物联网在兵团现代农业发展中的应用

杨琰军

(国家统计局兵团农八师调查队，新疆石河子832000)

物联网是继计算机和互联网之后人类面临的又一发展契机，被称为改变人类社会生活的技术之首。目前世界各国对物联网给寄予了高度的重视。奥巴马上台之后把物联网确立为新一轮国际竞争的战略关键点;在我国，温家宝总理2009年视察无锡物联网研究中心指出，尽快建立我国的“感应中国”的中心。自此，物联网被正式列为我国五大新兴战略性产业之一，次年并写入政府工作报告。

我国物联网的研究几乎是与国外发达国家相同步进行的。中国科学院中国科学院中国新农村信息化研究中心是较早开展物联网研究的科研单位，他们于2009年开始进行了大田农业的精准生产和管理系统的开发研究，基本实现了土壤信息的快速获取、大田资源苗情、墒情的实时监控、水肥药的自动浇灌、产量分布的自动测量、农资、农产品的可溯源、物流智能配送可追踪，改造了传统农业的产手段，推进了农业生产向精细化、生产手段智能化、经营网络扁平化、技术服务远程化的发展，指明了未来我国农业发展的方向。兵团农业经过几十年的快速发展，虽然农业综合机械化水平和节水灌溉技术走在全国的前列，但农业生产要素的利用效率、农产品物流网络和农产品的标准化水平与发达国家还有很大的差距，为了从根本上解决以上的问题，提高兵团农业的整体发展水平，本文试图运用物联网这一新的技术，从理论上构建物联网技术支持上的兵团农业生产运行体系，促进兵团农业现代化的快速发展，实现兵团农业的跨越式发展。

1 物联网的涵义、特征以及在兵团农业中的应用现状

1.1 物联网的涵义

物联网又称传感网，英文名称叫“Internet of Thing”，简称IOT，1999年在美国首次被提出，2005年在信息社会世界峰会上国际电信联盟(ITU)正式发布了物联网的概念。物联网是在计算机互联网基础上利用射频识别(RFID)技术、无线通信技术、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议把任何物品与互联网连接起来，进行物于物、人与物之间信息的交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监测和管理的一种网络。在这个网络中无需人工的干预就能实现物品间的交流。

1.2 物联网技术的简介

从技术架构上来看，物联网可分为三层:感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网识别物体、采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户(包括人、组织和其他系统)的接口，它与行业需求结合，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产能力水平，改善人与自然的关系。

与传统的互联网相比，物联网有鲜明的特征:首先，它是各种感知技术的广泛集成。物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性地采集环境信息，不断更新数据。其次，它是各种各种异构网络技术和网络协议的集成。物联网要将物体的信息实时准确地传递出去，在传输过程中为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。最后，物联网是各种信息加工、分析和处理技术的集成。物联网可以从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以满足用户的不同需求。

1.3 物联网技术在兵团农业中的应用现状

当前来看，物联网技术在兵团农业中的应用主要是指“智能农业”。1999年，面对激烈的国内外农业竞争，兵团提出了“智能化农业信息技术应用示范工程”，该项目以农八师石河子市为中心示范区，农一师、农二师、农六师、农七师等五个师为辐射区，建立了1个中心师范团、22个示范团场。十几年来，在兵团党委和有关部门的共同努力下，结合兵团农业规模化、现代化、集约化的特点，已经在兵团部分团场先后建立了基于Internet的开放分布式智能化农业专家网络、棉花综合管理专家系统、小麦综合管理专家系统和棉花病虫害诊断防治多媒体系统，它们分别为部分师局、团场和连队提供农作物和畜产品生产的专家技术信息服务、农业种植的优化方案、农作物生长和农业生产环境的实时监控，实现了精准播种、精准施肥、精准浇水、精准施药和精准收获。“智能农业”虽然代表未来农业的发展方向，也给兵团农业的发展给了很好的指导和启示的作用，但由于兵团团场基础网络建设相对落后、农户文化素质不高、技术人才和资金短缺，“智能农业”在兵团的推广速度相对很慢，当前只有在一些示范团场的部分区域得到了推广，大部分团场还没有得到推广，即使在一些推广的团场，也由于以上问题的存在，实施的效果也不尽理想，造成了人财物的浪费。

