发展农业物联网加速农业现代化

赵龙中

发展农业物联网加速农业现代化

赵龙中

你只要有部（台）智能手机、平板电脑，安装一个终端软件，无论在家里，还是上班路上，打开手机或电脑，就可以像玩“开心农场”一样照看你的菜园，还能第一时间吃到新鲜蔬菜。这是现代物联网技术在农业领域应用的一种情景。

1 我国农业物联网现状

充分利用物联网技术发展现代农业，已成为当今世界各国农业发展的热点之一。我国农业正处于传统农业向现代农业的转型时期，全面实现这一新技术体系的转变，物联网技术将发挥独特而重要的作用，也为现代农业的发展提供了前所未有的机遇。农业物联网技术是将大量的传感器节点构成监控网络，通过各种传感器采集信息，以帮助农民及时发现问题，并且准确地确定发生问题的位置，这样农业将逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式，从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备。

截至2014年6月，我国共筛选出310项农业物联网成果，包括148个硬件设备、80个软件系统、39个应用模式、43个市场化解决方案与典型案例，涉及农作物设施农业、“四情”监测、畜禽水产养殖、农机作业调度、农产品质量安全等行业和领域。目前，北京、黑龙江、江苏、天津、上海、安徽、内蒙古、新疆等8个省（区、市）承担的国家物联网应用示范工程和农业物联网区域试验工程已先后启动实施，并取得了阶段性成果。[1]

2 农业物联网架构体系

农业物联网主要有感知层、传输层和应用层等三个体系构成，如图1所示[2]。

图1 农业物联网总体框架图

2.1 物联网感知层

该层的主要任务是将现实世界农业生产的各种物理量通过技术手段，将其转化为可供处理的数字化信息。其涉及的技术有：二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、终端、传感器网络等。

2.2 物联网传输层

该层的主要任务是将采集到的数字化农业信息，通过各种网络技术进行传输。传输层是农业物联网的神经中枢，是农业信息传递和处理的中心。其涉及的技术包括有线网络、无线网络、通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。

2.3 物联网应用层

该层的核心功能围绕两个方面：一是“数据”，应用层需要完成数据的管理与处理；二是“应用”，应用层需要将这些数据与现代农业生产相结合。应用层可以为用户提供具体服务，与我们的关系最紧密，因此应用层的未来发展潜力很大。

3 农业物联网的应用领域

通过农业物联网技术的推广，设施蔬菜化肥施用量减少15%，节水20%，蔬菜单位面积产量提高30%，大幅降低劳动强度；能有效提高畜禽养殖场管理水平，减少畜禽养殖场35%用工量，畜禽成活率提高5%以上，产量增加15%，经济效益增加10%以上，劳动生产率提高1倍；温室大棚实现综合节能30%，节省劳动力成本50%以上。[3]

3.1 设施农业

大棚控制系统中，运用物联网系统的温度传感器、湿度传感器、pH值传感器、光传感器、CO2传感器等设备，检测环境中的温度、相对湿度、pH值、光照强度、土壤养分、CO2浓度等物理量参数，通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，保证农作物有一个良好、适宜的生长环境。随着远程控制技术的发展，技术人员在办公室就能对多个大棚的生产环境进行监测，并根据作物生长的最佳条件为温室进行精准调控，达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。如图2[4]、3所示。

图2 设施农业模型

图3 种植智能化控制应用

3.2 畜禽水产养殖

在养殖场安装环境监控、牲畜或水产品生长全程监控、温室环境监控、专家服务系统、智能化管理服务、视频监控、企业远程管理服务等物联网技术装备，管理人员即使出差在外，每天都可以通过手机了解养殖场养殖情况，适时调控养殖场喂料给水、通风增氧等。如图4所示。

图4 养殖智能化控制应用

3.3 远程监测与控制管理

基于物联网技术的农业在线监测与控制系统，集成了设施环境实时采集、视频监控、环境参数智能优化、病虫害辅助诊断等功能，可以为农业生产管理和决策提供帮助。

通俗地讲，这个系统在农作物大棚内安装有空气温湿度、土壤水分等传感器，并通过互联网与管理者的终端（电脑、手机等）实现实时连接。大棚里的温度、湿度、土壤水分含量等数据，甚至现场实时画面，都能通过网络传到用户的终端上。监测到异常环境，比如下雨，或者大棚内的温度超过植物正常生长的上限或下限，系统都会主动向用户发出短信警告。平时，用户也可以方便地了解农作物生长环境数据，及时做出调整。如图5所示。

图5 手机远程监测与控制管理

3.4 农产品质量安全追溯

农产品质量安全管理以农业企业档案数据为基础，围绕“生产、库存、销售”三条主线，对农产品的生产环境、生产活动、销售状况实施电子化管理。信息化、智能化、可视化等是基于物联网的物流运输管理的特征，采用最新的红外、激光、无线、编码、识别、定位、传感器、RFID等高新技术，实现物流运输安全。

