NB-IoT技术在智慧农业中的发展与运用

汪思远 白子毅 白瀑杨 宇于静

天津市高等学校大学生创新创业训练计划项目，《云Farmer——探索农产品销售新模式》，项目编号：202013898007。

摘要：二十一世纪以来，窄带物联网（NB-IoT）逐步走向大众视野，作为目前全球较为先进的物联网技术，其具有低功耗、低成本、连接范围广等特点，因此获得了科学界以及工商业界的认可与关注。由于数据的收集和上报是传统农业生产过程中最大的困难，无法及时将有效环境数据传输给农户，导致很多时候农户无法准确判断农作物的生长状态。但是2016年NB-IoT技术的发布为这种情况带来了改观，NB-IoT技术正适合于野外数据的采集以及对大量分散数据进行分析。

关键词：NB-IoT;农业;发展;运用

中图分类号：TP277;TP391.44;TN929.5文献标识码：A文章编号：1672-9129（2020）13-0117-01

基于NB-IoT的农业物联网正是计算机、互联网、低功耗广域网等信息技术在农业领域的高度集成和具体应用，方便了农业环境数据的收集与传输，加快了是农业信息化、智能化的发展。

1引言

在农业生态环境监测领域，美国、法国和日本等一些国家主要综合运用高科技手段构建先进农业生态环境坚持网络，通过利用先进的传感器感知技术、信息融合传输技术和互联网技术等建立覆盖全国的农业，其中我国NB-IoT产业在全球范围内处于领先地位，研制了地面监测站和遥感技术结合的监测系统，建立了农业部至各省、重点地县的农业生长环境监测网络系统等一批环境监测系统，实现对农业环境信息的实时监测。例如每年通过农业环境监测网络开展农业环境常规监测工作，获取监测数据10万多个，融合智能传感器技术的墒情监测系统已在贵阳、辽宁、黑龙江等省份进行推广应用。山东省则与2017年12月正式启动了窄带物联网的商用，根据统计，山东省建设了超过1万个窄带物联网基站，并广泛应用在农业环境监控、工业环境监控、智能交通等领域。

2NB-IoT对智慧农业的重大作用

2.1 NB-IoT在智慧农业中的意义。对于传统物联网技术有WiFi、蓝牙、ZigBee等技术，需要通过自组网的形势进行建设应用，功耗较大工程量大且成本高局限性较大，无法在农业应用中普及。近些年来，低功耗广域网的出现逐渐取代了传统落后的物联网技术，虽然解决了传统的高功耗高成本高的问题，但其仍然属于自组网技术，并且属于非授权物联网技术，没有相关的国际标准，但NB-IoT的重要性在于它是整个中国共用一张低功耗广域网，成本低、数据安全性高，运营商的参与建设降低了成本，有利于现代农业环境监测技术设备的搭建和农业规模化的发展。NB-IoT节点的应用不仅可以大大减少不必要的传统路由节点设置与组网设计，而且能够适应各种复杂环境并一定程度上减少外界对信号的干扰，适量地采集田间数据，为施肥、灌溉提供数据依据，达到了实时调整农作物的生长环境，同时提高了现代农业科学管理水平。

2.2智慧农业生产模式的调整。作为农业大国，以小规模劳作为主的传统农业依然是大多数农户的主要生产模式。由于传统农业生产规模小、组织化程度低，导致我国农业劳动生产率低下，作为已实现农业现代化的发达国家，美国、法国、德国的人均劳动力所负担耕地面积分别是我国的145倍、55倍、45倍，所以在2009年提出“感知中国”物联网发展战略以后，农业物联网的发展成为其重要分支之一。正由于农场耕作模式规模小、效率低、组织化程度低，而窄带物联网具有广覆盖、低功耗、成本低、支撑海量连接等特性，近几年来，物联网在农业生产中的应用逐渐普及例如：远程智能农业监控、农业环境数据采集、农作物种植远程操作等。在物联网快速普及于农业的同时，也遇到了许多不可避免的问题，例如：缺乏农业物联网创新能力，设备智能化水平低、缺乏农业专用传感器、农名信息观念落后、数据安全性不可靠等等。

不同于以往的农户操作，窄带物联网下农场生产作业环节更加省时高效，且节省人力资源，综合农场各类农作物种植环境监控、预期生产模型分析、农作物耕作精准调节为一体的农业生产智能化、自动化系统和平台。参照理想生态条件并结合自然实际情况调整灌溉、施肥次数以及时间，进行智能化生产。

在农作物绿色安全环节，构建相关模块，将农产品生产、加工等过程的各种相关数据信息、问题等进行集中存储，并能通过大数据系统进行查询、提取。

在人工管理方面，尤其针对人工生产环境较差的开垦区、生产集中点等区域。NB-IoT物联网模式广泛应用于农业数据采集、整合、分析。

2.3经营模式的调整。同时物联网、云计算等技术的应用更加有利于打破农业市场的局限性，NB-IoT技术通过设置二维码将所有农作物分类储存，通过扫描二维码则可获得所有有关该农作物的生产信息，农产品采购、农作物流通等数据将会得到有效的传递和分析，让购买者更加放心。在另一方面也帮助农户高效解决了农作物脱销、农产品过剩等问题，将云端种植、有机种植和土鸡养殖三大产业链有效结合，打造一条资源重复利用的生态循环链。种植基地也会依附当地自然环境，打造一座绿色生态的农家乐庄园供用户线下实体参观游乐，为客户提供更人性化服务。

3NB-IoT在农业应用中的问题

3.1行业利润低。尽管近年来NB-IoT被视为二十一世纪最具潜力的物联网技术，并在其提出到现在的四年来取得了可喜可贺的发展成果，但是正因为其跳跃发展过快导致其毛利润过低。而NB-IoT覆盖距离广、一点带多点等特点意味着它更依赖当下5G技术，需要更高的数据存储量、更快的数据传输速度，而5G高成本的基站建设费用阻拦了NB-IoT基站的建设以及推广。

3.2应用推广难度大。物联网在农业上的应用较为分散，而且目前来看，我们国家还未完全从传统农业蜕变到智慧农业，信息和技术是当前农业生产中最活跃的生产力，许多农业技术设施推广经费不足导致现代化信息设备无法配置，而且农民以及操作人员的专业素质更有待提高。只有尽快配置现代化基站等设备并加强农民以及相关操作人员专业素养，才能最大限度解决农民缺技术、少信息等难题，才能适应现代智慧农业的发展。

4总结

尽管当前NB-IoT在农业应用上的一些难题尚待解决，但今年随着5G牌照的发放，正式进入5G元年，5G具有Gbps以上超高带宽、毫秒级超低时延、以及高可靠等优势，充分利用5G蜂窝网络，还将带动超宽带、低时延物联网的发展，助推农业业数字化、信息化转型。基于NB-IoT的应用将在5G技术的支持下不断推动农业、农村的万物互联，而万物互联产生的大量数据将不断推动农业的数字化发展，并伴随着算法等技术的进步最终实现农业的智能化。

参考文献：

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