我國農業物聯網發展現狀?存在問題和對策

王笑娟 劉彩鳳　謝虹 魏春 郝學景　張旭　王占森

摘要 對物聯網技術在農業中的應用現狀、存在問題和發展對策進行了綜述。

關鍵詞 物聯網；農業；存在問題；對策

中圖分類號 S126 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）01-0215-03

Development Status，Existing Problems and Countermeasures of Agricultural Internet of Things in China

WANG Xiaojuan1， LIU Caifeng2， XIE Hong1， WANG Zhansen1* et al

（1. China Agricultural University， Beijing 100193；2.Yantai Vocational College， Yantai，Shandong 264000）

Abstract The application situation， existing problems and development countermeasures of internet of things in agriculture were reviewed.

Key words Internet of things；Agriculture；Existing problems；Countermeasures

農業信息化程度直接影響現代農業的發展水平。作為現代信息技術的新生力量，物聯網技術是發展現代農業的重要支撐，是推動我國農業向“高產、優質、高效、生態、安全”發展的重要手段。物聯網技術在農業中的應用，改變了傳統農業粗放的生產經營和管理方式，提高了生產率，促進了傳統農業向現代農業發展。筆者對物聯網技術在農業中的應用現狀、存在問題和對策進行了綜述。

1 農業物聯網發展現狀

1.1 物聯網的概念 物聯網是通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器、氣體感應器等信息傳感設備，按約定的協議將任何物品與互聯網相連，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網是多年來各種行業應用與信息通信技術融合發展的產物。目前，物聯網的概念很多，每個定義都與特定的組織或應用領域（行業）相關聯[1]。物聯網分為3個層次，分別為信息感知層、信息傳輸層和信息應用層。信息感知層主要包括各類傳感器、射頻識別（RFID）、遙感技術（RS）、全球定位系統（GPS）及二維條形碼等，采集各類農業相關信息，實現對“物”相關信息的識別和采集。信息傳輸層是將農業信息感知層采集到的農業信息，通過各種網絡技術進行匯總，將大范圍內的農業信息整合到一起，以供處理。信息應用層是將信息匯總，并進行分析和處理，從而對實時情況形成數字化的認知[2]。

1.2 物聯網在農業中的應用 近年來，對農業物聯網關鍵技術的研究取得了一些進展，為農業物聯網的集成應用奠定了基礎。物聯網技術在農業信息化中的應用步驟如下：首先，通過各種數據感知設備采集各種農業數據，并建立數據傳輸和數據格式轉換；然后，利用各種網絡及現代信息傳輸渠道，實現數據的收集傳輸；最后，決策中心再將海量農業數據進行分析、挖掘，做出判斷和發出指令，控制各種智能化終端，完成各種操作行為[3]。國內外將農業生產過程中農業物聯網的應用模式歸納為2類：感知展現類和感知控制類。感知展現類的應用平臺只是一個將數據傳輸到應用終端的通道，只能部分實現作物本體生長環境和生命體數字化特征感知，多用于生產過程輔助管理。感知控制類在感知展現類的基礎上增加了反饋控制功能，實現了物與物之間的互連互通互操作，從而實現農業生產過程的智能化。 在現有的感知能力下，決定應用智能化貢獻度的關鍵是智能組件的能力。當不存在智能組件時，物聯網僅僅起到替代人工管理的作用[4]。

物聯網技術在農業領域中的應用已涵蓋農業資源環境監測、農業生產精細管理、農產品質量溯源和農產品物流等多個農業領域。開發了一批基于多種技術的高精度作物信息監測和診斷儀器，用于獲取植物生命信息、動物行為信息和環境信息，完成了農產品產地、收獲與運輸等信息的采集，進行農產品質量監測，建立生產加工監測評價體系和預測預警系統，完善便攜式質量全程跟蹤與溯源終端系統，利用電子標簽對農產品信息進行分類和編碼，研制出電子標簽中間技術和讀寫設備，創建了農產品物流管理信息系統和電子交易信息平臺[5]。

2 農業物聯網發展中存在的問題

2.1 技術問題 總體上，我國農業物聯網建設的基礎設施較差，實時采集設備缺乏，技術研發應用尚處于初級階段。與國外相比，我國在農業信息傳感方面，缺乏價格低廉、運行穩定的傳感器。目前，國內傳感器品種不多，主要集中在對光照、溫濕度等環境條件的監測，而對動植物生命體系的監測還比較缺乏[6]。目前，我國生產傳感器的廠商中95%以上是中小企業，與發達國家相比，我國傳感器產品的開發和研制落后5～10年，規模化生產落后10～15年，我國農用傳感器的種類不到世界農用傳感器種類的10%。國內生產的農用傳感器和技術設備，經常因為日曬雨淋而出現故障。在我國一些偏遠山區或丘陵地帶，物聯網部署艱難且落后，信息傳輸相對困難。目前的物聯網設備主要應用于大棚或大田地塊中，適宜山區復雜自然環境的裝置設備還有待研制和開發[7]。

