天津市農業物聯網現狀及前景再認識

郭 佳

（北京郵電大學 計算機學院，北京 100876）

當今農業產業正面臨資源短缺、生態惡化、勞力短缺、農產品質量安全壓力等問題，需要大幅度提高土地產出率、勞動生產率、資源利用率，以保證提供優質安全健康的農產品。農業物聯網的應用恰恰就是解決上述問題的最佳途徑。2014年暑假，筆者參與了北京郵電大學計算機學院有關天津市農業物聯網現狀的調研活動，并考察了天津市農業物聯網建設基地和現代農業示范園，對農業物聯網產生了極大的興趣。2015年寒假，筆者再次對天津市農業物聯網建設的最新進展進行了深入調查研究，并拜訪了天津市農村工作委員會市場信息處、信息中心負責人，就京津冀協同發展背景下的天津市現代都市型農業中的信息化發展進行了探討。通過上述活動對農業物聯網的概念和內涵有了更進一步的認識和理解，對天津市農業物聯網產業發展的新進展、現階段的制約因素和前景等有了更清晰的了解，認識到近年來天津農業生產物聯網智能化控制與管理上取得了明顯成效，形成了比較明確的產業應用思路，在農產品物流中心區建設、農業物聯網產業發展上形成了大量調研成果，并拓展了物聯網應用新領域。

1 農業物聯網概念的再認識

1.1 農業物聯網概念

概括講農業物聯網就是新一代信息技術在農業生產、經營、管理和服務上的高度集成和綜合運用；具體講就是指應用射頻識別、傳感、網絡通信等技術，對農業生產經營過程涉及的內外部信號進行感知，并與互聯網連接，實現農業信息的智能識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。是以人為主體，以機為手段，以物為對象的一個“人、機、物”有機結合體。

物聯網并不等同于互聯網，但其基于互聯網而形成，互聯網是物聯網得以實現的重要組成部分。物聯網從框架概念上呈現出三層結構，即感知層、傳輸層與應用層。在傳統的大棚菜種植中，草氈的掀起和覆蓋全靠手工，何時澆水、施肥、打藥，全憑經驗和感覺。如今，現代農民面對一臺電腦，通過實時監控系統，只需按動開關，就能進行大棚蔬菜種植中的精準澆水、施肥、打藥、溫濕度調控，這就是現代化農業中的物聯網在蔬菜種植中的真實寫照。

1.2 農業物聯網開發的目的

習近平總書記指出，農業物聯網是農業生產方式變革的主要支撐，是現代農業發展的重要方向，要讓農業物聯網更好地促進生產、走進生產、造福百姓。從2009年溫總理提出的“感知中國”概念使得中國物聯網行業起步至今已5年有余，農業物聯網也隨之逐漸興起。農業物聯網是新一輪產業革命的重要方向和推動力量，是改變農業、惠及農民、改造農村的一種新力量。同時，加快發展農業物聯網建設，是推進信息化與農業現代化深度融合、加快農業結構調整和轉變農業發展方式的重要舉措。進一步講，農業信息化的發展，可以有效地提高農業產業化水平，快速推進現代化農業發展，提高生產效率、降低應用管理成本和帶動農民增收。

1.3 新的信息技術

“云物移大智”即“云計算”、“物聯網”、“移動互聯”、“大數據”、“智能科學”?，F今社會已經進入了一個信息化時代，而“云物移大智”作為信息化產業的幾大巨頭，其發展是相輔相成同步前進的。

2 天津市農業物聯網新進展

2014年天津市的農業物聯網建設走在了全國前列。一是在建設的頂層設計上理念先進。天津農業物聯網是按照“有限目標、重點突破、形成產業”的思路，堅持信息技術、生物技術、工程技術有機結合，堅持研究開發、集成、示范、推廣應用相結合，樹立全要素、全過程、全系統“三全”。二是加快農業物聯網平臺建設，在應用上有突破。天津農業物聯網平臺服務功能得到提升，內容更加豐富，應用系統進一步加強，平臺用戶范圍擴大，初步實現“可用”目標。三是整體推進農業物聯網區試工程建設，在應用上有成效。農業物聯網應用受到農民、企業、規模養殖場方方面面的歡迎，著手總結一系列成熟、可推廣應用的模式，在智能化控制、重點產業整合、質量安全追溯、資源整合等方面培育典型，擴大應用規模，加快構建科學合理的物聯網標準體系并建立“產、學、研、用”相結合的創新體系，使農業物聯網建設持續發展。

（1）天津農業物聯網平臺得到了完善和提升。實現了25個基地傳感數據的在線采集；完成了主流視頻監控設備的接入；集成和移植“放心菜基地信息管理系統”、“市場價格監測預警系統”等應用系統；開發設施農業物聯網通用管理系統、設施蔬菜智能識別與監測預警系統、農藥監管系統等應用系統；開展了夢得奶牛數據管理系統、多興農莊市民菜園遠程監控和久玖養殖合作社養魚自動飼喂控制系統等應用試點建設。

