國內外現代化農業中物聯網技術應用實踐分析

毛燁+王坤+唐春根+陳慧琴

摘要：物聯網技術的飛速發展為現代化農業的發展提供技術支持并指明了新的方向。以美國、日本為例，詳細介紹了國外物聯網技術在現代化農業中的應用實踐情況，隨之深入分析了國內尤其是江蘇省的農業物聯網技術具體應用實踐情況，圍繞農業物聯網技術應用實踐可能存在的瓶頸，初步提出了成本高、依賴性不足、標準不統一等3個潛在的阻礙因素及實施建議。

關鍵詞：物聯網技術；現代化農業；應用實踐；美國；日本

中圖分類號： TP393；S126

文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）04-0412-03

與傳統農業相比，農業現代化很重要的一個方面就是農業的信息化。2007年中央1號文件明確了“農業現代化就是要用現代物質條件裝備農業，用現代科學技術改造農業，用現代產業體系提升農業……。”物聯網作為新興發展的信息技術，在農業信息化的進程中，作為信息化的重要手段之一，有效地在農業現代化的生產、物流、質量追溯等環節中加以應用，為推進現代化農業發展步伐起到了至關重要的作用。2015年7月1日，國務院發布了《國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》，文中15次提到了物聯網，提出了推廣成熟可復制的農業物聯網應用模式，從而將物聯網在農業中的應用實踐上升到了一個新的高度。因此，加強研究并分析物聯網在現代化農業中的應用實踐，對物聯網的廣泛推廣和農業現代化進程的推進將起到積極作用。

1 物聯網技術及其在農業中的應用概述

1.1 物聯網技術概述

眾所周知，構成世界的三大要素分別是物質、能量和信息，這是人類社會賴以生存和發展的基本前提。隨著互聯網的應用越來越廣泛，信息技術不斷地推陳出新，特別是隨著射頻識別、無線通信、傳感器等信息技術的快速發展，出現了一種可以實現人與物、物與物之間通信的全新的網絡構架，即物聯網。物聯網技術主要涵蓋了信息感知技術、網絡通信技術及應用系統技術等，不僅只是對“物”實現連接和操控，而且可以通過各種技術整合進一步實現人對人、人對物以及物對物的感知、互聯、互通、相融與互動。物聯網是繼計算機、互聯網之后，被稱為信息技術發展的第三次浪潮，已經被廣泛用于環境監測、家居生活、食品安全追溯等領域，不僅可以提高經濟效益，節約成本，也為傳統產業特別是農業的產業結構調整、經濟轉型提供技術可能[1]。1.2 物聯網技術在現代化農業中的應用概述

農業作為第一產業，融入信息技術發展現代化農業，是實現高效農業的重要手段之一。農業信息化已經成為現代農業發展的顯著標志。農業信息化是指農業在生產、加工、流通等領域運用現代化信息技術，實現農業生產、經營的智能化的過程。判斷是否實現農業現代化很重要的標準就是網絡的普及應用和農業與其他產業是否呈現橫向或縱向的滲透融合。引進物聯網技術，推動農業從傳統農業逐漸向以物聯網信息技術為基礎的現代化農業發展，已成為必然趨勢。

目前物聯網技術在農業中的應用，主要集中在農業系統模擬及預測、農業輔助決策、虛擬農業、精準農業等方面，可具體分為以下幾個方面：一是環境感知、實時監測、自動控制的網絡化農業環境監測系統；二是養殖行業中動物飼料投放、疫情防治、恒溫控制、廢棄物自動回收等智能控制系統；三是實施節水灌溉、農機定位耕種、測土配方施肥等精確化的田間作業系統；四是在生產加工和流通銷售各環節對農產品進行質量安全的溯源系統。

2 物聯網技術在國外農業中的應用實踐分析

國外將物聯網應用在農業中時間較早，相對比較成熟。下面以具有代表性的美國、日本為例就物聯網在農業中的應用實踐進行分析。

2.1 物聯網技術在美國農業的應用實踐分析

美國作為當今世界電子信息產業的第一大國，在利用物聯網科技促進智能、精準農業上處于領導地位。近年來，美國大力發展農業物聯網技術，并積極將這些技術成果融入到農業系統中，使得物聯網技術在美國農業領域中得到了廣泛應用。據有關文獻分析，農業物聯網在美國大農場的覆蓋率已達到80%，物聯網在農業中的應用實踐已經涵蓋了土壤養分成分檢測、農作物及動物水產的疾病防治、節約用水灌溉、農副產品的質量安全溯源管理等方面。通過研發并推廣農業系統中的各類物聯網設施及信息系統，使得普通的農業生產設施具備了感知、學習并與環境互動的能力。如通過感應病蟲害指揮無人機噴灑農藥的“機對機”的交流[2]；將物聯網應用到智能灌溉上，通過傳感器收集土壤含水數據及空氣環境濕度等要素，來控制灌溉的頻率和水量，避免水資源的浪費；采用物聯網技術實時地掌握畜禽疾病、農作物病蟲害等信息，并實時采取相關應急措施，可以節約大量時間和資金，還可以減少農藥的使用量，逐步實現農業的精準化。通過建立美國農業系統模擬及預測系統，美國農業在應對病蟲害、自然災害、畜禽疾病等方面取得了很大的成效，其節約農業成本、提高農業產量的效果十分明顯。因此，物聯網在美國農業中的應用，其覆蓋范圍較廣，已有效地促進了美國農業現代化進程。當然，由于農業物聯網的設備安裝、維護等成本相對較高，目前在美國中小農場的覆蓋率還不高。