農業物聯網的發展受到以下因素的影響：①與生產過程緊密相關的硬性需求；②可用于融合計算的行業知識；③通信、傳感等基礎設施和設備。其中，最重要的因素是融合計算農業知識，包括用于信息處理的表達方法、模型和算法等內容。目前，我國在這方面的資源儲備仍十分欠缺，比如圍繞農產品“高產、優質、高效、生態、安全”的大量需求而無力提供有效解決方案。在農業智能化決策支持方面，有關農作物、畜禽生長數字化模型大多尚未建立，使計算機分析缺乏參照。在農業自動化控制設備方面，對水、氣、溫、光、肥等環境因素遠程調控的設備自動化程度還不高[8]。國外農業物聯網發展的實踐也表明，軟件和硬件必須融為一體，將采集信息、傳輸、處理和控制系統集成，單靠設備或單靠專家決策系統都無法實現農業物聯網技術的應用。

2.2 標準問題

盡管我國在國際物聯網標準制定方面已經占有一席之地，但國內尚未出臺產業發展的統一標準體系，存在各地區各行業標準不一致、標準與實際情況脫節等問題。目前，由于各單位、各地區和各部門對物聯網的界定缺少共識，建立物聯網標準還停留在戰略性層面，缺少系統詳盡的數據和定義，在信息感知、傳輸和應用等層次都缺乏統一的技術標準和指導規范[9]。

物聯網在農業生產中應用時，采集相關數據需要大量的傳感器，每種傳感器有不同的接口，與之相對應的就有不同的接口要求。在數據傳輸層面，各個示范園區甚至同一個園區內使用的無線傳輸和軟件平臺都不同，反映到應用層面就是相互之間的數據不能通用，整個物聯網系統的兼容性差。造成這種局面的主要原因是缺乏統一的國家、地方和行業標準[10]。由于農業具有工作條件和產品對象復雜多變的自身特點，無法照抄照搬其他行業的技術標準，需要重新進行技術標準的制定和完善，因而增加了工作的強度和難度[11]。

2.3 應用問題

首先，農業物聯網技術的普及不夠廣泛。很多農業企業高層次管理人員、生產性技術人員和種植大戶對農業物聯網缺乏了解和認識，導致生產一線的需求難以激活，使農業物聯網的應用失去驅動力[12]。在芯片設計制造、軟件應用及開發等技術含量相對較高的環節相對薄弱，而且高端產品仍以國外產品為主導。由于農業產品的利潤較低，而應用于物聯網的傳感器等感知設備以及相應軟件系統的投入較高，運轉費用也很昂貴，一般農民很難負擔[13]。

我國農業互聯網技術的應用大多數尚處于演示、形象、政績工程階段，真正應用到農村農業生產實踐中的很少，有的即使投入實際農業生產中，相對高昂的費用投入，產生的社會效益和經濟效益也微乎其微，甚至入不敷出，因而在利益分配方面，各參與方對價值回報的期望就無法滿足，難以調動各方面的積極性，推進產業發展[14]。在設計研發初期一般都有較高的預期，對設備和人工使用成本、是否適合地域和作物的實際情況、能否產生效益等問題考慮較少。這類項目以基礎建設為主，大部分投入用于設備采購，與農業行業知識緊密耦合的應用則很少考慮，是一種空洞的農業物聯網應用。投資上千萬元的項目，僅僅實現了溫濕度的監測或病蟲害的預警預測，這是典型的大系統小應用類項目。基于每年高達幾十萬元的數據傳輸線路租用費，再考慮到維護和折舊因素，每年的使用成本上百萬元，是一種用戶不堪重負的應用[15]。

2.4 安全問題

農業物聯網在應用推廣過程中存在的安全問題比其他行業更加突出[16]。在農業物聯網中，現實世界與虛擬網絡之間實時交互溝通，使得生產對象、外界環境乃至生產者都成為網絡中的節點，相互溝通交流。因此，農業物聯網帶來了較多的安全問題和隱私問題、數據保護和資源控制問題以及涉及多個社會層面的道德倫理問題。在整個網絡中，任何一個漏洞都可能會產生較大的影響和危害[17]。農業物聯網的部分數據仍然采用人工錄入的方式，使得農業物聯網的信息提供難以確保全部真實準確，部分加工商可能利用該漏洞進行錯假數據的錄入，或者利用從網上獲取的合格農產品的信息，使不合格的農產品流入市場。同時，農業物聯網也拓寬了非法獲取個人信息的渠道，給個人隱私的保密帶來更大的困難[18]。

