物聯網技術惠及現代農業發展探析*

劉佩君（青海畜牧獸醫職業技術學院信息工程系，西寧 812100）

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·問題研究·

物聯網技術惠及現代農業發展探析*

劉佩君
（青海畜牧獸醫職業技術學院信息工程系，西寧 812100）

摘 要隨著我國科學技術的不斷進步，物聯網技術在各領域的發展應用日趨成熟，已成為迅速崛起的戰略性新興產業與全新經濟增長極，勢必帶動我國信息技術產業的第三次發展浪潮，如何將物聯網技術更契合的應用于現代農業生產中是當前農業發展研究的重要課題。文章通過解析物聯網技術的原理，分析了物聯網技術在農業發展中的應用基礎與發展趨勢，明確提出當前我國農業物聯網發展亟須攻克的關鍵性問題，并結合物聯網技術提出相應發展策略。該文通過資料收集、理論分析、數據收集與整理等相關方法對物聯網技術影響下的現代農業發展現狀及未來方向做出了大膽的預測，研究發現:物聯網技術在現代農業發展中的運用能夠傳遞更多實時有效的信息，能夠有效結合農業市場發展規律以調整發展政策與發展方向，促進我國農業實現可持續發展。

關鍵詞物聯網 現代農業 信息技術 傳感器 射頻識別

①數據來源:國家統計局2015年國民經濟和社會發展統計公報。

0 引言

中國是擁有13.746 2億人口的泱泱大國①，農業是國家的命脈，意義尤為突出，為老百姓“衣、食、住、行”等提供最基礎保障。雖然在2014年，根據相關經濟數據分析，中國農業在整個國民經濟比重中占據的比例為9.2%，相比2013年預算的10%而言有著一定的差距。但是，農業在我國處于第一產的地位依然未受到影響。農業發展快慢與否是關系國計民生的頭等大事，同時也是我國綜合國力的集中體現。20世紀90年代，互聯網技術興起，海量信息處理與實時交互能力被應用在日常農業生產活動中，取得了可喜成果，如今，基于互聯網技術的新一代物聯網技術崛起并迅速發展，將物聯網技術廣泛應用于農業方面，必將對新一波農業經濟增長發揮更大作用。物聯網技術對催動我國傳統農業轉型升級、加快農業產業化進程、提升國際影響力均具有重要現實意義。該文主要針對我國現代農業發展現狀，對物聯網技術在農業領域中的運用進行探討，并提出農業物聯網未來發展方向。

1 物聯網技術在農業領域的應用現狀分析

1.1 傳送農業信息

現代農業活動的順利發展離不開相關信息的指導與支持，如天氣預報已經成為一種重要的農業信息。物聯網技術在現代農業中的運用是要盡量規避各種影響因素，保證為農民打造相對寬廣的農業信息獲取渠道，其信息內容包括天氣預報、選種、選肥、防治病蟲災害等。目前東北部分區域農業發展中已經實現通過物聯網技術將施肥測土等相關數據或者信息傳遞到農戶手機或其他客戶端；山東部分地區也利用物聯網技術建立了“獸藥真偽短信查詢信息系統”，可讓獸藥經營者、養殖戶能夠積極參與到相關監督工作中。這種通過物聯技術實現的信息傳送能夠保證農業生產效率的不斷提升，并為電信運營商拓展業務。

1.2 保護農副食品安全

我國食品安全之所以容易爆發各種安全事故，其較為主要的原因就是整個生產、加工、銷售等各個環節都缺乏有效的監管。加強對農產品產銷環節的監管力度，在食品安全防護工作中引入物聯網技術，可將食品安全隱患降到最低。通過物聯網信息技術，有些行業已經建立有關食品安全追溯系統，例如對所有進入到農貿市場的豬肉進行電子芯片安裝，對每一頭生豬的生產、屠宰、零售或批發、運輸等環節進行跟蹤，即在各個豬肉終端銷售點配置相應的電子溯源秤，人們購買期間能夠在收銀條上獲悉該食品安全溯源碼，憑借食品安全溯源碼可對生豬的養殖場、屠宰場、質量檢疫等相關信息進行查詢，從而保障該肉品的安全性。

