湖州市基于物聯網技術的智慧農業的應用研究*

徐文麗

（湖州職業技術學院，浙江 湖州 313000）

0 引言

隨著科學技術的發展，物聯網、大數據和云計算等技術在農業領域的應用越來越廣泛，智慧農業逐漸成為各地區發展農業的重要途徑與發展趨勢，物聯網技術（Internet of Things）在農業中的應用也逐漸成為物聯網研究的重點之一[1]。物聯網是指通過使用各類信息傳感器，如射頻識別傳感器、紅外傳感器、全球定位系統和激光掃描儀等裝置或技術，利用互聯網將任何物體相連到同一網絡，并根據商定的協議交換和傳輸信息，實現物與物、物與人的互聯互通，智能地識別、定位、跟蹤、監測和控制網絡下的物品[2]。

作為中國美麗鄉村發源地，湖州的農業現代化發展水平一直位于浙江省前列，湖州智慧農業生產正處于快速發展期，但其物聯網技術在農業中的應用與一些成熟地區相比仍有差距。因此，研究物聯網技術在湖州智慧農業生產過程中的創新性應用，或將成為湖州加快智慧農業建設的一個突破口，對湖州現代農業的持續發展具有重要意義。

1 湖州基于物聯網技術的智慧農業的發展前景

隨著我國對農業大力扶持政策的出臺，基于物聯網技術的智慧農業的應用與推廣愈加廣泛，也愈加全面。目前，物聯網技術在農業生產與管理中的應用主要集中在農業環境監測、遠程診斷、農業農產品質量的安全監控和智能化農業生產幾個方面。

1.1 智能感知在農業環境監測中的應用

在農業生產過程中，為了保證農產品的生產質量、提高生產效率，往往需要對變化中的農業生產環境進行實時監控，針對異常的環境變化及時做出調整、采取應對措施。在實際的農業生產中，由于生產規模有限，土地相對分散，使得對農業生產環境的監測變得十分困難。如果利用傳統的人力方式開展工作，不僅要花費大量的時間，也很難保證數據的時效性和準確性[3]。

在這種大背景下，智能感知系統在農業生產中開始發揮作用。智能感知是指利用功能多樣的傳感器，收集農業生產中的各類數據，比如溫度、空氣濕度、土壤的酸堿度、光照強度、CO2濃度和水中的氮元素濃度等參數，再經過信號傳輸模塊傳入后臺，并結合數據解析等方法，將數據信息轉化為數字信號。智能感知技術是物聯網技術應用于智慧農業的一項關鍵技術，也是現代信息化農業的核心，它能做到農業生產過程中人、物品和智能設備的有機結合，將數據收集整合，通過智能分析之后，還可以進行輔助決策，為農業生產者和經營者提供強大的數據支撐及專業技術支持。

2022年，安吉縣以筆架山農業高新技術產業園區為載體，打造安吉白茶全產業鏈大數據中心、信息化公共服務平臺和安吉白茶大數據交易平臺，構建起安吉白茶可視、可控、可追溯的大數據綜合管理體系[4]。在白茶核心生產基地還安裝了環境監測站，利用智能傳感系統，可以實現對土壤、空氣、濕度等一系列數據的實時監測，同時系統會自動分析，配有在不同情況下的提醒和解決功能。與之前依靠種植經驗進行判斷的方式相比，這種智能控制的方式準確度大大提高，收益也提高了近四成，安吉縣示范性智慧茶園是湖州物聯網技術在智慧農業中的典型應用。

1.2 信息傳輸與信息應用在農業遠程診斷中的應用

在農業生產過程中，不可避免地會產生各種各樣復雜的問題，為了確保有效并快速地解決這些問題，往往需要求助于經驗豐富的農業專家，基于他們專業的知識與豐富的經驗，判斷現有的問題，提出行之有效的應對措施。農業信息的傳輸手段與處理技術是遠程診斷的基礎和關鍵，現階段智慧農業物聯網系統中應用最為廣泛的就是無線傳感網絡。無線傳感網絡就是以無線通信為主，在農業生產的區域內布置傳感器，組成由許多個無線傳感器節點構成的網絡，傳感器負責感知、收集被感知對象的數據，并傳輸給數據中心，數據中心接收到數據之后會通過云計算、專家系統平臺、決策支持等各類算法對數據進行整合和分析，進而診斷具體問題，可以實現對農業生產的直接指導。

