“物聯網+農業”助推農業現代化轉型

魏強

物聯網是新一代信息技術的高度集成和綜合運用，對新一輪產業變革和經濟社會的綠色、智能、可持續發展具有重要意義。當前我國農業正處在由傳統農業向現代農業的轉型期，物聯網技術將在農業領域發揮其獨特而重要的作用，為我國提升農業競爭力和促進可持續發展帶來前所未有的機遇。

緊抓“物聯網+農業”發展機遇

根據國際電信聯盟（ITU）發布的報告《ITU互聯網報告2005：物聯網》，從技術的角度看，“物聯網”是通過智能傳感器、射頻識別（RFID）設備、衛星定位系統等信息傳感設備，按照約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通信，以實現對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。顯而易見，物聯網所要實現的是物與物之間的互聯、共享、互通，因此又被稱為“物物相連的互聯網”，英文名稱是“Internet of Things（IoT）”。作為新一代信息技術的高度集成和綜合運用，物聯網備受各界關注，也被業內認為是繼計算機和互聯網之后的第三次信息技術革命。當前，物聯網已經應用在倉儲物流、城市管理、交通管理、能源電力、醫療等領域，廣泛涉及國民經濟和社會生活的方方面面。

近年來，隨著現代農業自動化需求的不斷增長，物聯網技術也已經被應用到農業的諸多領域，包括農業環境監測、溫室大棚生產控制、節水灌溉、氣象監測、產品安全與溯源、設備智能診斷管理等方方面面。將物聯網的理念和技術應用到農業生產與管理之中，通過建立農業物聯網系統，利用物聯網技術和裝備，實現農業產前、產中、產后的過程監控，科學決策和實時服務，這就是我們所說的“物聯網+農業”。國內相關研究曾指出，我國農業發展尚存在自動化水平較低，對勞動力的需求量高于發達國家，生產效率普遍低下（我國每立方米水產出的糧食不足1000克，而發達國家可以達到2000克以上）等諸多問題。此外，在食品安全方面，因流通環節難以有效追蹤導致食品安全責任追溯較為困難。當前，我國農業發展正處在由傳統農業向現代農業的轉型期，將物聯網技術應用在農業生產領域將有助于減少資源消耗，提高農業生產效率，并為解決我國食品安全問題提供有效保障。

三大技術支撐“物聯網農業”發展

目前，學術界、產業界以及政府管理部門公認的物聯網基本架構包括三個邏輯層：感知層、網絡傳輸層和處理應用層。物聯網三個邏輯層分別對應的感知技術、傳輸技術和處理技術，共同構成了“物聯網+農業”領域的關鍵技術框架。在“物聯網+農業”領域，感知層的傳感器技術、條碼技術、全球定位等技術采集的數據信息通過傳輸層的有線、無線傳感器網絡技術、移動通信技術傳輸到處理應用層的農業預測、診斷、控制、決策以及預警等智能化模塊。

信息感知與識別技術應用廣泛。感知層由傳感器和射頻識別（RFID）等設備組成，主要包括各類傳感器技術、衛星定位系統技術和條形碼技術等，其主要功能是實現對土壤水分、環境溫濕度、家禽水產健康狀況等信息的采集，是“物聯網+農業”中的關鍵技術。傳感器方面，目前光溫水氣熱等環境傳感器應用相對成熟，而研制新型低功耗動植物生命信息傳感器與土壤養分信息傳感器則是農業物聯網技術發展急需解決的問題。北京農業信息技術研究中心副研究員李瑾等人在相關研究中指出，美國、日本、俄羅斯在傳感器研究領域實力最強，中國傳感器發展起步較晚，在研究單位數量、企業生產以及傳感器的精度、使用壽命等方面與發達國家存在一定的差距。在RFID技術方面，國外的RFID技術在農產品監督方面應用較為成熟，對禽畜生長、健康、流通等過程進行全程檢測；國內RFID 技術應用也較為廣泛，主要包含農產品流通、智能化養殖、精細作物生產、動物識別以及農畜產品的安全生產領域。目前，中國RFID 產業已進入成熟期，產業鏈輻射多個應用領域。

網絡傳輸技術處于試驗階段。網絡傳輸層由各種私有網絡、互聯網、有線和無線通信網、網絡管理系統和云計算平臺等組成，其功能是將這些感知數據通過傳統的網絡基礎設施傳輸到遠程的處理中心。“物聯網+農業”中主要用到無線傳感器網絡技術、有線傳感器網絡技術和移動通信技術，其中無線傳感器網絡技術的應用最為普遍。據相關研究介紹，國外無線傳感器網絡應用已經到了實踐階段，我國農業物聯網的信息傳輸技術處于試驗階段。國家農業信息化工程技術研究中心工程師張瑞瑞等人曾構建無線傳感網絡監控系統，該系統可對種植環境進行實時監測，園區布置的傳感器節點可采集土壤與空氣的溫濕度、CO2 的濃度以及光照強度等參數。