2 兵团农业发展存在的问题

经过几代兵团人的不懈努力，兵团农业得到了快速长足的发展，现已经处于我国领先水平。但需要引起注意的是随着兵团农业生产效率的不断提高，在传统的生产模式下，农业未来发展的空间越来越小，发展变得越来越难，进入了一个发展的瓶颈期。在这种情况下，就需要创新思维，改革传统的生产模式，建立新的生产模式。为此，本文从构建农业物联网的视角，分析当前兵团农业发展存在的一些不足，进而为构建兵团农业物联网提供参考。

2.1 农业生产要素的利用效率不高

农业生产要素的利用效率主要就是指土地、水和人力等要素的利用效率。不可否认，兵团农业生产要素的利用效率与我国整体水平相比还是具有一定的优势，特别是节水灌溉的推广使得农业用水的效率大大提高，但是如果考虑到兵团所处的自然环境和要素总量的约束，就会发现兵团农业在生产要素的利用效率方面还需不断的提高。在土地利用方面，张风丽，程刚等(2006)从投入强度、产出效果、利用程度、可持续利用4个层次构建了耕地集约利用评价指标体系，采用层次分析法确定各指标权重，对兵团近7年来耕地利用现状及动态变化趋势进行评价。结果表明，兵团耕地集约利用度总体呈上升趋势，但与最高利用水平仍有差距。在农业用水方面，兵团勘测规划设计研究院(2004)一项研究表明，兵团农业水利用系数0.452，水分生产效率为0.82kg/m3，虽然兵团农业用水利用系数高于全国平均值0.43，但与与发达国家相比，水分利用效率仍低。农业生产要素利用较低对生产要素相对匮乏的兵团来说不仅是生产要素资源的浪费，也是一种破坏性、不可持续性的利用，违背了现代农业生产的基本要求，也不利于兵团经济的健康发展。在农业用工方面，近年随着兵团人口的外流河老龄化程度的不断加重，兵团各行各业都不同程度出现了劳动力短缺的问题，严重的制约了兵团社会经济的发展。农业与其他产业相比作为一个弱质产业，劳动力短缺的程度更为严重。为此，兵团通过大力发展农业机械化，减小劳动力的缺口，虽然取得了一定的成效，但由于机械化普及的范围和实施的环节有限，在一些区域和特定的时间段劳动力短缺的问题依然较为突出，成为了长期制约兵团农业发展的一个因素。

2.2 农产品物流网络还不健全

得益于得天独厚的光热资源，兵团的农产品具有很高的品质，在国内外市场具有很强的竞争力。但由于相关政策缺失、信息网络建设不足、物流设备和储藏加工技术落后，无法形成健全的物流网络和农产品的溯源机制，无法形成自己的产品品牌，致使兵团的优质农产品很难进入国内外一些高端市场，大多流向产地附近的的一些小型低端市场，无法将产品品质优势转化为品牌优势和价值优势，农产品附加值普遍不高，农户收入受到影响，挫伤了农户进行农业生产投入的积极性。意识到这一问题之后，近年来兵团虽然加大了但农业物流体系建设的力度，但整体水平提高缓慢。具体表现为以下的几个方面:第一，各个地区物流网络建设的水平参差不齐。第二，物流网络的建设缺乏统一的规划，存在着重复建设的问题。

