天津市农业物联网现状及前景再认识

郭 佳

（北京邮电大学 计算机学院，北京 100876）

当今农业产业正面临资源短缺、生态恶化、劳力短缺、农产品质量安全压力等问题，需要大幅度提高土地产出率、劳动生产率、资源利用率，以保证提供优质安全健康的农产品。农业物联网的应用恰恰就是解决上述问题的最佳途径。2014年暑假，笔者参与了北京邮电大学计算机学院有关天津市农业物联网现状的调研活动，并考察了天津市农业物联网建设基地和现代农业示范园，对农业物联网产生了极大的兴趣。2015年寒假，笔者再次对天津市农业物联网建设的最新进展进行了深入调查研究，并拜访了天津市农村工作委员会市场信息处、信息中心负责人，就京津冀协同发展背景下的天津市现代都市型农业中的信息化发展进行了探讨。通过上述活动对农业物联网的概念和内涵有了更进一步的认识和理解，对天津市农业物联网产业发展的新进展、现阶段的制约因素和前景等有了更清晰的了解，认识到近年来天津农业生产物联网智能化控制与管理上取得了明显成效，形成了比较明确的产业应用思路，在农产品物流中心区建设、农业物联网产业发展上形成了大量调研成果，并拓展了物联网应用新领域。

1 农业物联网概念的再认识

1.1 农业物联网概念

概括讲农业物联网就是新一代信息技术在农业生产、经营、管理和服务上的高度集成和综合运用；具体讲就是指应用射频识别、传感、网络通信等技术，对农业生产经营过程涉及的内外部信号进行感知，并与互联网连接，实现农业信息的智能识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。是以人为主体，以机为手段，以物为对象的一个“人、机、物”有机结合体。

物联网并不等同于互联网，但其基于互联网而形成，互联网是物联网得以实现的重要组成部分。物联网从框架概念上呈现出三层结构，即感知层、传输层与应用层。在传统的大棚菜种植中，草毡的掀起和覆盖全靠手工，何时浇水、施肥、打药，全凭经验和感觉。如今，现代农民面对一台电脑，通过实时监控系统，只需按动开关，就能进行大棚蔬菜种植中的精准浇水、施肥、打药、温湿度调控，这就是现代化农业中的物联网在蔬菜种植中的真实写照。

1.2 农业物联网开发的目的

习近平总书记指出，农业物联网是农业生产方式变革的主要支撑，是现代农业发展的重要方向，要让农业物联网更好地促进生产、走进生产、造福百姓。从2009年温总理提出的“感知中国”概念使得中国物联网行业起步至今已5年有余，农业物联网也随之逐渐兴起。农业物联网是新一轮产业革命的重要方向和推动力量，是改变农业、惠及农民、改造农村的一种新力量。同时，加快发展农业物联网建设，是推进信息化与农业现代化深度融合、加快农业结构调整和转变农业发展方式的重要举措。进一步讲，农业信息化的发展，可以有效地提高农业产业化水平，快速推进现代化农业发展，提高生产效率、降低应用管理成本和带动农民增收。

1.3 新的信息技术

“云物移大智”即“云计算”、“物联网”、“移动互联”、“大数据”、“智能科学”。现今社会已经进入了一个信息化时代，而“云物移大智”作为信息化产业的几大巨头，其发展是相辅相成同步前进的。

2 天津市农业物联网新进展

2014年天津市的农业物联网建设走在了全国前列。一是在建设的顶层设计上理念先进。天津农业物联网是按照“有限目标、重点突破、形成产业”的思路，坚持信息技术、生物技术、工程技术有机结合，坚持研究开发、集成、示范、推广应用相结合，树立全要素、全过程、全系统“三全”。二是加快农业物联网平台建设，在应用上有突破。天津农业物联网平台服务功能得到提升，内容更加丰富，应用系统进一步加强，平台用户范围扩大，初步实现“可用”目标。三是整体推进农业物联网区试工程建设，在应用上有成效。农业物联网应用受到农民、企业、规模养殖场方方面面的欢迎，着手总结一系列成熟、可推广应用的模式，在智能化控制、重点产业整合、质量安全追溯、资源整合等方面培育典型，扩大应用规模，加快构建科学合理的物联网标准体系并建立“产、学、研、用”相结合的创新体系，使农业物联网建设持续发展。

（1）天津农业物联网平台得到了完善和提升。实现了25个基地传感数据的在线采集；完成了主流视频监控设备的接入；集成和移植“放心菜基地信息管理系统”、“市场价格监测预警系统”等应用系统；开发设施农业物联网通用管理系统、设施蔬菜智能识别与监测预警系统、农药监管系统等应用系统；开展了梦得奶牛数据管理系统、多兴农庄市民菜园远程监控和久玖养殖合作社养鱼自动饲喂控制系统等应用试点建设。

