5G背景下物联网技术助推智慧农业建设模式研究——以中小林果种植企业为例*

孙鲁青，李 婧，郭公浦

（1.滨州学院 机电工程学院，山东 滨州 256600；2.中国联通有限公司滨州分公司，山东 滨州 256600；3.滨州市惠民县农业农村局，山东 滨州 256600）

2020年中国已正式进入5G商用元年。5G时代将“万物互联”的特性彻底释放，物联网等应用设备都将成熟落地并被实现普遍化商用，现代农业的自动化、信息化、智能化水平显著提升，为农业生产管理效率的提高、农产品质量和产量的提升等提供了巨大的帮助。

智慧农业是指在物联网、大数据等现代信息技术支撑下的农业生产模式，近年来以《全国农业现代化规划（2016-2020年）》和《中共中央国院关于实施乡村振兴战略的意见》为标志[1]，明确提出了把信息化作为农业现代化的制高点，以建设智慧农业为目标，着力加强农业信息基础设施建设，着力提升农业信息技术创新应用能力，着力完善农业信息服务体系，加快推进农业生产智能化、经营网络化、管理数据化、服务在线化，全面提高农业农村信息化水平，让广大农民群众在分享信息化发展成果上有更多获得感，为农业现代化取得明显进展和全面建成小康社会提供强大动力。因此探索新时代下智慧农业的建设和推广模式，对于转换农业发展方式、带动农业现代化进程、促进农民增产增收等方面起着重要的作用。

智慧林果业作为智慧农业的重要组成部分，以2013年8月第三届全国林业信息化工作会议的召开和国家林业局印发的《中国智慧林业发展指导意见》为标志，拉开了以促进林果业资源管理、生态系统构建、绿色产业发展等协同化推进，实现生态、经济、社会综合效益最大化为目的的林果业创新发展的大幕。

本文采用“以需求为导向”的思路与林果产业对接，一是通过高校物联网技术优势服务林果种植企业的案例经验和实施路径，依据农业可持续发展的相关理论搭建智慧林果业整体目标框架；二是依据技术创新理论搭建物联网体系实现框架；三是依据农业产业组织理论构建智慧农业发展模式框架，这对于丰富新视角下林果产业高质量发展研究具有较高的学术价值和较大的应用价值。

1 关于智慧农业的研究和发展现状

1.1 智慧农业发展的政策和理论研究

中国工程院院士汪懋华[2]从核心技术标准体系、治理数据基础、农业全产业应用等方面提出了建立农业高质量发展的智慧治理体系和创新发展的冷思考。中国工程院院士赵春江[3]分析农村信息化本质、内容、内涵之间关系，从突破理论、方法和共性关键技术等方面提出了建设智慧农业的五步策略。农业农村部规划设计研究院院长张辉[4]指出，要加强智慧农业理论、技术、装备研究及集成应用，统筹推进乡村信息化基础设施和智慧乡村建设。农业信息化重点实验室张国锋[5]从物联网升级、标准化引领、新技术落地及保障农业安全四个方面对智慧农业发展提出了建议。

1.2 部分省市的实践与探索

河北省按照统一标准、共建共享、互联互通原则，构建起资源数据中心、立体感知、智慧网站群一体化发展模式[6]。甘肃省采取弯道、换道超车，借势发展思路，建立了“一带一路”林业数据资源协同共享平台，在路线、机制和标准等方面取得了阶段性成果[7]。江苏省近年来创建了一批现代农业应用示范基地，依托物联网、人工智能技术涌现出“东山模式”“同里模式”“董浜模式”“阳澄湖模式”等典型[8]。浙江省余杭市通过农机装备数字化转型，培育数字化农技服务公司，为农业增效节本提供了“云保障”和“智慧脑”[9]。

1.3 典型发达国家智慧农业发展模式的启示

美国模式，即大规模经营及智能化精准农业模式，形成了农业资本相对充足且各类涉农资源高度市场化的智慧农业整体发展路径。日本模式，即集约化精耕智慧农业模式，采取工厂化生产与自动化生产协调发展，以补其农业资源供给缺乏的短板。法国模式，即规模自动化智慧农业模式，采用“以工哺农”方式，达成资本要素和人才要素的协同效应，提高土地生产效率和农户劳动生产的整体效率[10]。这些经验为研究适合中国国情的、具有中国特色智慧农业发展模式提供了良好的借鉴。

目前智慧农业研究的不足主要表现在：一是大多数聚焦在技术应用，但对于如何推动技术实施的机制和模式研究不够深入。二是研究领域细分化程度不够，对于林果种植业的研究案例少。三是研究对象侧重于示范型大企业，面向中小型企业以及个体农户的研究尚处空白。

2 智慧农业发展中亟待解决的突出问题

2.1 破解物联网、人工智能等技术无法在中小企业落地生根的窘境

中小林果种植企业是指区别于国家级高新示范园及依托大型企业建设的林果种植园，个人出资建设的林果种植园、农民合作社及相应的林果企业。

目前农业物联网工程仍然集中在资金、资源丰厚的大型企业中，而大多数中小型林果种植企业以及小农户依然采用传统的生产管理方式，其主要有物联网体系高投入、低产出，个性化需求无法满足，人员素质无法适应等原因。因此，研究如何以需求为导向真正实现降低人工成本和提高产出效益，是关系到智慧农业能否在中小企业开花结果的前提。

