electronic Product Code，產品電子代碼）系統的物聯網構想。1999年，麻省理工學院自動識別（Auto睮D）中心闡明了物聯網的基本含義。物聯

網，顧名思義，是指“物物相連的互聯網”，即利用二維碼、射

頻識別（RFID，Radio Frequency Identification）和各類傳感設備，按照約定的協議，將任何物體與互聯網相連接，進行信息交換和通信，實現物與物、物與人之間的交互，進而實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網的體系架構可分為3層：物聯網感知層、物聯網傳輸層、物聯網應用層，如圖1所示。根據2005年11月17日國際電信聯盟（ITU）在突尼斯舉行的信息社會世界峰會（WSIS）上發布《ITU互聯網報告2005：物聯網》，物聯網的發展將推動人類進入智能化時代，實現人與人（H2H，Human to Human）、人與物（H2T，Human to Thing）、物與物（T2T，Thing to Thing）在任何時間、任何地點的互聯，實現智能互動［1］。

智能農業即利用農業先進設施、高度匹配的技術規范與高效的集約化規模經營的生產方式，實現農業生產的可持續發展。智能農業充分利用基于物聯網的RFID技術、傳感技術等獲取作物生產、牲畜養殖等各種農業生產信息和環境參數，實現農作信息采集智能化、資源利用精準化，涵蓋農業全鏈條、全產業、全過程，對農業產業產前、產中、產后各個環節實行全程服務與監控，通過物聯網的全面感知、可靠傳輸和智能處理等技術和手段，對生產過程和市場動態進行深刻的洞察和準確判斷，從而更快、更好地做出決策。智能農業有助于最大限度地降低農業要素投入，改變傳統粗放的農業經營管理模式，實現有限農業資源要素的高效生產率，最大限度地減少農業生態環境破壞，實現綠色環保、有機生產，提高農作物疫情疫病防控能力，確保農產品質量安全，實現農業系統整體最優，使傳統農業逐步過渡到現代大農業。

2 英國農業發展的歷史階段

與人類文明的發展同步，英國農業發展經歷了傳統粗放型農業階段到現代化智能農業階段。如表1所示。

公元1500年前，撒克遜人、維京人砍伐樹木、擴張農田，發展傳統耕作農業來為持續增長的人口提供食物，構建英國農業的雛形。在此期間，受北歐惡劣天氣等自然環境限制及鼠疫等人類傳染病蔓延的影響，勞動力短缺，大量農田荒廢，英國傳統農業發展一度停滯［2］。

1500~1750年，亨利八世解散修道院，接手大量土地并出售給貴族和鄉紳作為農業用地。同時，交通工具的改進促進農產品貿易，利用河流和海岸沿邊地區較好的地理優勢，加速了農業的發展，旋轉滾筒條播種機、四作物輪作制（小麥、蘿卜、大麥和三葉草）等農業設施設備及技術受到關注，英國傳統農業逐步發展。

1750~1850年，人口增長，英國政府進行農業產業強化，并組織對沼澤、林地等進行復墾。與此同時，通過農業作業機械改進、構建新資本主義組織勞動力方式等手段，提高了農業投入產出比重，在較小農業勞動力投入的基礎上實現農業產量的增加。廢除谷物法、注重保護佃農權利，農民積極性得到較大提高，農業蓬勃發展。

圖1 物聯網的體系架構

1850~1939年，英國相繼爆發第一次工業革命和第二次工業革命，對英國發展生物和農業科學產生巨大影響。為應對來自澳大利亞、新西蘭和美洲等國際市場的廉價進口食品對英國農業的沖擊，頒布農業法令如英格蘭農業集團法，用法律手段保護和支持農業，挖犁犁具等新式農業設施相繼發明及推廣，農業組織陸續成立如農業委員會、農林水產省（MAFF），從而保持英國農業的競爭力。

1939年至20世紀90年代，第二次世界大戰期間，英國農業引入食品配給政策，戰后，英國政府制訂了保護農產品的價格政策，規定了農產品最低保證價格。一系列發展農業的法令頒布如1976年農業（雜項規定）法案，尤其在加入歐盟后，受到歐盟共同農業政策支持，英國農業在雄厚的工業技術、完善的農業科研、教育和推廣體系支持下，逐漸步入進入現代化農業階段。

