農業物聯網項目在張家口設施農業中的應用與經濟效益分析

鄭海光，魯建斌，曹劍飛，侯 杰

（1．張家口市農業信息中心，河北 張家口 075000；2．張家口市農牧局，河北 張家口 075000；3．張家口市農廣校，河北 張家口 075000）

自2011年起，農業部開展了農業物聯網應用示范，在天津、上海、安徽組織了農業物聯網區域試驗。物聯網技術在農業領域的應用已經取得明顯成效，涌現出一批比較成熟的軟硬件產品和應用模式。

經各地農業部門和有關企業推薦，農業部農業物聯網專家組篩選出310項成果，這批成果兼具先進性和實用性，成熟度較高，有一定推廣價值，其中包括148個傳感設備、80個軟件系統、39個應用模式、43個市場化解決方案與典型案例。

近年來，張家口地區農業信息化快速發展，全市6個區，10個縣，4 175個村寬帶網絡村通率達100%，移動通訊信息覆蓋率100%。全市80%以上行政村建立了農村信息服務站。自2015年開始在張家口地區研究實施并推廣應用農業物聯網以來，農業信息中心的信息及網絡優勢得到發揮，與縣區農業站所及蔬菜種植合作社和種植企業實現緊密合作，經過1年的工作，建立起了覆蓋全市20余家蔬菜基地的監控系統。

1 基本概況

自2005年以來，張家口地區逐步建立了20個農業物聯網技術應用示范基地，應用面積合計約100 hm2，主要在3個方面進行了示范應用。

1.1 環境信息智能化監測技術應用

通過傳感器快速、實時、準確地獲取農作物生長的環境參數（主要為大田和溫室中的土壤溫度、濕度，空氣溫度、濕度，光照、CO2以及大田中的風速、風向），并使用GPRS，WIFI技術將數據上傳到遠程服務器中（頻率為每5 min采集上傳1次），智能化動態監測，并可以應用WEB瀏覽器界面及手機APP軟件遠程監測，20個示范基地均得到應用。

1.2 基于生產環境監測數據的自動報警與預警技術應用

在監測系統的報警模塊中添加溫室信息，設置報警時長、報警時間間隔，并設置土壤溫度、濕度，空氣溫度、濕度，光照，CO2以及風速的上下限閥值，當環境參數超過所設置閥值時，系統通過WEB界面和手機APP及短信報警等方式向管理員發布報警信息。

系統內置病蟲害預警模型，結合專家知識庫，通過分析溫室歷史監測數據、溫室作物、種植時間以及用戶配置的參數等數據，對溫室內作物可能出現的病蟲害進行預測，如果溫室作物在指定的時間內有發生病蟲害的可能，則通過WEB界面和手機APP及短信預警等方式向管理員發布預警信息，通知管理員提前進行防范。此技術在20個示范基地中均得到應用。

1.3 溫室智能化控制技術應用

遠程控制包含遠程手動控制，智能控制以及控制日志的查看等功能。通過監測所得環境信息與設定值進行對比，進行遠程網絡手動控制；或使用監測數據和配置的智能控制參數進行匹配，如果環境數據超過設定的控制標準，則執行相應的機械控制動作。控制內容包括：卷簾機起降、開關膜通風、補光和水肥一體化灌溉等。主要應用示范基地為涿鹿益林蔬菜專業合作社。

2 效益調查與分析

從農業物聯網在張家口地區實施效果來看，農業物聯網不僅提高了農業生產的現代化水平，還在節水灌溉，節約肥料、農藥，節省生產用工，提高農產品產量與品質等方面產生一定的效果，從而實現經濟、社會、生態效益大幅提高。如涿鹿縣益林蔬菜專業合作社2015年節本增效10萬元，投資回報率為30%。主要體現在以下幾方面。

