物联网技术惠及现代农业发展探析*

刘佩君（青海畜牧兽医职业技术学院信息工程系，西宁 812100）



·问题研究·

物联网技术惠及现代农业发展探析*

刘佩君
（青海畜牧兽医职业技术学院信息工程系，西宁 812100）

摘 要随着我国科学技术的不断进步，物联网技术在各领域的发展应用日趋成熟，已成为迅速崛起的战略性新兴产业与全新经济增长极，势必带动我国信息技术产业的第三次发展浪潮，如何将物联网技术更契合的应用于现代农业生产中是当前农业发展研究的重要课题。文章通过解析物联网技术的原理，分析了物联网技术在农业发展中的应用基础与发展趋势，明确提出当前我国农业物联网发展亟须攻克的关键性问题，并结合物联网技术提出相应发展策略。该文通过资料收集、理论分析、数据收集与整理等相关方法对物联网技术影响下的现代农业发展现状及未来方向做出了大胆的预测，研究发现:物联网技术在现代农业发展中的运用能够传递更多实时有效的信息，能够有效结合农业市场发展规律以调整发展政策与发展方向，促进我国农业实现可持续发展。

关键词物联网 现代农业 信息技术 传感器 射频识别

①数据来源:国家统计局2015年国民经济和社会发展统计公报。

0 引言

中国是拥有13.746 2亿人口的泱泱大国①，农业是国家的命脉，意义尤为突出，为老百姓“衣、食、住、行”等提供最基础保障。虽然在2014年，根据相关经济数据分析，中国农业在整个国民经济比重中占据的比例为9.2%，相比2013年预算的10%而言有着一定的差距。但是，农业在我国处于第一产的地位依然未受到影响。农业发展快慢与否是关系国计民生的头等大事，同时也是我国综合国力的集中体现。20世纪90年代，互联网技术兴起，海量信息处理与实时交互能力被应用在日常农业生产活动中，取得了可喜成果，如今，基于互联网技术的新一代物联网技术崛起并迅速发展，将物联网技术广泛应用于农业方面，必将对新一波农业经济增长发挥更大作用。物联网技术对催动我国传统农业转型升级、加快农业产业化进程、提升国际影响力均具有重要现实意义。该文主要针对我国现代农业发展现状，对物联网技术在农业领域中的运用进行探讨，并提出农业物联网未来发展方向。

1 物联网技术在农业领域的应用现状分析

1.1 传送农业信息

现代农业活动的顺利发展离不开相关信息的指导与支持，如天气预报已经成为一种重要的农业信息。物联网技术在现代农业中的运用是要尽量规避各种影响因素，保证为农民打造相对宽广的农业信息获取渠道，其信息内容包括天气预报、选种、选肥、防治病虫灾害等。目前东北部分区域农业发展中已经实现通过物联网技术将施肥测土等相关数据或者信息传递到农户手机或其他客户端；山东部分地区也利用物联网技术建立了“兽药真伪短信查询信息系统”，可让兽药经营者、养殖户能够积极参与到相关监督工作中。这种通过物联技术实现的信息传送能够保证农业生产效率的不断提升，并为电信运营商拓展业务。

1.2 保护农副食品安全

我国食品安全之所以容易爆发各种安全事故，其较为主要的原因就是整个生产、加工、销售等各个环节都缺乏有效的监管。加强对农产品产销环节的监管力度，在食品安全防护工作中引入物联网技术，可将食品安全隐患降到最低。通过物联网信息技术，有些行业已经建立有关食品安全追溯系统，例如对所有进入到农贸市场的猪肉进行电子芯片安装，对每一头生猪的生产、屠宰、零售或批发、运输等环节进行跟踪，即在各个猪肉终端销售点配置相应的电子溯源秤，人们购买期间能够在收银条上获悉该食品安全溯源码，凭借食品安全溯源码可对生猪的养殖场、屠宰场、质量检疫等相关信息进行查询，从而保障该肉品的安全性。

