農業物聯網技術在現代農業中的應用
——以濟南市為例*

趙領軍，李道亮，吳 兵，趙 艷，黃金堂，趙善倉

（1. 濟南市農業信息中心，山東濟南250002；2. 山東省農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所/山東省食品質量與安全檢測技術重點實驗室，濟南250100）

0 引言

農業物聯網是物聯網技術在農業領域的應用，是通過應用各類傳感器設備和感知技術，采集農業生產、農產品流通和農作物本體的相關信息，通過無線傳感器網絡、移動通信無線網和互聯網進行信息傳輸，將獲取的海量農業信息進行數據清洗、加工、融合、處理，最后通過智能化操作終端，實現農產品生產、收獲、儲運、加工等全產業鏈的過程監控、科學決策和實時服務，是高效、精準、環保的現代化農業的重要技術支撐，也是農業信息化、智能化的必要條件［1-4］。

2019年“中央一號文件”提出，實施數字鄉村戰略，深入推進“互聯網+農業”，擴大農業物聯網示范應用，推進重要農產品全產業鏈大數據建設，加強國家數字農業農村系統建設。該研究調研了農業物聯網技術在濟南市的推廣應用，分析了阻礙“農業物聯網”發展瓶頸問題，并提出了建議。

1 濟南市物聯網技術應用概況

近年來濟南市大力促進物聯網技術在農業領域的應用和發展，引進并示范推廣了多項農業物聯網先進技術和模式，農業物聯網技術已經覆蓋全市農業全產業鏈多個環節。濟南部分物聯網企業也積極投入農業物聯網產品的研發，開發出具有自主知識產權的農業物聯網技術。

1.1 濟南市農業物聯網技術發展思路

濟南市按照“政府引導、企業主體、務求實效、分類實施”的原則，深入推進農業物聯網示范應用，在大田作物、設施農業、水產養殖、食用菌工廠化生產、農副產品加工等領域實施示范工程［5］。

1.1.1 制定相關政策，引領物聯網發展

2016年，濟南市以農業新型經營主體為核心，結合各類技術指標，制定詳細的考核細則和量化標準，組成考評小組，采取“貸款貼息”、“以獎代補”等形式，擇優在大田作物、設施農業、水產養殖、食用菌工廠化生產、農副產品加工等方面開展了農業物聯網技術示范基地建設。2018年，濟南市在《關于振興十大農業特色產業的實施意見》中明確提出要加快濟南市農業物聯網發展速度，重點扶持50處農業物聯網應用示范基地。

1.1.2 重點項目示范引領技術推廣

近年來濟南市依托國家軟件名城的深厚產業基礎和區域科創中心建設，大力促進物聯網技術在農業領域的應用和發展，農業物聯網技術已經覆蓋全市農業產前、產中、產后等多個環節。濟南部分物聯網企業也積極投入農業物聯網產品的研發，如智能溫控保鮮柜，其中千滋百菜物聯網銷售平臺，為用戶提供了一個生鮮農產品的方便快捷購物渠道。如殺蟲燈系列、測報燈系列、性信息素誘捕器系列、粘蟲板系列等五大物理誘控技術系列產品的專業化生產，獲得各項產品專利32余項，已經實現農林有害生物監測預警設備由制造商向系統服務商的轉移；部分通訊運營商近年來也加大了對物聯網的開發與研究，相繼完成了窄帶物聯網（NB-IOT）的部署應用。

1.1.3 創新研發濟南市農業物聯網綜合服務平臺

農業物聯網標準化是實現農業物聯網技術應用的關鍵，數據共享協議、數據接口、業務模型訪問協議、用戶外部訪問標準化是農業物聯網建設的基礎［6-7］。為便于物聯網技術推廣，解決不同物聯網企業設備互不兼容、軟件產品功能單一、利用率低下等問題，濟南市建立“濟南市農業物聯網綜合服務平臺”，擬定了《濟南市農業物聯網綜合服務平臺接入標準》和《濟南市農業物聯網綜合服務平臺接入規范》等多項農業物聯網領域地方標準，內容涵蓋農業物聯網平臺基礎代碼集、基礎數據元和數據采集規范。依據標準，濟南市農業物聯網綜合服務平臺可以無縫對接各廠商生產的各種物聯網設備，該平臺可以免費供濟南市內企業和農戶使用。

1.2 物聯網技術在濟南市現代農業中的應用

1.2.1 大田“四情”監測精準化

在大田“四情”（苗情、墑情、病蟲情、災情）監測方面，2016年濟南市開始建立農業“四情”數據觀測場、自動蟲情測報燈、靶標害蟲自動測報系統、孢子捕捉器和生態實時監控系統。目前已建成9個信息監測標準觀測場，對每個監測點大田作物的病蟲狀況、作物生長情況、災害情況、氣候狀況、土壤墑情等重要參數進行實時監測，提升了農業生產指導智能化、精準化水平，加強了農業自然災害防御能力。

