物聯網：繪就設施農業嶄新畫卷

文|喬曉軍 國家農業信息化工程技術研究中心國家農業智能裝備工程技術研究中心

物聯網：繪就設施農業嶄新畫卷

文|喬曉軍 國家農業信息化工程技術研究中心國家農業智能裝備工程技術研究中心

“物聯網本身不應該成為我們關注的重點，我們應該更關心的是如何通過物聯網實現對生產生活有用的業務和應用。”

——思科首席技術官王紀奎

我國是設施農業生產大國，從面積和產量來看，中國設施農業均位列世界第一。但是，設施農業大國并不意味著設施農業強國。雖然，我國設施農業面積占到全世界設施農業面積的80%以上，但是我國設施農業單產水平很低，僅為國外先進水平的1/4～1/3，設施農業產值與發達國家差距仍然較大。

物聯網技術是現代信息技術的新生力量，是推動信息化與農業現代化融合的重要切入點，也是推動我國農業向“高產、優質、高效、生態、安全”發展的重要驅動力，是未來設施農業發展的主流方向，實現設施大國向設施強國的跨越，必須加快設施農業物聯網應用。

物聯網是設施農業發展戰略制高點

我國設施農業大而不強的原因有多方面：

一是環境調控粗放，單產水平低。在我國設施蔬菜生產中，經常可以看到這樣的管理現象：種植耐寒蔬菜，溫室風口卻沒有打開；喜溫蔬菜需要較高的溫度，但管理工人卻為自身舒適，把風口打開。粗放的水、肥、光、熱管理，導致植物生長發育條件不適宜，勢必會影響產量。根據實驗對比，進行科學合理的溫室環境調控，能夠提高蔬菜產量30%～50%。

二是人均管理面積小，勞動強度大。我國設施農業機械、設備配套水平不高，機械化、智能化作業水平低，生產仍以人力為主，勞動強度大。與發達國家相比，我們人均管理設施農業的面積有很大的差距。

發展物聯網技術是加快設施農業轉型升級的利器。

1999年美國麻省理工學院建立了“自動識別中心（Auto-ID）”，提出“萬物皆可通過網絡互聯”，闡明了物聯網的基本含義：借助傳感設備、互聯網、移動通訊網聯物（體），實現物與物、人與物、物與人之間的互連。

物聯網產業鏈可細分為標識、感知、處理和信息傳送4個環節，因此物聯網每個環節主要涉及的關鍵技術包括：射頻識別技術、傳感器技術、傳感器網絡技術、網絡通信技術等。農業物聯網是將大量的傳感器節點構成監控網絡，通過各種傳感器聯通各種自動化、智能化、遠程控制的生產設備，實現物與物、人與物、物與人之間的互連，為農作物提供良好的、適宜的生長環境，提高農業勞動生產率、土地產出率、資源利用率及農產品安全率。

國內外設施農業物聯網應用

物聯網技術，是改造傳統農業，改變農業增長方式，發展高產、優質、高效、生態、安全的現代農業的重要手段。當前發達國家紛紛瞄準農業等物聯網重點領域加強投入、搶占先機，有望在2020年形成統一的網絡：

2009年1月，美國奧巴馬政府明確以物聯網為基礎，提出“智慧地球”計劃；2009年6月，歐盟執委會發表了歐盟物聯網行動方案；2009年7月，日本在提出物聯網的“U-Japan”戰略后又頒布了日本新一代的信息化戰略“I-Japan”戰略；2009年10月，韓國提出“U-Korea”戰略后出臺了《物聯網基礎設施構建基本規劃》……

目前國外設施農業的物聯網應用已經比較普遍：荷蘭的水產養殖，從飼喂到水質的監測等等，幾乎全部實現了自動化；在歐洲，六個工人可以管理8公頃的辣椒溫室生產，單產水平可達到30～40公斤/平方米；歐洲奶牛養殖從飼喂到擠奶也實現了全自動化，兩個工人就可以管理近200頭奶牛。2013年，筆者曾參觀了一家以色列奶牛場，完整的一套物聯網技術體系，使工人幾乎不需要任何體力勞動，勞動強度非常低，生產水平非常高。

