5G背景下物聯網技術助推智慧農業建設模式研究
——以中小林果種植企業為例*

孫魯青，李 婧，郭公浦

（1.濱州學院 機電工程學院，山東 濱州 256600；2.中國聯通有限公司濱州分公司，山東 濱州 256600；3.濱州市惠民縣農業農村局，山東 濱州 256600）

2020年中國已正式進入5G商用元年。5G時代將“萬物互聯”的特性徹底釋放，物聯網等應用設備都將成熟落地并被實現普遍化商用，現代農業的自動化、信息化、智能化水平顯著提升，為農業生產管理效率的提高、農產品質量和產量的提升等提供了巨大的幫助。

智慧農業是指在物聯網、大數據等現代信息技術支撐下的農業生產模式，近年來以《全國農業現代化規劃（2016-2020年）》和《中共中央國院關于實施鄉村振興戰略的意見》為標志[1]，明確提出了把信息化作為農業現代化的制高點，以建設智慧農業為目標，著力加強農業信息基礎設施建設，著力提升農業信息技術創新應用能力，著力完善農業信息服務體系，加快推進農業生產智能化、經營網絡化、管理數據化、服務在線化，全面提高農業農村信息化水平，讓廣大農民群眾在分享信息化發展成果上有更多獲得感，為農業現代化取得明顯進展和全面建成小康社會提供強大動力。因此探索新時代下智慧農業的建設和推廣模式，對于轉換農業發展方式、帶動農業現代化進程、促進農民增產增收等方面起著重要的作用。

智慧林果業作為智慧農業的重要組成部分，以2013年8月第三屆全國林業信息化工作會議的召開和國家林業局印發的《中國智慧林業發展指導意見》為標志，拉開了以促進林果業資源管理、生態系統構建、綠色產業發展等協同化推進，實現生態、經濟、社會綜合效益最大化為目的的林果業創新發展的大幕。

本文采用“以需求為導向”的思路與林果產業對接，一是通過高校物聯網技術優勢服務林果種植企業的案例經驗和實施路徑，依據農業可持續發展的相關理論搭建智慧林果業整體目標框架；二是依據技術創新理論搭建物聯網體系實現框架；三是依據農業產業組織理論構建智慧農業發展模式框架，這對于豐富新視角下林果產業高質量發展研究具有較高的學術價值和較大的應用價值。

1 關于智慧農業的研究和發展現狀

1.1 智慧農業發展的政策和理論研究

中國工程院院士汪懋華[2]從核心技術標準體系、治理數據基礎、農業全產業應用等方面提出了建立農業高質量發展的智慧治理體系和創新發展的冷思考。中國工程院院士趙春江[3]分析農村信息化本質、內容、內涵之間關系，從突破理論、方法和共性關鍵技術等方面提出了建設智慧農業的五步策略。農業農村部規劃設計研究院院長張輝[4]指出，要加強智慧農業理論、技術、裝備研究及集成應用，統籌推進鄉村信息化基礎設施和智慧鄉村建設。農業信息化重點實驗室張國鋒[5]從物聯網升級、標準化引領、新技術落地及保障農業安全四個方面對智慧農業發展提出了建議。

1.2 部分省市的實踐與探索

河北省按照統一標準、共建共享、互聯互通原則，構建起資源數據中心、立體感知、智慧網站群一體化發展模式[6]。甘肅省采取彎道、換道超車，借勢發展思路，建立了“一帶一路”林業數據資源協同共享平臺，在路線、機制和標準等方面取得了階段性成果[7]。江蘇省近年來創建了一批現代農業應用示范基地，依托物聯網、人工智能技術涌現出“東山模式”“同里模式”“董浜模式”“陽澄湖模式”等典型[8]。浙江省余杭市通過農機裝備數字化轉型，培育數字化農技服務公司，為農業增效節本提供了“云保障”和“智慧腦”[9]。

1.3 典型發達國家智慧農業發展模式的啟示

美國模式，即大規模經營及智能化精準農業模式，形成了農業資本相對充足且各類涉農資源高度市場化的智慧農業整體發展路徑。日本模式，即集約化精耕智慧農業模式，采取工廠化生產與自動化生產協調發展，以補其農業資源供給缺乏的短板。法國模式，即規模自動化智慧農業模式，采用“以工哺農”方式，達成資本要素和人才要素的協同效應，提高土地生產效率和農戶勞動生產的整體效率[10]。這些經驗為研究適合中國國情的、具有中國特色智慧農業發展模式提供了良好的借鑒。

目前智慧農業研究的不足主要表現在：一是大多數聚焦在技術應用，但對于如何推動技術實施的機制和模式研究不夠深入。二是研究領域細分化程度不夠，對于林果種植業的研究案例少。三是研究對象側重于示范型大企業，面向中小型企業以及個體農戶的研究尚處空白。

2 智慧農業發展中亟待解決的突出問題

2.1 破解物聯網、人工智能等技術無法在中小企業落地生根的窘境

中小林果種植企業是指區別于國家級高新示范園及依托大型企業建設的林果種植園，個人出資建設的林果種植園、農民合作社及相應的林果企業。

目前農業物聯網工程仍然集中在資金、資源豐厚的大型企業中，而大多數中小型林果種植企業以及小農戶依然采用傳統的生產管理方式，其主要有物聯網體系高投入、低產出，個性化需求無法滿足，人員素質無法適應等原因。因此，研究如何以需求為導向真正實現降低人工成本和提高產出效益，是關系到智慧農業能否在中小企業開花結果的前提。

