農業物聯網發展評價指標體系設計：研究綜述和構想

李瑾，郭美榮，馮獻

（1.北京農業信息技術研究中心，2.國家農業信息化工程技術研究中心，3.農業部農業信息技術重點實驗室，4.北京市農業物聯網工程技術研究中心，北京 100097）

農業物聯網發展評價指標體系設計：研究綜述和構想

李瑾，郭美榮*，馮獻

（1.北京農業信息技術研究中心，2.國家農業信息化工程技術研究中心，3.農業部農業信息技術重點實驗室，4.北京市農業物聯網工程技術研究中心，北京 100097）

農業物聯網發展涉及社會、經濟、科技、市場等多個方面，這決定了構建農業物聯網發展評價體系的復雜性。文章梳理了與信息化、物聯網相關的幾類評價體系，并分析了物聯網技術在農業資源利用、農業生態環境監測、農業精細管理、農產品與食品質量安全管理與追溯等領域的應用現狀。目前我國農業物聯網發展面臨技術標準體系建設滯后、核心和關鍵技術產品缺失、資金瓶頸制約嚴重、成熟的商業化模式缺失、產業發展滯后、政策法規不健全等制約因素。提出了建立農業物聯網發展評價體系的原則和思路，進而嘗試性地搭建了農業物聯網發展評價指標體系，以期為農業物聯網發展的科學評價提供參考。最后，從加大農業物聯網的政策扶持和資金支持，加快推進農業物聯網標準規范建設，逐步建立農業物聯網信息采集體系，加強農業物聯網技術創新和產品研發等方面提出了促進農業物聯網發展的建議。

農業；物聯網；評價體系；綜述；構想

李瑾， 郭美榮， 馮獻. 農業物聯網發展評價指標體系設計：研究綜述和構想［J］. 農業現代化研究， 2016， 37（3）: 423-429.

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農業物聯網發展涉及社會、經濟、科技、市場等多個方面，受到基礎設施建設、技術應用以及產業發展等多個因素的影響，這決定了構建農業物聯網發展評價體系的復雜性。只有客觀清晰的分析影響農業物聯網發展的關鍵因素和應用效果，才能制定出合理的促進農業物聯網發展的戰略和措施。目前，國內學者關于農業物聯網發展水平的量化考評研究基本沒有，相關研究大多集中在物聯網、信息產業、信息化、智慧城市評價等領域，并取得了一定的成果。本文對信息化、物聯網相關領域評價體系進行了總結和梳理，進而嘗試性地搭建了農業物聯網發展評價指標體系，以期為農業物聯網發展的科學評價提供參考。

1 相關評價指標體系分析

1.1 物聯網產業發展評價體系

周曉唯和楊露［6］基于主成分聚類分析方法，通過對物聯網產業發展影響因素的分析，選取具有代表性的8個省，從產業發展潛力層面進行了物聯網產業發展能力的排序及綜合評價研究，并利用聚類分析的方法將選取的目標省份按照物聯網產業發展潛力分為3類，通過分析論證了物聯網產業發展的現時情況及趨勢。文中分析的物聯網產業發展潛力的影響因素有生產要素指標、需求狀況指標、相關產業及支持產業指標、企業戰略、組織結構與競爭狀況指標和政府指標5大類。張雁等［7］提出了一種物聯網安全威脅危害度計算方法，建立的物聯網安全威脅危害性指標體系第一層由應用層影響、傳輸層影響、感知層影響和無形影響組成。廖偉［8］通過分析我國物聯網發展現狀和特點、制約物聯網發展的影響因素，構建了我國物聯網發展評價體系，構建的我國物聯網發展指數由網絡發展水平指數、裝備水平指數、研發能力指數、發展效果指數4個分類指數構成，并采用綜合評價法對指標體系進行計算，對我國物聯網的發展情況做了實證研究。何佳泓和鄭淑榮［9］在綜合梳理我國信息產業發展水平指標體系研究成果的基礎上，從物聯網產業網絡發展水平、裝備水平、研發能力、市場應用水平、總量水平構建了包括18個二級指標的物聯網產業發展水平指標體系。