2.1 提高單位面積收益，實現節本增效

通過農業物聯網進行實時數據采集、分析預測和科學管理，提高農業生產的科學性、主動性，減輕低效投入，改變傳統農業大量施肥、用藥和漫灌的生產方式，節省水量40%、肥料30%。與此同時，由于生產的是優質農產品，其價格也能夠有所提高，從而提高經濟收益。

2.2 提高企業收益，促使企業做大做強

通過構建基于物聯網的農作物生產系統，改變了傳統的信息采集模式，實現農作物生產環境的實時監測與控制，并在專家知識庫的輔助下，實現農業生產的智能化、科學化管理。通過生產過程中的空氣溫度、濕度，土壤溫度、濕度，光照和二氧化碳濃度等數據監測，實時控制風機、卷簾機等機械設備，使農作物在最佳環境中結出優質果實，從而提高了產品的質量，在市場上贏得了聲譽，提高了產品的銷量，為企業帶來更多的利潤。與此同時，品質優良的農作物產品可以吸引高端客戶，從長遠角度看可以提高單位產品的收益，提高企業的盈利能力。

2.3 降低生產成本，提升企業競爭力

農業物聯網系統的建立，可以實現農業生產管理的遠程化和智能化，減少了農業從業者到生產現場進行作業的必要性。按照涿鹿縣益林蔬菜專業合作社效果測算，日光溫室大棚年均生產300 d（壩上地區3－11月，壩下地區1－12月），每個勞動力年平均費用為24 000元，未安裝系統的基地1個人可以管理1個大棚，安裝后2個人可以至少管理3個大棚。每年可節約勞動力成本30%以上。

2.4 高質量滿足市場需求

農產品是人民生活的必需品，消費量大，隨著生活水平的提高，國際國內市場對農產品質量的要求越來越高，雖然多數農產品供大于求，但進行嚴格質量檢驗的無公害農產品卻嚴重缺乏，供不應求。對產品進行全過程監測，可以有效提高食品質量，推進無公害生產，從根本上提高農產品的競爭力和商品率，促進產業結構調整，擴大農產品的出口創匯，增加農民收入，同時滿足市場對優質農產品的需求。

2.5 樹立消費者信心

對廣大消費者的健康進行潛在保護，樹立民眾對食品安全的信心。粗放的農產品生產過程，由于使用過量的農藥、化肥，使產品中含有一定的化學物質、細菌等有害微生物，這些有害物質雖不一定會引起大量人群的急性中毒，但潛在的慢性危害和毒理作用是肯定存在的，實行危害因素的有效控制，對人體健康的益處即使不會馬上看出成效，但其作用肯定是巨大的并且造福子孫后代。近年來全國重大食品安全事故頻發，曾引起許多人對整個農產品安全的擔心和質疑，嚴重影響了社會的穩定和經濟發展。通過農產品生產環境監控系統的實施，可以給予消費者知情權，通過系統溯源向消費者提供生產商和加工商的全面信息，從而使消費者了解食品的真實情況。實行該方案，農產品的來源地及生產流程可以從電腦網絡中調出，消費者可以掌握供方消息并決定是否購買，從而可以減少人們對食品安全生產的擔憂，很好地維護促進社會的穩定。

2.6 益于環境保護

農產品生產環境監控系統的建設與實施不會造成環境污染和破壞生態平衡，且益于環境保護。運用信息采集技術、信息遠程傳輸技術、信息智能分析與控制技術，結合農業生產技術，實施農產品生產環境監控，將有效提升農業生產的管理水平，可以在一定程度上推廣無公害生產技術，保證生產地域內環境質量的不斷提高，保證土壤的長期肥力和有機潔凈，有利于保持良好的生態環境，另一方面提高了企業和公眾的環保意識。

農業物聯網的發展將對農業生產全程進行監控，能減輕農藥等化學品對大氣、水和土壤的污染，有效提高光能利用率，維護整個生態平衡。通過農業物聯網的實施，進一步達到“保護一片水土，振興一批企業，拉動一地經濟，富裕一方百姓”的目的，促進經濟效益、社會效益和生態效益的同步增長，實現農業的可持續發展。