截至2021 年12 月，湖州全市城域網出口帶寬突破4 000 Gbps，光纖接入用戶127.1 萬戶，率先基本實現城鄉“同網同速”，建成5G 基站4 028 個，實現湖州中心城區、區縣中心城區、重點鄉鎮及重點公共區域有效覆蓋。下一代互聯網規模部署全省領先，骨干支撐網絡升級改造基本完成；建成中國聯通德清云數據中心等數據中心8 個，已建機架12 712 個，具備10萬臺服務器運載能力。信息傳輸的穩定性和信息智能化應用的首要前提是基礎設施的建立與完善，基礎設施的不斷完善是持續推進物聯網技術應用于智慧農業建設的有力保障。

1.3 物聯網技術在農產品質量安全監控中的應用

隨著人們物質生活水平的不斷提高，大家越來越關注食品安全問題，盡管農業、生物技術和醫學等各個領域不斷嘗試與創新，食品安全問題已極大改善，但通過物聯網技術可以實現從生產到銷售再到消費的全程溯源，對供應鏈進行端到端的監控，進一步優化了食品安全監控系統。

為了確保更高的安全合規性，可以使用物聯網傳感器和跟蹤設備監控整個食品供應鏈，這種對食品鏈全程監控的生產方式可以精準地將食品中的所有成分一目了然地呈現給消費者，讓消費者準確有效地購買到自己所需要的產品。同時，通過各類物聯網傳感器，農業生產者和銷售者可以實時查詢農產品的運輸信息和存儲情況，通過不斷優化調整，提升各類農產品質量。

長興縣呂山鄉湖羊智慧循環產業園是浙江省規模最大、標準化程度最高的湖羊養殖基地，已經被列入湖州首批市級“未來農場”建設對象。產業園通過使用RFID 技術，利用電子標簽記錄并儲存了每一只羊的信息以及生長狀況，從配種繁殖到湖羊出生，再到最后上餐桌，全程可記錄、可追溯。同時，羊舍內配置了用來采集各類環境數據的傳感器，會對羊舍內的溫濕度、各類氣體，包括硫化氫、氨氣等數據進行實時監測，物聯網傳感器會將收集到的數據上傳到云平臺，平臺上設置了湖羊生長所需的所有環境參數，當傳送的數據超過閾值，系統就會自動做出相應調整。例如，若羊舍內溫度過高，系統就會操作開簾和風扇用來降溫、除臭等。結合其他數字化技術，還可以做到精細喂養，優化繁育，再也不需要農戶24 h 待命，手動操作，大大降低了生產壓力，提高了生產效率。這些先進的數字化養殖技術可以最大化地保證農業產品的質量安全，這也是湖州為實現將物聯網技術應用在農產品質量安全監控中的重大舉措。

1.4 大數據技術在智能化農業生產中的應用

我國人口眾多，耕地等農業資源嚴重不足，如何用較少的資源養活大量人口，需要不斷地提高產量，找到農業生產的典型規律，建立起新的生產模式。隨著大數據、云計算等技術的不斷成熟與創新，結合物聯網傳感器等先進設備的投入使用，實現了大數據的采集和分析，實現足不出戶就能了解外界的實時情況。將大數據技術應用在農業領域，通過建立綜合數據平臺，對農產品進行實時監控和數據分析，對不同的環境變化做出準確調控，最大程度地避免因為不利的自然因素造成農產品產量下降的情況。同時，通過提前預警市場的供需關系，可以減少農業生產者的經濟損失。此外，政府還可以結合各類農產品的生產和流通過程，整合分析，總結經驗，針對性地制定有效的管理方式和調控措施，保證農業作業高效有序開展。