1.2 智慧城市評價指標體系

國內學者李健等［10］、顧德道和喬雯［11］、孫靜和劉葉婷［12］、楊京英等［13］分別從不同的角度提出了智慧城市發展水平評價指標體系，在這些指標體系當中，一級指標多集中在智慧基礎設施、智慧應用、智慧產業、智慧人群、智慧服務等方面。2011 年7月上海浦東“智慧城市指標體系1.0”正式對外發布，成為國內首個公開發布的中國版智慧城市指標體系，該指標體系包括智慧城市基礎設施、智慧城市公共管理和服務、智慧城市信息服務經濟發展、智慧城市人文科學素養、智慧城市市民主觀感知等5個維度，共19個二級指標和64個三級指標構成的指標體系。國脈互聯智慧城市研究中心對智慧城市發展水平研究，發布了《第二屆（2012）中國智慧城市發展水平評估報告》，報告構建的中國智慧城市發展水平評價指標體系包括智慧基礎設施指數、智慧應用指數、智慧產業指數、智慧治理指數和智慧保障力指數，為農業物聯網發展評價指標體系的構建提供了借鑒。

1.3 電子信息產業發展評價指標體系

楊建華和盧波［14］從電子信息產業的特征入手，在堅持系統性、動態性和可操作性、定量與定性相結合以及選用通用指標等原則下，結合專家咨詢，制定了電子信息產業發展評價指標體系，一級指標包括經濟能力、技術創新與擴散能力、環境支撐能力和持續發展能力4個指標構成，通過專家意見法確定各評價指標的權重，相關實證計算顯示，對處于同一起跑線上的地區，發展前景和潛力更為重要，而技術創新與擴散的權重說明了它的重要的作用，環境支撐則是通過對技術創新與擴散的推動來發揮作用的。

1.4 信息化發展評價指標體系

1）信息化發展指數（Ⅱ）。信息化發展指數（Ⅱ）從“基礎設施、產業技術、應用消費、知識支撐、發展效果”5個方面測量國家信息化的總體水平，對國家信息化發展狀況做出綜合性評價，從而為“十二五”期間準確把握我國及各省份信息化發展水平和發展進程提供科學的、量化的依據。信息化發展指數（Ⅱ）可以綜合性和概括性地評價與比較國家及地區的信息化發展水平和發展進程。對信息化發展指數橫向的比較，可以較全面、準確地反映各個國家或地區信息化發展的現狀及其地位；

頁碼 電子書="20" 紙書="20"/>通過縱向比較，能夠反映一個國家或地區信息化的發展進程和變化特征。

2）農村信息化水平評價指標體系。劉世洪［15］在整理了國內外信息化測度理論和方法的基礎上，從農村信息資源、農村信息基礎設施、農業信息技術應用、農業信息產業、農村信息人才和農村信息化外部環境6個方面提出了我國農村信息化測評的指標體系和方法。

3）農業信息化水平評價指標體系。劉利永和李道亮［16］根據我國農業信息化的特點、信息經濟的測度理論及相關專家意見，在注重科學性、系統性、可操作性、實用性等原則的基礎上，從農業信息化發展環境、農業信息化基礎設施、農業信息資源建設、農業信息化人才、農業信息化技術應用5個方面，選取了18個具體的評價指標。

1.5 農業物聯網技術應用的需求評價

儲成祥等［17］和彭志蓮［18］就我國農業信息化中的物聯網技術進行了應用需求評價與對策研究，提出農業信息化中物聯網技術需求評價指標主要包括：精準施肥、生態環境監控、氣象監測、節水灌溉、智能溫室、病蟲防災、健康養殖、動植物生長監測、產品分揀、物流配送、農產品質量安全追溯、智能裝備、遠程服務等，并通過調研和因子分析等方法進行基于物聯網應用需求評價研究。

2 農業物聯網發展現狀和制約因素

2.1 國內外農業物聯網發展現狀

物聯網技術在農業領域中的應用主要在于設施農業、水產養殖、畜禽養殖和大田作物4個領域，應用環節上主要集中在農業資源利用、農業生態環境監測、農業精細管理、農產品與食品質量安全管理與追溯、農產品物流等6大環節，其中農產品質量安全追溯、農業環境監測等領域的應用最為成熟。在農業資源監測和利用領域，美國和歐洲主要利用資源衛星對土地利用信息進行實時監測，并將其結果發送到各級監測站，進入信息融合與決策系統，實現大區域農業的統籌規劃。我國主要將GPS定位技術與傳感技術相結合，實現農業資源信息的定位與采集；利用無線傳感器網絡和移動通信技術，實現農業資源信息的傳輸；利用GIS技術實現農業資源的規劃管理等。