我國要在未來全球農業競爭中立于不敗之地，確保農業物聯網核心專利、標準、技術、設備不受制于人，必須盡快由國家層面主導開展技術研究。從“十二五”開始，發改委、農業部、科技部、工信部等部委，相繼設立了物聯網的專項：“農業物聯網技術與裝備”納入“十二五”863計劃發展綱要；2011年，國家發改委立項黑龍江、北京、無錫等3個農業物聯網示范省；2012年，國家發改委立項物聯網產業化項目，農業部在天津、安徽、上海做物聯網應用示范；2013年，國家發改委立項物聯網示范項目；2014年，國家物聯網重大應用示范工程區域試點；2011年至今工信部每年設立物聯網專項，等等。

目前，我國已經有很多科研院所以及企業開展農業物聯網技術的研究。如：中國農業大學在內蒙古開展了日光溫室群物聯網試點工作；浙江大學將農業物聯網應用到葡萄的生產之中，不一而足。

筆者所在的國家農業信息化工程技術研究中心（以下簡稱研究中心），從十多年前開始就從事溫室環境監測、控制等物聯網應用方面的研究，相繼開發了很多產品，其中比較成熟的、在市場上推廣量比較大的是“溫室娃娃”。該項技術可以自動監測溫度、濕度、露點、光照、地溫等五個參數，還可以集成專家管理知識，通過語音命令等來指導生產管理。該產品非常適用于占我國設施農業絕大面積的簡陋日光溫室塑料大棚，其測量性能指標達到國際水平，成本較低、實用，已實現批量生產。基于溫室娃娃的小范圍墑情監測系統，研究中心開發了成本比較低的溫、濕度監測測量系統——便攜采集儀。它是面向聯動溫室塑料大棚及大規模的日光溫室群監測溫、濕度環境參數。通過模塊化、構件化的開發，實現了研發產品可以根據生產現場具體情況，靈活的搭配，形成相應的環境監測設備。此外，研究中心還研發了一批環境控制設備，并在此基礎上，集成了設施農業智能控制的管理系統。目前，通過采取降低應用門檻，因地制宜的推廣應用，研發中心的環境監測、控制及物聯網監控系統等產品在全國18個省市都已有應用。

我國設施農業物聯網應用戰略思考

我國農業物聯網技術開發已經取得一些成效，但總體水平仍然停留在初級階段。

一是環境數據監測尚未真正應用到生產管理，如何運用監測數據指導生產實踐仍需要深入探索。同一種作物，在不同生產發育時期，對環境條件要求不一樣；不同的作物對環境條件要求也不一樣，只有針對不同植物、同一種植物不同生產發育階段，進行環境監測建立環境參數電子檔案，并進行針對性的水、肥、光、熱控制，才能起到提到產量、提高品質的目的。此外，還有一些環境信息，尤其是濕度變化情況和病害的關系也比較密切，通過物聯網系統，如果在環境條件和病害之間建立關系，就可以預測病害的發生、發展，可以大大減少農藥的用量，降低生產成本，提高品質。

二是技術標準化缺乏。目前，我國物聯網應用過程中，產品標準不統一，公司與公司間的通訊協議難以公開。針對目前設施農業物聯網技術應用現狀，筆者建議，應從集成已有的共性技術產品和成果著手：在技術研究方面，重點開展設施、感知產品的開發及其標準化工作；產業培育方面，加強自主產品的研發和產業化基地的建設；創新主體方面，強化高校、科研院所和企業的產業技術聯盟的作用，協同提升創新攻關能力。

實現設施農業物聯網技術跨越式發展，還需加快開展面向農業設施物聯網產業應用的示范試驗研究，構建產業化推廣應用模式，通過示范推廣應用帶動設施農業物聯網技術的大面積使用。

（注：本文由本刊記者周蓉根據作者在“創新五方談”論壇錄音整理）