我國農業物聯網應用及其實例

專家簡介：王建侖，中國農業大學信息與電氣工程學院副教授，中國農業大學智能灌溉技術研究所所長。重點研究植物生產過程中田間植物外觀表型的圖像處理、理解和識別，近兩年來主要從事田間植物三維點云計算和近景測量技術的研究，發表SCI和EI論文十幾篇，其他論文多篇。2015年獲得兩項中華農業科技獎。

2016年是我國“十三五”的開局之年，今年的政府工作報告中提出，在“十三五”期間要促進大數據、云計算、物聯網廣泛應用。數據顯示，2015年中國物聯網整體市場規模高達7500億元，如今的物聯網已經實實在在地扮演著現實生產力的角色，成為促進經濟社會發展、推動城市管理升級、促進產業轉型的抓手。農業物聯網所面對的既有機遇也有挑戰。

一、農業物聯網的具體概念

農業物聯網是將大量的傳感器節點構成監控網絡，在各種傳感器采集信息的基礎上大量使用各種自動化、智能化、遠程控制的生產設備，以幫助及時發現農業產業鏈各個環節上的問題。農業物聯網應用將逐漸地使農業從以人力為中心和依賴于孤立機械的生產模式，轉向以信息和軟件為媒介的精細化、自動化和智能化的現代農業生產模式。農業物聯網從技術角度看，是指應用信號識別、傳感、網絡通信、計算機軟件等技術，對農業生產經營過程中涉及的生產對象、生產工具、勞動者和生產環境的內外部信號進行感知，通過互聯網進行信息傳遞，并進行農業信息的“物”“物”實時聯通、模式計算和智能識別，從而為實現農業生產的高效管理提供多元支撐。

目前在農業物聯網中，涉及的新技術主要有各類信息感知識別技術、多類型數據融合技術、超級計算等核心技術問題。可見農業物聯網是農業大系統中的人、機、物一體化的互聯網絡。

二、農業物聯網的內容

國務院在2015年7月印發《關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》，明確未來3年以及10年的“互聯網+”發展目標。《意見》中提及的“互聯網+”現代農業即利用互聯網提升農業生產、經營、管理和服務水平，培育一批網絡化、智能化、精細化的現代“種養加”生態農業新模式，形成示范帶動效應，加快完善新型農業生產經營體系，培育多樣化農業互聯網管理服務模式，逐步建立農副產品、農資質量安全追溯體系，促進農業現代化水平明顯提升。

《意見》的具體內容包括：

1. 構建新型農業生產經營體系。鼓勵互聯網企業建立農業服務平臺，支撐專業大戶、家庭農場、農民合作社、農業產業化龍頭企業等新型農業生產經營主體，加強產銷銜接，實現農業生產由生產導向向消費導向轉變。提高農業生產經營的科技化、組織化和精細化水平，推進農業生產流通銷售方式變革和農業發展方式轉變，提升農業生產效率和增值空間。規范用好農村土地流轉公共服務平臺，提升土地流轉透明度，保障農民權益。

2. 發展精準化生產方式。推廣成熟可復制的農業物聯網應用模式。在基礎較好的領域和地區，普及基于環境感知、實時監測、自動控制的網絡化農業環境監測系統。在大宗農產品規模生產區域，構建天地一體的農業物聯網測控體系，實施智能節水灌溉、測土配方施肥、農機定位耕種等精準化作業。在畜禽標準化規模養殖基地和水產健康養殖示范基地，推動飼料精準投放、疾病自動診斷、廢棄物自動回收等智能設備的應用普及和互聯互通。

3. 提升網絡化服務水平。深入推進信息進村入戶試點，鼓勵通過移動互聯網為農民提供政策、市場、科技、保險等生產生活信息服務。支持互聯網企業與農業生產經營主體合作，綜合利用大數據、云計算等技術，建立農業信息監測體系，為災害預警、耕地質量監測、重大動植物疫情防控、市場波動預測、經營科學決策等提供服務。

