山東省智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的必要性分析及發(fā)展策略

王德旗

（山東省寧陽(yáng)縣萬(wàn)豐種業(yè)有限公司，山東 寧陽(yáng) 271400）

我國(guó)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，農(nóng)業(yè)的安全生產(chǎn)是經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)久穩(wěn)定發(fā)展、穩(wěn)定民心的有效保障[1-2]。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，中共中央發(fā)布的中央一號(hào)文件中多次主題涉及到農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民，具體部署相關(guān)農(nóng)村農(nóng)業(yè)的發(fā)展。由此可知，中共中央高度重視農(nóng)村地區(qū)、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)任重而道遠(yuǎn)[3]。

隨著科技水平不斷的進(jìn)步，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)模式已不適應(yīng)新時(shí)期農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求，需要勇于打破傳統(tǒng)的思維模式，在快速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶動(dòng)下推進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展[4]。智慧農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高級(jí)階段，代表及承載著未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向，主要是指將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中不斷推廣應(yīng)用，以優(yōu)化創(chuàng)新傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)模式，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型比較有利，且對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理體系的建立完善均有積極的作用。

近些年隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各行各業(yè)中得到了快速的應(yīng)用，對(duì)當(dāng)前大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)起到了積極的推動(dòng)作用，大大提高了人們的生產(chǎn)生活效率，實(shí)現(xiàn)了各行各業(yè)的智能化、高效化。在我國(guó)推廣基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展可為我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展注入新的活力、加快其發(fā)展的速度。而智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用是一項(xiàng)長(zhǎng)期的系統(tǒng)性工程，需要在較長(zhǎng)的一段時(shí)間采取多樣化的方式逐漸解決發(fā)展中面臨的問題[4-6]。

山東省是農(nóng)業(yè)大省，近些年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，智慧農(nóng)業(yè)在該省發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模，基礎(chǔ)較為扎實(shí)。《山東省農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化規(guī)劃（2016-2020年）》明確提到了山東省智慧農(nóng)業(yè)的相關(guān)發(fā)展情況，山東省政府辦公廳印發(fā)的《關(guān)于加快全省智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的意見》中也提到了到2022年時(shí)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的目標(biāo)即為數(shù)據(jù)互聯(lián)互通、產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展、服務(wù)高效便捷。

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

智慧農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)中通過(guò)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中相關(guān)環(huán)境因子的遠(yuǎn)程收集，包括濕度、溫度、pH值等，之后開展相應(yīng)的比對(duì)分析，結(jié)合分析結(jié)果做出指令，以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化管理，包括施肥、灌溉等方面，為農(nóng)作物的生產(chǎn)創(chuàng)造最利于其生長(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境條件[6]。一是有助于提高土地產(chǎn)出率、增加農(nóng)作物對(duì)自然災(zāi)害的抵抗能力。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重視標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化管理，確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各項(xiàng)管理的標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化，為農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量及品質(zhì)提供了較好的保障。二是有利于對(duì)農(nóng)產(chǎn)品信息建立起監(jiān)控追蹤系統(tǒng)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中推進(jìn)智能化的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，有利于對(duì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)及銷售過(guò)程中的相關(guān)信息進(jìn)行監(jiān)控，建立起追蹤系統(tǒng)，確保農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)到最后食用階段全程信息的透明化，讓消費(fèi)者更加放心，對(duì)降低農(nóng)產(chǎn)品的食品安全事故非常有效。三是有利于新的農(nóng)業(yè)信息化生產(chǎn)模式的形成。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)逐漸向智能化生產(chǎn)的過(guò)程中，新一代各項(xiàng)先進(jìn)信息技術(shù)（包括移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等）的推廣，可以促進(jìn)新的農(nóng)業(yè)信息服務(wù)模式的產(chǎn)生。

在農(nóng)業(yè)的智能化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用具備的功能可以從以下幾個(gè)方面分析[7-8]。一是采集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中相關(guān)環(huán)境因子的指標(biāo)，包括濕度條件、光照強(qiáng)度及時(shí)間、溫度條件、土壤中的含水量、土壤中農(nóng)藥殘留情況等，通過(guò)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后可以實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控、采集。二是實(shí)時(shí)開展視頻的傳輸。農(nóng)作物的生產(chǎn)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用后可通過(guò)一些高清的數(shù)字?jǐn)z像頭對(duì)實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，為后期專家系統(tǒng)做出分析提供足夠的資料。三是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的環(huán)境條件等進(jìn)行控制。農(nóng)作物的品種不同、生長(zhǎng)階段不同，對(duì)環(huán)境因子有著不同的要求，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用后可結(jié)合具體需求標(biāo)準(zhǔn)、特征參數(shù)等指標(biāo)控制相關(guān)環(huán)境條件，自動(dòng)對(duì)控制系統(tǒng)中相關(guān)數(shù)據(jù)監(jiān)控的啟停進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)智能化管理（圖1）。四是建立起農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的專家系統(tǒng)。基于先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立起虛擬專家系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)中將相關(guān)農(nóng)作物的病害情況、防治手段等輸入，通過(guò)虛擬專家對(duì)這些數(shù)據(jù)及視頻等信息開展抽象處理，以做出是否需要采取措施調(diào)控、如何采取措施等決定。

