农业物联网发展模式浅析

郑小芳，张钧媛

(华北计算技术研究所，北京 100083)

1.农业物联网概述

1.1 农业物联网基本概念

农业物联网就是物联网技术在农业生产、经营、管理和服务中的应用。具体来说，就是运用各类传感器、FRID、视觉采集终端等感知设备，广泛地采集大田种植、设施园艺、畜禽养殖、水产养殖、农产品物流等领域的现场信息;通过建立数据传输和格式转换方法，充分利用无线传感器网络、电信网和互联网等多种现代信息传输通道，实现农业信息的多尺度的可靠传输;最后将获取的海量农业信息进行融合、处理，并通过智能化操作终端实现农业的自动化生产、最优化控制、智能化管理、系统化物流、电子化交易，进而实现农业集约、高产、优质、高效、生态和安全的目标。

1.2 农业物联网发展现状

在物联网技术研究和产业规模上，我国农业物联网发展与国外发达国家存在着较大的差距。以欧美为代表的发达国家对农业物联网和田间环境监控的研究起步较早，在信息技术和大规模农业生产方面积累颇多，他们利用环境监测系统、气象和病虫害监测预警系统等，对农作物生产进行精细化管理和调控，节约了人力资源，提高了资源利用率，取得了较大成就。我国物联网技术进入农业领域始于20世纪90年代，目前在一些试点地区开展了农业物联网示范项目，取得了较大成效。在示范项目中通过利用各种物联网技术和部署各类应用系统，使农业科技人员和农民可以对农业生产进行精细化管理和控制，也可以随时随地的迅速获得各种科技信息、管理信息、市场供求信息、气象和土壤信息、作物和病虫害信息。但是我国农业存在耕地高度分散、生产规模小、时空变异大、量化和规模化程度差、稳定性和可控程度低等问题，导致物联网技术在农业生产中的应用规模小，技术水平相对低下，感知设备通用性不足，信息实时性不够和农场间信息割裂等问题。

目前，国家在政策层面加大了对农业物联网的扶持力度。2013年农业部公益性行业(农业)科研专项“基于信息技术的基层农技推广服务技术集成与示范”项目正式启动，并配套拨发了近2 000万元人民币的项目启动资金。该项目由中国农科院信息所主持研发，是针对我国基层农技推广和现代农业产业技术体系的现状和实际需求，利用3G、物联网等现代信息技术在信息传输和处理上的移动、实时、定位和视频交互等优势，开发的具有农技咨询、市场行情、农技培训、动态调度等功能的信息化平台。项目将为广大基层农技服务人员配备笔记本电脑、Pad、智能手机等无线终端，在后台农业专家的支持下，随时在田间地头为农民答疑解难，同时，该项目也使农技推广服务中心等政府部门能够及时掌握农技员的工作动态，以便及时安排任务调度。2014年，中央一号文件第11点推进农业创新中明确指出:加强以分子育种为重点的基础研究和生物技术开发，建设以农业物联网和精准装备为重点的农业全程信息化和机械化技术体系，推进以设施农业和农产品精深加工为重点的新兴产业技术研发，组织重大农业科技攻关。在物联网标准体系建设工作方面，农业部于2011年研究并报请国家标准化管理委员会同意，成立了国家农业物联网行业应用标准工作组，研制物联网在农业领域的应用标准。

2 农业物联网发展模式

农业物联网的应用前景十分广阔，具有重要的推广价值。但是，考虑到目前的研发能力和尚存的一些难题，农业物联网真正能够大规模投入使用并达到预期效果，需要产业内各个要素方积极努力，继续推动技术向前发展，寻求新型的商业模式和引入先进的管理模式。因此，在农业物联网推广普及过程中，发展模式将成为一个主要的制约因素，直接决定未来农业物联网的规模化应用和现代化水平。发展模式的研究将结合我国的实际情况，分别探讨农业物联网的技术模式、商业模式和管理模式三个方面。应该指出，三种模式是一个有机的统一体，彼此之间相互作用、相互影响。

2.1 技术模式

在ITU的模型中，物联网的体系架构分为三个主要层次:底层是用来感知数据的感知层，第二层是数据传输的网络层，最上面的是提供服务的应用层。农业物联网和通用物联网一样，也由感知层、网络层和应用层构成，本节将对农业物联网三层结构的研究内容、关键技术和发展趋势进行介绍。

2.1.1 感知层

感知层主要由各类传感器等数据采集设备，以及数据接入到网关之前的传感器网络组成。例如，RFID标签和用来识别RFID信息的扫描仪、视频采集的摄像头、各种传感器及由近距离传输技术组成的无线传感器网络和接入单元等。感知层是物联网发展和应用的基础，RFID技术、传感和控制技术、近距离无线通信和自组织网络等是感知层涉及的主要技术。感知层是实现物联网全面感知的核心能力，是物联网中包括关键技术、标准化方面、产业化方面亟待突破的部分，关键在于具备更精确、更全面的感知能力。传感层中每个传感节点都是一个微型的嵌入式系统，除了要进行本地信息收集和数据处理外，还要对其他节点转发来的数据进行存储、管理、融合以及转发等处理。目前，对感知层的研究主要集中在感知节点的微型化、便携化、低功耗和多参数采集方面。

