物联网：绘就设施农业崭新画卷

文|乔晓军 国家农业信息化工程技术研究中心国家农业智能装备工程技术研究中心

物联网：绘就设施农业崭新画卷

文|乔晓军 国家农业信息化工程技术研究中心国家农业智能装备工程技术研究中心

“物联网本身不应该成为我们关注的重点，我们应该更关心的是如何通过物联网实现对生产生活有用的业务和应用。”

——思科首席技术官王纪奎

我国是设施农业生产大国，从面积和产量来看，中国设施农业均位列世界第一。但是，设施农业大国并不意味着设施农业强国。虽然，我国设施农业面积占到全世界设施农业面积的80%以上，但是我国设施农业单产水平很低，仅为国外先进水平的1/4～1/3，设施农业产值与发达国家差距仍然较大。

物联网技术是现代信息技术的新生力量，是推动信息化与农业现代化融合的重要切入点，也是推动我国农业向“高产、优质、高效、生态、安全”发展的重要驱动力，是未来设施农业发展的主流方向，实现设施大国向设施强国的跨越，必须加快设施农业物联网应用。

物联网是设施农业发展战略制高点

我国设施农业大而不强的原因有多方面：

一是环境调控粗放，单产水平低。在我国设施蔬菜生产中，经常可以看到这样的管理现象：种植耐寒蔬菜，温室风口却没有打开；喜温蔬菜需要较高的温度，但管理工人却为自身舒适，把风口打开。粗放的水、肥、光、热管理，导致植物生长发育条件不适宜，势必会影响产量。根据实验对比，进行科学合理的温室环境调控，能够提高蔬菜产量30%～50%。

二是人均管理面积小，劳动强度大。我国设施农业机械、设备配套水平不高，机械化、智能化作业水平低，生产仍以人力为主，劳动强度大。与发达国家相比，我们人均管理设施农业的面积有很大的差距。

发展物联网技术是加快设施农业转型升级的利器。

1999年美国麻省理工学院建立了“自动识别中心（Auto-ID）”，提出“万物皆可通过网络互联”，阐明了物联网的基本含义：借助传感设备、互联网、移动通讯网联物（体），实现物与物、人与物、物与人之间的互连。

物联网产业链可细分为标识、感知、处理和信息传送4个环节，因此物联网每个环节主要涉及的关键技术包括：射频识别技术、传感器技术、传感器网络技术、网络通信技术等。农业物联网是将大量的传感器节点构成监控网络，通过各种传感器联通各种自动化、智能化、远程控制的生产设备，实现物与物、人与物、物与人之间的互连，为农作物提供良好的、适宜的生长环境，提高农业劳动生产率、土地产出率、资源利用率及农产品安全率。

国内外设施农业物联网应用

物联网技术，是改造传统农业，改变农业增长方式，发展高产、优质、高效、生态、安全的现代农业的重要手段。当前发达国家纷纷瞄准农业等物联网重点领域加强投入、抢占先机，有望在2020年形成统一的网络：

2009年1月，美国奥巴马政府明确以物联网为基础，提出“智慧地球”计划；2009年6月，欧盟执委会发表了欧盟物联网行动方案；2009年7月，日本在提出物联网的“U-Japan”战略后又颁布了日本新一代的信息化战略“I-Japan”战略；2009年10月，韩国提出“U-Korea”战略后出台了《物联网基础设施构建基本规划》……

目前国外设施农业的物联网应用已经比较普遍：荷兰的水产养殖，从饲喂到水质的监测等等，几乎全部实现了自动化；在欧洲，六个工人可以管理8公顷的辣椒温室生产，单产水平可达到30～40公斤/平方米；欧洲奶牛养殖从饲喂到挤奶也实现了全自动化，两个工人就可以管理近200头奶牛。2013年，笔者曾参观了一家以色列奶牛场，完整的一套物联网技术体系，使工人几乎不需要任何体力劳动，劳动强度非常低，生产水平非常高。

我国要在未来全球农业竞争中立于不败之地，确保农业物联网核心专利、标准、技术、设备不受制于人，必须尽快由国家层面主导开展技术研究。从“十二五”开始，发改委、农业部、科技部、工信部等部委，相继设立了物联网的专项：“农业物联网技术与装备”纳入“十二五”863计划发展纲要；2011年，国家发改委立项黑龙江、北京、无锡等3个农业物联网示范省；2012年，国家发改委立项物联网产业化项目，农业部在天津、安徽、上海做物联网应用示范；2013年，国家发改委立项物联网示范项目；2014年，国家物联网重大应用示范工程区域试点；2011年至今工信部每年设立物联网专项，等等。

目前，我国已经有很多科研院所以及企业开展农业物联网技术的研究。如：中国农业大学在内蒙古开展了日光温室群物联网试点工作；浙江大学将农业物联网应用到葡萄的生产之中，不一而足。

笔者所在的国家农业信息化工程技术研究中心（以下简称研究中心），从十多年前开始就从事温室环境监测、控制等物联网应用方面的研究，相继开发了很多产品，其中比较成熟的、在市场上推广量比较大的是“温室娃娃”。该项技术可以自动监测温度、湿度、露点、光照、地温等五个参数，还可以集成专家管理知识，通过语音命令等来指导生产管理。该产品非常适用于占我国设施农业绝大面积的简陋日光温室塑料大棚，其测量性能指标达到国际水平，成本较低、实用，已实现批量生产。基于温室娃娃的小范围墒情监测系统，研究中心开发了成本比较低的温、湿度监测测量系统——便携采集仪。它是面向联动温室塑料大棚及大规模的日光温室群监测温、湿度环境参数。通过模块化、构件化的开发，实现了研发产品可以根据生产现场具体情况，灵活的搭配，形成相应的环境监测设备。此外，研究中心还研发了一批环境控制设备，并在此基础上，集成了设施农业智能控制的管理系统。目前，通过采取降低应用门槛，因地制宜的推广应用，研发中心的环境监测、控制及物联网监控系统等产品在全国18个省市都已有应用。

我国设施农业物联网应用战略思考

我国农业物联网技术开发已经取得一些成效，但总体水平仍然停留在初级阶段。

一是环境数据监测尚未真正应用到生产管理，如何运用监测数据指导生产实践仍需要深入探索。同一种作物，在不同生产发育时期，对环境条件要求不一样；不同的作物对环境条件要求也不一样，只有针对不同植物、同一种植物不同生产发育阶段，进行环境监测建立环境参数电子档案，并进行针对性的水、肥、光、热控制，才能起到提到产量、提高品质的目的。此外，还有一些环境信息，尤其是湿度变化情况和病害的关系也比较密切，通过物联网系统，如果在环境条件和病害之间建立关系，就可以预测病害的发生、发展，可以大大减少农药的用量，降低生产成本，提高品质。

二是技术标准化缺乏。目前，我国物联网应用过程中，产品标准不统一，公司与公司间的通讯协议难以公开。针对目前设施农业物联网技术应用现状，笔者建议，应从集成已有的共性技术产品和成果着手：在技术研究方面，重点开展设施、感知产品的开发及其标准化工作；产业培育方面，加强自主产品的研发和产业化基地的建设；创新主体方面，强化高校、科研院所和企业的产业技术联盟的作用，协同提升创新攻关能力。

实现设施农业物联网技术跨越式发展，还需加快开展面向农业设施物联网产业应用的示范试验研究，构建产业化推广应用模式，通过示范推广应用带动设施农业物联网技术的大面积使用。

（注：本文由本刊记者周蓉根据作者在“创新五方谈”论坛录音整理）