長興縣呂山鄉湖羊智慧循環產業園利用大數據技術將采集到的個體湖羊信息進行整合，結合物聯網傳感器等設備，不斷變革，形成了一套先進的湖羊繁育管理模式。在此模式下，可以優先挑出優質的湖羊品種進行重點繁育，而對繁殖能力一般的種羊及時干預，同時通過數據分析，盡量避免湖羊之間的近親繁殖，實現湖羊的優生優育。這種精準有效的繁育模式使得湖羊的品質和產品附加值不斷提高，帶來了極大的經濟效益。這一典型案例凸顯了大數據時代下，物聯網技術的應用在農業生產活動中的重要性，這也是快速推動湖州智慧農業建設的關鍵。

2 湖州基于物聯網技術的智慧農業的發展現狀

雖然，湖州在智慧農業生產上正處于快速發展期，但是物聯網技術在農業中的應用與一些成熟地區相比仍有差距，造成這些差距的原因包括：基礎設施配置不完善、專業信息平臺建設不完善、對智慧農業的推廣范圍不全面、農業生產管理者對互聯網知識的認識不到位、專業的復合型人才缺失等。這些問題如果不及時解決，勢必會降低湖州智慧農業建設的速度，制約湖州智慧農業的發展。

2.1 物聯網技術應用意識薄弱，積極性不高

湖州物聯網技術應用于智慧農業方面已經有了很多成功案例，但是通過物聯網傳感器和跟蹤設備監控整個農業產品供應鏈，實現標準化生產、管理，建立透明的供應鏈，提高安全合規性，優化食品運輸和儲存，利用自動化農業產品加工減少食品污染等方面的應用還是鮮為人知。2013 年開始，盡管湖州人民政府已經出臺了各種政策，用來推廣建設農業網絡平臺，完善農村的信息化網絡，提升農村各地的信息化水平，但是在不少地區，尤其是在比較偏遠的鄉村地區，人們對物聯網技術的概念還是很模糊，了解也不夠深入，使得物聯網技術應用推廣愈加困難。

為了深入研究物聯網技術在湖州農業生產領域中的實際應用，筆者在德清縣和安吉縣兩地的農村進行了兩次問卷調研，包括紙質問卷和網絡問卷，一共發放300 份，并采用一對一、面對面訪談和網絡數據整合等方式，保證了問卷的質量和可靠性。

問卷調查的內容包括受訪者的年齡、文化程度、對物聯網知識的了解程度和物聯網在農業生產中的應用等幾個方面。結果顯示，90%以上的農業生產者對物聯網技術的了解程度不高，物聯網技術在農業生產的應用多體現于農業產品的銷售階段。雖然很多企業和個體農業生產者開通了微信公眾號和微信訂閱號，也有部分生產者開設了網點，但由于缺少專業的網絡營銷能力，在如何經營微店和網點，如何進行線上營銷，如何打造品牌形象方面還有很多困惑。生產者的投資達不到預期效果，也導致目前湖州智慧農業的建設過程中物聯網技術的應用受到了一定的阻礙[5]。在調研過程中發現，物聯網技術在農業領域的廣泛普及與應用還存在不少困難，絕大多數的農業生產者認為投入成本過高，同時操作技術困難，需要專業人士指導，還有人提出物聯網平臺管理過于復雜，在小型農業生產中并不占優勢。

2.2 缺乏復合型專業人才

加快湖州智慧農業的建設不僅需要農業技術創新領域專業人才，還需要有文化、懂技術、會經營、善管理的復合型人才[6]。從湖州智慧農業的發展現狀來看，除了政府重點扶持的地區以及專門打造的“共富班車”項目，大部分地區的主要生產力還是本土農民，而農村地區老齡化嚴重，農民文化程度也相對較低，導致他們對新型農業技術接受能力不足。絕大多數受過高等教育的人才流入城市，長此以往，造成了農村人才回流比重低、外部人才引進難的雙重矛盾，致使農業人才隊伍整體存量較少、層次偏低、結構失衡，全方位支撐作用比較薄弱。