李明等[19]分析了農業物聯網背景下產生的安全隱私和道德倫理問題的成因。農藥使用等數據的真實性，農產品生產企業及農業從業人員數據信息的安全性和隱私性，將是農業物聯網推進過程中需要重點解決的問題。由于在售出后農產品的二維碼仍然在工作，將這些標簽攜帶的數據搜集整合，建立生產商和客戶資料數據庫，就能全面了解生產者和消費者個人的資料信息，用于農產品市場的營銷和競爭。農產品生產商和銷售商采用有差別的價格，將無差別的安全農產品賣給不同的顧客，甚至將不安全的農產品貼上安全標識后銷售給不同價格期望的顧客。

2.5 環境問題

在物聯網中，無論是信息采集設備還是無線數據傳輸設備，都會對周圍環境產生電磁輻射。當電子器件被大量使用時，操作者就會陷入充滿電磁輻射的危險空間中，如果功率過高，就可能嚴重損害身體健康。在農業物聯網中，電子器件的電磁輻射還會對空氣、水、植物、動物等產生影響，大大降低了農產品的品質，甚至生產出有毒的農產品，并最終對食用者造成傷害。這樣人類就掉進了自己設計的高科技電子產品的陷阱之中[20]。

同時，在大規模的農業物聯網中，電子標簽和相關電子器件應用后所帶來的環境污染——“綠色環保”的問題也令人擔憂。針對電氣電子設備報廢產生的環境問題，歐洲議會和歐洲理事會曾發布了電氣電子設備報廢指令，旨在將電氣電子設備在其生命周期中和成為廢品后對環境產生的影響最小化。它鼓勵收集、處理、再循環、再利用電氣電子設備報廢品，以減少廢物排放，規定制造商負責大部分此類活動的費用。此外，還尋求改善電氣電子設備生命周期中所涉及到的所有人員的環境條件[21]。

3 對策與展望

農業物聯網是一個龐大的系統工程，工作涉及面廣，資源整合和共享問題突出，要強化頂層設計，制訂戰略規劃，全面合理布局，減少資源浪費。建議政府部門制定相關的信息產業政策、法規和標準，開展專項的規劃和研究工作，鼓勵農業物聯網技術的示范轉化，建立部門聯動機制，為農業物聯網的發展創造良好的環境[22]。

大力推進技術研發、成果轉化和推廣應用過程中的關鍵技術研究，積極消化吸收國際先進經驗，研發高可靠性、低成本、適應惡劣環境的農業資源、環境、作物生長動態信息獲取傳感器和動物行為信息傳感器，研究與開發微小型傳感器能源自激供給和節能控制技術，引進云計算和大數據等新型數據存儲與處理技術，為農業物聯網技術產品的系統集成和大規模應用提供技術支撐。

組織有關專家、學者對農業物聯網的基礎性和通用性的標準進行研究，盡快制定適用于農業生產實際需要的物聯網標準。研究和制定農用傳感器和標識設備功能、性能、接口標準，田間數據傳輸通訊協議標準，農業多源數據融合分析處理標準，農業物聯網實施規范等，以標準化指導推動我國農業物聯網的整體發展和規模應用。

探索建立農業物聯網運行機制和應用模式，創建政府主導、多方參與、市場運作、合作共贏的農業物聯網應用可持續發展模式。針對應用目的單一、使用時間具有季節性、使用地點具有隨機性的“小需求”項目，開展應用研究和推廣，使更多的農民和企業直接感受到農業物聯網的應用效果和商業價值。培育農業物聯網龍頭企業，完善產業技術鏈，遵循需求牽引、技術驅動、因地制宜、突出實效的原則，在大田生產、設施園藝、畜禽水產養殖等領域開展規模化應用[23]。

通過加強核心技術和產品的自主研發，強化在感知、傳輸、應用過程中的安全管理。嚴格應用數據加密驗證機制，必要時可采用量子網絡進行數據傳輸，保證數據的真實性和個人信息的保密性，培養相關人員的安全意識和保密素質，并通過立法對涉及信息安全和數據泄露的人員進行追究和嚴懲，完善信息安全法制制度和社會道德評價體系，建立社會科技發展與法制倫理協調的合作發展機制[24]。