4. 完善農副產品質量安全追溯體系。充分利用現有互聯網資源，構建農副產品質量安全追溯公共服務平臺，推進制度標準建設，建立產地準出與市場準入銜接機制。支持新型農業生產經營主體利用互聯網技術，對生產經營過程進行精細化信息化管理，加快推動移動互聯網、物聯網、二維碼、無線射頻識別等信息技術在生產加工和流通銷售各環節的推廣應用，強化上下游追溯體系對接和信息互通共享，不斷擴大追溯體系覆蓋面，實現農副產品“從農田到餐桌”全過程可追溯，保障“舌尖上的安全”。

三、農業物聯網功能和效果

農業物聯網自從誕生開始就受到了人們的廣泛關注，農業物聯網的應用是相當廣泛的，在采摘、加工、收購流通等方面都有涉及。農業物聯網因其高效、便捷、智能等特點受到了農業生產人員的歡迎，下面是農業物聯網的幾個實際應用案例。

1. 采摘控制系統

一般來說，農業園區種植或養殖面積遠超傳統農戶種植養殖面積，且傳統的農業生產主要是根據人工觀察與經驗來決定農作物采收時間，這種方式往往錯過最佳采收時間，降低農產品商品價值，影響企業經濟效益。設置物聯網采收控制系統，可通過設定的采收時間和輪詢（依次詢問檢測器），自動預報農作物采收期，預測該系統的應用將顯著提高其商品價值，降低勞動消耗成本，提高企業規模化生產管理能力。

2. 加工控制系統

目前，國內農產品企業大多采用半人工半機器進行農作物和養殖產品加工，人工占主要地位。由于工人加工水平良莠不齊，加之加工環境無保障，使得產品品質無保障，且很可能出現微生物污染。設立加工控制系統，可通過對清洗、保鮮、干燥等自動化生產技術的控制，減少人工直接加工，避免人為污染，統一生產加工技術，有效提高生產效率，降低勞動消耗。

3. 收購、流通控制及銷售控制系統

針對農產品產后商品化過程中所涉及的收購、流通、銷售等環節的需求以及市場信息獲取，構建出收購控制系統、流通控制系統以及銷售系統，以獲取各環節農產品價格變動以及市場供求等信息；同時實現對農產品各環節的跟蹤，確保農產品流通過程中的安全。

4. 視頻監控系統

將視頻監控系統與種植養殖監管、病蟲害預警預報防治、加工控制等系統結合，實現對農業生產、加工、流通環節的可視化跟蹤，方便技術人員觀察并及時采取有效措施，確保生產、加工、流通的順利進行。

5. 溯源系統

農產品化肥、農藥等的殘留量超標事件時有發生，部分唯利是圖的不良分子違禁使用激素、藥物等，是制約我國農業國際競爭力的首要因素，也是造成農產品市場價格波動大、市場紊亂的主要因素之一。溯源信息服務平臺的建立，其信息采集覆蓋動植物種子采購、播種（養殖）、施肥用藥、收獲、加工、運輸、進入超市等各個環節；同時，還可適時引入與方便第三方監管，強化對農產品生產過程的質量管理，配合有效的法律法規，為實現農產品各個生產環節安全性的可查詢和從餐桌到產地的可追溯提供了便利。

6. 農業生產及生產環境控制和監測系統

通過對農業生產過程中的植物生長狀態、水肥管理、環境監測等過程管理要素進行自動化、信息化和智能化的監控。

四、農業物聯網的應用實例

我國在物聯網方面的應用正處于快速發展中，農業物聯網為種植業、畜禽養殖和水產養殖的生產管理帶來巨大便利，目前已經有很多應用實例。農業部推出了《節本增效農業物聯網應用模式推介匯編2015》，集中發布了大田種植、設施園藝、畜禽養殖、水產養殖和綜合5大類共116項可復制、可推廣的節本增效農業物聯網應用模式。

例如，聯想佳沃有限公司通過應用藍莓物聯網生產管控系統，實現了節本增效。技術員不需到現場，即可查看田間土壤水分、pH值等參數。據統計，藍莓物聯網生產管控系統能使灌溉水的利用率由以前的0.50提高到0.95，可節約灌溉用水30%以上，節約耕地5%～7%，節能20%～30%，節省灌溉管理用工30%～40%，年新增經濟效益25.19萬元，綜合節水率可達45%，增產率53%。