從國家統計局發布的《2021 年農民工監測調查報告》來看，近幾年我國農民工的平均年齡仍在不斷增長，2021 年，農民工的平均年齡達到了41.7 歲。2021年農民工年齡構成如表1 所示，從年齡結構看，40 歲及以下農民工所占比重為48.2%，而50 歲以上農民工所占比重為27.3%。在全部農民工中，初中文化程度的農民工占56.0%，高中文化程度的占17.0%，大專及以上的占12.6%。正是由于在家務農的農民普遍年齡過大，文化程度不高，導致他們對先進的物聯網知識以及智能設備接受度比較低，同時一些專業的物聯網設備可能還需要復雜的操作，甚至涉及云平臺的操作使用，因此在一定程度上增加了智慧農業的推廣和發展難度。

表1 2021 年農民工年齡構成

2.3 資金投入不足

智慧農業是農業的根本出路，也是當前國家大力發展的產業趨勢，我國在智慧農業和智慧農業產業化上給予了諸多的政策支持[7]。但建設新型的智慧農業模式，除了需要引進先進的科學技術用來維護整個生產外，后期仍需要不斷地進行維護，投入成本高，而且往往前期需要投入大量的資金，但很難在短時間內轉變為經濟效益，收回成本。

雖然，湖州政府一直在突出引進培育實施項目“雙進”，大力引進社會資本、工商資本以及國內大型農業企業來投資發展智慧農業，但從2019 年新型冠狀病毒肺炎疫情暴發以來，經濟形勢不容樂觀。對農民而言，智慧農業的建設需要智能設備的投入，雖然近幾年，湖州農民的可支配收入在逐步上升，但還不足以支撐信息化設備以及各種平臺的購買。以土壤溫度濕度傳感器為例，單個售價在500 元左右，土壤濕度傳感器只能測土壤的單位體積含水量，所以每畝地需要數個溫濕度傳感器，再加上云平臺的智能控制設備，其投入成本至少是幾萬元，甚至是十幾萬元。投入成本過高，導致一般的個體農業生產者望而卻步，沒有能力投入足夠的資金進行智慧農業的生產經營。在此背景下，湖州持續加快智慧農業建設仍是一個巨大的挑戰。

2.4 缺乏專業的信息化服務平臺

在發展智慧農業生產模式的過程中，最為關鍵的部分是農民，作為農業生產的主體，只有具備足夠的科學知識，了解先進的農業思想，才能真正推進農業信息化進程，加快智慧農業的發展。目前，我國農民的現狀是文化知識水平有限，科學素養不高，農業信息化技術的應用水平也相對較低。這就需要一些專業的信息化服務平臺，一方面持續推廣和宣傳先進的農業知識，促進農民對生產知識的學習，方便農民的信息交流與同步，同時利用專業知識和經驗幫助農民解決一些他們自己難以解決的問題；另一方面，利用信息化平臺，持續推動科研成果的轉換，提高農業生產力。

總體上看，雖然目前湖州在信息化建設方面已經取得了一定的成績，但是與一些先進地區相比，差距仍然存在。目前，湖州智慧農業信息化服務平臺的建設仍不夠完善，受眾范圍也十分有限。

3 湖州基于物聯網技術的智慧農業的發展對策

參考國內外專家對建設智慧農業的創新思想，筆者提出如下加快湖州建設智慧農業的建議對策。

3.1 加強對農業生產者的素質教育，培養實用人才

智慧農業的建設離不開高素質、高水平的新型農業復合型人才，在這關鍵的節點上，需要進一步打造農村實用人才培養新模式，不斷優化培養環境，創新培養手段，加強對農業生產者的素質教育，為發展智慧農業奠定良好的人才基礎[5]。