信息處理及智能應用技術愈加豐富。處理應用層是對收到的海量數據進行智能處理，并與行業需求相結合，從而實現物聯網的智能應用。該層技術主要包括云計算、云服務和模塊決策等，將采集的數據信息轉化為實際的操作，利用控制模型和策略對相關農業設施進行智能控制，比如自動灌溉、燈光控制、自動施肥等。智能預警是以數學模型為手段，對實際不正常狀態進行報警，給出危害提醒，例如重大病害蟲、病菌孢子、農林氣象信息預警等。目前，我國也在積極探索“物聯網+農業”的智能應用模式。例如，黑龍江在大田中搭建無線傳感器網絡，借助互聯網、移動通信網絡等進行數據傳輸，在集中服務器上對數據進行處理、分析，形成科學決策。北京市通州科技園區利用物聯網技術和多種傳感器建設了農情監測和病蟲害控制系統，該系統通過土壤、氣象、作物性狀、病蟲害因子、關鍵視頻等數據的實時同步采集和可視化展示，可實現施肥量智能化控制、土壤智能化節水灌溉、作物病蟲害提前監控預警、溫室氣候智能化調控。

我國“物聯網+農業”應用成效顯著

“物聯網+農業”的最早實踐來自歐美、日本、以色列等國家，它們最先將衛星定位技術、遙測遙感技術等高新技術與農業生產結合起來，并由此發展出新型的農業生產模式，能夠做到精確作業、精確施肥和精確估產。相關研究中指出，近年來，在政府和科研機構的共同推動下，我國部分省市在“物聯網+農業”應用方面進行了積極探索，并取得了一定進展。

在應用示范和試點方面，原農業部（現農業農村部）在2012年和2013年先后發布了《關于組織實施好國家物聯網應用示范工程農業項目的通知》和《農業物聯網區域試驗工程工作方案》，正式啟動了農業物聯網區域試驗工程，并選擇天津、上海、安徽三省市率先開展試點試驗工作。2016年8月，原農業部（現農業農村部）又發布《“十三五”全國農業農村信息化發展規劃》，根據該規劃，將實施農業物聯網區域試驗工程，開展農業物聯網技術集成應用示范，構建理論體系、技術體系、應用體系、標準體系；在“十三五”期間，將選取農產品主產區、墾區、國家現代農業示范區等大型基地，建成10個試驗示范省，100個農業物聯網試驗示范區，建設1000個試驗示范基地。2018年7月，《經濟日報》的報道顯示，全國已有9個省份開展農業物聯網區域試驗，發布了426項節本增效農業物聯網產品技術和應用模式。

在關鍵技術突破方面，國內相關研究人員開發了植物生命信息獲取設備、動物行為信息傳感器、環境信息傳感器、作物長勢分析儀、作物成像光譜儀等一批作物信息監測和診斷儀器，初步具備實時獲取動植物生長發育信息的技術手段和能力；完成了農產品產地信息的實時采集與傳輸技術相關開發工作，構建了農產品產地信息認證平臺，初步建立了農產品產地安全數字化預警模型，開發了質量全程跟蹤與溯源便攜式終端產品，初步實現農產品“從農田到餐桌”的全程追溯。

借鑒國外案例推動我國“物聯網+農業”發展

相關研究指出，整體上來看，現階段我國農業物聯網技術與發達國家相比，還存在推廣應用剛起步、技術標準不健全、產業鏈構成不完整、商業模式不成熟、發展環境有待進一步優化等問題，仍需借鑒和學習國外的先進技術和成功案例。國內諸多專家學者在相關研究中對我國農業物聯網發展現狀和問題進行了較為系統的研究，并從突破關鍵核心技術、加強應用示范和推廣、制定農業物聯網標準體系、培育農業物聯網人才等方面，為促進我國“物聯網+農業”發展提出了較為全面的對策和建議。

突破農業物聯網關鍵核心技術。針對制約我國“物聯網+農業”發展的瓶頸問題，要積極消化吸收國際先進經驗，攻克以農業專用傳感器、網絡互聯和智能信息處理等一批共性關鍵技術。

加大農業物聯網應用示范與推廣。目前，物聯網在我國還處在初期啟動期，距離大規模的產業化推廣尚有一定距離。發展“物聯網+農業”必須以示范點帶動全面發展，在示范點建立標準的物聯網農業運作模式及管理規范，然后以點帶面，向全國推廣。

加快制定和規范農業物聯網標準體系。重視物聯網農業標準體系的建設工作，加強組織協調、統一部署，穩步推進物聯網農業標準的制定和推廣應用。

加快農業物聯網相關人才培養。制定農業物聯網人才培養與培訓計劃。聯合高等院校和科研院所，在物聯網專業中引入農業領域培養方向，探索訂單式人才培養模式，開展校企合作，加快對農業物聯網專業技術人才的培養，提高農業物聯網技術創新能力。