天津市無公害農產品管理中心通過應用“放心菜”質量安全與追溯系統，實現了生產可控、安全可管、產品可溯。該系統以模擬模型技術、移動互聯技術、在線檢測技術、安全生產技術、物聯網技術等支撐，開發了“放心菜”基地管理系統、質量安全監管系統、質量安全追溯系統和“放心菜”信息服務平臺，建設了市、縣、鎮、基地相結合的4級監管網絡，應用規模達到35.47萬畝，技術成果達到國際先進水平，有效保障了農產品質量安全。

多利智慧農業物聯網管控中心系統，包括四大模塊：生產、倉儲、物流、溯源，還包括多利有機農業遠程可視化管理系統。主要功能有：（1）農業生產環境自動化控制；（2）有機蔬菜倉儲管理系統；（3）多利有機蔬菜冷鏈物流管理系統；（4）有機蔬菜質量溯源系統；（5）農業生產可視化管理系統。在生產環節，農業物聯網綜合應用示范園蔬菜產量平均提高約10%，示范園每年增收1000萬元以上，節約投入人力成本約20%。平均每年可以節省用藥2次以上，示范園平均可以減少農藥使用量約20%。

山東蒼山縣在現代農業示范園引進了浙江托普農業物聯網技術， 為提高種植效率，在其所建設的蔬菜大棚中全部安裝農業物聯網監測設備，通過農業物聯網技術實時監測大棚蔬菜溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等生長環境，根據產生的智能監測信息對蔬菜進行精確控制管理，例如通過無線傳感器對溫室環境進行自動和手動調節，自動控制風機等設備進行溫度和通風調節，通過土壤溫濕度等傳感器對灌溉和施肥進行自動控制，促進有機高效農業發展。

重慶市原種豬場采用智能豬舍與母豬自動飼喂系統，每年節省人工成本20萬元。

浙江托普云農科技股份有限公司應用塑料大棚溫室小管家系統，每百畝棚可減少人員3～4人。

在江蘇宜興，新興的農業物聯網技術正在改變傳統的螃蟹養殖業生產方式。2010年初期的水產養殖1000畝單點試驗，遠程增氧、智能投喂、預警資訊、制定地方標準、物聯網設備納入“農機補貼目錄”和開發省級農業物聯網總平臺，推動建立“全國水產養殖物聯網數據中心”。

湖北炎帝農業科技股份有限公司通過應用食用菌工廠化生產環境智能監控系統，實現了食用菌生產環境的智能監測和控制。該系統可實時采集每間菇房的溫度、濕度、培養料pH值、氧氣濃度、二氧化碳濃度、光照強度以及外圍設備的工作狀態等參數，結合專家管理系統，根據食用菌的生長規律自動控制風機、加濕器、照明等環境調節設備，保證最佳生產環境。實施物聯網技術后與之前相比可減少生產人員勞動強度50%，降低食用菌雜菌感染率5%，提高產量10%。

新疆生產建設兵團第六師105團1萬畝棉花基地應用精準生產物聯網技術，實現每年節水40萬方，節肥40噸，節藥6.4萬元。

這些應用重點圍繞在農業種養殖和生產加工等全過程中應用物聯網技術，實現智能監測、智能防治、智能控制和智能決策，提升農業生產經營效率。這些成果在大田種植、設施大棚、畜禽水產養殖、農產品質量安全監管、農產品電子商務等方面已經顯示出重要作用。在大田種植方面，通過綜合運用3S技術、智能化農機裝備、作物生產管理專家決策系統等，實現了生產管理的定量化、精確化，畝均減少農藥、化肥施用量10%以上，單產提高5%～10%。在設施園藝方面，通過對光、熱、水、氣、肥等環境因子的實時監控，創造植物生長的最佳環境，設施溫室和大棚的產量和效益平均提高10%以上。在畜禽養殖方面，運用自動調控畜舍環境和智能化變量飼養技術，實現養殖環境因子遠程調控和預警預報，平均減少勞動用工30%以上，養殖和疫病防控水平顯著提高。在水產養殖方面，推廣應用以調控水體溶解氧為主要目標的智能控制系統，實現了養殖環境自動調控和水體環境閉環控制，水產品產量和質量明顯提高，節本增效10%以上，同時水體環境污染得到有效控制。

