物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在山東省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

宋成秀 褚德峰 宋成香 王利偉 張志強(qiáng)

摘要：傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變亟需物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了新思路，主導(dǎo)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智慧化。概述了物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用，并結(jié)合實(shí)踐案例分析山東省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中物聯(lián)網(wǎng)的具體應(yīng)用，對(duì)加快山東省“智慧農(nóng)業(yè)”的實(shí)現(xiàn)具有推動(dòng)作用，同時(shí)，也為山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供參考。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);山東省;農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

物聯(lián)網(wǎng)為現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)提供技術(shù)支持。基于物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)主要用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)以及服務(wù)等領(lǐng)域。其中智慧農(nóng)業(yè)于生產(chǎn)領(lǐng)域，主導(dǎo)方向是由人工走向智能。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是通過應(yīng)用各種傳感器設(shè)備和感知技術(shù)，收集農(nóng)業(yè)信息、傳輸、處理，最終通過指揮智能操作終端，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)集約、高效的目標(biāo)。

1農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)引入物聯(lián)網(wǎng)的必要性

基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)通過收集溫度、濕度、pH值等環(huán)境因子數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比對(duì)，發(fā)出調(diào)控指令，達(dá)到自動(dòng)控制灌溉、施肥等調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的目的，促使植物以最佳狀態(tài)生長(zhǎng)。物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，一是有利于提高土地產(chǎn)出率和農(nóng)業(yè)抗自然災(zāi)害能力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)字化;二是追蹤與監(jiān)控農(nóng)產(chǎn)品信息，確保農(nóng)產(chǎn)品從農(nóng)場(chǎng)到餐桌全程透明，讓消費(fèi)者充分了解他們食用的農(nóng)產(chǎn)品，避免食品安全問題頻發(fā);三是農(nóng)業(yè)智能信息服務(wù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)、移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)，從技術(shù)層面建立新的農(nóng)業(yè)信息服務(wù)模式。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)中包含以下4個(gè)功能：①數(shù)據(jù)采集：溫室內(nèi)溫度、濕度、光照、土壤含水量和農(nóng)藥殘留等數(shù)據(jù)的采集;②視頻實(shí)時(shí)傳輸：通過高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，實(shí)時(shí)收集農(nóng)作物的實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)，為控制系統(tǒng)和專家系統(tǒng)作出正確判斷提供依據(jù);③控制系統(tǒng)：農(nóng)作物在不同季節(jié)和生長(zhǎng)階段對(duì)環(huán)境要求不同，因此控制系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、特征參數(shù)自動(dòng)啟停;④專家系統(tǒng)：基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的是虛擬專家系統(tǒng)，專家將農(nóng)作物病害知識(shí)及確診的病歷記錄、防治措施輸入計(jì)算機(jī)。專家系統(tǒng)對(duì)提供的數(shù)據(jù)、信息進(jìn)行抽象和處理，并總結(jié)出一系列樣本集;現(xiàn)實(shí)專家系統(tǒng)是將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)、種植歷史數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸給專家，會(huì)診、討論以確定是否采取調(diào)節(jié)措施以及采取何種措施。

在種植標(biāo)準(zhǔn)化方面，智慧農(nóng)業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)統(tǒng)一管理土壤條件、種子選擇、播種、田間管理、收獲、運(yùn)輸，并根據(jù)規(guī)定參數(shù)進(jìn)行控制。通過環(huán)境生理監(jiān)控、作物模型分析和精準(zhǔn)調(diào)節(jié)相結(jié)合，構(gòu)建農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)和平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物的自動(dòng)化管理，提高農(nóng)業(yè)信息化水平，提高作物品質(zhì)，達(dá)到擺脫人力依賴、節(jié)省物資、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)。為解決農(nóng)作物的安全風(fēng)險(xiǎn)提供了堅(jiān)實(shí)保障。

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題產(chǎn)生的主要原因是我國(guó)農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系執(zhí)行不力，表現(xiàn)在農(nóng)業(yè)投入品、生產(chǎn)、加工等環(huán)節(jié)”。目前，由國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)程等組成的標(biāo)準(zhǔn)體系貫穿于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過程，為我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量提升提供了制度保障。但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大部分以家庭為單位種植經(jīng)營(yíng)，部分農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)者不按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化推廣受阻，而物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用可以嚴(yán)格規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。

2物聯(lián)網(wǎng)在山東省農(nóng)業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀

山東省是一個(gè)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大省，農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平不高，資源不能科學(xué)利用，農(nóng)民的信息意識(shí)薄弱。例如魯西南地區(qū)主要夏季播種作物大豆，每年種植規(guī)模超過6.67萬hm²。據(jù)報(bào)導(dǎo)，2013年8～9月該地區(qū)降水偏少，氣溫高，土壤含水量不足，導(dǎo)致大豆減產(chǎn)15.5%。而2014年9月中旬降水96.9mm，土壤含水量過高，導(dǎo)致大豆減產(chǎn)，農(nóng)民很難精確掌握土壤含水量，農(nóng)民對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境主要依靠感官經(jīng)驗(yàn)，成功的種植經(jīng)驗(yàn)不易被總結(jié)和復(fù)制。如果能做到科學(xué)種植，控旺防倒、合理水肥、精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)、靈活調(diào)控，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化，農(nóng)作物產(chǎn)量將大大增加。因此，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變必須依靠信息農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)已在大田農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中成功實(shí)踐。2015年，濟(jì)南市濟(jì)陽縣玉皇廟鎮(zhèn)2.67hm²農(nóng)田依靠物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)小麥、玉米“四情”進(jìn)行信息監(jiān)測(cè)”，減少農(nóng)藥、化肥的使用，節(jié)省勞動(dòng)力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，降低農(nóng)業(yè)面源污染;通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)掌握小麥生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)、氣候變化情況和病蟲害發(fā)展趨勢(shì)，改變了以往監(jiān)測(cè)主要靠人工、效率低的問題，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從依賴“經(jīng)驗(yàn)”轉(zhuǎn)向“數(shù)據(jù)”，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智慧調(diào)度中心初步實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程、可視。在山東省臨朐縣柳山鎮(zhèn)東南部的鮮桃基地，通過物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“傻瓜式”管理，將灌溉與施肥相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)信息采集遠(yuǎn)程處理，既節(jié)水節(jié)肥，又提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)。