建立物聯網相關電子設備的綠色環保和廢物回收機制，嚴格按照國家電磁輻射的相關標準規定相關產品的頻譜和信號功率，通過增繳電子器件垃圾的環保稅，依據回收工作的質量標準進行設備商的資質評級，未達到資質評級的要強制退出政府采購供應等措施，提高生產商和使用者的綠色環保意識，使農業物聯網的電子設備的電磁輻射和環境污染降至最低。

建立農業物聯網人才培養機制，加快專業型和復合型技術人才的培養，提高技術創新和推廣應用能力。依托高等院校的辦學條件和師資隊伍，開辟物聯網領域和農業領域的交叉培養方向；聯合農產品生產企業和種養殖大戶，開展產學研結合，探索理論聯系實際的人才培養模式，加強對生產銷售一線技術人員的培訓。建立人才激勵機制，穩定和擴大人才隊伍，滿足農業物聯網發展的人才需求。

物聯網在我國農業中的應用正處于從示范走向推廣普及的瓶頸階段，今后相當長的一段時間內要推進物聯網技術在農業領域的規模化、標準化、產業化應用，促進農業物聯網的可持續發展。相信隨著政府部門的高度重視、科研機構的深入研究、生產企業的推廣應用，物聯網技術將會給我國農業發展帶來革命性的改變。

參考文獻

[1]

王保云.物聯網技術研究綜述[J].電子測量與儀器學報，2009，23（12）：1-7.

[2] 王光輝.我國物聯網產業發展態勢分析及建議[J].科技創新與生產力，2010（12）：32-34.

[3] 高建華.論物聯網技術在現代農業中的應用[J].電腦開發與應用，2012，25（11）：39-41.

[4] 葛文杰，趙春江.農業物聯網研究與應用現狀及發展對策研究[J].農業機械學報，2014，45（7）：222-230.

[5] 李奇峰，李瑾，馬晨，等.我國農業物聯網應用情況、存在問題及發展思路[J].農業經濟，2014（4）：115-116.

[6] 劉多.物聯網標準化進展[J].中興通訊技術，2012，18（2）：5-9.

[7] 陳燕英.農業物聯網在推廣應用中亟待解決的問題[J].四川農業與農機，2016（2）：8-9.

[8] 向緒友，周超，賀藝.農業物聯網應用推廣存在的問題和改進建議[J].湖南農業科學，2016（1）：81-85.

[9] 袁學國，朱軍.我國農業物聯網發展現狀、問題和對策[J].中國農村科技，2014（6）：60-63.

[10] 舒文瓊.物聯網示范應用紛紛上馬行業標準亟待建立[J].通信世界，2012（21）：29-30.

[11] 王智，高玲，劉勇，等.江蘇省農業物聯網發展問題分析及對策探究[J].江蘇農機化，2014（3）：47-48.

[12] 朱君茹，陳付龍，任秀梅，等.安徽農業物聯網發展現狀·問題及對策[J].安徽農業科學，2015，43（5）：327-331.

[13] 彭程.基于物聯網技術的智慧農業發展策略研究[J].西安郵電學院學報，2012，17（2）：94-98.

[14] 姜亦華.江蘇農業物聯網的興起及展望[J].江南論壇，2012（10）：20-22.

[15] 余欣榮.關于發展農業物聯網的幾點認識[J].中國科學院院刊，2013（6）：679-685.

[16] 張琛馳.對我國農業物聯網發展的思考[J].現代農業科技，2012（22）：341.

[17] 石立峰.物聯網發展如火如荼安全隱私問題難以避免[J].世界電信，2010（10）：57-59.

[18] 孟未來，路明祥，崔曉光，等.論物聯網技術在現代農業發展中的問題及建議[J].農業經濟，2016（3）：24-25.

[19] 李明，楊敬鋒.農業物聯網時代下的倫理問題思考[J].安徽農業科學，2012，40（22）：11504-11505.

[20] 任丹，趙鴻燕.物體即媒介：物聯網的傳播圖景與倫理困境[J].新聞前哨，2011（1）：28-30.

[21] 李軍，胡宗保.電子產品及電子器件綠色環保化[J].電子器件，2004，27（3）：538-542.

[22] 張長利，沈維政.物聯網在農業中的應用[J].東北農業大學學報，2011，42（5）：1-5.

[23] 孫忠富，杜克明，尹首一.物聯網發展趨勢與農業應用展望[J].農業網絡信息，2010（5）：5-8.

[24] 暴磊，張代遠，吳家寶.物聯網與隱私保護技術[J].電子科技，2010，23（7）：110-112.