20世紀90年代至今，隨著信息技術和通信技術的高速發展，英國國家整體信息化水平提高，英國農業步入智能農業時代。

表1 英國農業發展階段

時間 階段 簡況

公元1500年前 農業雛形階段

撒克遜人、維京人砍伐樹木、擴張農田，構建農業的雛形；惡劣天氣環境、疾病致勞動力短缺，大量農田荒廢，傳統農業一度停滯

1500~1750年 傳統農業發展階段 修道院解散，農業用地數量大幅增加，交通工具的改進促進農產品貿易，農業設施設備及技術受到關注，英國傳統農業逐步發展

1750~1850年 農業產業強化階段 對沼澤、林地等進行復墾，農業作業機械改進，新資本主義組織勞動力方式誕生，廢除谷物法，保護佃農權利，農業蓬勃發展

1850~1939年 工業革命階段 英格蘭農業集團法等農業法令頒布，挖犁犁具等新式農業設施發明推廣，農業委員會、農林水產省（MAFF）等農業組織成立

1939年至20世紀90年代 農業現代化階段 二戰期間食品配給政策；戰后制定保護農產品的價格政策，1976年農業（雜項規定）法案頒布，歐盟共同農業政策等

20世紀90年代至今 智能農業階段 信息與通信技術的發展使英國國家整體信息化水平提高；RFID、傳感技術等在農業生產、資源控制、農產品與食品安全領域應用

3 物聯網環境下英國智能農業的實施基礎

在歐洲，物聯網受到歐盟委員會（EC）的高度重視。2006年歐盟成立工作組進行專項RFID技術研究；2008年發布《2020年的物聯網——未來路線》；2009年6月制定《歐盟物聯網行動方案》；2009年9月發布《歐盟物聯網戰略研究路線圖》，規劃了歐盟在2010、2015、2020年3個階段物聯網研發路線圖，并提出物聯網在智能農業、航空航天、汽車、醫藥、能源等18個主要領域和識別、數據處理、物聯網架構等12個方面需要突破的關鍵技術［2］。2010 年3月歐盟發布《實現物聯網的愿景和挑戰》，將物聯網劃歸為公共基礎設施，提出在標準通信協議的基礎上建設物聯網，同時，致力于將計算機網絡、媒體網絡（IOM）、服務網絡（IOS）整合成一個共同的全球IT平臺和無縫網絡。如圖2所示。

圖2 歐盟物聯網標準發展示意

歐洲物聯網研究總體協調組（IERC：European Research Cluster on the Internet of Things）是歐盟物聯網發展項目的重要組織。IERC 管轄大量歐盟第七框架計劃（FP7）資助的項目，包括 IOT睞、INTREPID、IOT@Work 、ELLIOT 、SPRINT 、NEFFICS 、IOT睮 、CASAGRAS2 等數十個，以及一些合作項目，如FInES、FIA/RWI和由歐盟資助的新項目［3］。該組織負責制定共同的愿景、物聯網技術和研發目標，并對歐洲物聯網行動進行統一規劃和管理，挖掘歐洲物聯網方面的巨大潛力，對歐盟所有物聯網相關的產、學、研方面最重要的問題進行協調和整合（包括項目管理、研究目標、資源調度、信息共享等），以便在實現歐洲物聯網建設過程中達成廣泛共識，有助于包括英國在內的各歐盟成員國順利實施物聯網產業計劃。

2012年在意大利舉辦的物聯網周及物聯網國際論壇中，歐盟最新的物聯網發展項目受到關注，包括物聯網的認知技術、物聯網體系結構、物聯網開發、物聯網和能源、物聯網應用技術、醫療保健方面的物理網、基于IPv6協議的物聯網［4］。歐盟整體高速發展物聯網技術的大環境為英國發展智能農業提供了技術路線指引。