圖1 智能化管理下的大棚黃瓜生長(zhǎng)情況

我國(guó)農(nóng)作物產(chǎn)品質(zhì)量問題的出現(xiàn)主要原因在于使用農(nóng)業(yè)投入品、加工等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)體系執(zhí)行不到位，加上農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者多數(shù)以家庭為單位，難以有效地推廣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化。在農(nóng)作物的標(biāo)準(zhǔn)化種植過(guò)程中，智慧農(nóng)業(yè)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)各環(huán)節(jié)進(jìn)行了統(tǒng)一化管理，包括土壤整理、種子選擇及處理、播種方法、管理、收獲等，期間結(jié)合實(shí)際需求合理地進(jìn)行各相關(guān)參數(shù)的調(diào)整，促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化管理，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)人力、環(huán)境等條件的過(guò)多依賴，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)[9]。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于山東省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的現(xiàn)狀及實(shí)例分析

山東省是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大省，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式較為傳統(tǒng)，先進(jìn)的機(jī)械化技術(shù)推廣水平不高，農(nóng)民在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的信息化意識(shí)不強(qiáng)，應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中變化多端的氣候條件能力不足，不利于農(nóng)作物的安全生產(chǎn)。以山東省的西南地區(qū)為例，當(dāng)?shù)卦谙募緯r(shí)節(jié)主要種植的作物為大豆，種植規(guī)模每年穩(wěn)定在6.67萬(wàn)hm2以上，當(dāng)?shù)氐慕涤炅棵磕昃胁煌潭鹊牟町悾热?013年8-9月時(shí)很少，溫度高，大豆出現(xiàn)了大幅度減產(chǎn)；進(jìn)入2014年9月后，降雨量又較2013年增加，土壤含水量過(guò)多，農(nóng)戶應(yīng)對(duì)能力欠缺，大豆生產(chǎn)中同樣出現(xiàn)減產(chǎn)；由此可知，農(nóng)戶對(duì)土壤含水量難以有較好的把握，主要憑借自身積累的經(jīng)驗(yàn)，存在很大的盲目性，無(wú)法及時(shí)精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)到農(nóng)作物的實(shí)際需求、無(wú)法及時(shí)調(diào)控。

2015年，山東省濟(jì)陽(yáng)縣某鎮(zhèn)在生產(chǎn)中推廣了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，針對(duì)小麥、玉米生產(chǎn)開展“四情”信息方面的監(jiān)測(cè)，精準(zhǔn)施肥、噴藥，大大降低了這些農(nóng)業(yè)投入品的使用量，在降低勞動(dòng)力及物資成本的同時(shí)，在降低農(nóng)業(yè)面源污染等方面發(fā)揮出了積極的作用。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)農(nóng)田的監(jiān)測(cè)體系實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，獲得的數(shù)據(jù)可以為田間生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)、病蟲害發(fā)生趨勢(shì)等的預(yù)測(cè)提供第一手資料，相對(duì)于人工監(jiān)測(cè)方式，其效率更高、監(jiān)測(cè)信息更為精準(zhǔn)。

山東省臨朐縣某鎮(zhèn)的鮮桃基地中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用后對(duì)桃園的管理實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化、智能化，信息的采集實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程化控制。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將施肥與灌溉結(jié)合起來(lái)，推廣滴灌技術(shù)（圖2），不僅節(jié)約肥水資源，而且利于農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量及品質(zhì)的提高。

圖2 農(nóng)業(yè)設(shè)施大棚內(nèi)的滴灌設(shè)備

此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還在山東省設(shè)施農(nóng)業(yè)中得到了廣泛的推廣。山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院在蔬菜生產(chǎn)大棚內(nèi)運(yùn)用了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，對(duì)大棚內(nèi)的生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行智能化監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了蔬菜生產(chǎn)信息采集的便捷化，并就蔬菜的質(zhì)量建立了質(zhì)量追溯系統(tǒng)。山東省濟(jì)南市萊蕪區(qū)某鎮(zhèn)在番茄的溫室栽培大棚中推廣運(yùn)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)大棚內(nèi)的溫度、二氧化碳、濕度等環(huán)境參數(shù)建立起實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)體系及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合實(shí)際精準(zhǔn)施策，大大節(jié)約了成本，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品相對(duì)于大田番茄品質(zhì)更高，且可追溯的質(zhì)量保證贏得了更多消費(fèi)者的信賴，市場(chǎng)上銷售情況良好，供不應(yīng)求。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展中存在的問題

目前山東省智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還存在以下問題。

3.1 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的水平不高

建設(shè)智慧農(nóng)業(yè)早期，統(tǒng)籌規(guī)劃方面缺乏，不少部門都參與進(jìn)來(lái)，存在投入重復(fù)、信息建設(shè)分散、設(shè)備利用率不高等問題，與當(dāng)前農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的實(shí)際需求不相適應(yīng)。很多部門收集的數(shù)據(jù)信息處于碎片化狀態(tài)，難以有效整合、信息共享機(jī)制不完善，智慧農(nóng)業(yè)在發(fā)展中涉農(nóng)方面的信息數(shù)據(jù)無(wú)法充分整合及提供有效支撐。