（2）农业物联网“三大工程”建设步伐加快。在农业生产物联网智能化监控与管理应用工程上向追求应用效果和提高应用水平上深化发展。建设核心试验基地20个，总面积超过1 000 hm2，涉及大田作物、设施蔬菜、种羊、种猪、肉牛、肉鸡、海水鱼、淡水鱼、南美白对虾等种类。同时，以大顺园林、梦得奶牛、博汇瑞康为代表的一批企业自主引进国外先进的物联网技术与设备，实现生产流程自动化、生产管理现代化。这些基地覆盖了天津市10个有农业区县和天津主要农业产业，突出了示范引导作用。在农产品质量安全追溯工程建设上强化综合监管功能，扩大应用基地规模。建立了农产品质量安全综合监管平台，放心菜基地信息管理系统已监管10个区县、50个乡镇和156个基地，实现了生产档案全程在线采集管理；畜产品质量安全监管平台实现了从动物养殖到出栏的全过程动态监管和可追溯；水产品质量安全管理平台对水产品养殖基地实现数据即时传递和反馈。

（3）农业物联网标准体系建设顺利实施。启动了天津市科技发展战略计划项目，摸清本地物联网基础产业的底牌，同时加紧制定农业物联网产业规划。开展了标准体系建设规划和顶层设计，明确了农业物联网发展的急需标准和重点标准。2014年共下达9个应用技术标准制定计划。

（4）农业物联网技术研发应用成果显现。在应用平台、传感器、通讯协议、网络管理、智能机器人等领域取得了许多科技成果，一批传感器研发与应用势头猛进，CAWS2000农田小气候六要素自动观测站开始量产，电力载波传感器、农田小气候观测仪等进入规模化应用；一批配套软件系统成熟应用，黄瓜辅助育种系统为科研育种提供支撑；建设了4个土壤墒情监测自动站，研发了土壤墒情预警系统和平台；天津梦得集团、生宝谷物种植农民专业合作社、海发珍品实业发展有限公司等一批应用主体逐步探索应用模式。有8个成果被选入《全国农业物联网产品展示与应用推介汇编2014》。

（5）农业物联网建设取得的明显成绩得到了农业部领导肯定。3月24日，农业部韩长赋部长在天津考察时认为，天津市在发展现代都市型农业、农业物联网建设等方面成绩显著。6月12日,农业部在天津市武清区举办了“全国农业物联网成果观摩交流活动”，农业部党组副书记、副部长余欣荣、副部长陈晓华出席，余欣荣副部长在讲话中说天津农业物联网建设走在了全国农业物联网建设前列。6月19日，时任中央政治局委员、天津市委书记的孙春兰祝贺农业物联网建设取得这么好的成绩。

3 农业物联网发展中的制约因素

虽然农业物联网发展迅速，但仍存在许多因素限制了其发展，下面分别从物联网的三层结构入手分析现今阶段物联网行业中仍然存在的制约因素。

（1）感知层。感知层作为农业物联网的基础，在现今使用中体现的问题主要有两点。其一是传感产品质量问题，现今农业物联网中的感知设备多为国产设备，一些传感器产品数据存在不稳定问题，其耐用性与国外相比一般不是很好，尤以水产养殖业中的水质在线监测装置最为明显，其探测设备就受水质的影响较大。其二是产品功能过于分散，农作物生长时需要监控的数据有很多，诸如土壤的温湿度、土壤含盐情况、空气的温湿度、空气中的二氧化碳含量、光照等，市场中各类产品功能基本都能涵盖，但难见多位一体的全功能设备，少数如“大棚空气、土壤温湿度、土壤盐分监测集成传感器”等有集成监测功能的设备使用成本较高，不适宜个体农户的使用，使得农户使用时复杂性上升。至今仍没有一台成熟的土壤养分（氮、磷、钾）传感设备产品。