2.2 智慧農業要由過去的“面子工程”向“惠民工程”進行轉變

隨著5G網絡商用的到來，依托5G技術的硬件和軟件資源越來越豐富，成本不斷降低，現代通信網絡將實現更廣闊范圍內的高速數據傳輸成為可能。過去中小林企和個體農戶存在思想認識上的偏見，認為智慧農業就是面子工程，自己不想用也不會用，依舊采取粗獷式生產模式，管理效率低。因此探討如何將物聯網、云計算等技術從過去資源相對集中的群體向更廣泛的群體覆蓋，形成以點帶面、更具有一般通用性的發展模式，是關系到智慧農業從“離散化、示范化”向“連續化、共享化”轉變的關鍵。

2.3 解決智慧農業建設過程中運行機制不暢的突出問題

目前政府、高校、農企、智慧農業提供商、網絡運營商、農戶普遍缺乏有效銜接機制，僅從各自角度出發獲取利益，必須加強以大數據為紐帶的溝通協作橋梁，建立合作共贏的長效運行模式。因此，利用系統論觀點從各利益相關方的角度入手，分析過去各方單打獨斗、形式主義嚴重的深層次原因，重點構建以多方參與的農業科技創新聯盟為依托，完善以數據支撐為核心的林果產業鏈運行體系，真正實現政府管理、科研轉化、農民增收等多元主體互惠互利的長效運行機制。

3 探索和實施政府、高校、企業、運營商“四位一體”的發展模式

本文以中小林果企業和林果產業為研究對象，圍繞“構建什么-服務什么-帶來什么”為主線展開研究，破解物聯網、人工智能技術和大數據共享中存在的主要問題，積極探索適合中小林果種植業數字化、智慧化發展的新模式和實現路徑，構建利益方“四位一體”的運行機制，如圖1所示。主要包括以下3個方面的內容：

圖1 中小林果種植企業智慧農業發展模式和實現路徑

3.1 以高校服務中小林果企業數字化建設為例，提出了“以需求為導向”的智慧林果業建設方案

高校在服務中小型林果企業現代化發展過程中，要面向區域林果種植特點和實際發展需要，按照“低成本、高效率”的設計理念進行科研合作和成果轉化，以濱州學院服務黃河三角洲林果高效發展為例，經過多項服務地方項目的實施，構建了包括“果蔬園區智能化管理系統、基于RFID的植株精準數據采集終端、水肥一體化智能灌溉系統”等擁有自主知識產權的物聯網系統，助推部分中小林果種植企業獲批市級農業現代示范園和山東省果樹標準化種植基地，年人工成本減少60%，平均投入產出比達1：6.5，逐漸走出了一條“區域特色、落地生根”的智慧林果建設之路。

3.2 以點帶面，以網絡帶數據，探索“大數據”支撐下的林果產業群高質量發展模式

智慧的驅動來源于數據，要在現有的基礎上進一步發揮大數據的指導意義，探索政府管理數據平臺、林果全產業鏈信息平臺、消費者終端安全平臺三者之間的有效銜接，探索如何對接高層次、高級別管理數據平臺，打造服務下游林果加工業、消費者之間相互支撐的產業群，著力構建以5G網絡下的物聯網硬件為依托，以人工智能推動下的大數據為支撐，服務林果產業群的數字經濟模式，挖掘數據的指導意義和增值效果，促進林果產業群的高質量發展，形成以典型示范帶動應用普及的建設思路和發展策略。

3.3 促進成果轉移轉化，構建企業、高校、管理部門、運營商相協作的運行機制

要深入分析影響制約物聯網建設和推廣不暢的主要因素及原因，運用系統論觀點，擺脫單兵作戰的發展模式和形式主義思想，有效進行資源配置和優勢發揮，明確各利益方、各環節在推動智慧農業實施中的作用。構建以企業需求為主導、高校科研為載體、政府管理部門為指導、網絡運營商為支撐的“四位一體”運行機制，保障物聯網、人工智能等數字化技術在中小型企業中落地生根，實現政府管理、科研轉化、網絡運營、農民增收等多元主體的互惠互利。

4 結論

從2016年開始，山東濱州學院聚焦中小林果種植業，通過科研合作和成果轉化，研發了包括“果蔬園區智能化管理系統、基于RFID的植株精準數據采集終端、水肥一體化智能灌溉系統”等擁有自主知識產權的物聯網系統，年人工成本減少60%，平均投入產出比達1：6.5，科技研發成果被較廣泛的應用到區域的農業生產管理中，獲得了較高的社會評價，逐漸走出了一條面向中小林果種植業的智慧林果建設之路。

（1）以“低成本、高效率”的建設思路，實現了農業物聯網從過去的“高高在天”轉變到“扎實落地”，推動實現了智慧林果業由“離散化”“示范化”向“連續化”“共享化”的產業升級轉變和落地生根。

（2）通過探索“四位一體”的建設思路，歸納出一條適合中小農業企業，尤其是缺乏資金投入的企業如何抓住5G帶給農業科技發展的機遇，集中資源配置，逐步邁向智慧農業的發展模式和實現路徑。

（3）以濱州學院服務區域中小林果種植企業為例，開展了對物聯網方案建設與模式策略有效性的檢視研究，增強了研究的科學性，同時利用積累的數據豐富了研究內涵，研究效果具有較高的理論和實踐推廣價值。