國外農產品安全溯源技術已經相對成熟，基本實現從原料到成品、從成品到原料100%雙向追溯，可全程保障數據的安全性、精準性。一旦出現食品安全事故，監管部門可以第一時間查找事故發生環節，確定責任人，及時采取管控措施。20世紀90年代，德國、意大利、法國等6國就開始聯合開展了IDEA項目，旨在運用瘤胃球、電子耳標、注射式應答機三種電子標識，為6國100余萬頭家畜建立“身份證”，其中，瘤胃球、電子耳標從家畜的養殖至屠殺全程，丟失率僅為0.2%，實現農場至屠宰廠的全過程追溯。美國也于2004年組織70多個機構、100多名專家，在全美開展了為期3年的“家畜身份標識計劃”，旨在家畜疫情爆發的48小時內做出快速響應，將疫情控制在爆發點附近內，并及時確定所涉及農場、與農場有直接接觸的企業。經過多年實踐，國外已逐步形成體系，針對不同畜種指定不同的監控方案，并研究應用價格低廉、更為精準的RFID電子標簽，實現了畜產品養殖全過程可控追溯。

1.3 控制現代農業智能化培育

現代農業在發展過程中較為突出的一個表現就是，控制智能化培育工作。利用物聯網技術在農業園區進行生態信息無線傳感器或其他智能控制系統安裝能夠實現對園區生態環境進行有效檢測的目的，更好的掌握可能對園區環境造成影響的參數，結合這類參數出現的變化對保溫系統、灌溉系統等基礎設施建設加以調控，從而保證農作物有著相對良好的生長環境，保證產量能夠得以提升、質量能夠得以保證。

2 物聯網技術應用于農業的發展趨勢

2.1 農業資源的利用

歐美發達國家率先利用資源衛星網絡，實時掌握本國土地資源實用情況，通過先進的信息傳輸手段，將結果發送至監測站，進入信息融合與決策系統，進行分析評測，最后對地理位置進行標定，形成方案，以幫助人們統籌規劃區域內的農業生產工作。

經過多年試驗研究，我國科研工作者利用GPS定位技術在糧食主產區進行標記劃分，結合無線傳感器技術，對區域內的農業資源信息，如:土壤溫濕度、空氣溫濕度、光照強度、微量元素含量等信息進行采集；通過移動通信技術，將資源信息高速精準回傳到服務器中，供科研人員提取利用；再通過地理信息系統 （GIS）對區域進行規劃管理。目前，GPS定位技術結合信息采集技術的研究日趨成熟，己廣泛應用于資源信息采集、智能優化培育、病蟲害監測等方面研究，為精細農業所需的農田信息提供實時精準數據。例如:杭州電子科技大學的科研人員開發了“基于無線傳感器網絡的濕地水環境數據視頻監測系統［1］”，其系統分為3層架構，主要工作原理是將整個濕地劃分為若干個子分區，在子分區的水體進出口等重要部位安放各類傳感器設備節點，并將這些節點連入分區內基于Zig Bee技術的局域網絡中，采集子區域內水環境參數，如水溫、PH值、DO值、COD值、電導率等多項參數，通過子分區內配置好的帶Zig Bee網關與CDMA傳輸信道的數據基站，最終將數據參數實時傳送至監測中心，以供調用，該系統實現了區域內水環境參數全天候監測，實時分析處理，水質變化異常實時報警，極大的增長了相關部門應急處突反應時間。農業部在2013年開始實施農業物聯網區域試驗工程，并組織上海、天津、安徽等地區開展試點工作，從而為全國農業物聯網發展提供更多的經驗指導。上海、天津及安徽等地在進行試點工作過程中獲得了相應的成就，天津是水產養殖與農業物聯網實驗區域，上海則是農產品質量安全監管實驗區域，安徽則是大田農產品物聯網實驗區域。

2.2 農業生態環境監測方面

運用科技手段開辟一條農業生態環境可持續發展道路，促進食品安全與生態環境協調發展，是近年來歐美等發達國家熱衷研究的課題。先進的納米傳感器技術結合信息處理、傳輸與融合技術，建立起覆蓋全國的環境監測網絡，通過實時高分辨率的數據參數信息捕捉，實現了農業生態環境的全自動檢測與預警。

英特爾研究小組與加州大學伯克利分校以及巴港大西洋大學的科學家運用了包括光、濕度、氣壓計、紅外傳感器、攝像頭在內近10種傳感器類型數百個節點組成的傳感器網絡，通過自組織無線網絡將數據傳輸到數百英尺外的基站內，再通過互聯網連入加州的服務器，實現了對敏感野生動物棲息地“0”入侵、“0”破壞實時全面的檢測。

近年來，我國科研工作者通過技術攻關，研發了“墑情監測系統”，集合地面基站與衛星遙感互聯技術，極大地縮減了人為采集信息的時長與工作量，廣泛應用于農牧業、林業、地質等方面土壤溫度測量與研究。大氣環境與水環境監測系統的研發，實現了對大氣環境與水環境中污染物的種類、濃度等環境參數的實時監測。通過觀察、分析污染物變化及其對環境影響的測定，及時掌握環境變化，盡早做出反應。國內多個省市紛紛加大財政投入力度，開展無線傳感網絡監測基站的建設工作，為物聯網技術應用于農業生態環境監測活動奠定基礎。