为了使消费者充分了解农产品的种源情况、生产基地环境质量、生产操作过程、用料用药情况、加工销售过程等各个环节，结合目前先进的条码技术对农产品的流通进行编码，从而实现农产品安全生产全程追溯管理。

通过安全的RFID标签，可实现对供应市场农产品的溯源，对蔬菜的种植、用药、采摘、检验、运输、加工等各环节进行全过程监管，可快速、准确地确认供给农产品的来源和合法性，加快了查验速度和效率，提高了查验的准确性。如图6所示。

图6 农产品安全追溯流程[5]

3.5 农机作业质量监控与调度指挥系统（农机通——农业机械远程控制管理服务系统）

在拖拉机、联合收割机上安装农机监管系统终端，通过农机作业计量终端、作业视频终端、数据接收服务器和客户端软件，可实现对农机作业的实时定位、视频远程监控、农机作业精确计算、费用自动核算、农机作业进度自动汇报。提高了农机作业效率，也提升了农业生产管理的信息化、智能化和科学化水平，在“三夏”农机作业中可实现跨区调度指挥。

4 应用案例

4.1 案例1

位于浙江省杭州市余杭区良渚镇新港村的 “智慧农场”示范基地，面积58.7 hm2，首期拿出4.7 hm2做“智慧农场”，有30来个大棚，将种植西红柿、松花菜、水果型黄瓜、西瓜等蔬菜瓜果。每个大棚长40 m、宽8 m，分隔成48个单元，每个单元约5 m2。各单元会装上温湿度及土壤水分传感器、滴灌设备，连栋大棚还会装通风设备、照度传感器和摄像头。采集来的数据，将通过无线方式，传递到后台服务器处理终端分析比对，再传输给智能手机、平板电脑、计算机，并自动控制每一个监控区内的空调、风机、电磁阀的开启与关闭。[6]

平时，你进入手机远程终端平台，系统就会显示你种的是什么菜、生长周期；看到相关数据后，如果觉得水分不够了，触摸一下手机界面，给蔬菜浇浇水吧；如果想看到蔬菜瓜果最新长势，划一下屏，系统会将自动采集到的图片呈现给你。收获季节，“智慧农场”工作人员会通知你采摘时间，如果你想和其他菜农交换蔬菜等，系统还将开发物物置换功能，将你想要的蔬菜快递上门。都市白领如果想来“智慧农场”种菜，扫一下“二维码”，将客户端下载到手机，登录后你可以申请种植每个大棚中的一个或几个单元，付完一定费用后，在技术人员指导下，种上喜爱的蔬菜。

4.2 案例2

近年来，安徽省桐城市投入300多万元，建成了综合服务平台、指挥调度中心、水产养殖监控中心和8个应用示范点，覆盖了大田生产、设施蔬菜、肉鸡饲养、鳜鱼养殖、农作物育苗、苗木种植等生产领域。在市指挥调度中心的大屏幕上，通过视频监控系统，示范点的农作物“四情”、养殖环境参数都被自动检测出来，运用编好的程序进行数据处理、统计分析，最后进行远程控制，为政府决策、农业技术指导和生产经营提供了全方位的信息服务。

2014年，该市农业物联网综合服务平台已采集记录数据信息32种，指导生产者开展农业生产1 000次。据初步统计，建成运行的8个应用点中种植类增产12%，畜牧水产类增产9%，生产成本平均下降10%，综合效益平均提高25%。

5 结束语

总之，“农业物联网”通过无线网络、互联网、移动通信等各种通信网路交互传递，从而实现对世界的感知。作物在不同生长周期曾被“模糊”处理的问题，都由信息化智能监控系统实时定量“精确”把关，农民只需按个开关，就能种好菜、养好花，动物饲养实现远程诊断、自动调节生长环境、实时定量供食供水。“农业物联网”将成为推进农业现代化的“千里眼、顺风耳”。

[1]新华社.农业物联网助力设施农业精准高效[N].四川经济日报：2014-10-28（3）

[2]大唐移动物联网：智慧农业的普及和应用[EB/OL]. (2011-04-28)[2015-04-20]http://www.c114.net/m2m/2493/ a598611.html

[3]江苏省农业委员会,江苏省财政厅 .关于发布2014年全省农业重大技术推广计划的通知[EB/OL].（2014-3-18）[2015-04-20]http://www.jsagri.gov.cn/search/show. asp?id=604351

[4]南京物联.智慧农业Zibgee无线智能解决方案[EB/OL]. [2015-04-20]http://www.iot-online.com/xingyeyingyong/ sn/2011/1003/11971.html

[5]扬州市农产品质量安全追溯系统流程图[EB/OL].[2015-04-20]http://www.yzseed.com/news_view.asp?newsid=682

[6]潘一峰,刘伟.当物联网技术“嫁接”到农业中：农业现代化前景很美妙[N].杭州日报,2013-3-31（1）

作者信息：副校长、工程师，安徽省桐城市农机校，231400