（2）農業物聯網“三大工程”建設步伐加快。在農業生產物聯網智能化監控與管理應用工程上向追求應用效果和提高應用水平上深化發展。建設核心試驗基地20個，總面積超過1 000 hm2，涉及大田作物、設施蔬菜、種羊、種豬、肉牛、肉雞、海水魚、淡水魚、南美白對蝦等種類。同時，以大順園林、夢得奶牛、博匯瑞康為代表的一批企業自主引進國外先進的物聯網技術與設備，實現生產流程自動化、生產管理現代化。這些基地覆蓋了天津市10個有農業區縣和天津主要農業產業，突出了示范引導作用。在農產品質量安全追溯工程建設上強化綜合監管功能，擴大應用基地規模。建立了農產品質量安全綜合監管平臺，放心菜基地信息管理系統已監管10個區縣、50個鄉鎮和156個基地，實現了生產檔案全程在線采集管理；畜產品質量安全監管平臺實現了從動物養殖到出欄的全過程動態監管和可追溯；水產品質量安全管理平臺對水產品養殖基地實現數據即時傳遞和反饋。

（3）農業物聯網標準體系建設順利實施。啟動了天津市科技發展戰略計劃項目，摸清本地物聯網基礎產業的底牌，同時加緊制定農業物聯網產業規劃。開展了標準體系建設規劃和頂層設計，明確了農業物聯網發展的急需標準和重點標準。2014年共下達9個應用技術標準制定計劃。

（4）農業物聯網技術研發應用成果顯現。在應用平臺、傳感器、通訊協議、網絡管理、智能機器人等領域取得了許多科技成果，一批傳感器研發與應用勢頭猛進，CAWS2000農田小氣候六要素自動觀測站開始量產，電力載波傳感器、農田小氣候觀測儀等進入規模化應用；一批配套軟件系統成熟應用，黃瓜輔助育種系統為科研育種提供支撐；建設了4個土壤墑情監測自動站，研發了土壤墑情預警系統和平臺；天津夢得集團、生寶谷物種植農民專業合作社、海發珍品實業發展有限公司等一批應用主體逐步探索應用模式。有8個成果被選入《全國農業物聯網產品展示與應用推介匯編2014》。

（5）農業物聯網建設取得的明顯成績得到了農業部領導肯定。3月24日，農業部韓長賦部長在天津考察時認為，天津市在發展現代都市型農業、農業物聯網建設等方面成績顯著。6月12日,農業部在天津市武清區舉辦了“全國農業物聯網成果觀摩交流活動”，農業部黨組副書記、副部長余欣榮、副部長陳曉華出席，余欣榮副部長在講話中說天津農業物聯網建設走在了全國農業物聯網建設前列。6月19日，時任中央政治局委員、天津市委書記的孫春蘭祝賀農業物聯網建設取得這么好的成績。

3 農業物聯網發展中的制約因素

雖然農業物聯網發展迅速，但仍存在許多因素限制了其發展，下面分別從物聯網的三層結構入手分析現今階段物聯網行業中仍然存在的制約因素。

（1）感知層。感知層作為農業物聯網的基礎，在現今使用中體現的問題主要有兩點。其一是傳感產品質量問題，現今農業物聯網中的感知設備多為國產設備，一些傳感器產品數據存在不穩定問題，其耐用性與國外相比一般不是很好，尤以水產養殖業中的水質在線監測裝置最為明顯，其探測設備就受水質的影響較大。其二是產品功能過于分散，農作物生長時需要監控的數據有很多，諸如土壤的溫濕度、土壤含鹽情況、空氣的溫濕度、空氣中的二氧化碳含量、光照等，市場中各類產品功能基本都能涵蓋，但難見多位一體的全功能設備，少數如“大棚空氣、土壤溫濕度、土壤鹽分監測集成傳感器”等有集成監測功能的設備使用成本較高，不適宜個體農戶的使用，使得農戶使用時復雜性上升。至今仍沒有一臺成熟的土壤養分（氮、磷、鉀）傳感設備產品。