設(shè)施智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用比大田運(yùn)用更廣泛。山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，建設(shè)了蔬菜大棚生產(chǎn)環(huán)境智能監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)、蔬菜生產(chǎn)信息便攜式采集系統(tǒng)、蔬菜生產(chǎn)遠(yuǎn)程視頻系統(tǒng)、有機(jī)蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)。山東鋒士信息技術(shù)有限公司運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在萊蕪雪野鎮(zhèn)溫室越冬番茄標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)管理中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境中的參數(shù)，如溫度、濕度、二氧化碳濃度等，遠(yuǎn)程監(jiān)控、精準(zhǔn)施策，不僅節(jié)約資源、勞動(dòng)力，生產(chǎn)的番茄品質(zhì)遠(yuǎn)高于市面番茄，并且質(zhì)量可追溯，得到消費(fèi)者的無縫信任。濟(jì)南正莊現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園創(chuàng)立“互聯(lián)網(wǎng)+現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息化系統(tǒng)”平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后全過程精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)管理;山東安信將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入溫室大棚，投資研發(fā)的蔬菜集約化育苗物聯(lián)網(wǎng)智能應(yīng)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)種苗生長(zhǎng)過程及長(zhǎng)勢(shì)的實(shí)時(shí)在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)種苗的“管、控、營(yíng)”一體化。山東向陽坡生態(tài)農(nóng)業(yè)科技示范園采用一系列物聯(lián)網(wǎng)解決方案，實(shí)現(xiàn)蔬菜產(chǎn)業(yè)由粗放式管理向精細(xì)化管理轉(zhuǎn)變。

3物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在的問題

3.1成本高

首先，山東省農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用處于試驗(yàn)示范階段，規(guī)模小而分散，物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品難于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn);其次，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)涉及的部件造價(jià)高，比如傳感器，農(nóng)業(yè)傳感器比工業(yè)同類傳感器應(yīng)用環(huán)境更為惡劣，而且對(duì)傳感器穩(wěn)定性有著更高的要求。

3.2缺乏長(zhǎng)效運(yùn)行保障機(jī)制

農(nóng)業(yè)環(huán)境惡劣、設(shè)備暴露在自然下，導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品設(shè)備穩(wěn)定性差、故障率高，若物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)一旦發(fā)生故障、修復(fù)不及時(shí)可能造成較大的損失。農(nóng)業(yè)基地多遠(yuǎn)離市區(qū)，交通不便，維護(hù)時(shí)效性難于保障，成本過高;我國(guó)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺失，基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化處于系統(tǒng)的開發(fā)和試應(yīng)用階段。因此，需要探索一種長(zhǎng)效運(yùn)行機(jī)制，實(shí)現(xiàn)本地化的維護(hù)和故障響應(yīng)機(jī)制，以確保系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性。

3.3用戶接受度問題

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)一次性投入大、回報(bào)周期長(zhǎng)，山東省小規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍占主導(dǎo)地位，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者缺乏長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光，沒有政府和社會(huì)資金的支持和引導(dǎo)，難以提高潛在用戶引入農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的積極性。

3.4人才匱乏

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展年限短，開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的高等院校不多，人才培養(yǎng)總體數(shù)量少。教育部201 0年審批通過了27所高校開設(shè)“物聯(lián)網(wǎng)”相關(guān)專業(yè)，2012年教育部審批同意設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的高效為80所，雖然物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)逐年增加，但占全國(guó)高等院校比率不大，專門的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)占比更少，而且部分開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的高校師資力量薄弱。另一方面，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一門多學(xué)科交叉融合的技術(shù)，該領(lǐng)域的技術(shù)人員需要熟悉農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)和傳感器技術(shù)等多方面，基層農(nóng)技推廣人員和軟件相關(guān)人員均不能滿足這些要求，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)復(fù)合型人才的需求加大了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)推進(jìn)的難度。

4展望

山東省是農(nóng)業(yè)大省，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在大田和設(shè)施環(huán)境案例不在少數(shù)，但大多限制于科研機(jī)構(gòu)、政府扶持企業(yè)中，帶動(dòng)農(nóng)戶主動(dòng)了解、引進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是目前的重點(diǎn)工作。因此，政府和有責(zé)任心的企業(yè)應(yīng)該更大力度的示范，讓農(nóng)民切實(shí)看到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的先進(jìn)性、可行性。同時(shí)通過社會(huì)各界努力加大人才培養(yǎng)力度，人才培養(yǎng)不應(yīng)局限于高校，社會(huì)企業(yè)等涉及農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的機(jī)構(gòu)應(yīng)有意識(shí)地培養(yǎng)所需的復(fù)合型人次;相關(guān)技術(shù)人員也應(yīng)明確自己在歷史潮流中的作用，主動(dòng)積極地涉獵綜合知識(shí)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變提供技術(shù)支持。

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，由物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)應(yīng)用管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化、信息化的有機(jī)融合，彌補(bǔ)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化短板。未來的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用將更加廣泛，潛在用戶看到技術(shù)帶來的效益后，將爆發(fā)式接受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化系統(tǒng)，以提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，增加收益，為我省農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)程添磚加瓦。

（收稿：2019—05—27）