作為老牌的資本主義國家，英國農業農村信息化起步較早，為發展基于物聯網的智能農業提供了信息基礎設施保障。18世紀60年代開始，英國相繼爆發第一次工業革命和第二次工業革命，完成了從“蒸汽時代”到“電氣時代”的跨越，城市化進程加快，國家整體信息化建設水平較高。20世紀70年代開始，基于地少人多及農村居住人口增加的狀況，英國政府開始重視農村、農業信息化建設，以加強信息化農村基礎設施為工作重點，推動信息技術的普及程度，縮小城市、農村數字鴻溝。90年代中后期，英國農村已基本普及互聯網、移動通信網絡和數字電視網絡。2000年以來，政府推動“家庭電腦”和“家庭培訓”計劃，構建“鏈接英國的寬帶戰略”國家信息化戰略，加速了農村信息網絡的普及［5］。同時，英國政府設立移動上網中心，配備安裝10多臺可上網電腦及技術顧問的大巴士，巡回流動于特別偏遠的農村地區，培養并提高當地農民信息化意識。目前，英國寬帶網終端實現全面接入，互聯網、3G網絡等已基本覆蓋英國農村地區，據歐洲國際農業科技中心統計，英國農場已100%普及電腦。英國農村信息化基礎設施的完善為基于物聯網技術的英國農業信息化的實現創造了條件，促進英國“傳統粗放農業”向“智能精細農業”轉變。

4 基于物聯網的英國智能農業應用模式

物聯網技術的應用是實現智能農業的關鍵。采用溫度傳感器、濕度傳感器、pH傳感器、光傳感器、CO2傳感器實現溫室大棚控制系統，采用RFID等技術實現牲畜的動物識別和跟蹤管理系統，采用二維碼等技術實現農產品倉儲管理、物流配送與追溯系統，借助無線傳感網絡、公眾電信網等多種信息傳輸通道，實現海量農業信息的融合、處理，這些都是農業物聯網的典型應用。從邏輯上看，農業物聯網的體系架構可分為3層：農業物聯網感知層、農業物聯網傳輸層、農業物聯網應用層，如圖3所示。

圖3 農業物聯網邏輯分層

種植業與畜牧業是英國農業兩大支柱。英國國土面積較小，東南部地勢平坦、土壤肥沃，適合大規模機械化種植，而在威爾士、蘇格蘭等西北部地區多為高山、丘陵地帶，主要發展畜牧業。英國屬于溫帶海洋性氣候，日照少、雨水充沛，適宜生產高質量牧草，占國土面積77%的農業用地多數為草場和牧場，因此畜牧業成為英國最主要的農業產業［6］。物聯網在英國種植業、畜牧業的應用如圖4所示。

圖4 物聯網在英國種植業和畜牧業應用示意

種植業主要是針對農作物耕種的過程，光照、土壤、養分、水、空氣、氣候等環境因素會影響作物生長。英國普遍種植的作物包括谷物、根類蔬菜、豆類作物、飼料作物、水果以及用于動物飼料的干草，如圖5所示。常用于耕作的工具包括犁、耙、軋輥或滾筒、噴霧器、噴粉器，如圖6所示。常用的農業機械包括聯合收割機、割草機、黏合劑。害蟲、雜草或者作物疾病通常會對作物的生長和市場銷量產生副作用［7］。英國的害蟲包括無脊椎動物（主要是線蟲、蛞蝓和昆蟲或昆蟲的幼蟲）、哺乳動物（特別是兔）、鳥類（主要是鴿子）。作物疾病通常由土壤中的植物根部、受損葉表區進入植物的細菌或害蟲傳播，傳統的解決作物疾病或雜草的方式是使用殺菌劑、農藥等，不符合生態環境保護要求及歐盟關于農藥使用量的相關法規。

圖5 英國主要種植作物

圖6 英國主要農業耕作工具

英國在農業種植領域中廣泛應用物聯網技術，如農作物施肥施藥、溫室大棚種植。為提高大型農場的農業勞動生產率，英國農場在農業機械上安裝大量感知作物高度、密度等指標的傳感器，加裝土地智能掃描儀等，自動感知地塊狀況、作物長勢等信息。根據所獲數據信息構建農業信息數據庫，智能調節作業，避免過量施用農藥和化肥造成的生產成本增長、農業生產環境污染。由于采用無線傳感器網絡、無線視頻采集系統對農場的溫室大棚種植進行全方位無線監控和管理，使得農場工作人員可以借助現代化通信手段隨時隨地實現對農作物生長全過程的遠程監控和管理［8］。