五、我國農業物聯網發展面臨的問題及措施

物聯網的出現雖然已經嘗試了許多實際應用，但作為一項剛剛走入百姓視野的新技術，物聯網要真正實現“走入尋常百姓家”，還有一段路要走。正如國家物聯網首席科學家、北京科技大學物聯網與電子工程系主任王志良所說，國家大規模興起物聯網技術與應用，實際上起源于2009年，從目前來看，物聯網還沒有取得技術上的真正突破。

未來 5～10年，中國農業物聯網發展要堅持以保障國家農產品有效供給、質量安全和農民持續增收為目標，以改革創新為動力，以農業物聯網戰略產品研發和產業化示范基地建設為突破口，充分發揮企業、高校和科研院所的聯合攻關能力，加快關鍵技術研發和產品熟化，強化以應用為導向的自主創新，為全國現代農業發展提供強有力的技術支撐和示范服務。具體措施如：

1. 加強農業物聯網技術規范研究

由于農業物聯網發展具有區域性、野外阻抗性等特點，圍繞低成本、可通、可達、可信等目標，研究農業物聯網統一的技術規范，主要包括自組織網絡技術規范、有線/無線統一服務網絡（USN，ubiquitous sensor network）接入規范、感知節點部署規范、傳感器節點的地址標識方法，數據融合技術規范、網絡嵌入式系統構建規范、物聯網應用規范、物聯網跨層數據訪問與交換技術規范等。研究農業物聯網相關基礎標準和行業應用標準，推進物聯網與新一代移動通信、云計算、下一代互聯網、衛星通信等技術的融合發展。

2. 加強核心關鍵技術產品研發

圍繞應用和產業急需，重點突破農業感知數據標準、農業專用傳感器、農業信息處理、農業智能決策與云服務等共性關鍵技術，開展系統集成和產業化應用技術研究及環境適應性強、低成本設備研發。

3. 加強農業物聯網技術集成平臺建設

以構建農產品“產-檢-控”高效智能服務環境為指導，以“星-地-網”泛在網絡為基礎，基于終端簇/服務群模式，研究農業資源環境監測、精細農業生產、農產品與食品安全管理等領域物聯網感知節點部署模型，有線/無線統一服務網絡（USN）空間、農業信息遠程實時報送網關、數據融合框架、農業智能決策系統、物聯網自治控制系統和網絡終端系統等，構建規模可擴展、網絡可復制、網間可互聯的農業物聯網技術集成平臺。

4. 加強農業物聯網產品設備檢測

規范中國農業物聯網技術產品市場準入的技術門檻，依托具有資質和技術實力的高校和科研機構建立農業物聯網產品技術檢測中心，對進入市場的農業物聯網技術產品進行技術性能、穩定性、準確性、可靠性、環境適應性和電磁兼容性等指標進行權威檢測，確保農業物聯網技術產品質量。加強農業物聯網技術設備的監管與運維，確保技術設備的安全運行和功效的發揮。

5. 加強農業物聯網應用布局

養殖業的農業物聯網需求比種植業大，設施農業比大田種植需求大，尤其是產品附加值高、見效快、收益好的規模化畜禽養殖、水產養殖、設施農業、種業等 4 大產業。建議建立農業物聯網區試工程專項，圍繞農業產業化龍頭企業、農民專業合作社、種養大戶和家庭農場等新型農業經營主體的應用需求，在上述四大產業的優勢產區優先推進物聯網技術的全程（生產、加工、包裝、物流、銷售）示范應用。在已有試點區域的基礎上，適度擴大實施規模和范圍。

6. 進一步優化和完善政策環境

物聯網作為高新技術具有高投入、高風險的特點，政府要加大資金投入力度，加快制定農業物聯網應用發展的優惠政策體系，在稅收上給予優惠和減免，引導物聯網企業和社會資本進入農業領域。盡快將農業物聯網技術產品納入農機補貼目錄，根據產品的不同應用領域和市場成熟度制定補貼標準。