在農業生態環境監測領域，美國、法國和日本等一些國家主要綜合運用高科技手段構建先進農業生態環境監測網絡，通過利用先進的傳感器感知技術、信息融合傳輸技術和互聯網技術等建立覆蓋全國的農業信息化平臺，實現對農業生態環境的自動監測，保證農業生態環境的可持續發展。例如，美國已形成了生態環境信息采集—信息傳輸處理—信息發布的分層體系結構。法國利用通信衛星技術對災害性天氣進行預報，對病蟲害進行測報。我國研制了地面監測站和遙感技術結合的墑情監測系統，建立了農業部至各省重點地縣的農業環境監測網絡系統等一批環境監測系統，實現對農業環境信息的實時監測。融合智能傳感器技術的墑情監測系統已在貴陽、遼寧、黑龍江、河南、南京等地推廣應用。

在農業生產精細管理領域，美國、澳大利亞、法國、加拿大等一些國家在大田糧食作物種植精準作業、設施農業環境監測和灌溉施肥控制、果園生產不同尺度的信息采集和灌溉控制、畜禽水產精細化養殖監測網絡和精細養殖等方面應用廣泛［19］。我國在涉及田間環境土壤信息獲取聯合收獲機自動測產、農田作物產量空間差異分布圖自動生產和農業機械作業監控等大田糧食作物生產方面；在設施農業環境數據采集、發布，調控等設施農業生產方面；在果園監測、水肥控制、節水灌溉自動化等果園精準管理方面；在養殖環境監控、健康養殖等畜禽水產養殖等方面研發了一批系統，且應用成效顯著。

在農產品安全溯源領域，國外發達國家在動物個體編號識別、農產品包裝標識及農產品物流配送等方面應用廣泛。如加拿大肉牛2001年起使用一維條形碼耳標，目前已過渡到使用電子耳標。2004年日本基于RFID技術構建了農產品追溯試驗系統，利用RFID標簽，實現對農產品流通管理和個體識別。我國開展了以提高農產品和食品安全為目標的溯源技術研究和系統建設，研發了農產品流通體系監管技術。如北京、上海、南京、四川、廣州、天津等地相繼采用條碼、IC卡、RFID等技術建立了農產品質量安全溯源系統。浙江大學、北京市農業信息技術研究中心等單位研究開發了車載端冷鏈物流信息監測系統。

2.2 我國農業物聯網發展制約因素

一是技術標準體系建設滯后?，F有農業物聯網技術標準還很零散、缺失和不統一，相關工作標準、管理標準和技術標準的缺失已成為影響農業物聯網發展的首要問題，標準制定與市場應用結合程度不夠，導致物聯網市場分割，制造和服務成本偏高，信息的采集方式、傳輸協議類型、平臺的接口和人機交互接口等方面還沒有統一的技術標準［20］，進一步影響農業物聯網技術產品大規模推廣。李中民［21］和唐亮［22］認為物聯網技術能力不足、物聯網行業標準制定滯后是導致物聯網產業難以發展壯大的根本原因。

二是核心、關鍵技術產品缺失。總體來看我國農業物聯網在關鍵設備和核心理論的研發上還處于初級階段，尚未形成一套符合國情的、合理的、具有針對性和開放性的物聯網技術與理論體系。物聯網在農業方面的應用還不成熟，農業物聯網的核心技術還有待攻克，其應用和推廣還有許多問題有待完善和解決，傳感器等關鍵技術仍存在瓶頸［23-24］。龍燕和韋運玲［25］指出技術產業的不成熟、標準的不統一、網絡安全問題、IPv4地址的短缺，影響著接入網中“物”的數量、應用市場“小”，投入大回收低，降低了運營商的投資熱情這些都是阻礙物聯網發展的因素。

三是資金瓶頸制約嚴重。當前農業物聯網存在著投入大、利益產生及其附加值滯后、農戶和一般企業不愿參與的情況，這一現狀決定了農業物聯網發展初期資金瓶頸制約嚴重，仍需要政府資金扶持和大型企業的前瞻性投入［24］。

