農業物聯網研究的重要方向

李道亮

農業物聯網定義與研究背景

物聯網（The Internet of Things）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、網絡傳輸互聯、計算處理等三層架構，實現了人們任何時間、任何地點及任何物體的連接，使人類可以以更加精細和動態的方式管理生產和生活，提升人對物理世界實時控制和精確管理的能力，從而實現資源優化配置和科學智能決策。從“智慧地球”到“感知中國”，物聯網成為全球矚目的關鍵詞，它被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業的第三次浪潮。

我國傳統農業正在向現代農業轉型，信息化與農業行業的深度融合，實現廣泛的智能化，是我國現代農業未來發展的主要特征和必然趨勢，而農業物聯網正是農業走向信息化、智能化的必要條件。改造傳統農業、發展現代農業，迫切需要運用物聯網技術對大田種植、設施園藝、畜禽養殖、水產養殖、農產品質量追溯等各種農業要素實行數字化設計、智能化控制、精準化運行和科學化管理，從而實現對各種農業要素的“全面感知、可靠傳輸以及智能處理”。因此，農業物聯網是未來現代農業發展的基本方向。

黨中央、國務院高度重視農業物聯網發展，習近平總書記強調，要讓物聯網更好地促進生產、走進生活、造福百姓。李克強總理指出，要大力發展戰略性新興產業，在集成電路、物聯網、新一代移動通信、大數據等方面趕上和引領世界產業發展。農業部在天津、上海、安徽率先實施農業物聯網區域試驗工程，國家發改委在北京、黑龍江和江蘇三省實施了農業物聯網應用示范項目，工信部也積極支持農業物聯網的產業化發展，科技部從技術層面實施了現代農業感知技術重大項目。各省市有關部門積極開展農業物聯網應用示范。有關農業企業、基地、農場、園區表現出對農業物聯網技術需求的強勁勢頭，這些都為農業物聯網提供了難得的歷史機遇和良好的發展環境。

農業物聯網研究的重要方向

（一）農業個體標識

農業個體標識是指利用RFID、二維碼等技術實現的對農業物聯網中的每個農業個體的精確標識與描述，其目的是為了快速、精確地給出每個農業個體的身份、產地等相關信息。RFID在農業物聯網中的典型應用主要包括動物跟蹤與識別、數字養殖、精細作物生產、農產品流通等。二維碼技術在農產品質量安全追溯中也有著廣泛應用。

（二）農業傳感器關鍵技術

農業傳感器技術是農業物聯網的核心，農業傳感器主要用于采集各個農業要素信息，比如種植業中的光、溫、水、肥、氣等參數;畜禽養殖業中的二氧化碳、氨氣、二氧化硫等有害氣體含量，空氣中塵埃、飛沫及氣溶膠濃度，溫、濕度等環境指標等參數;水產養殖業中的溶解氧、酸堿度、氨氮、電導率、濁度等參數。農業傳感器關鍵技術主要包括農業土壤環境傳感器，水體環境信息傳感器，農業小氣候環境傳感器，農業現場視頻傳感器，農業動植物生理傳感器以及農業病毒、重金屬、有害物傳感器等種類。根據信息傳遞介質的不同，也分為光學傳感、光纖傳感、納米傳感與生物傳感等。

（三）農業無線傳感網

無線傳感網絡（WSN）是以無線通信方式形成的一個自組織多跳的網絡系統，由部署在監測區域內大量的傳感器節點組成，負責感知、采集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信息，并發送給觀察者，具有自動網絡路由選擇、自診斷和智能能量管理功能，更適合于特殊生境中。無線傳感網絡被廣泛應用于溫室環境監測、農田節水灌溉、農業資源監測、水產養殖、農產品質量追溯、農業水文水利監測、家禽健康狀況及行為特征監控等方面。

（四）農業移動互聯

隨著農業信息化水平的提高，移動互聯逐漸成為農業信息遠距離傳輸的關鍵技術。我國農民的收入較低，農村的網絡設施較差，普及計算機和互聯網還有較大困難，而手機等移動設備價格相對低廉，移動網絡設施也較為完善，因此農業移動互聯技術的開發與使用在實現我國農業信息化的戰略目標中有著舉足輕重的作用。農業移動互聯技術的重點研究方向包括農業信息無線采集、傳輸、控制關鍵技術及產品，農業信息服務移動終端關鍵技術及產品，基于移動互聯網的農業客戶端軟件技術，農業信息搜索與挖掘技術，移動信息推送技術，移動互聯網綜合信息服務平臺構建技術等。

（五）農業生產過程模型

農業生產過程模型是以農業信息知識為基礎，采用各種智能計算方法和手段，使得物體具備一定的智能性，能夠主動或被動的實現與用戶的溝通，也是物聯網的關鍵技術之一。農業生產過程模型包括農業預測預警、農業優化控制、農業診斷推理、農業生長模擬、農業智能決策、農業圖形圖像處理以及機器視覺與動物行為等。

