農業(yè)物聯網項目在張家口設施農業(yè)中的應用與經濟效益分析

鄭海光，魯建斌，曹劍飛，侯 杰

（1．張家口市農業(yè)信息中心，河北 張家口 075000；2．張家口市農牧局，河北 張家口 075000；3．張家口市農廣校，河北 張家口 075000）

自2011年起，農業(yè)部開展了農業(yè)物聯網應用示范，在天津、上海、安徽組織了農業(yè)物聯網區(qū)域試驗。物聯網技術在農業(yè)領域的應用已經取得明顯成效，涌現出一批比較成熟的軟硬件產品和應用模式。

經各地農業(yè)部門和有關企業(yè)推薦，農業(yè)部農業(yè)物聯網專家組篩選出310項成果，這批成果兼具先進性和實用性，成熟度較高，有一定推廣價值，其中包括148個傳感設備、80個軟件系統(tǒng)、39個應用模式、43個市場化解決方案與典型案例。

近年來，張家口地區(qū)農業(yè)信息化快速發(fā)展，全市6個區(qū)，10個縣，4 175個村寬帶網絡村通率達100%，移動通訊信息覆蓋率100%。全市80%以上行政村建立了農村信息服務站。自2015年開始在張家口地區(qū)研究實施并推廣應用農業(yè)物聯網以來，農業(yè)信息中心的信息及網絡優(yōu)勢得到發(fā)揮，與縣區(qū)農業(yè)站所及蔬菜種植合作社和種植企業(yè)實現緊密合作，經過1年的工作，建立起了覆蓋全市20余家蔬菜基地的監(jiān)控系統(tǒng)。

1 基本概況

自2005年以來，張家口地區(qū)逐步建立了20個農業(yè)物聯網技術應用示范基地，應用面積合計約100 hm2，主要在3個方面進行了示范應用。

1.1 環(huán)境信息智能化監(jiān)測技術應用

通過傳感器快速、實時、準確地獲取農作物生長的環(huán)境參數（主要為大田和溫室中的土壤溫度、濕度，空氣溫度、濕度，光照、CO2以及大田中的風速、風向），并使用GPRS，WIFI技術將數據上傳到遠程服務器中（頻率為每5 min采集上傳1次），智能化動態(tài)監(jiān)測，并可以應用WEB瀏覽器界面及手機APP軟件遠程監(jiān)測，20個示范基地均得到應用。

1.2 基于生產環(huán)境監(jiān)測數據的自動報警與預警技術應用

在監(jiān)測系統(tǒng)的報警模塊中添加溫室信息，設置報警時長、報警時間間隔，并設置土壤溫度、濕度，空氣溫度、濕度，光照，CO2以及風速的上下限閥值，當環(huán)境參數超過所設置閥值時，系統(tǒng)通過WEB界面和手機APP及短信報警等方式向管理員發(fā)布報警信息。

系統(tǒng)內置病蟲害預警模型，結合專家知識庫，通過分析溫室歷史監(jiān)測數據、溫室作物、種植時間以及用戶配置的參數等數據，對溫室內作物可能出現的病蟲害進行預測，如果溫室作物在指定的時間內有發(fā)生病蟲害的可能，則通過WEB界面和手機APP及短信預警等方式向管理員發(fā)布預警信息，通知管理員提前進行防范。此技術在20個示范基地中均得到應用。

1.3 溫室智能化控制技術應用

遠程控制包含遠程手動控制，智能控制以及控制日志的查看等功能。通過監(jiān)測所得環(huán)境信息與設定值進行對比，進行遠程網絡手動控制；或使用監(jiān)測數據和配置的智能控制參數進行匹配，如果環(huán)境數據超過設定的控制標準，則執(zhí)行相應的機械控制動作。控制內容包括：卷簾機起降、開關膜通風、補光和水肥一體化灌溉等。主要應用示范基地為涿鹿益林蔬菜專業(yè)合作社。

2 效益調查與分析

從農業(yè)物聯網在張家口地區(qū)實施效果來看，農業(yè)物聯網不僅提高了農業(yè)生產的現代化水平，還在節(jié)水灌溉，節(jié)約肥料、農藥，節(jié)省生產用工，提高農產品產量與品質等方面產生一定的效果，從而實現經濟、社會、生態(tài)效益大幅提高。如涿鹿縣益林蔬菜專業(yè)合作社2015年節(jié)本增效10萬元，投資回報率為30%。主要體現在以下幾方面。