1.2.2 園藝設施種植智能化和育苗集約化

在設施蔬菜生產方面，現代都市農業精品園是濟南市農業科技的示范帶動窗口，建有標準化日光溫室28座、1萬m2的智能化溫室1座，配備農業環境智能感知系統，對大棚內的溫濕度、光照、土壤墑情、視頻圖像等進行監測，并實現部分智能控制，展示了設施生產高效和精準化管理；山東綠苑、濟陽昊泰、歷城正莊等園區基地應用物聯網技術后，也極大地方便了農事操作。

物聯網技術在食用菌生產方面也得到廣泛應用。濟南市長清區實現了食用菌生產的智能化，年利用秸稈約1.5萬t，日產杏鮑菇達35 t，收益大幅度提高；商河某小型食用菌生產企業，應用物聯網技術后，極大地節約了木耳的生產成本，提升了產品的商品性，增加了產量和收益。

物聯網技術在工廠化育苗方面的推廣率超過90%，全市規模以上育苗企業達25家，年育苗能力5億株以上，極大地促進了育苗智能化生產，其中濟陽安信、章丘偉麗、濟南三園成為設施育苗行業的龍頭企業。

1.2.3 養殖智慧化

濟南市已在現代漁業示范園等水產養殖場安裝了基于物聯網的智慧漁業管理系統，對養殖水體環境、魚類生長、飼料級漁藥等投入品使用等進行全方位監控。針對水產養殖對水質的要求，可實時監測溫度、溶解氧、pH值、電導率、鹽度、水質濁度等參數，及時精確地獲取監測數據，并進行生產基地遠程控制，實現智能化、自動化、科學化的水產養殖，降低了養殖戶的養殖成本和養殖風險，在保證質量的基礎上大大提高了產量。

在畜禽領域，云端養殖物聯網技術也有較為廣泛的應用。濟南某奶源基地安裝奶牛自動識別和乳成分在線監測系統，可為牛場管理者提供真實準確的數據及分析報告，不僅有助于監控和提升擠奶效率和乳品品質，同時可幫助養殖戶對牛群的育種繁殖、營養平衡、健康監控和管理、牛群異動、生產計劃等進行管理。某牧業公司在豬場應用智能化飼養管理系統，實現了“喂料、飲水、消毒、控溫、通風、排污”全生產鏈的6個全自動。

1.2.4 農產品配送智能化

農產品配送成本占農產品銷售額的35%，最后100 m分發成本卻占配送成本70%。利用智能配送和冷鏈物流技術，可以推動市場流通與生產儲運加工有機銜接，打造從生產到消費全程“不斷鏈”的農產品智慧物流系統，提高配送效率，降低配送成本。

濟南市在曲堤黃瓜、高官甜瓜、商河花卉、章丘大蔥等產地市場，推廣利用農產品智能周轉箱來監控農產品流通全過程，并通過加強產地預冷、冷藏保鮮、溫控運輸等智能型物流措施來提高農產品配送效率。

1.2.5 農產品質量安全溯源便利化

濟南市自2015年開始開展蔬菜標準園建設工作，每家蔬菜標準園都要求建立農藥殘留速測室及檢測檔案，產品要有標志和包裝，可以實現全程質量安全追溯。在農（畜）產品質量監管方面，濟南市農業局利用物聯網、大數據技術建設了農業投入品監管、產品追溯和監測數據“三大平臺”，實現了“源頭可溯、過程可控、流向可查、實時監管”。項目于2017年啟動，計劃在3年內將全市農資經營門店、市級以上現代農業園區、龍頭企業等新型農業經營主體納入監管體系，建立“從農田到餐桌”的全程農產品質量追溯體系。

1.2.6 其他方面

在智慧農機方面，濟南市農業局自主研發了“掌上農機APP”，通過安裝GPS模塊，可以對全市大型農業機械作業進行統一監控和調度，擬構建區域性農機全程精準作業運維服務平臺，實現物聯網與農機作業有機融合。推廣深松智能監測儀400余臺套，能及時監測深松作業質量、面積、深度、位置等信息，利于農機合作社的宏觀統一調度和合理配置機械。同時，農業物聯網技術在智能節水灌溉、產業化龍頭企業產品加工等方面都有不同程度的應用，為技術的深入推廣提供了成熟案例。

2 濟南市農業物聯網推廣應用中的問題

2.1 農業物聯網成本問題

由于農產品的利潤較低，而物聯網的傳感器等傳感設備以及相應軟件開發的投入較高，傳感器硬件設備、軟件平臺、控制設備的建設等資金投入較大，運轉費用較昂貴，一般個體農民很難負擔。雖然濟南市高度重視“互聯網+農業”工作，列支專項資金用于管理服務環節，但在生產經營環節投入少，制約了農業物聯網技術的實施［5］。農業物聯網產業化發展目前仍然以政府為主導的新型農業經營主體、農業示范園區內。農業物聯網建設、運營維護成本高，既懂農業技術又懂物聯網的復合型人才缺乏，制約了農業物聯網的發展。