在培養人才的同時，也要注重留住人才，既需要在農村各地不斷培養本土實用人才，又需要不斷優化教育體制，健全政策，對返鄉大學生、新型職業農民和引入的技術型人才進行針對性的培養并提供物質激勵。政府需要對普通高校、職業院校、成人教育單位和各類專項技術培訓機構等提供多方面的支持，明確培養目標，全力培養全面的農業技術人才、經營人才、創業人才、服務人才等，加大在農業領域留湖創業大學生的補貼，鼓勵高校農業技術相關人員返鄉、留湖，加大科研投入。對學校而言，要在教學內容與教學方法改革上下功夫，結合學校實際，使專業設置更加符合“三農”工作發展需要，既實用有效，又具有前瞻性。引進新技術，植入綠色科技因子，以共建共享為橋梁紐帶，讓傳統農業煥發新生，吸引更多年輕人回歸鄉野。同時，加強先進農業知識的宣傳和科普，激勵農民學習物聯網相關的科學知識，提高物聯網技術的應用水平。

3.2 加大政府扶持力度與資金投入

制定好湖州建設智慧農業的設計和規劃，積極引導現代農業高質量發展的新型農業生產主體，建立科學的農業生產模式，整合現有資源，結合三縣兩區不同的自然條件，統一政府發展智慧農業的政策方針，加大扶持和建設的資金投入。利用創新型項目專項基金和政府補貼，不斷完善基礎設備建設，同時通過設立專項基金，加速智能設備的研發和投入使用，提高農業生產效率。通過不斷打造優秀的試點項目，提高廣大群眾對智慧農業的認可度，引導各類金融機構對智慧農業建設進行金融扶持，加強在相關基礎設施建設、生產基地建設、信息平臺建立以及智能設備的研發等各方面的信貸支持，吸引更多的資金投入，為智慧農業建設提供全面的資金保障。

3.3 加強信息化服務平臺建設

結合大數據、云計算、5G 等新技術和創新型農業生產模式，建立一個體系完善、運行效率高、安全可靠并交易簡便的信息化服務平臺，利用平臺和網站的技術支持，充分整合現有資源，建立部門的合作機制，設立完善的交流社區，方便信息互通和同步，實現農業信息的共享，突出平臺的強時效性和針對性等特點，優化系統設計，充分發揮信息化平臺的作用與優勢。同時，注重信息收集處理和專家決策系統等模塊的建設，為農民解決實際問題，對農業生產進行直接幫助與指導[8-10]。針對特殊的農產品銷售，例如大閘蟹等河鮮，優化現有的電子商務平臺，加強平臺和已有的重點農業電子商務網站的合作，針對性地開發新模塊，開辟新的銷售途徑和商務模式，突出信息的實時性，同時最大程度地幫助農業生產者節約成本。

3.4 擴大物聯網技術應用范圍

加快推進物聯網技術的成果轉換，積極推動并組織物聯網技術、云計算、大數據和人工智能等現代化信息技術在農業領域的綜合應用，普及先進的物聯網技術知識，持續推廣和加強農產品生產者在農業信息化等方面的知識。同時，政府可以增加政府專項補貼，加強信貸支持，采用試點運行的方式，不斷提高農業智能化生產水平，提高農業生產效率，降低生產成本，增加經濟效益，推動智能化、精準化、設施化的智慧農業建設。

4 結語

近年來，湖州農業在科技和數字化技術的支持下，正闊步走在現代化農業的康莊大道上。在湖州建設智慧農業的關鍵時期，物聯網技術應用勢必是一個重大的突破口，影響著湖州未來智慧農業的建設。同時，智慧農業的概念和我國現代化農業的發展需求是一致的，所以我們要抓住機會，深入推動物聯網技術和農業生產、經營與管理的融合，促進物聯網技術在農業領域的廣泛應用，推廣與現代農業新技術相結合的新型農業模式，帶動更多農民共建共享，實現增收共富。