四是成熟的商業化模式缺失。張研［26］認為電子標簽貴、讀寫設備貴是導致農業物聯網難以大規模商業化應用的主要原因。劉淵等［4］認為構建合理的商業模式，需解決物聯網應用投資有風險、國內缺乏核心技術、高端產品被國外壟斷、成本高、產業鏈不完善等問題。

五是產業發展滯后。目前我國物聯網處于技術研發與應用試驗的交接階段，農業物聯網技術應用總體處于試驗示范階段，基礎芯片等關鍵器件的研發和制造能力薄弱，規模小而分散，農業傳感、控制設備等物聯網關鍵技術產品難于實現批量生產，導致產品價格高、市場不完善等［3］。如一個濕度傳感器要數百元，一個土壤水分傳感器要1 000多元，一個溫室全部環境參數傳感器要在1萬元左右，對于農民來說仍然是筆很大的投入，所以目前農業物聯網應用還主要集中在一些科研院所、農業企業及政府推動的項目中，產業化應用仍十分滯后。

六是政策法規不健全。農業物聯網涉及各行各業、產業鏈的多線交叉，其發展缺乏相關政策和法規的指導與支持。

3 農業物聯網發展評價體系構建

3.1 農業物聯網發展指數的定義

農業物聯網發展指數是一個評價農業物聯網總體發展水平的綜合性指標，用來衡量農業物聯網技術發展水平及其對現代農業的促進作用的綜合指數，為農業物聯網發展方向和國家相關政策支撐提供重要的參考依據。

3.2 指標體系的建立原則

1）科學性與可操作性相結合。從農業物聯網概念、技術研發、產業發展和應用效果等出發，選取反映農業物聯網發展水平的系列指標構建綜合指數評價體系，體現科學性原則，保證測度結果的客觀性和真實性，并使指數的計算方法更科學合理。在考慮具有科學性的基礎上，不僅要使選取的指標能客觀地反映發展進程，而且還要求所設指標能夠獲取較為準確的數據，使得量化的評價與監測可以進行。

2）完備性與簡明性相結合。農業物聯網發展指數精選出來的系列指標具有概括性和綜合性，能夠用盡可能少的指標來反映農業物聯網發展水平。既要做到能夠全面反映農業物聯網發展的方方面面，還要從廣度和深度兩個方面對農業物聯網發展進行評價，在保證評價質量的前提下，指標體系應簡單明了，指標間避免相互重復，堅持指標少而精的原則。

3）數據的可比性與可獲得性。指標選取時，要做到數據的可比性，主要采取絕對數據指標相對化的方法進行處理，即盡量避免采用絕對總量指標，因為地區發展基礎水平不同，絕對數據的指標不具可比性。考慮到這一評價體系的應用和目標，指標數據來源應盡可能使用具有公開性及可獲得性的數據，這樣才能有效保證評價指標本身的公正、公開和科學。

3.3 指標的選擇與說明

前文中表述了與物聯網相關的產業和技術發展評價指標體系，這為構建農業物聯網發展評價指標體系提供了參考和借鑒。根據指標體系的構建原則，并結合已有相關研究，本文確定了農業物聯網發展評價體系的4個一級指標及20個二級指標（表1）。

1）農業物聯網發展基礎設施。由農業物聯網的概念可以看出，農業物聯網的發展跟互聯網是不可分割的，網絡是農業物聯網發展的基礎，網絡的發展水平直接制約物聯網的發展水平。結合農業物聯網發展的關鍵影響因素，選擇農村每百戶家庭計算機擁有量、農村寬帶入戶率、農村IPv6數量和農村每百戶家庭移動電話擁有量作為評價基礎設施建設水平的指標。農業物聯網的應用集中在廣大農村地區，因此農村互聯網發展水平和寬帶接入水平直接制約農業物聯網的發展。基于互聯網的各種農業物聯網應用正在迅猛發展，由此帶來的農業物聯網終端接入量急劇膨脹，IPv6帶來的巨大的地址空間和端到端通信特性為物聯網的發展創造了良好的網絡通信條件和能力拓展。