2.2 物聯網技術在日本農業中的應用實踐分析

日本一直把發展高效農業作為發展本國農業信息技術化的重要目標。日本積極應對物聯網技術的興起，并積極將其應用到農業中，有效解決了日本農業田間作業中耕種、控制、食品質量安全、降低成本等問題，逐步將日本農業發展為生態的、安全的、高效的農業產業。2004年，日本首次將發展農業物聯網寫進了政府計劃，同時日本的總務省提出了U-Japan計劃。該計劃的核心目的之一就是實現人與物、物與物的之間互聯互通，從而在未來形成一種人或物都可以互聯互通，并存在于農業各個生產環節中的體系。目前，日本主要由日立等大型科技公司牽頭研發農業物聯網技術，大力開展農業物聯網設備研制，并借助協會和政府力量得以在日本農業生產過程中進行推廣與應用。如智能大棚集成物聯網技術的推廣應用，農戶可以在散落的各個塑料大棚中建立無線網絡，連接多種不同用戶的監視探頭，并與土壤傳感器、日照傳感器、氣溫傳感器、二氧化碳排放傳感器等設備相連接，最終與控制終端或數據終端相連接。系統終端還提供了感應數值異常并自動發出警告的功能。這些系統能夠實現智能施肥澆水、調整溫度等操作，農戶只需在電腦或手機終端即可實時掌握農田作業情況，并實現對溫度、濕度和成長情況進行審視控制、確認和管理。據資料顯示，超過一半的日本農戶選擇并使用物聯網技術，這不僅大幅提高了農產品生產效率與流通效率，也有助于解決日本農業勞動人口不足和高齡化等問題。

3 物聯網在國內農業中的應用實踐分析

我國經過20多年的發展，物聯網技術在國內農業中的應用也越來越廣泛。根據2015年9月8日農業部發表的《節本增效農業物聯網應用模式推介匯編2015》資料顯示[3]，我國在推廣農業物聯網方面，主要集中在智能監測、防治、控制和決策等方面，基本包括了農業中設施園藝、大田種植、水產養殖、畜禽養殖以及綜合等5大類。在這5大類中，資料共推出116個實施農業物聯網技術農業典型，這些典型可以說是種類全、技術過硬、覆蓋廣、推廣性強、效果顯著，基本上具備了節能增效、技術成熟等特點，充分體現了我國農業物聯網的產業發展水平。

近幾年來，江蘇積極探索并將物聯網技術應用到農業領域中，加快推進現代農業與信息化的深度融合，極大推動了全省農業現代化進程。利用物聯網技術，全省在設施園藝、大田種植、水產養殖、畜禽養殖等領域中取得了長足進步。在設施園藝領域，全省各地建設了程度不同的智能溫室，實時監測調控光、熱、水、氣、肥等環境因子，使產量和效益提高10%以上。在大田種植領域，研發建立了水稻、小麥等主要農作物目標產量栽培管理專家模型和作物生物質（如葉綠素）含量、環境因子感知設備，實現栽培管理定量化、精確化，積極發展“精確農業”，據測算，可減少農藥、化肥等農資投入10%以上，增產5%～10%。在水產養殖領域，螃蟹、河蝦、河豚等高附加值水產品主產區大力推廣應用以調控水體溶解氧為主要目標的智能控制系統，有效提高了水產品規格、產量和質量，效益普遍提髙10%以上，同時有效減少了水體環境污染。在畜禽養殖方面，全省規模養殖場應用了母豬定量飼喂、防疫標志、糞便清理等個性化、智能化、精準化的控制系統[4]。另外，由江蘇省農委和江蘇農牧科技職業學院聯合開發的江蘇省農產品質量安全追溯管理系統領跑全國，為構建全省性食用農產品質量安全追溯體系，落實農產品質量安全可追溯制度提供了堅實的信息化基礎，有力保障了全省農產品質量安全。

4 物聯網技術在農業中的應用實踐瓶頸分析及實踐建議

物聯網技術在現代化農業中的應用，其核心價值就是通過設備與設備、設備與人之間的通信，對農業生產過程中的土壤、作物、設備、人和圖像進行數據采集、通信，通過對這些數據進行分析，能很快地對農業生產環節中可能出現的各種情況進行預測和建議，從而達到降低或避免出現的病蟲害、自然災害等帶來的損失，幫助農民增加產量及最大程度提高水、肥料、勞動力和化學試劑利用效率的目的。但是在分析物聯網在農業中的應用實踐情況時，不難發現目前阻礙物聯網技術在農業中的應用實踐主要存在以下幾個因素：