3.2 缺乏專業(yè)人才

與傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行比較，智慧農(nóng)業(yè)有著很高的技術(shù)含量，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者也提出了更高的要求，目前山東省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)多數(shù)以家庭為單位，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的整體教育程度不高，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的技能等方面的培訓(xùn)能力不足，不利于農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。

3.3 政策方面的引導(dǎo)力度不夠

目前為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化，山東省各地政府結(jié)合各地實(shí)際制定出臺(tái)了一系列的政策并逐步推廣，為各地智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用提供政策方面的支撐。但是由于一直以來(lái)缺乏長(zhǎng)效機(jī)制，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境條件惡劣，很多物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用中需要的設(shè)備暴露在風(fēng)雨中，影響了其穩(wěn)定性，導(dǎo)致頻繁發(fā)生故障，而且目前不少智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地建在遠(yuǎn)離城市的農(nóng)村地區(qū)，維護(hù)的難度變大、時(shí)效性難以保障，不僅大大增加了應(yīng)用的成本，還降低了其應(yīng)用的效果。

3.4 資金投入相對(duì)不足

智慧農(nóng)業(yè)的建設(shè)中引入現(xiàn)代化的物聯(lián)網(wǎng)等設(shè)備及技術(shù)、人才，建立信息平臺(tái)，在農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展道路上起到了積極的作用，但是前期的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)需要巨大的資金投入，且在短期內(nèi)不會(huì)取得經(jīng)濟(jì)效益，在政府資金有限、融資渠道不完善的情況下，智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣難以持續(xù)推進(jìn)。尤其是對(duì)于當(dāng)前山東省很多區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還處于建設(shè)階段，規(guī)模不大，且分布區(qū)域分散，一些關(guān)鍵性的設(shè)備、技術(shù)產(chǎn)品批量生產(chǎn)難度大，加上農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所處的環(huán)境較工業(yè)生產(chǎn)更為惡劣，對(duì)傳感器等關(guān)鍵性部件的穩(wěn)定性要求更高、造價(jià)也就更高。

3.5 科技水平不夠，缺乏創(chuàng)新性

智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要強(qiáng)大的科技支撐，目前在智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用各地區(qū)沒有既定的模式和經(jīng)驗(yàn)，缺少先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)指導(dǎo)，建設(shè)過(guò)程都處于不斷探索的階段，因此整個(gè)智慧農(nóng)業(yè)的推進(jìn)步伐相對(duì)緩慢。農(nóng)業(yè)龍頭企業(yè)、農(nóng)業(yè)合作社等與科研院校技術(shù)交流較少，無(wú)法實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)共性關(guān)鍵核心技術(shù)突破，新技術(shù)也無(wú)法得到快速的示范應(yīng)用。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的策略

4.1 加大對(duì)新技術(shù)的研發(fā)力度

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水平不斷提高，智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必須重視物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，加大對(duì)技術(shù)的研發(fā)、注重技術(shù)的創(chuàng)新，以提高物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人員的專業(yè)素質(zhì)水平。

4.2 對(duì)現(xiàn)有的相關(guān)法律法規(guī)予以完善

完善的法律法規(guī)可為智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用提供強(qiáng)大的政策支撐。作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，我國(guó)必須重視農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，給予完善的政策保障，可結(jié)合各地實(shí)際對(duì)智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用等方面的項(xiàng)目給予政策傾斜，并給予大力的支持。

4.3 加大對(duì)專業(yè)人才的培養(yǎng)

智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的根本在于人才。目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)正處于轉(zhuǎn)型關(guān)鍵期，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)逐漸由傳統(tǒng)生產(chǎn)模式過(guò)渡到適合新時(shí)期要求的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)模式，此過(guò)程中人才發(fā)揮著不可替代的作用。政府部門要加大對(duì)人才的培養(yǎng)，在農(nóng)業(yè)發(fā)展中重點(diǎn)推廣智慧農(nóng)業(yè)，這就對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)技術(shù)人員需求更大，因此可與高校之間開展合作，培養(yǎng)出更多專業(yè)技術(shù)水平高、愿意投身到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展建設(shè)中的專業(yè)人才[7-9]。

4.4 加大資金投入

目前智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)面臨的較大問題即為資金的缺乏，可結(jié)合山東省各地實(shí)際探索多樣化的融資渠道[10-11]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中是一項(xiàng)長(zhǎng)期的系統(tǒng)工程，涉及到的內(nèi)容比較多，前期需要的投資額巨大，因此除了政府投入以外，還可以通過(guò)相關(guān)政策的完善鼓勵(lì)更多的企業(yè)參與進(jìn)來(lái)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與企業(yè)發(fā)展共用的基礎(chǔ)上逐漸推廣物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不斷構(gòu)建并完善智慧農(nóng)業(yè)的信息共享平臺(tái)。整體來(lái)說(shuō)要建立起以財(cái)政投資為主的機(jī)制、降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者面臨的風(fēng)險(xiǎn)，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)中提供資金方面的保障[12-13]。