国外农产品安全溯源技术已经相对成熟，基本实现从原料到成品、从成品到原料100%双向追溯，可全程保障数据的安全性、精准性。一旦出现食品安全事故，监管部门可以第一时间查找事故发生环节，确定责任人，及时采取管控措施。20世纪90年代，德国、意大利、法国等6国就开始联合开展了IDEA项目，旨在运用瘤胃球、电子耳标、注射式应答机三种电子标识，为6国100余万头家畜建立“身份证”，其中，瘤胃球、电子耳标从家畜的养殖至屠杀全程，丢失率仅为0.2%，实现农场至屠宰厂的全过程追溯。美国也于2004年组织70多个机构、100多名专家，在全美开展了为期3年的“家畜身份标识计划”，旨在家畜疫情爆发的48小时内做出快速响应，将疫情控制在爆发点附近内，并及时确定所涉及农场、与农场有直接接触的企业。经过多年实践，国外已逐步形成体系，针对不同畜种指定不同的监控方案，并研究应用价格低廉、更为精准的RFID电子标签，实现了畜产品养殖全过程可控追溯。

1.3 控制现代农业智能化培育

现代农业在发展过程中较为突出的一个表现就是，控制智能化培育工作。利用物联网技术在农业园区进行生态信息无线传感器或其他智能控制系统安装能够实现对园区生态环境进行有效检测的目的，更好的掌握可能对园区环境造成影响的参数，结合这类参数出现的变化对保温系统、灌溉系统等基础设施建设加以调控，从而保证农作物有着相对良好的生长环境，保证产量能够得以提升、质量能够得以保证。

2 物联网技术应用于农业的发展趋势

2.1 农业资源的利用

欧美发达国家率先利用资源卫星网络，实时掌握本国土地资源实用情况，通过先进的信息传输手段，将结果发送至监测站，进入信息融合与决策系统，进行分析评测，最后对地理位置进行标定，形成方案，以帮助人们统筹规划区域内的农业生产工作。

经过多年试验研究，我国科研工作者利用GPS定位技术在粮食主产区进行标记划分，结合无线传感器技术，对区域内的农业资源信息，如:土壤温湿度、空气温湿度、光照强度、微量元素含量等信息进行采集；通过移动通信技术，将资源信息高速精准回传到服务器中，供科研人员提取利用；再通过地理信息系统 （GIS）对区域进行规划管理。目前，GPS定位技术结合信息采集技术的研究日趋成熟，己广泛应用于资源信息采集、智能优化培育、病虫害监测等方面研究，为精细农业所需的农田信息提供实时精准数据。例如:杭州电子科技大学的科研人员开发了“基于无线传感器网络的湿地水环境数据视频监测系统［1］”，其系统分为3层架构，主要工作原理是将整个湿地划分为若干个子分区，在子分区的水体进出口等重要部位安放各类传感器设备节点，并将这些节点连入分区内基于Zig Bee技术的局域网络中，采集子区域内水环境参数，如水温、PH值、DO值、COD值、电导率等多项参数，通过子分区内配置好的带Zig Bee网关与CDMA传输信道的数据基站，最终将数据参数实时传送至监测中心，以供调用，该系统实现了区域内水环境参数全天候监测，实时分析处理，水质变化异常实时报警，极大的增长了相关部门应急处突反应时间。农业部在2013年开始实施农业物联网区域试验工程，并组织上海、天津、安徽等地区开展试点工作，从而为全国农业物联网发展提供更多的经验指导。上海、天津及安徽等地在进行试点工作过程中获得了相应的成就，天津是水产养殖与农业物联网实验区域，上海则是农产品质量安全监管实验区域，安徽则是大田农产品物联网实验区域。

2.2 农业生态环境监测方面

运用科技手段开辟一条农业生态环境可持续发展道路，促进食品安全与生态环境协调发展，是近年来欧美等发达国家热衷研究的课题。先进的纳米传感器技术结合信息处理、传输与融合技术，建立起覆盖全国的环境监测网络，通过实时高分辨率的数据参数信息捕捉，实现了农业生态环境的全自动检测与预警。

英特尔研究小组与加州大学伯克利分校以及巴港大西洋大学的科学家运用了包括光、湿度、气压计、红外传感器、摄像头在内近10种传感器类型数百个节点组成的传感器网络，通过自组织无线网络将数据传输到数百英尺外的基站内，再通过互联网连入加州的服务器，实现了对敏感野生动物栖息地“0”入侵、“0”破坏实时全面的检测。

近年来，我国科研工作者通过技术攻关，研发了“墒情监测系统”，集合地面基站与卫星遥感互联技术，极大地缩减了人为采集信息的时长与工作量，广泛应用于农牧业、林业、地质等方面土壤温度测量与研究。大气环境与水环境监测系统的研发，实现了对大气环境与水环境中污染物的种类、浓度等环境参数的实时监测。通过观察、分析污染物变化及其对环境影响的测定，及时掌握环境变化，尽早做出反应。国内多个省市纷纷加大财政投入力度，开展无线传感网络监测基站的建设工作，为物联网技术应用于农业生态环境监测活动奠定基础。