畜牧業占英國農業產值的59.8%，飼養的動物主要為牛、豬、羊和家禽，集中在以高山或丘陵為主的西北部地區。畜牧業所處的舉足輕重的地位給動物疫病疫情的防控帶來嚴峻挑戰。1967和2001年，英國均爆發了手足口病，2007年又爆發了藍舌病。英國常見的動物疫病還包括瘋牛病、豬瘟、口蹄疫、牛肺結核病等。其中，影響最為嚴重的是1996年爆發的瘋牛病，由于英國國土面積小，牲畜遷移頻繁，瘋牛病迅速波及到法國、愛爾蘭、丹麥等周邊國家，并蔓延至全球，對全球肉牛養殖業產生沉重打擊。瘋牛病危機導致英國法律禁止年齡超過30個月的牛進入牛肉市場。

針對這一問題，英國采用了基于RFID技術的畜牧管理系統。目前，基于RFID技術對動物識別和跟蹤管理系統，最常用的安裝電子標簽的方法主要有頸圈式和耳標式［9］。英國養羊業已經全部應用電子耳標，一般將耳標式電子標簽固定在牲畜的左耳上，農民利用讀寫器在相距數米的地方將羊的相關數據進行讀寫。在英國，牛的飼養也開始使用電子耳標或電子項圈，電子項圈比電子耳標成本略高，農場通過電子項圈實現欄舍中牛的自動喂養，智能系統提供牲畜從出生到屠宰整個過程的詳細記錄，及時有效地跟蹤牛體健康狀況、控制疫情發生。

物聯網技術不僅用于英國農業的生產過程管理、生態環境管理、農業資源控制以及農業裝備設施方面，同樣被應用于農產品與食品安全領域。農產品與食品安全涉及到原料供給、生產環境、加工、包裝、貯存運輸及銷售等環節的質量安全管理，物聯網技術的采用有助于實現對農產品的識別、流通及食用中的可追溯性，保障農產品與食品安全。如圖7所示。

圖7 英國農產品與食品安全領域的物聯網技術應用

在農業農產品銷售、倉儲管理、物流配送與追溯中，二維碼技術得到廣泛使用。基于二維碼標簽的農產品可溯系統采用EPC碼存儲農產品的類別、生產日期和產地等信息，消費者可以通過手機、pad等移動終端掃描農產品包裝上的二維碼，實時、準確地查詢農產品產地、生產周期、檢測等相關信息。

另一方面，在農產品倉儲設施、冷鏈系統中安裝溫度傳感器、濕度傳感器，實現倉儲溫度、濕度等環境指標的自動感知。應用物聯網技術，還可以對農產品進行需求預測、庫存信息動態管理、冷庫運營日志記錄等，并通過電腦上網或者手機聯網，進行遠程報警和自動控制，保證鮮活農產品的質量安全，極大地降低農產品的損失率。

5 結語

物聯網在英國現代農業的應用，使得過去農業生產中那些傳統復雜的農藝操作技術和工序，向機械化、智能化和自動化轉變，加速了英國農業生產經營的專業化、標準化、規模化、集約化，極大減輕了農民的耕作負擔、提升了生活質量，

提高農產品的綜合生產能力、抗風險能力和市場競爭能力。

英國智能農業中應用物聯網技術的實例，為我國農業信息化建設提供了寶貴的經驗借鑒。

參考文獻

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［8］ KIDD P T.The role of the internet of things in enabling sustainable agriculture in Europe［J］.International Journal of RF Technologies：Research and Applications，2012（1）：67-83.

［9］ Commission of the European Communities.Internet of Things瞐n action plan for Europe［EB/OL］.（2014-03-31）http：//ec.europa.eu/ information society/ policy/ rfid/ documents/com瞞iot2009.pdf.