2.1.2 网络层

网络层的信息传输承载子层主要实现传感与服务数据信息的传输、寻址与交换等功能，服务支撑子层主要实现感知数据的存储、处理与分析，以及服务控制与管理等功能。网络层以覆盖广泛的移动通信网为其实现的基础，是物联网三个分层中，标准化程度最高、产业能力最强、最成熟的部分，其关键在于为物联网应用特征进行优化和改进，形成协同感知的网络。

2.1.3 应用层

应用层利用经过分析处理的感知数据，为用户提供丰富的特定服务，针对农业应用的物联网的个性化特征就主要集中在应用层。应用层的中间件是为物联网应用提供基础的公共服务能力的平台系统。当今国内农业生产管理方式落后、生产效率低下，食品安全问题凸显、生态环境破坏严重。农业物联网企业为了解决以上问题，开发了智能化农场管理平台和绿色履历追溯平台两大平台系统，并进行了相关产品的应用推广，这里对这两个平台进行简单的介绍。

智能化农场管理平台具有以下一些功能:一是生产过程管理，即对生产过程进行精细化管理，使各项环境指标符合农作物生长需求，使农产品达到绿色、健康标准，提高产量;二是农业生态环境管理，即对土壤、大气、水质、气象、灾害等农业生产生态环境进行监控，及时有效地上报异常情况，预报自然灾害，降低农业生产中可能发生的风险;三是农业资源管理，即对农用土地资源、水资源和生产资料进行统一管理和合理调度，提高各项资源的利用率，使投入产出比最大化;四是农业装备与设施管理，即完成农业机械、装备、设施的工况监测、远程诊断和服务调度，保证生产进度。

绿色履历追溯平台主要目的是保障农产品与食品安全，即利用物联网技术，通过建立产地环境，产后、贮藏加工、物流运输、供应链的可追溯系统，实现对农产品的高效可靠识别和对生产、加工环境的监测，形成全产业链的监管，保证食品安全。

目前，各个物联网企业在这些方面都有一些相关的产品，或是综合以上各个功能的综合性信息系统。但是各家的信息系统缺乏统一标准，很难完成监控产品、器件的随意更换和选型。因此，在应用市场上有统一接口和信息传送标准的需求。

2.1.4 技术发展趋势

目前，物联网在各个行业的应用中都融合了或多或少的行业特色，其发展明显受到行业发展需求的牵引。物联网在农业中的应用也同样具有特有的行业特色，表一为有关机构对农业物联网关键技术发展趋势的预测，这也可能成为我们进行技术创新和技术突破的方向。

表1 农业物联网关键技术发展趋势预测

2.2 商业模式

目前对农业物联网的研究主要集中在技术层面，对企业商业化运作研究尚未系统地展开。即使有对商业模式的研究，也都是偏理论体系和基本架构的。本节将介绍通用商业模式的内容和形成机理，并分析适合农业物联网的商业模式类型。

2.2.1 商业模式的内容

企业商业模式由价值定位、价值构造、价值传递和价值获取四个部分构成。

价值定位是指企业基于技术而提供给用户的价值，明确了企业为用户创造何种价值，这种价值可以是功能性的，也可以是虚拟价值。

价值构造是指企业开发技术和产品的方式，说明了企业如何创造用户的价值。创造价值的方式可以是外生性的、内生性的，也可以是两者结合的。外生性是依靠外部的技术力量，通过和优秀的合作伙伴合作创造价值。内生性就是主要依靠自己，采用自主开发进行技术积累。

价值传递是企业开拓目标市场的方式，诠释了企业如何将价值传递给用户。价值传递可以采取合作型，也可以采取直销型。合作性不是采用传统的卖产品方式，而是与技术产品需求方合作，以互利共赢的方式让用户接受产品。直销型策略的特点是摒弃中间环节，降低产品成本，减少利润流失，但是业务活动范围由生产扩展到销售，对企业的固定设备、人力资本投入增加，对企业综合业务能力要求大大提高。

价值获取是企业如何从创造的价值中获得收益。分为共同分享和单独分享两种。共同分享指参与合作各方分享由合作带来的利润。单独享有是因为企业构筑了从技术、生产一直到最终用户的一条封闭的价值循环，其独立性决定了价值获取由企业完全占有。