2）農業物聯網產業發展水平。從網絡結構上劃分，物聯網可分為感知層、網絡層和應用層。感知層位于最底層，是物聯網的數據和物理實體基礎，感知層中的基本硬件包括各類傳感器、RFID標簽、GPS和識讀器等基本標識和傳感器件。農業物聯網是運用物聯網系統的溫度傳感器、濕度傳感器、PH值傳感器、營養傳感器、光傳感器、CO2傳感器等設備獲取土壤、水、大氣和生命信息等以及應用面向精準農業的無線傳感器網絡關鍵技術，實現農業的智能化、精準化和現代化。

2014年全球物聯網及傳感器產業保持活躍態勢，產業規模與市場空間不斷擴大，產業化應用逐步深入，技術創新與結盟發展趨勢明顯。據工業和信息化部數據，2014年我國整個物聯網的銷售收入達到6 000億元以上，物聯網產業發展的綜合增長率達到了30%以上，發展勢頭強勁。目前，我國農業信息產業正處于產業成長期初期階段，其中2014年產業成熟度約為0.405，人均GDP為7 575美元，農業信息產業技術特征表現為農田信息快速獲取與農情監測技術、智能農機具、農業物聯網技術及裝備等在經濟較發達的地區、糧食主產區得到推廣及熟化應用，技術進步迅速并且日益成熟，農業物聯網產業在整個農業信息產業結構中的作用和影響明顯擴大。本文從農業物聯網涉及的核心產業和相關產業出發，選取傳感器行業市場規模、RFID市場規模、農業機械總動力、電子信息產業產值、農林牧漁專用機械總產值這5個指標考量農業物聯網產業發展水平。

3）農業物聯網發展知識支撐能力。知識是創新能力的內在決定因素，提升創新能力離不開知識的支撐。農業信息技術產品研發需要強大的科技創新體系支撐，農業機器人、植物工廠、農業航空植保、農業傳感器等重大、前沿技術的研發攻關，離不開堅實的科技后盾。目前，農業物聯網行業尚處初期階段，針對農業物聯網行業的統計數據有限，尤其是體現物聯網研發能力的數據缺乏。本文采用農村人口受教育程度、全國農業R&D投入經費比重、全國農業R&D人員比重、大中型高新技術企業有效發明專利、全國農業科研院所和教育機構數量體現農業物聯網發展的知識支撐能力。

4）農業物聯網技術應用效果。應用效果是物聯網發展最直觀的價值體現，市場應用水平也是影響物聯網發展的重要因素。但是農業物聯網技術應用取得的效果目前沒有相關的數據可以量化衡量。因此，本文計劃采用抽樣調查結合典型案例分析的方法對農業物聯網應用效果進行量化評價。指標主要針對農業物聯網技術應用前后土地產出率、資源利用率、勞動生產率的變化情況體現。此外還考慮應用射頻標簽使用率、農村社會服務信息化、農村智能電卡安裝率等指標進一步體現農業物聯網給農業生產、農村發展和農民生活帶來的變化。

表1 農業物聯網發展指數評價指標體系Table 1 Evaluation system of agricultural IoT development index

4 建議

為了從宏觀上了解近年來我國農業物聯網的發展情況，本文盡可能選擇農業物聯網發展關鍵環節和具有代表性的指標建立農業物聯網發展評價體系。鑒于農業物聯網的統計數據缺失，上述指標數據的可獲性和準確性還有待商榷。因此，在實際操作中可能會采用主觀賦值和統計數據相結合的方法確定基礎數據，測算我國農業物聯網發展指數。

此外，我國已經開展了農業物聯網區域試驗工程并取得了一定成績，作者考慮下一步從國家與國家之間、國家省市之間的角度進行區域農業物聯網發展指數橫向比較，解析不同發展水平的特征及影響因子，為制定區域農業物聯網發展差異化政策提供理論依據。

4.1 加快明確農業物聯網概念和內涵

由于目前有關農業物聯網的概念和內涵還沒有達成統一認知，導致農業物聯網發展評價缺少堅實的理論基礎。因此，為更加科學衡量農業物聯網發展水平，應從學術上和實踐上對農業物聯網概念、內涵進行深入研究，合理界定農業物聯網的內涵、特征、階段和技術體系，揭示農業物聯網產業發展階段，豐富和完善農業物聯網發展理論，為科學評價農業物聯網發展水平奠定理論和實踐基礎。