2.2 智慧农业要由过去的“面子工程”向“惠民工程”进行转变

随着5G网络商用的到来，依托5G技术的硬件和软件资源越来越丰富，成本不断降低，现代通信网络将实现更广阔范围内的高速数据传输成为可能。过去中小林企和个体农户存在思想认识上的偏见，认为智慧农业就是面子工程，自己不想用也不会用，依旧采取粗犷式生产模式，管理效率低。因此探讨如何将物联网、云计算等技术从过去资源相对集中的群体向更广泛的群体覆盖，形成以点带面、更具有一般通用性的发展模式，是关系到智慧农业从“离散化、示范化”向“连续化、共享化”转变的关键。

2.3 解决智慧农业建设过程中运行机制不畅的突出问题

目前政府、高校、农企、智慧农业提供商、网络运营商、农户普遍缺乏有效衔接机制，仅从各自角度出发获取利益，必须加强以大数据为纽带的沟通协作桥梁，建立合作共赢的长效运行模式。因此，利用系统论观点从各利益相关方的角度入手，分析过去各方单打独斗、形式主义严重的深层次原因，重点构建以多方参与的农业科技创新联盟为依托，完善以数据支撑为核心的林果产业链运行体系，真正实现政府管理、科研转化、农民增收等多元主体互惠互利的长效运行机制。

3 探索和实施政府、高校、企业、运营商“四位一体”的发展模式

本文以中小林果企业和林果产业为研究对象，围绕“构建什么-服务什么-带来什么”为主线展开研究，破解物联网、人工智能技术和大数据共享中存在的主要问题，积极探索适合中小林果种植业数字化、智慧化发展的新模式和实现路径，构建利益方“四位一体”的运行机制，如图1所示。主要包括以下3个方面的内容：

图1 中小林果种植企业智慧农业发展模式和实现路径

3.1 以高校服务中小林果企业数字化建设为例，提出了“以需求为导向”的智慧林果业建设方案

高校在服务中小型林果企业现代化发展过程中，要面向区域林果种植特点和实际发展需要，按照“低成本、高效率”的设计理念进行科研合作和成果转化，以滨州学院服务黄河三角洲林果高效发展为例，经过多项服务地方项目的实施，构建了包括“果蔬园区智能化管理系统、基于RFID的植株精准数据采集终端、水肥一体化智能灌溉系统”等拥有自主知识产权的物联网系统，助推部分中小林果种植企业获批市级农业现代示范园和山东省果树标准化种植基地，年人工成本减少60%，平均投入产出比达1：6.5，逐渐走出了一条“区域特色、落地生根”的智慧林果建设之路。

3.2 以点带面，以网络带数据，探索“大数据”支撑下的林果产业群高质量发展模式

智慧的驱动来源于数据，要在现有的基础上进一步发挥大数据的指导意义，探索政府管理数据平台、林果全产业链信息平台、消费者终端安全平台三者之间的有效衔接，探索如何对接高层次、高级别管理数据平台，打造服务下游林果加工业、消费者之间相互支撑的产业群，着力构建以5G网络下的物联网硬件为依托，以人工智能推动下的大数据为支撑，服务林果产业群的数字经济模式，挖掘数据的指导意义和增值效果，促进林果产业群的高质量发展，形成以典型示范带动应用普及的建设思路和发展策略。

3.3 促进成果转移转化，构建企业、高校、管理部门、运营商相协作的运行机制

要深入分析影响制约物联网建设和推广不畅的主要因素及原因，运用系统论观点，摆脱单兵作战的发展模式和形式主义思想，有效进行资源配置和优势发挥，明确各利益方、各环节在推动智慧农业实施中的作用。构建以企业需求为主导、高校科研为载体、政府管理部门为指导、网络运营商为支撑的“四位一体”运行机制，保障物联网、人工智能等数字化技术在中小型企业中落地生根，实现政府管理、科研转化、网络运营、农民增收等多元主体的互惠互利。

4 结论

从2016年开始，山东滨州学院聚焦中小林果种植业，通过科研合作和成果转化，研发了包括“果蔬园区智能化管理系统、基于RFID的植株精准数据采集终端、水肥一体化智能灌溉系统”等拥有自主知识产权的物联网系统，年人工成本减少60%，平均投入产出比达1：6.5，科技研发成果被较广泛的应用到区域的农业生产管理中，获得了较高的社会评价，逐渐走出了一条面向中小林果种植业的智慧林果建设之路。

（1）以“低成本、高效率”的建设思路，实现了农业物联网从过去的“高高在天”转变到“扎实落地”，推动实现了智慧林果业由“离散化”“示范化”向“连续化”“共享化”的产业升级转变和落地生根。

（2）通过探索“四位一体”的建设思路，归纳出一条适合中小农业企业，尤其是缺乏资金投入的企业如何抓住5G带给农业科技发展的机遇，集中资源配置，逐步迈向智慧农业的发展模式和实现路径。

（3）以滨州学院服务区域中小林果种植企业为例，开展了对物联网方案建设与模式策略有效性的检视研究，增强了研究的科学性，同时利用积累的数据丰富了研究内涵，研究效果具有较高的理论和实践推广价值。