2.2.2 商业模式的形成机理

企业商业模式的形成与以下几方面有关。一是战略动机，它是商业模式的指引，决定商业模式的方向;二是企业资源，它是商业模式形成的基础。不论采用哪种商业模式，企业都需要考虑如何更好地使用现有资源或寻求更多的资源来实现商业目标。三是产业环境，它是商业模式形成的条件，企业或顺应产业环境，或改造环境以适合自己发展。

三者共同作用，使企业形成不同的商业模式。战略动机明确了顾客价值和企业价值进而确定价值定位，企业资源和产业环境决定价值构造和价值传递的方式，三者共同决定价值获取的占有方式。

2.2.3 农业物联网商业模式建议

当前我国农业产业环境面临食品安全无保障、产业链不完善、生态环境破坏等问题，从事农业物联网的企业应以国家战略发展、食品安全、粮食安全，生态环境保护为己任，结合自身资源和发展需求，通过开展适合自己的商业活动，使国家、消费者、企业本身多方收益。

目前我国从事农业物联网的企业大多面临自身技术积累不足，缺少资金支持等问题，这里建议企业在技术积累上和科研机构或外部企业进行合作，以缩短技术积累时间;在资金投入上和外部企业进行合资或是争取政府先期投资，以减少资金投入风险;在项目建设上积极建立示范工程，以提升自身品牌效应;在后期利润分配上，与参与合作各方分享由合作带来的利润。农业物联网企业通过对上述各方面的综合考量，最终形成最适合自己的商业模式，并通过这个有效的商业模式创造出有吸引力的价值，使产品为市场所接受。

2.3 管理模式

现代农业产业链是一种新型的产业组织方式，它是一个规模巨大、结构复杂的网状要素系统，贯通农业产前、产中和产后三大领域，包括各种农产品的物流链、信息链、价值链、组织链四大链条，链接产前、生产、加工、流通、消费五大环节。

未来农业的产业链管理，就是要在各个功能充分专业化细分的基础上，将各层次的链条连接成一个有机整体，并对其中的人、财、物、信息和技术等要素的流动进行组织、协调和控制，以提升整个产业链的价值，获取终端农产品的品牌溢价。

我国现代农业产业链的发展中虽然已开始有所斩获，但生产方式和组织形式还普遍延续着自给自足的传统农业形态，生产专业化、服务社会化、经营一体化的程度还较低。

从单个环节来看，除流通环节已初具现代农业的特征，生产加工环节仍然以单个农户或者小型农业企业为主，分散薄弱，规模较小。原有的全面经营的生产方式尚未完全打破，功能细化的各种社会化专业服务机构、成熟的现代农业产业链管理企业都尚未形成规模，有效整合的难度较大。

从整体上看，目前国内农业产业链主链的五大环节比较分散，缺乏衔接和约束，行业整体无序化程度较高，从生产到消费整个过程信息和价格传导机制不畅通。这一方面导致农产品质量无法控制，产业链任何环节的失察，都可能造成食品安全事故。另外一方面，单个农户不能准确把握和判断市场需求，在进入和退出壁垒都很低的情况下，整个农业生产的波动性很大，单个农户或小型农业企业承担着较高的风险，收益不稳定。因此，细化次链、整合主链是构造农业产业链的关键。

3 农业物联网发展建议

智慧农业在我国的发展起步较慢，受到的制约条件有很多，发展我国智慧农业还需要多方面的支持，这里提出以下几点建议:

(1)出台相应的扶持政策。对发展潜力大和优势明显的先进技术、重点企业和重点项目，采取贷款贴息等办法给予支持。

(2)建立战略联盟。推动形成一个紧密的战略联盟，加快建立一个具有结构张力、研发合力和快速反应能力的研发、转化、产业化体系。

(3)打造一支人才队伍。采取有效措施，促进物联网领域创新型人才和领军型人才的集聚，锻造一支覆盖基础理论研究、技术产业化和市场化运作的人才队伍。

(4)做强产业链条。全力抓好物联网的感知、传输和应用三大环节，突出重点企业作用，系统打造传感网技术研发、项目孵化、产业化及商业应用的完整产业链。

(5)做好试点规模推广。开展形式多样的智能农业应用示范工程建设，由点到面，促进物联网技术在农业产业中的商业化和规模化发展。

4 结语

物联网浪潮的来临，为现代农业发展创造了前所未有的机遇，改造传统农业、发展现代农业，迫切需要运用物联网技术实现对各种农业要素的“全面感知、可靠传输以及智能处理”。因此，对农业物联网相关课题展开研究具有重大的理论意义和应用价值，发展模式就是其中一项迫切而又重要的研究工作。因此，应尽快在分析农业物联网基本概念和发展现状的基础上，结合我国的实际国情对农业物联网发展模式当中涉及的技术模式、商业模式和管理模式展开分析和探讨。农业物联网发展模式的研究是一项庞大的系统工程，需要在政府的引导下，在相关企业的积极参与下，建立一个多方共赢的发展模式，为农业物联网的长远发展提供长效动力。

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