4.1 成本比較高，大多農業企業主動承擔意愿不高

物聯網技術在農業中的應用實踐，很大程度依賴于來自傳感器的精密感知。傳感器的密度、準確度等指標對整個應用實踐效果有著較大影響，但是傳感器準確度和分辨率越高，其成本會越高。另外，傳感器網絡的安裝、數據信息的通信、專業人才培養、運行維護等都是不小的開支，對大多農業企業來說都是一筆不小的負擔。目前國內物聯網在農業中的應用，資金來源絕大部分靠政府財政支持，如果單靠農戶或企業引進農業物聯網技術，肯定受制于成本高、技術掌控難等因素的影響，甚至造成已有農業物聯網試點或引領單位在物聯網應用過程中處于停用閑置狀態。

4.2 企業生產經營本身對農業物聯網技術應用實踐的依賴性不夠

目前，國內農業企業生產經營大都還停留在經驗階段上，往往依靠相關技術人員的經驗來決策判斷，對各種生產經營過程中涉及到的關鍵參數的感知精確程度以及是否及時并沒有那么大的興趣。大多企業會把精力集中在勞動密集的關鍵處進行機械化改造，明顯降低企業生產經營成本，至于物聯網技術在農業中的應用實踐、精準農業之類的就顯得不那么迫切。

4.3 缺乏統一標準，無法實現不同品種不同廠家的物聯網設備之間的互聯

由于目前國內對物聯網技術在農業中的應用實踐還沒有開展很好的頂層設計，未對應用實踐中涉及到的數據感知要求、設備互聯要求、精確管理要求等相關內容進行有效的設計和統一，導致市面上各家技術廠家提供的物聯網技術或者設備接口標準不一、數據規范不一、應用模式不一，即使推廣下去，也會因不能兼容而形成一個個技術孤島，根本無法構建一個廣泛區域中的物與物、人與物之間的有效物聯網，使得這些物聯網技術及設施的應用實踐效果大打折扣。

4.4 為適應農業物聯網的需要，尚需培養一大批新型的高素質職業型農民

目前，我國農業從業者高達2億以上，遠超發達國家的農業從業人數；但是從業人員的學歷、信息素質方面與發達國家美國、日本相比仍存在較大的差距。美國、日本等發達國家的農業從業者，普遍具有高等教育經歷，并得到了完善的、系統的農業職業技能的培訓，他們不僅懂得農業相關專業知識和農業機械的操作，還掌握了計算機、網絡技術和各類感應設備的運用，這為他們能夠勝任現代化農業提供了良好的基礎。因此，建立新型職業農民的培養體系，培養出一大批適應現代化、信息化農業的高素質新型職業農民群體，對發展我國現代化農業特別是信息化農業顯得尤為重要。

因此，要擴大物聯網技術在農業領域的應用范圍和影響力，第一，必須加強頂層設計、統一標準；第二，需要示范者的推廣、引領，對技術設備進行持續投入，以便降低使用物聯網技術的成本，增加使用該技術的收益和成效；第三，通過開展廣泛的宣傳培訓，逐步對農業企業引導示范，讓農業企業真切地看到靈活運用智能設備帶來的成效，如在家里看看農作物的照片，對比一下各類數據便可管理偌大的土地，極大地減少工作量，農業企業本身的積極性必然能夠提高，從而使物聯網技術的大面積推廣應用成為可能。

5 總結

我國農業物聯網技術在農業中的應用，主要依靠政府投資、項目支持實行，其產業商業模式相對于發達國家而言遠未成熟。而且與發達國家一樣，物聯網在農業中的實踐應用，在取得了相應成績的同時，也出現了諸如標準不統一、成本高、產品兼容性差等種種弊端。因此，作為國家“互聯網+”發展戰略的重要組成部分，發展我國農業物聯網應緊密結合國情，積極通過政策、資金、稅收優惠等扶持，鼓勵高等學校、科研院所、信息技術企業等各方面力量參與到農業物聯網建設中來，謀求物聯網技術的突破創新、產品的標準化和低成本化，為培育農業物聯網相關新興技術和服務產業的發展提供無限商機。繼續強化由政府引導、企業參與、市場運作的農業物聯網應用發展模式，在農業各領域中進行物聯網的規模化應用，促進農業物聯網新興產業的發展。讓物聯網技術成為我國傳統農業向現代農業轉變的重要驅動力，實現物聯網技術在農業應用中的以點帶面式的推廣，從而完善物聯網在農業產業中的廣泛應用。

參考文獻：

[1]王 坤. 物聯網技術信息化應用.[J]煤炭技術，2012，31（3）：234-236.

[2]劉 凡，蔣寒露. 美國：農業物聯網將引領下一個農業時代[J].中國信息報，2014-08-10

[3]鄧 俐，簡承淵. 農業部發布116項節本增效農業物聯網應用模式[J].農民日報，2015-09-12

[4]吳建強. 江蘇農業信息化發展現狀與展望[C]. 中國畜牧獸醫學會信息技術分會2014年學術研討會，青島：中國畜牧獸醫學會信息技術分會，2014.張亞莉，吳澤濤，張智剛. 基于虛擬儀器技術的GPS信息采集系統的設計與試驗研究[J]. 江蘇農業科學，2016，44（4）：415-418.