2.3 农业标准化体系还未建立

农业标准化在提高农产品质量安全水平、推进农产品质量认证、实施农产品市场出口、保障人民消费安全和调控农产品国际贸易等方面发挥着越来越重要的作用。我国加入WTO以后，对兵团农业的冲击是很明显的。由于兵团农业长期受“棉花经济”思想的影响，造成农业结构单一，特色不明显，抗风险能力弱。加之质量意识淡漠，缺乏叫得响的品牌，致使兵团农业竞争力弱。因此，为实施名牌战略，结合兵团农业结构调整，建立健全农业标准化体系，加快兵团农业标准化发展的步伐。

3 物联网技术在兵团现代农业发展中的应用

3.1 物联网在提高农业生产要素利用效率方面的应用

物联网技术在提高农业生产要素的利用效率方面已经运用较为广泛和成熟，主要是指智能农业，包括精准农业的应用、智能化专家管理系统、远程监测和遥感系统。智能农业是通过光照、温度、湿度等无线传感器，对农作物温室内的温度、湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、CO浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数进行实时采集，自动开启或者关闭指定设备(如远程控制浇灌、开关卷帘等)。同时在温室现场布置摄像头等监控设备，实时采集视频信号。用户通过电脑或3G手机，随时随地观察现场情况、查看现场温湿度等数据和控制远程智能调节指定设备。现场采集数据，一方面为农业综合生态信息自动监测、对环境进行自动控制和智能化管理，根据土壤的检测结果来选择适宜的农作物和与之匹配的其他生产要素提供科学依据。另一方面，智能化的管家系统适时的调整农作物水、肥、光、热等要素的供给，避免人工检测的劳动，节省了劳动，从整体上提高了农业生产要素的利用效率，实现了农业生产的精细化管理。对当前兵团农业的生产来说，这一技术具有重要的意义。针对兵团当前农业生产要素利用效率不高的问题，物联网可以适时的采集农作物的水、肥和土壤情况，远程控制和调节水、肥等要素的供给和选择种植适宜的作物，可以提高水、土地和生产要素的综合利用效率。

3.2 物联网在推进兵团农业标准化方面的应用

物联网在推进农业标准化方面的应用主要是指农产品的安全溯源系统，是一个从原料到终端用户全过程中各种相关信息进行记录存储的质量保障系统。当产品质量出现问题时，可通过产品的身份标识快速有效地查询到问题的环节，实施有效的措施。可追溯系统既是产品质量的追溯体系，也是产品质量过程控制体系。由于这一质量保障系统本身就是一系列生产、加工、包装和销售标准的集成，所以通过这一系统，可以大大的提高农产品的标准化水平。在此基础之上，结合新疆优质的农产品资源和丰富的自然资源，一方面，可以打造一些具有新疆特色的农产品品牌，打入国外高端农产品市场，提高农产品的附加值，带动兵团农业的发展。另一方面，物联网的可追溯系统也为农产品质量提供了强有力的保证，成功塑造兵团农产品品牌，增加农产品品牌的价值，为实现兵团农业“走出去”战略打下了坚实的基础。

3.3 物联网在完善兵团农产品物流中的应用研究

物联网在兵团农产品物流中的应用主要是指“三网合一”，即因特网、网、物联网及农产品物流信息网，通过对这三个网络的建设和整合，构筑农产品供应链管理新平台。通过因特网可以构筑在信息高速流转时代的技术平台。通过物联网，企业可以实现对每一种农产品的实时监控，对物流体系进行管理，不仅可对农产品在供应链中的流通过程进行监督和信息共享，还可对农产品在供应链各个环节的信息进行分析和预测。最后，要充分运用农产品物流信息网强化追溯、预警和信息发布，逐步建立起农产品质量安全综合管理信息平台。建立起一个“以生产技术档案为管理平台、以产品追溯条码为信息传递工具、以产品追溯标签为表现形式、以查询系统为市场服务手段”的农产品质量安全追溯系统。通过建立农产品质量安全追溯信息平台，逐步实现农产品质量信息可查询，质量安全可追溯，问题产品可召回。这既是企业针对新的市场形势的一种策略，同时也是农产品物流管理在高科技技术背景下的一次观念更新和对长远发展目标的锁定。