（2）傳輸層。傳輸層作為農業物聯網中最為重要的部分，其發展依托移動互聯、大型網絡組建等多個學科領域。然而現階段雖然移動互聯領域和整體型網絡的構建技術在不斷提高，但應用在農業物聯網中的傳輸技術還是略顯遜色。目前應用中多數使用的還是有線傳輸設備，如果在大范圍的農業物聯網監測系統中架設有線網絡顯然成本過高而且過于繁雜，所以希望下一步可以實現全面的無線通信連接。在現代無線通信方式中，藍牙、Zigbee(紫蜂協議)、WLAN（無線局域網）等都屬于短距離無線通信方式，可以滿足低成本、低功耗的要求，然而其單體覆蓋范圍只有10～200 m半徑，因此鋪設用于設施大棚、水產養殖中尚可，但若想應用于數百上千畝的農田中顯然有些不現實。相較于此，遠距離無線通信近幾年也是發展火熱，其中新一代蜂窩無線通信技術3G技術更是使人類的生活有了很多的變化，其高速率的傳輸可以很好地支持大數據的傳輸，使農業設施監控中的全方位視頻監控成為可能，但顯而易見的是，目前的科技水準中3G通信仍屬于高成本技術，不能完全滿足農業物聯網整體架設的需要。

（3）應用層。應用層是物聯網中最直觀的技術環節。通常選取整體平臺化應用，這樣可以減少不同平臺不同軟件的應用差異，降低使用難度，降低使用成本?，F階段天津市已經搭建了較為完善的農業物聯網平臺，可以接入前端采集的在線感知數據，利用云數據資源中心，實現農業信息服務資源的共享、存儲與快速查詢檢索，并利用已經建立好的“農業專家系統”向使用者提供相關建議。但目前該平臺在農業物聯網的應用中其利用的資源比較少，尚待完善加強。“專家系統”不夠細致準確，接入的感知數據不能得到最為有效地回饋，其最大的原因就在于各類農作物種類繁雜，而且農作物生長所依托的因素過于復雜，加之農業方面常常會涉及到天氣等多變因素，很難做出準確實用的農作物生長條件模型。

4 農業物聯網發展的趨勢和前景

目前天津市農業物聯網的發展呈現出了新的趨勢，分別是由概念和項目型向應用產業型轉變,由簡單應用型向綜合運用型轉變。

（1）由概念向應用轉變。這一點主要是體現在人們的認知上的轉變。進入新世紀初，物聯網就逐漸成為了各大院校爭相設立的熱門學科，也成為了各行業中企業發展的新方向。然而，在學校中，由于物聯網學科剛剛引入不久，相關學科的設置與師資配置不很齊全，多數在學校中都會作為計算機等學科的邊緣學科設置。而在農業物聯網的相關企業之中，很多人看到了該行業的廣闊發展前景和產業空間，同時政府在農業物聯網的建設中也給予各企業和科研單位大力的支持，在多方的共同努力下農業物聯網行業蒸蒸日上，但是在農業物聯網理論知識與內容看似大踏步的邁進之下，實際應用中農業物聯網行業的進步卻有些“跟不上時代的步伐”，大部分都要以項目的形式啟動和運行。在近兩年的農業物聯網發展中，各方面在參與方式與方向上都有了一定的轉變，各高校中物聯網學科的設置逐漸成熟，加強了與其他各學科領域的交叉，教學方式上也有了一定的改變。在企業與科研單位中，物聯網逐漸從一個“好”的、“現代化”的“新興”項目，向“真的起作用”的、“有實際應用效果”的產業發展?？偟膩碚f，一政府繼續加大力度給予資金與政策的支持；二各高校加大綜合性物聯網人才的培養；三農業物聯網相關的企業與科研單位自己對現有人才進行廣泛而深度的培養，并在整個行業中發揮產業積極性，最終起到主體作用。這三個方面的廣泛參與通力配合，將使得農業物聯網行業在當今的發展過程中由概念、項目型向實際應用轉變，還有就是能使使用單位在項目的實施過程中得到實惠，生產上提高效益，如天津市土壤肥料工作站在進行的初步探索中，在已進行的作物試驗中，就起到了“三節兩增”的效果，即“節水、節肥、省工、增產、增收”。

（2）由簡單應用向綜合應用發展。農業物聯網的最終目的是提高生產效率，降低運營管理成本和帶動農民增收，實際上其直接的目標就是降低人力成本和增強綜合監控能力?，F在的農業物聯網實際應用中更多的是機械監控，出現異常時發出報告和預警給人，然后人再指揮機器去控制現場、開啟相關設施設備、調整相應的物理因素如水分、氣溫和光照，實現水鹽氣熱的自動監測、自動報警、人工控制。有的園區或單位還實現了作物實時監控和蟲情監測預報。有的水產養殖場還做到了水質中pH值、水溫、氧氣濃度的實時監測，并可根據監測結果進行遠程控制水質酸堿調節、自動增氧、自動投餌等，而且通過水底視頻監控，掌握魚蝦的生長情況。這些都印證了農業物聯網由簡單應用向綜合應用的發展。

總之，既要看到農業物聯網發展的前景，摸清發展趨勢，探索發展規律，還要深刻了解發展中的限制因素，在人才的培養和知識更新上、發展方向的細化上、智能控制系統的研發上、生命科學和智能監控相關研究上下功夫，這樣才能使物聯網在農業生產、經營、管理和服務中發揮更大更好的作用。