2.3 農業生產精細化管理方面

智能農業則是利用溫度、光照及濕度等不同的無線傳感器來對農作物室內的濕度信號、溫度、土壤溫度、光照、土壤含水量、露點溫度、葉面濕度等一系列環境參數進行有效采集，并且能夠實現針對制定設備進行自動開啟或者關閉的效果。在溫室現場進行攝像頭等一系列監控設備的布置對視頻相關信號進行采集。用戶利用手機或者電腦來對農業生產現場情況、濕度等數據進行觀察與分析，并且對指定設備進行智能調節。通過采集得來的現場數據來為農業綜合生態信息進行有效監測，對環境加以控制，從而為精細化管理奠定堅實的技術與理論基礎。

例如在2013年某農墾區已經形成了將近170個現代農機裝備區，從而讓精準的農業技術在整個墾區內部都實現了推廣與發展，并在示范基地上開展相應的農業定量遙感實驗工作。示范區域內部的大田農作物產量提升到20%，其經濟效益提升10%，農業成本降低將近10%，生產率提升到20%；養殖業經濟效益提升到18%。相同產量條件不變下，通過使用先進農業技術加以生產的農業總成本降低到20%左右，選擇的農藥、化肥及灌溉用水量較之前減少30%，整個精細化管理工作取得了較為顯著的成效。該墾區精細化管理效果如表1所示。

表1 某一農墾區通過物聯網技術實現的精細化管理效果

中國農科院的專家針對我國農業產區分布廣泛、區域環境差別大、農作物種類繁雜等特點，開發出一款遠程數據采集與信息發布軟件。軟件采用MSVB.NET結合ASP.NET技術，基于B/S（Browser/Server）架構開發而成，通過GPRS無線通信技術進行傳輸，操作系統簡化，通過瀏覽器顯示無需安裝程序，功能強大，即可實時瀏覽監測數據，也能對歷史數據查詢。其原理是將數字傳感器分布安置于溫室各需要監測部位并通過RS-485總線相連接，形成一個由數臺計算機與眾多傳感器構成的溫室監控網；同時在溫室附近構建現場工作基站，通過GPRS無線通訊技術對眾多溫室監控網進行管理監控；收集到的各類作物生長數據統一由現場工作基站通過互聯網發送至WEB數據服務器。

3 當前中國物聯網農業發展的攻堅問題

通過國內外物聯網農業的試驗實施工作發現，物聯網技術對未來農業發展起到舉足輕重的作用。就目前物聯網技術在農業中的應用，主要技術應用在感知層、傳輸層、應用層等3個層面 （圖1），要實推廣物聯網技術全覆蓋就要從這3個維度出發，多角度考慮問題。

圖1 農業物聯網發展前景

3.1 技術層面

3.1.1 感知層

2013年，農業部信息中心主任李昌健在中國物聯網大會上指出:“農業專用傳感器的缺乏是我國農業物聯網發展的瓶頸。目前我國農用傳感器種類不到世界的10%，國產化率低、缺乏市場規模效應。在覆蓋面、適用性等方面還有很大提升空間［2］。”因此，我國還需加強科技研發力度，重視新產品的開發，扶持擁有自主知識產權的創新企業，增強科技競爭力。明確研發方向，以世界先進傳感器技術為目標，以適應市場發展潮流為目的，站在戰略高度，設計適應當前我國國情，基于不同農業資源、不同生態環境、不同生長狀態的信息傳感器與動物活動行為信息傳感器；提高可靠性、適應力、同時降低成本、縮減能耗，突破科學技術瓶頸，研究開發如“納米傳感器”等微小型的能源自激供給與節能控制模式的傳感器設備。

3.1.2 傳輸層

目前，我國物聯網數據傳輸可靠性較差，數據收集不穩定，不足以滿足我國農業生態環境特點與低功耗傳感器的使用需求。我國在低功耗下的網絡傳輸安全性、兼容性、抗干擾技術、自動動態組網技術等方面相比發達國家還存在很大差距［3］，網絡傳輸連接前段數據采集與后端智能分析的最基本保障。因此，在不斷開發更為先進實用的數據傳輸技術的同時，也應研究構建合理的物理層拓撲架構，針對我國各農業產區的不同環境等因素結合各品種農作物的生產、加工、儲運等環節的特點，研究部署出更為貼合無線傳感網絡與信息處理平臺全維度空間模型，實現高效環保、綠色節能、全時段全覆蓋的農業物聯網體系。