4.2 加快建立農業物聯網信息采集體系

明確農業物聯網產業發展體系，制定農業物聯網數據采集規范，在全國范圍內布設農業物聯網發展數據采集點，在農業各行業和農業物聯網產業相關的其他各行業建立數據采集渠道，不定期監測我國農業物聯網發展態勢，為測評農業物聯網發展水平提供數據支撐。

4.3 深入研究農業物聯網產業發展模式

從產業鏈角度，深入分析影響農業物聯網發展水平提升的各環節制約因素，探討影響農業物聯網發展的各個產業基礎，如網絡、產品和技術等，進而衡量農業物聯網產業投入產出情況；從農業物聯網技術的市場應用水平和技術投入前后產生的作用效果，科學測算農業物聯網技術投入效果。

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（責任編輯：童成立）

Evaluation system of agricultural internet of things development: Reviews and prospects

LI Jin， GUO Mei-rong， FENG Xian
（1. Beijing Research Center for Information Technology in Agriculture； 2. National Engineering Research Center for Information Technology in Agriculture； 3. Key Laboratory of Agri-informatics， Ministry of Agriculture；4. Beijing Engineering Research Center of Agricultural Internet of Things， Beijing 100097）

The development of agriculture Internet of things （IoT） are related to infrastructure， industrial development，R&D ability，the application effect and other aspects，the construction of the evaluation system of agricultural IoT. This paper frst examined several informatization and IoT evaluation systems. The paper analyzed the present situation of the IoT technology in agricultural resources utilization， agricultural ecological environment monitoring， agricultural fne management，agricultural products and food quality and safety management and traceability thereafter. The results indicate that the development of agriculture IoT is facing many constraints （e.g.， technical standard system construction lag，the core and key technology products，capital bottleneck constraints， the lack of mature business model）. In addition，industry development lags behind and policies and regulations are not perfect. In lieu of these constraints，this paper introduces the principles and thought of the evaluation system about agricultural IoT development and to establish the evaluation index system for the scientifc evaluation of the development of agricultural IoT. Lastly， the paper proposes measures for the promotion of the development of agricultural things， including policy support and fnancial support，standard specifcation construction， information collection system，and technology innovation and product development. Key words：agriculture； internet of things； evaluation system； reviews； prospects

物聯網（internet of things，IoT）的概念自1999年由麻省理工學院的Ashton 教授提出以來，其在農業領域的應用逐漸深入，形成了農業物聯網及其應用。農業物聯網是物聯網技術在農業生產、經營、管理和服務中的具體應用，是用各類感知設備，采集農業生產過程、農產品物流以及動植物本體的相關信息，通過無線傳感器網絡、移動通信無線網和互聯網傳輸，將獲取的海量農業信息進行融合、處理，最后通過智能化操作終端，實現農業產前、產中、產后的過程監控、科學決策和實時服務［1-5］。目前，物聯網技術已經在農業生態資源環境監測、動植物生命信息感知、農業機械裝備作業調度和遠程監控以及農產品與食品質量安全追溯等領域得到推廣應用，加快轉變了農業發展方式，推進了農業科技進步和創新，提高了土地產出率、資源利用率和勞動生產率。

Soft Science Research Program of Ministry of Agriculture （201507）； Beijing Social Science Fund （14JGB053）； National Social Science Foundation for Young Scholars of China （15CXW026）.

GUO Mei-rong， E-mail: guomr@nercita.org.cn.

11 May， 2015；Accepted 29 October， 2015

S126； C32

A

1000-0275（2016）03-0423-07

10.13872/j.1000-0275.2016.0024

農業部軟科學項目（201507）；北京社會科學基金項目（14JGB053）；國家社會科學基金青年項目（15CXW026）。

李瑾（1978-），女，漢族，湖北襄樊人，博士，副研究員，主要從事農業與農村信息化研究，E-mail: lij@nercita.org.cn；通訊作者：郭美榮（1983-），女，漢族，山東濟寧人，碩士，工程師，主要從事農業農村信息化發展戰略研究，E-mail: guomr@nercita.org.cn。

2015-05-11，接受日期：2015-10-29