NB-IoT技術在智慧農業中的發展與運用

汪思遠 白子毅 白瀑楊 宇于靜

天津市高等學校大學生創新創業訓練計劃項目，《云Farmer——探索農產品銷售新模式》，項目編號：202013898007。

摘要：二十一世紀以來，窄帶物聯網（NB-IoT）逐步走向大眾視野，作為目前全球較為先進的物聯網技術，其具有低功耗、低成本、連接范圍廣等特點，因此獲得了科學界以及工商業界的認可與關注。由于數據的收集和上報是傳統農業生產過程中最大的困難，無法及時將有效環境數據傳輸給農戶，導致很多時候農戶無法準確判斷農作物的生長狀態。但是2016年NB-IoT技術的發布為這種情況帶來了改觀，NB-IoT技術正適合于野外數據的采集以及對大量分散數據進行分析。

關鍵詞：NB-IoT;農業;發展;運用

中圖分類號：TP277;TP391.44;TN929.5文獻標識碼：A文章編號：1672-9129（2020）13-0117-01

基于NB-IoT的農業物聯網正是計算機、互聯網、低功耗廣域網等信息技術在農業領域的高度集成和具體應用，方便了農業環境數據的收集與傳輸，加快了是農業信息化、智能化的發展。

1引言

在農業生態環境監測領域，美國、法國和日本等一些國家主要綜合運用高科技手段構建先進農業生態環境堅持網絡，通過利用先進的傳感器感知技術、信息融合傳輸技術和互聯網技術等建立覆蓋全國的農業，其中我國NB-IoT產業在全球范圍內處于領先地位，研制了地面監測站和遙感技術結合的監測系統，建立了農業部至各省、重點地縣的農業生長環境監測網絡系統等一批環境監測系統，實現對農業環境信息的實時監測。例如每年通過農業環境監測網絡開展農業環境常規監測工作，獲取監測數據10萬多個，融合智能傳感器技術的墑情監測系統已在貴陽、遼寧、黑龍江等省份進行推廣應用。山東省則與2017年12月正式啟動了窄帶物聯網的商用，根據統計，山東省建設了超過1萬個窄帶物聯網基站，并廣泛應用在農業環境監控、工業環境監控、智能交通等領域。

2NB-IoT對智慧農業的重大作用

2.1 NB-IoT在智慧農業中的意義。對于傳統物聯網技術有WiFi、藍牙、ZigBee等技術，需要通過自組網的形勢進行建設應用，功耗較大工程量大且成本高局限性較大，無法在農業應用中普及。近些年來，低功耗廣域網的出現逐漸取代了傳統落后的物聯網技術，雖然解決了傳統的高功耗高成本高的問題，但其仍然屬于自組網技術，并且屬于非授權物聯網技術，沒有相關的國際標準，但NB-IoT的重要性在于它是整個中國共用一張低功耗廣域網，成本低、數據安全性高，運營商的參與建設降低了成本，有利于現代農業環境監測技術設備的搭建和農業規模化的發展。NB-IoT節點的應用不僅可以大大減少不必要的傳統路由節點設置與組網設計，而且能夠適應各種復雜環境并一定程度上減少外界對信號的干擾，適量地采集田間數據，為施肥、灌溉提供數據依據，達到了實時調整農作物的生長環境，同時提高了現代農業科學管理水平。

2.2智慧農業生產模式的調整。作為農業大國，以小規模勞作為主的傳統農業依然是大多數農戶的主要生產模式。由于傳統農業生產規模小、組織化程度低，導致我國農業勞動生產率低下，作為已實現農業現代化的發達國家，美國、法國、德國的人均勞動力所負擔耕地面積分別是我國的145倍、55倍、45倍，所以在2009年提出“感知中國”物聯網發展戰略以后，農業物聯網的發展成為其重要分支之一。正由于農場耕作模式規模小、效率低、組織化程度低，而窄帶物聯網具有廣覆蓋、低功耗、成本低、支撐海量連接等特性，近幾年來，物聯網在農業生產中的應用逐漸普及例如：遠程智能農業監控、農業環境數據采集、農作物種植遠程操作等。在物聯網快速普及于農業的同時，也遇到了許多不可避免的問題，例如：缺乏農業物聯網創新能力，設備智能化水平低、缺乏農業專用傳感器、農名信息觀念落后、數據安全性不可靠等等。

不同于以往的農戶操作，窄帶物聯網下農場生產作業環節更加省時高效，且節省人力資源，綜合農場各類農作物種植環境監控、預期生產模型分析、農作物耕作精準調節為一體的農業生產智能化、自動化系統和平臺。參照理想生態條件并結合自然實際情況調整灌溉、施肥次數以及時間，進行智能化生產。

在農作物綠色安全環節，構建相關模塊，將農產品生產、加工等過程的各種相關數據信息、問題等進行集中存儲，并能通過大數據系統進行查詢、提取。

在人工管理方面，尤其針對人工生產環境較差的開墾區、生產集中點等區域。NB-IoT物聯網模式廣泛應用于農業數據采集、整合、分析。

2.3經營模式的調整。同時物聯網、云計算等技術的應用更加有利于打破農業市場的局限性，NB-IoT技術通過設置二維碼將所有農作物分類儲存，通過掃描二維碼則可獲得所有有關該農作物的生產信息，農產品采購、農作物流通等數據將會得到有效的傳遞和分析，讓購買者更加放心。在另一方面也幫助農戶高效解決了農作物脫銷、農產品過剩等問題，將云端種植、有機種植和土雞養殖三大產業鏈有效結合，打造一條資源重復利用的生態循環鏈。種植基地也會依附當地自然環境，打造一座綠色生態的農家樂莊園供用戶線下實體參觀游樂，為客戶提供更人性化服務。

3NB-IoT在農業應用中的問題

3.1行業利潤低。盡管近年來NB-IoT被視為二十一世紀最具潛力的物聯網技術，并在其提出到現在的四年來取得了可喜可賀的發展成果，但是正因為其跳躍發展過快導致其毛利潤過低。而NB-IoT覆蓋距離廣、一點帶多點等特點意味著它更依賴當下5G技術，需要更高的數據存儲量、更快的數據傳輸速度，而5G高成本的基站建設費用阻攔了NB-IoT基站的建設以及推廣。

3.2應用推廣難度大。物聯網在農業上的應用較為分散，而且目前來看，我們國家還未完全從傳統農業蛻變到智慧農業，信息和技術是當前農業生產中最活躍的生產力，許多農業技術設施推廣經費不足導致現代化信息設備無法配置，而且農民以及操作人員的專業素質更有待提高。只有盡快配置現代化基站等設備并加強農民以及相關操作人員專業素養，才能最大限度解決農民缺技術、少信息等難題，才能適應現代智慧農業的發展。

4總結

盡管當前NB-IoT在農業應用上的一些難題尚待解決，但今年隨著5G牌照的發放，正式進入5G元年，5G具有Gbps以上超高帶寬、毫秒級超低時延、以及高可靠等優勢，充分利用5G蜂窩網絡，還將帶動超寬帶、低時延物聯網的發展，助推農業業數字化、信息化轉型?；贜B-IoT的應用將在5G技術的支持下不斷推動農業、農村的萬物互聯，而萬物互聯產生的大量數據將不斷推動農業的數字化發展，并伴隨著算法等技術的進步最終實現農業的智能化。

參考文獻：

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