3.1.3 應用層

近年來，我國在不斷加大物聯網基礎設施架構的研究投入的同時，也暴露出網絡應用模式研究滯后的短板，這與當前農業物聯網的應用推廣需求相矛盾。［4］因此，通信應用的集成兼容是農業物聯網應用層信息聯通的頭等問題。還需研發更加完善的信息融合與優化處理技術。如:信息融合模型，多模態數據挖掘與聚類方法，融合信息中特征數據的提取方法等［5］。

3.2 缺乏基礎投入

物聯網在我國農業發展中的運用起步較晚，前期的開發投資、觀念引入、大規模基礎網絡及系統軟件的搭建工作都需要投入較多的成本。目前所用的物聯網技術不斷增加的成本要高于農產品所具有的經濟效益，而且物聯網示范區內大都集中在農業發展水平相對較高的區域，例如有機瓜果培訓、高檔花卉等。農業物聯網的不斷發展與普及需要有關部門做好農村信息產業基礎建設工作；并建立農業物聯網統一有效機構，對于農業物聯網建設的相關信息，要能夠由衛生、工商、農業及交通部門實施統一協調，讓今后與農業物聯網有關的信息能夠按照統一的對話標準來進行，從而達到共享互用的目的。

3.3 物聯網農業應用標準沒有得到相應的重視

造成我國農業物聯網發展工作難以順利進行的主要障礙就是缺失標準，農業物聯網作為系統的一個工程，屬于集信息處理、傳感器、無線通信、控制、網絡等多種技術綜合發展的一種服務系統，較傳統的農業的封閉性、內在性存在一定的差距，所以其發展要能夠包括各級單位或者部門，并且要能夠遵守共同的協議或者規則來實現協調發展與互相鏈接，從而保證整個產業及其服務能夠實現循序漸進發展。但是，我國農業物聯網發展中依然沒有形成統一的標準體系。

4 我國農業物聯網發展前景分析

農業物聯網技術的不斷發展與完善屬于現代農業發展過程中的高新技產物，一方面具有受益面廣、人力投入少及公益性等強勢，另一方面也表現出單位投入大、基礎薄弱等劣勢。農業物聯網技術在未來發展中要想獲得更大的競爭優勢，政府有關部門就要能夠做好政策支持工作，通過統籌規劃、優先考慮，加以重點扶持。政府在農業物聯網技術建設過程中發揮著較為重要的功效，需要對農業物聯網技術進行大力宣傳，并組織農業專家與物聯網技術專家對該項技術的發展與運用進行更深層次的探索與研究，從而研發出滿足我國農業發展要求的物聯網信息技術。

為了能夠從根本不上實現我國農業生產達到標準化、專業化、集約化、規模化及服務社會化的階段性目標，有關部門還要不斷引導農民組織合作性質的經濟組織，不斷發展農業龍頭企業，進行品牌創新，不斷延伸農業發展產業鏈。政府應對使用農業物聯網技術實現發展的企業給予減免稅收或者補助，做好企業扶持、自主品牌研發及宣傳工作。

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THE EXPLORATION OF HOW INTERNET OF THINGS TECHNOLOGIES BENEFIT THE DEVELOPMENT OF MODERN AGRICULTURE

Liu Peijun
（Department of information engineering，Qinghai Vocational and Technical Institute of Animal Husbandry and vet，Xining 812100，China）

AbstractWith the progress of science and technology，development and application of networking technology has matured in various fields，has become the rapid rise of strategic emerging industries and new economic growth pole，is bound to lead the third wave of development of China＇s information technology industry，so how will things more fit technology used in modern agricultural production is an important subject for the development of agricultural research.In this paper，by analyzing the principle of networking technology，it analyzes the application of basic networking technology and trends in agricultural development，and clearly the key issues of agricultural development was an urgent need to overcome things，the last，put forward the development of networking technology strategy.In order to ensure the smooth progress of research work，through data collection，theoretical analysis，data collection and collation of the current situation and other related methods of modern agricultural development under the impact of technology and the future direction of things to make a bold prediction of this theory with practice to ensure that scientific research methods and effectiveness of the entire article.After the system through analysis and studies find that networking technology used in the development of modern agriculture are able to deliver more effective realtime information，combined with the agricultural development of the market to adjust the direction of development policy and development，and promote the sustainable development of agriculture.

KeywordsInternet of things；modern agriculture；information technology；sensor；radio frequency identification devices（RFID）

中圖分類號：TP393；F303.3；F323.3

文獻標識碼：A

文章編號：1005-9121［2016］02-0066-06

doi:10.7621/cjarrp.1005-9121.20160210

收稿日期：2015-04-03

作者簡介：劉佩君 （1981—），男，青海西寧人，講師。研究方向:農業信息化。Email:liupeijun177246@163.com

*資助項目：青海省科技廳重點科技攻關項目“青海省特色農業育種及其綜合配套技術研究”（2008-N-117）