2.1 提高單位面積收益，實現節(jié)本增效

通過農業(yè)物聯網進行實時數據采集、分析預測和科學管理，提高農業(yè)生產的科學性、主動性，減輕低效投入，改變傳統(tǒng)農業(yè)大量施肥、用藥和漫灌的生產方式，節(jié)省水量40%、肥料30%。與此同時，由于生產的是優(yōu)質農產品，其價格也能夠有所提高，從而提高經濟收益。

2.2 提高企業(yè)收益，促使企業(yè)做大做強

通過構建基于物聯網的農作物生產系統(tǒng)，改變了傳統(tǒng)的信息采集模式，實現農作物生產環(huán)境的實時監(jiān)測與控制，并在專家知識庫的輔助下，實現農業(yè)生產的智能化、科學化管理。通過生產過程中的空氣溫度、濕度，土壤溫度、濕度，光照和二氧化碳濃度等數據監(jiān)測，實時控制風機、卷簾機等機械設備，使農作物在最佳環(huán)境中結出優(yōu)質果實，從而提高了產品的質量，在市場上贏得了聲譽，提高了產品的銷量，為企業(yè)帶來更多的利潤。與此同時，品質優(yōu)良的農作物產品可以吸引高端客戶，從長遠角度看可以提高單位產品的收益，提高企業(yè)的盈利能力。

2.3 降低生產成本，提升企業(yè)競爭力

農業(yè)物聯網系統(tǒng)的建立，可以實現農業(yè)生產管理的遠程化和智能化，減少了農業(yè)從業(yè)者到生產現場進行作業(yè)的必要性。按照涿鹿縣益林蔬菜專業(yè)合作社效果測算，日光溫室大棚年均生產300 d（壩上地區(qū)3－11月，壩下地區(qū)1－12月），每個勞動力年平均費用為24 000元，未安裝系統(tǒng)的基地1個人可以管理1個大棚，安裝后2個人可以至少管理3個大棚。每年可節(jié)約勞動力成本30%以上。

2.4 高質量滿足市場需求

農產品是人民生活的必需品，消費量大，隨著生活水平的提高，國際國內市場對農產品質量的要求越來越高，雖然多數農產品供大于求，但進行嚴格質量檢驗的無公害農產品卻嚴重缺乏，供不應求。對產品進行全過程監(jiān)測，可以有效提高食品質量，推進無公害生產，從根本上提高農產品的競爭力和商品率，促進產業(yè)結構調整，擴大農產品的出口創(chuàng)匯，增加農民收入，同時滿足市場對優(yōu)質農產品的需求。

2.5 樹立消費者信心

對廣大消費者的健康進行潛在保護，樹立民眾對食品安全的信心。粗放的農產品生產過程，由于使用過量的農藥、化肥，使產品中含有一定的化學物質、細菌等有害微生物，這些有害物質雖不一定會引起大量人群的急性中毒，但潛在的慢性危害和毒理作用是肯定存在的，實行危害因素的有效控制，對人體健康的益處即使不會馬上看出成效，但其作用肯定是巨大的并且造福子孫后代。近年來全國重大食品安全事故頻發(fā)，曾引起許多人對整個農產品安全的擔心和質疑，嚴重影響了社會的穩(wěn)定和經濟發(fā)展。通過農產品生產環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的實施，可以給予消費者知情權，通過系統(tǒng)溯源向消費者提供生產商和加工商的全面信息，從而使消費者了解食品的真實情況。實行該方案，農產品的來源地及生產流程可以從電腦網絡中調出，消費者可以掌握供方消息并決定是否購買，從而可以減少人們對食品安全生產的擔憂，很好地維護促進社會的穩(wěn)定。

2.6 益于環(huán)境保護

農產品生產環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的建設與實施不會造成環(huán)境污染和破壞生態(tài)平衡，且益于環(huán)境保護。運用信息采集技術、信息遠程傳輸技術、信息智能分析與控制技術，結合農業(yè)生產技術，實施農產品生產環(huán)境監(jiān)控，將有效提升農業(yè)生產的管理水平，可以在一定程度上推廣無公害生產技術，保證生產地域內環(huán)境質量的不斷提高，保證土壤的長期肥力和有機潔凈，有利于保持良好的生態(tài)環(huán)境，另一方面提高了企業(yè)和公眾的環(huán)保意識。

農業(yè)物聯網的發(fā)展將對農業(yè)生產全程進行監(jiān)控，能減輕農藥等化學品對大氣、水和土壤的污染，有效提高光能利用率，維護整個生態(tài)平衡。通過農業(yè)物聯網的實施，進一步達到“保護一片水土，振興一批企業(yè)，拉動一地經濟，富裕一方百姓”的目的，促進經濟效益、社會效益和生態(tài)效益的同步增長，實現農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。