（六）農業大數據

大數據指的是數據量和復雜程度超過傳統數據庫系統處理能力的數據，具備大量化、多樣化、快速化、價值密度低的特征。農業大數據研究的重要方向包括農業多源信息獲取和融合技術，農業知識表達和智能推理技術，農業生產、加工過程的模式識別、圖形圖像處理、分級分類、分選技術以及農業生物環境參數預測、預警、優化和控制技術等。

（七）農業云服務

云計算是一種基于互聯網的計算方式，通過該方式共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計算機和其他設備。農業云服務的主要研究方向為基于云的異構多源信息共享服務技術研究，分布式協同計算能力整合技術研究，建設面向行業應用的農業物聯網數據中心，面向政府與社會公眾的農業綜合信息服務平臺以及面向農業企業的農業生產應用服務系統。

（八）農業裝備故障診斷與運維

通過物聯網對農業裝備的故障進行診斷并實現運維，重點研究方向包括農業裝備運行狀態監控關鍵技術，無線傳感器網絡故障診斷關鍵技術，故障預警與排除以及設備管理與優化。

（九）農業智能裝備

農業智能裝備是指通過采用信息科學技術而具有智能行為的硬件設備或軟硬件集成系統的總稱，可全部替代或部分替代人完成特定復雜的目標任務。農業機器人、分級分選裝備、智能控制裝備以及智能飼喂裝備等已經成為我國農業智能裝備領域研究的主要方面，開發適應我國農業生產的技術含量高、成本低、方便實用的農業智能裝備具有重要意義。

（十）農業物聯網標準

農業物聯網標準是農業物聯網關鍵技術集成和工程實施的基礎，是規范農業物聯網應用系統建設的依據，是規范農業物聯網相關設備生產的前提，是實現農業感知數據和服務共享的前提，是農業物聯網技術應用和建設有序發展的根本保障。農業物聯網標準的主要研究方向包括數據標準、接口標準、應用標準、測試標準以及維護標準等。

發展農業物聯網的政策建議

（一）突破核心技術和重大關鍵技術研究

集中力量加強攻關，突破涉及農業物聯網核心技術和重大關鍵技術是農業物聯網走向成熟的關鍵。支持研發符合農業不同應用目標的高可靠、低成本、適應惡劣環境的農業物聯網專用傳感器，解決農業物聯網自組織網絡和農業物聯網感知節點合理部署等共性問題，建立符合我國農業應用需求的農業物聯網基礎軟件平臺和應用服務系統，為農業物聯網技術產品系統集成、批量生產、大規模應用提供技術支撐。

（二）探索農業物聯網運行機制和應用模式

目前我國農業物聯網產業商業模式并不成熟，正面臨從單一中心向多中心發展，由單一主體創造價值為主向多樣化主體共同創造價值轉變的趨勢，有待進一步創新和完善。應鼓勵科研院所、高等院校、電信運營商、信息技術企業等社會力量參與農業物聯網項目建設，創建政府主導、政企聯動、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，完善農業物聯網應用產業技術鏈，實現農業物聯網全面發展。

（三）高度重視農業物聯網相關標準的制定

我國政府應高度重視農業物聯網標準的研究與制定訂工作，開展農業物聯網標準體系研究，有關部門牽頭組織物聯網技術應用單位、科研院所、高等院校和相關企業，以國家物聯網標準為基礎，制定物聯網農業行業應用標準，重點包括農業傳感器及標識設備的功能、性能、接口標準，田間數據傳輸通訊協議標準，農業多源數據融合分析處理標準、應用服務標準，農業物聯網項目建設規范等，指導農業物聯網技術應用發展。積極引進、參與國際農業物聯網標準引進與制訂，以保證農業物聯網發展的國家利益。

（四）開展農業物聯網補貼與專項資金支持

對生產農業物聯網產品的企業給予一定的稅收優惠政策，對研發農業物聯網產品的高校和科研院所進行一定的經費傾斜，對使用農業物聯網產品的企業、農民專業合作社和種養大戶給予一定的補貼。建議繼續加強農業物聯網發展專項資金支持政策，專項資金由財政部、工信部、農業部、科技部共同管理，將物聯網的技術研發與產業化、標準研究與制訂、應用示范與推廣、公共服務平臺等五大方面的項目確定為支持范圍。

（五）進一步加大農業物聯網應用示范力度

緊緊圍繞發展現代農業的重大需求，統籌項目、基地、人才、標準，盡快在全國范圍內進行全局部署，建設一批技術研發基地，促進農業專用傳感器等核心技術產品研發與產業化;建設一批產品轉化與運維服務基地，促進農業物聯網軟件開發和服務等關聯產業的發展;建設一批應用示范園區，促進農業物聯網新興產業發展，建立農業物聯網可持續發展機制，以點帶面，全面推進農業物聯網技術在農業各領域中的應用。