4 构建兵团物联网技术体系的准备措施

以上的分析可以得出，物联网在兵团农业生产的各个环节都有着相当广泛的应用，有很大的市场潜力。在种植初期，根据物联网分析实时的土壤信息来选择宜植的农作物;育秧阶段可实时查看温度湿度、土壤含水量等信息，可通过智能手机和电脑对各种设备进行远程控制;灌溉阶段，利用物联网技术，实现作物水分需求的实时监控，全方位掌握雨情、水情信息，为合理灌溉提供技术支持;在农产品的收获阶段，应用物联网可以实现对成熟农产品的准确定位，实时掌握各种收割设备的运行状况和位置信息，达到农机设备运行效率最大化，降低收获成本;农产品加工阶段，对绿色食品进行加工监控并对成品进行溯源管理;农作物运输阶段，可对车辆进行位置信息查询和位置监控，及时了解车辆内外情况和车内温湿度，保证在保质、保鲜的前提下将农产品运送到客户的手中。

4.1 建立政府主导的商业模式

任何一项新的技术做大做强，都必须有一个好的商业模式。目前，农业物联网应用主要有3种模式:运营企业做的示范性项目，由运营企业买单;农业主管部门推动的项目，由农业主管部门买单;一些有需求的大型农场为自己的物联网应用买单。三种模式各有特点，适用于不同的情况。对兵团来说，特殊的体制决定了政府在推广技术方面具有很强的组织动员能力，所以更加适合农业主管部门推动型的模式，由兵团政府出面组织动员各师所辖的团场参与其中，当然前期的投入就必须有兵团政府解决，这可能是构建农业物联网的问题之一。当然，前期的投入政府也可以和一些相关机构进行合作完成。比如，基础互联网的建设政府可以和通讯企业合作投入，等运营以后，通讯企业可以收取相应的通讯费用，回收企业前期的投入。另外，如技术的研发也可以通过这种方式进行，政府前期可以通过财政支持有研发实力的企业进行物联网相关技术的研发，降低企业研发的投资风险，不仅实现了农业技术的革新，同时带动了相关企业的发展，也促进了兵团农业的发展。

图1 物联网技术推广模式

4.2 大力引进技术人才

一项技术的革新，最终的落脚点都是人类智慧的结晶。农业物联网作为未来农业发展的主流模式，必须有大量技术人才的支撑。长期以来，兵团由于远离内陆，交通信息不够发达，信息产业的发展较为落后，信息技术人才相对短缺，不利于物联网技术的研发、推广和实践，必然成为制约物联网建设的一个主要因素。为此，就需要政府和企业在引进技术人才方面加大力度，建立起支撑物联网研发和推广的技术人才团队。

4.3 中央政府加大对兵团农业物联网建设的转移支付的力度

党政军企合一的兵团没有税收权，却承担着辖区和系统内社会事业的各项支出，事权和财权严重不相匹配，收支压力很大。因此，兵团农业物联网建设初期的投资只能依靠中央政府的转移支付，而不能寄希望于企业和团场农户。企业考虑到农业生产的弱质性和物联网前期投资的风险和规模，必然没有积极性进行此项投资，而农户由于经济实力的限制更不可能进行此项投资。

4.4 完善边远团场基础网络建设

物联网是一个基于互联网为载体的管理系统，互联网覆盖的范围决定着物联网覆盖的范围。为了在兵团农牧团场推广物联网技术服务体系，必须改变当前兵团部分边境、贫困团场基础网络无法覆盖的问题，为物联网的全覆盖建立强有力的物质基础保障。当然，这一工作必须有兵团政府和网络公司的合作完成，网络公司考虑到基础网络使用的效率和投资收益率，必然没有积极性在一些人口稀少、经济落后的边境团场进行基础网络建设投资，所以只能通过政府与网络公司的合作来完成，兵团政府通过在资金和政策方面给于网络公司一定的支持来促成这一工程的实施。

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