2.2 農業物聯網技術標準研究與制定滯后

2017年2月，山東省質監局聯合省農業農村廳發布了《農業物聯網平臺基礎代碼集》《農業物聯網平臺基礎數據元》和《農業物聯網平臺基礎數據采集規范》3項地方標準標準。濟南市擬定了《濟南市農業物聯網綜合服務平臺接入標準》和《濟南市農業物聯網綜合服務平臺接入規范》等多項標準規范。但是，由于農業具有工作條件和產品對象復雜多變的特點，導致農業物聯網技術標準體系還不完整，不利于產業化技術發展。統一的應用標準體系匱乏，已成為制約物聯網在現代農業領域發展應用的技術瓶頸［8-9］。

2.3 農業物聯網產業體系不完善

農業物聯網是將物聯網技術應用到農業生產，集成感知設備創制、網絡系統組建、現代農業機械化、農業農村信息化等一、二、三產業融合的戰略性新興產業，具有“專、精、特、新”的創新型特征［10］。農業物聯網供給主體端核心技術的研發相對滯后，高端需求絕大部分依賴進口；農業物聯網的需求主體新型農業經營主體、農業示范園區、家庭農場及農民合作社來自基層和一線，但農業信息化技術推廣體系不健全，缺少基層公益性的專業工作機構和技術人才，嚴重影響了農業物聯網技術在基層的推廣和發展壯大。另外由于經濟發展不平衡導致農業物聯網產業存在著地域發展不均衡的問題。

3 濟南市農業物聯網發展建議

3.1 加強頂層設計

農業物聯網是一個龐大的系統工程，涉及面廣，資源整合和共享問題突出，要破解濟南市農業物聯網發展瓶頸問題，必須堅持“市場需求主導、政府公益引領、技術融合共享、信息安全有序”的原則，推進政府各部門之間的協作，上下各部門之間的融通，促進生產、流通、政府監管之間的合作，形成物聯網農業應用推廣協作機制［5］。在農業物聯網核心技術研究開發方面持續加大科技創新資金投入，并對創新能力強的物聯網企業加以政策資金扶持，鼓勵開展農業物聯網技術的研發和推廣應用。

3.2 探索農業物聯網發展新模式

當前制約農業物聯網推廣的依然是成本問題，濟南農業物聯網的需求主體還是政府部門、新型農業經營主體和農業示范園區，現階段農業物聯網的發展仍在起步期，可持續的商業模式沒有形成。因此要以政府引導為主，企業及相關科研機構推動為輔促進農業物聯網的推廣，定期舉行農業物聯網成果交流活動，充分利用各種媒體宣傳農業物聯網的技術優勢，讓公眾真正了解農業物聯網給現代農業生產帶來的新的技術變革［11］；降低物聯網成本首先要加強農業物聯網設備原始創新，開發低成本、高性能的在線監測技術，研創具有自主知識產權的傳感設備與產品，從源頭上降低成本；開發適合不同區域、不同環境的高通量、低資費的通訊技術，支持閉環控制應用的終端技術產品，提高穩定性、準確性、可靠性；創新農業物聯網推廣應用模式的，以市場引導農業物聯網產業發展，完善智慧農業發展。因此要梳理總結農業物聯網應用示范成果，按照不同的市場需求整合產業生態鏈，探索有效的商業推廣模式，強化差異化的競爭策略，創新具備核心競爭力的農業物聯網應用模式，指導現代農業健康發展［12］。

3.3 逐步完善農業物聯網產業體系

互聯網是現代農業的重要技術手段，也是降低生產流通成本、提質增效的重要方式［13］。農業物聯網產業傳感器存在標準不統一、穩定性差，嚴重依賴進口的現象［14］。由于獲取的農業數據應用不足，缺乏對感知數據的深度挖掘和分析，不能有效發揮農業物聯網指導農業生產的作用。要充分利用濟南市信息產業資源優勢，制定具有針對性的扶持政策，創新扶持方式，提升扶持標準，拓寬惠及范圍，在立項、稅收、金融、土地等方面向農業物聯網企業傾斜，為農業物聯網發展提供有力保障，同時要構建多元化融資渠道，積極探索農業物聯網新盈利模式［15］。

應用技術服務型人才的匱乏嚴重制約了農業物聯網技術的推廣應用。要建立農業物聯網技術人才教育體系，開展職業培訓，根據不同層次需求，開展“精準化”的培訓服務。要采用多種形式引進高層次人才，不斷壯大農業物聯網人才隊伍。同時要與駐濟高校合作開展人才培訓工作，鼓勵和引導開展校企合作、校企共建、提供實習實踐基地等方式來開展農業物聯網人才培養。

3.4 推行標準先行策略

標準對行業的發展具有的引導性、前瞻性、強制性和懲戒性。在農業物聯網發展規劃和示范應用中，濟南市也制定了一些標準，總體而言缺少系統詳盡的數據和定義，在信息感知、傳輸和應用等層次都缺乏統一的技術標準和指導規范［8］。

在農業物聯網的應用過程中，存在安全隱私、數據保護和資源控制問題。在整個網絡中，任何一個漏洞都可能會產生較大的影響和危害［16］。信息采集設備和無線數據傳輸設備會對環境產生電磁輻射，對空氣、水、植物、動物等產生影響，可能降低農產品的品質。因此在農業物聯網標準制定，安全、環保等相關的標準也應得到重視。