2.3 农业生产精细化管理方面

智能农业则是利用温度、光照及湿度等不同的无线传感器来对农作物室内的湿度信号、温度、土壤温度、光照、土壤含水量、露点温度、叶面湿度等一系列环境参数进行有效采集，并且能够实现针对制定设备进行自动开启或者关闭的效果。在温室现场进行摄像头等一系列监控设备的布置对视频相关信号进行采集。用户利用手机或者电脑来对农业生产现场情况、湿度等数据进行观察与分析，并且对指定设备进行智能调节。通过采集得来的现场数据来为农业综合生态信息进行有效监测，对环境加以控制，从而为精细化管理奠定坚实的技术与理论基础。

例如在2013年某农垦区已经形成了将近170个现代农机装备区，从而让精准的农业技术在整个垦区内部都实现了推广与发展，并在示范基地上开展相应的农业定量遥感实验工作。示范区域内部的大田农作物产量提升到20%，其经济效益提升10%，农业成本降低将近10%，生产率提升到20%；养殖业经济效益提升到18%。相同产量条件不变下，通过使用先进农业技术加以生产的农业总成本降低到20%左右，选择的农药、化肥及灌溉用水量较之前减少30%，整个精细化管理工作取得了较为显著的成效。该垦区精细化管理效果如表1所示。

表1 某一农垦区通过物联网技术实现的精细化管理效果

中国农科院的专家针对我国农业产区分布广泛、区域环境差别大、农作物种类繁杂等特点，开发出一款远程数据采集与信息发布软件。软件采用MSVB.NET结合ASP.NET技术，基于B/S（Browser/Server）架构开发而成，通过GPRS无线通信技术进行传输，操作系统简化，通过浏览器显示无需安装程序，功能强大，即可实时浏览监测数据，也能对历史数据查询。其原理是将数字传感器分布安置于温室各需要监测部位并通过RS-485总线相连接，形成一个由数台计算机与众多传感器构成的温室监控网；同时在温室附近构建现场工作基站，通过GPRS无线通讯技术对众多温室监控网进行管理监控；收集到的各类作物生长数据统一由现场工作基站通过互联网发送至WEB数据服务器。

3 当前中国物联网农业发展的攻坚问题

通过国内外物联网农业的试验实施工作发现，物联网技术对未来农业发展起到举足轻重的作用。就目前物联网技术在农业中的应用，主要技术应用在感知层、传输层、应用层等3个层面 （图1），要实推广物联网技术全覆盖就要从这3个维度出发，多角度考虑问题。

图1 农业物联网发展前景

3.1 技术层面

3.1.1 感知层

2013年，农业部信息中心主任李昌健在中国物联网大会上指出:“农业专用传感器的缺乏是我国农业物联网发展的瓶颈。目前我国农用传感器种类不到世界的10%，国产化率低、缺乏市场规模效应。在覆盖面、适用性等方面还有很大提升空间［2］。”因此，我国还需加强科技研发力度，重视新产品的开发，扶持拥有自主知识产权的创新企业，增强科技竞争力。明确研发方向，以世界先进传感器技术为目标，以适应市场发展潮流为目的，站在战略高度，设计适应当前我国国情，基于不同农业资源、不同生态环境、不同生长状态的信息传感器与动物活动行为信息传感器；提高可靠性、适应力、同时降低成本、缩减能耗，突破科学技术瓶颈，研究开发如“纳米传感器”等微小型的能源自激供给与节能控制模式的传感器设备。

3.1.2 传输层

目前，我国物联网数据传输可靠性较差，数据收集不稳定，不足以满足我国农业生态环境特点与低功耗传感器的使用需求。我国在低功耗下的网络传输安全性、兼容性、抗干扰技术、自动动态组网技术等方面相比发达国家还存在很大差距［3］，网络传输连接前段数据采集与后端智能分析的最基本保障。因此，在不断开发更为先进实用的数据传输技术的同时，也应研究构建合理的物理层拓扑架构，针对我国各农业产区的不同环境等因素结合各品种农作物的生产、加工、储运等环节的特点，研究部署出更为贴合无线传感网络与信息处理平台全维度空间模型，实现高效环保、绿色节能、全时段全覆盖的农业物联网体系。