（2）传输层。传输层作为农业物联网中最为重要的部分，其发展依托移动互联、大型网络组建等多个学科领域。然而现阶段虽然移动互联领域和整体型网络的构建技术在不断提高，但应用在农业物联网中的传输技术还是略显逊色。目前应用中多数使用的还是有线传输设备，如果在大范围的农业物联网监测系统中架设有线网络显然成本过高而且过于繁杂，所以希望下一步可以实现全面的无线通信连接。在现代无线通信方式中，蓝牙、Zigbee(紫蜂协议)、WLAN（无线局域网）等都属于短距离无线通信方式，可以满足低成本、低功耗的要求，然而其单体覆盖范围只有10～200 m半径，因此铺设用于设施大棚、水产养殖中尚可，但若想应用于数百上千亩的农田中显然有些不现实。相较于此，远距离无线通信近几年也是发展火热，其中新一代蜂窝无线通信技术3G技术更是使人类的生活有了很多的变化，其高速率的传输可以很好地支持大数据的传输，使农业设施监控中的全方位视频监控成为可能，但显而易见的是，目前的科技水准中3G通信仍属于高成本技术，不能完全满足农业物联网整体架设的需要。

（3）应用层。应用层是物联网中最直观的技术环节。通常选取整体平台化应用，这样可以减少不同平台不同软件的应用差异，降低使用难度，降低使用成本。现阶段天津市已经搭建了较为完善的农业物联网平台，可以接入前端采集的在线感知数据，利用云数据资源中心，实现农业信息服务资源的共享、存储与快速查询检索，并利用已经建立好的“农业专家系统”向使用者提供相关建议。但目前该平台在农业物联网的应用中其利用的资源比较少，尚待完善加强。“专家系统”不够细致准确，接入的感知数据不能得到最为有效地回馈，其最大的原因就在于各类农作物种类繁杂，而且农作物生长所依托的因素过于复杂，加之农业方面常常会涉及到天气等多变因素，很难做出准确实用的农作物生长条件模型。

4 农业物联网发展的趋势和前景

目前天津市农业物联网的发展呈现出了新的趋势，分别是由概念和项目型向应用产业型转变,由简单应用型向综合运用型转变。

（1）由概念向应用转变。这一点主要是体现在人们的认知上的转变。进入新世纪初，物联网就逐渐成为了各大院校争相设立的热门学科，也成为了各行业中企业发展的新方向。然而，在学校中，由于物联网学科刚刚引入不久，相关学科的设置与师资配置不很齐全，多数在学校中都会作为计算机等学科的边缘学科设置。而在农业物联网的相关企业之中，很多人看到了该行业的广阔发展前景和产业空间，同时政府在农业物联网的建设中也给予各企业和科研单位大力的支持，在多方的共同努力下农业物联网行业蒸蒸日上，但是在农业物联网理论知识与内容看似大踏步的迈进之下，实际应用中农业物联网行业的进步却有些“跟不上时代的步伐”，大部分都要以项目的形式启动和运行。在近两年的农业物联网发展中，各方面在参与方式与方向上都有了一定的转变，各高校中物联网学科的设置逐渐成熟，加强了与其他各学科领域的交叉，教学方式上也有了一定的改变。在企业与科研单位中，物联网逐渐从一个“好”的、“现代化”的“新兴”项目，向“真的起作用”的、“有实际应用效果”的产业发展。总的来说，一政府继续加大力度给予资金与政策的支持；二各高校加大综合性物联网人才的培养；三农业物联网相关的企业与科研单位自己对现有人才进行广泛而深度的培养，并在整个行业中发挥产业积极性，最终起到主体作用。这三个方面的广泛参与通力配合，将使得农业物联网行业在当今的发展过程中由概念、项目型向实际应用转变，还有就是能使使用单位在项目的实施过程中得到实惠，生产上提高效益，如天津市土壤肥料工作站在进行的初步探索中，在已进行的作物试验中，就起到了“三节两增”的效果，即“节水、节肥、省工、增产、增收”。

（2）由简单应用向综合应用发展。农业物联网的最终目的是提高生产效率，降低运营管理成本和带动农民增收，实际上其直接的目标就是降低人力成本和增强综合监控能力。现在的农业物联网实际应用中更多的是机械监控，出现异常时发出报告和预警给人，然后人再指挥机器去控制现场、开启相关设施设备、调整相应的物理因素如水分、气温和光照，实现水盐气热的自动监测、自动报警、人工控制。有的园区或单位还实现了作物实时监控和虫情监测预报。有的水产养殖场还做到了水质中pH值、水温、氧气浓度的实时监测，并可根据监测结果进行远程控制水质酸碱调节、自动增氧、自动投饵等，而且通过水底视频监控，掌握鱼虾的生长情况。这些都印证了农业物联网由简单应用向综合应用的发展。

总之，既要看到农业物联网发展的前景，摸清发展趋势，探索发展规律，还要深刻了解发展中的限制因素，在人才的培养和知识更新上、发展方向的细化上、智能控制系统的研发上、生命科学和智能监控相关研究上下功夫，这样才能使物联网在农业生产、经营、管理和服务中发挥更大更好的作用。