3.1.3 应用层

近年来，我国在不断加大物联网基础设施架构的研究投入的同时，也暴露出网络应用模式研究滞后的短板，这与当前农业物联网的应用推广需求相矛盾。［4］因此，通信应用的集成兼容是农业物联网应用层信息联通的头等问题。还需研发更加完善的信息融合与优化处理技术。如:信息融合模型，多模态数据挖掘与聚类方法，融合信息中特征数据的提取方法等［5］。

3.2 缺乏基础投入

物联网在我国农业发展中的运用起步较晚，前期的开发投资、观念引入、大规模基础网络及系统软件的搭建工作都需要投入较多的成本。目前所用的物联网技术不断增加的成本要高于农产品所具有的经济效益，而且物联网示范区内大都集中在农业发展水平相对较高的区域，例如有机瓜果培训、高档花卉等。农业物联网的不断发展与普及需要有关部门做好农村信息产业基础建设工作；并建立农业物联网统一有效机构，对于农业物联网建设的相关信息，要能够由卫生、工商、农业及交通部门实施统一协调，让今后与农业物联网有关的信息能够按照统一的对话标准来进行，从而达到共享互用的目的。

3.3 物联网农业应用标准没有得到相应的重视

造成我国农业物联网发展工作难以顺利进行的主要障碍就是缺失标准，农业物联网作为系统的一个工程，属于集信息处理、传感器、无线通信、控制、网络等多种技术综合发展的一种服务系统，较传统的农业的封闭性、内在性存在一定的差距，所以其发展要能够包括各级单位或者部门，并且要能够遵守共同的协议或者规则来实现协调发展与互相链接，从而保证整个产业及其服务能够实现循序渐进发展。但是，我国农业物联网发展中依然没有形成统一的标准体系。

4 我国农业物联网发展前景分析

农业物联网技术的不断发展与完善属于现代农业发展过程中的高新技产物，一方面具有受益面广、人力投入少及公益性等强势，另一方面也表现出单位投入大、基础薄弱等劣势。农业物联网技术在未来发展中要想获得更大的竞争优势，政府有关部门就要能够做好政策支持工作，通过统筹规划、优先考虑，加以重点扶持。政府在农业物联网技术建设过程中发挥着较为重要的功效，需要对农业物联网技术进行大力宣传，并组织农业专家与物联网技术专家对该项技术的发展与运用进行更深层次的探索与研究，从而研发出满足我国农业发展要求的物联网信息技术。

为了能够从根本不上实现我国农业生产达到标准化、专业化、集约化、规模化及服务社会化的阶段性目标，有关部门还要不断引导农民组织合作性质的经济组织，不断发展农业龙头企业，进行品牌创新，不断延伸农业发展产业链。政府应对使用农业物联网技术实现发展的企业给予减免税收或者补助，做好企业扶持、自主品牌研发及宣传工作。

参考文献

［1］ 蒋鹏.基于无线传感器网络的湿地水环境数据视频监测系统.传感技术学报，2009，02:244～248

［2］ 乔金亮.物联网如何和农业更好地结合.营销界 （农资与市场），2013，24:64～65

［3］ 唐珂.国外农业物联网技术发展及对我国的启示.中国科学院院刊，2013，06:700～707

［4］ 王圣伟，刘刚，冯娟，等.基于消息转发模式的农业物联网应用层云计算集成研究.中国农业大学学报，2013.08.15

［5］ 何勇，聂鹏程，刘飞.农业物联网与传感仪器研究进展.农业机械学报，2013，10:216～226

［6］ 陶红军，陈体珠.农业区划理论和实践研究文献综述.中国农业资源与区划，2014，35（02）:59～66

［7］ 冯佺光.中国山地农业资源人地结构属性及其功能区划的理论框架简论.中国农业资源与区划，2013，34（03）:1～9

［8］ 秦怀斌，李道亮，郭理.农业物联网的发展及关键技术应用进展.农机化研究，2014，04:246～248，252

［9］ 葛文杰，赵春江.农业物联网研究与应用现状及发展对策研究.农业机械学报，2014，07:222～230，277

［10］ 余欣荣.关于发展农业物联网的几点认识.中国科学院院刊，2013，06:679～685

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）

中图分类号：TP393；F303.3；F323.3

文献标识码：A

文章编号：1005-9121［2016］02-0066-06

doi:10.7621/cjarrp.1005-9121.20160210

收稿日期：2015-04-03

作者简介：刘佩君 （1981—），男，青海西宁人，讲师。研究方向:农业信息化。Email:liupeijun177246@163.com

*资助项目：青海省科技厅重点科技攻关项目“青海省特色农业育种及其综合配套技术研究”（2008-N-117）