农业物联网项目在张家口设施农业中的应用与经济效益分析

郑海光，鲁建斌，曹剑飞，侯 杰

（1．张家口市农业信息中心，河北 张家口 075000；2．张家口市农牧局，河北 张家口 075000；3．张家口市农广校，河北 张家口 075000）

自2011年起，农业部开展了农业物联网应用示范，在天津、上海、安徽组织了农业物联网区域试验。物联网技术在农业领域的应用已经取得明显成效，涌现出一批比较成熟的软硬件产品和应用模式。

经各地农业部门和有关企业推荐，农业部农业物联网专家组筛选出310项成果，这批成果兼具先进性和实用性，成熟度较高，有一定推广价值，其中包括148个传感设备、80个软件系统、39个应用模式、43个市场化解决方案与典型案例。

近年来，张家口地区农业信息化快速发展，全市6个区，10个县，4 175个村宽带网络村通率达100%，移动通讯信息覆盖率100%。全市80%以上行政村建立了农村信息服务站。自2015年开始在张家口地区研究实施并推广应用农业物联网以来，农业信息中心的信息及网络优势得到发挥，与县区农业站所及蔬菜种植合作社和种植企业实现紧密合作，经过1年的工作，建立起了覆盖全市20余家蔬菜基地的监控系统。

1 基本概况

自2005年以来，张家口地区逐步建立了20个农业物联网技术应用示范基地，应用面积合计约100 hm2，主要在3个方面进行了示范应用。

1.1 环境信息智能化监测技术应用

通过传感器快速、实时、准确地获取农作物生长的环境参数（主要为大田和温室中的土壤温度、湿度，空气温度、湿度，光照、CO2以及大田中的风速、风向），并使用GPRS，WIFI技术将数据上传到远程服务器中（频率为每5 min采集上传1次），智能化动态监测，并可以应用WEB浏览器界面及手机APP软件远程监测，20个示范基地均得到应用。

1.2 基于生产环境监测数据的自动报警与预警技术应用

在监测系统的报警模块中添加温室信息，设置报警时长、报警时间间隔，并设置土壤温度、湿度，空气温度、湿度，光照，CO2以及风速的上下限阀值，当环境参数超过所设置阀值时，系统通过WEB界面和手机APP及短信报警等方式向管理员发布报警信息。

系统内置病虫害预警模型，结合专家知识库，通过分析温室历史监测数据、温室作物、种植时间以及用户配置的参数等数据，对温室内作物可能出现的病虫害进行预测，如果温室作物在指定的时间内有发生病虫害的可能，则通过WEB界面和手机APP及短信预警等方式向管理员发布预警信息，通知管理员提前进行防范。此技术在20个示范基地中均得到应用。

1.3 温室智能化控制技术应用

远程控制包含远程手动控制，智能控制以及控制日志的查看等功能。通过监测所得环境信息与设定值进行对比，进行远程网络手动控制；或使用监测数据和配置的智能控制参数进行匹配，如果环境数据超过设定的控制标准，则执行相应的机械控制动作。控制内容包括：卷帘机起降、开关膜通风、补光和水肥一体化灌溉等。主要应用示范基地为涿鹿益林蔬菜专业合作社。

2 效益调查与分析

从农业物联网在张家口地区实施效果来看，农业物联网不仅提高了农业生产的现代化水平，还在节水灌溉，节约肥料、农药，节省生产用工，提高农产品产量与品质等方面产生一定的效果，从而实现经济、社会、生态效益大幅提高。如涿鹿县益林蔬菜专业合作社2015年节本增效10万元，投资回报率为30%。主要体现在以下几方面。

2.1 提高单位面积收益，实现节本增效

通过农业物联网进行实时数据采集、分析预测和科学管理，提高农业生产的科学性、主动性，减轻低效投入，改变传统农业大量施肥、用药和漫灌的生产方式，节省水量40%、肥料30%。与此同时，由于生产的是优质农产品，其价格也能够有所提高，从而提高经济收益。

2.2 提高企业收益，促使企业做大做强

通过构建基于物联网的农作物生产系统，改变了传统的信息采集模式，实现农作物生产环境的实时监测与控制，并在专家知识库的辅助下，实现农业生产的智能化、科学化管理。通过生产过程中的空气温度、湿度，土壤温度、湿度，光照和二氧化碳浓度等数据监测，实时控制风机、卷帘机等机械设备，使农作物在最佳环境中结出优质果实，从而提高了产品的质量，在市场上赢得了声誉，提高了产品的销量，为企业带来更多的利润。与此同时，品质优良的农作物产品可以吸引高端客户，从长远角度看可以提高单位产品的收益，提高企业的盈利能力。

2.3 降低生产成本，提升企业竞争力

农业物联网系统的建立，可以实现农业生产管理的远程化和智能化，减少了农业从业者到生产现场进行作业的必要性。按照涿鹿县益林蔬菜专业合作社效果测算，日光温室大棚年均生产300 d（坝上地区3－11月，坝下地区1－12月），每个劳动力年平均费用为24 000元，未安装系统的基地1个人可以管理1个大棚，安装后2个人可以至少管理3个大棚。每年可节约劳动力成本30%以上。

2.4 高质量满足市场需求

农产品是人民生活的必需品，消费量大，随着生活水平的提高，国际国内市场对农产品质量的要求越来越高，虽然多数农产品供大于求，但进行严格质量检验的无公害农产品却严重缺乏，供不应求。对产品进行全过程监测，可以有效提高食品质量，推进无公害生产，从根本上提高农产品的竞争力和商品率，促进产业结构调整，扩大农产品的出口创汇，增加农民收入，同时满足市场对优质农产品的需求。

2.5 树立消费者信心

对广大消费者的健康进行潜在保护，树立民众对食品安全的信心。粗放的农产品生产过程，由于使用过量的农药、化肥，使产品中含有一定的化学物质、细菌等有害微生物，这些有害物质虽不一定会引起大量人群的急性中毒，但潜在的慢性危害和毒理作用是肯定存在的，实行危害因素的有效控制，对人体健康的益处即使不会马上看出成效，但其作用肯定是巨大的并且造福子孙后代。近年来全国重大食品安全事故频发，曾引起许多人对整个农产品安全的担心和质疑，严重影响了社会的稳定和经济发展。通过农产品生产环境监控系统的实施，可以给予消费者知情权，通过系统溯源向消费者提供生产商和加工商的全面信息，从而使消费者了解食品的真实情况。实行该方案，农产品的来源地及生产流程可以从电脑网络中调出，消费者可以掌握供方消息并决定是否购买，从而可以减少人们对食品安全生产的担忧，很好地维护促进社会的稳定。

2.6 益于环境保护

农产品生产环境监控系统的建设与实施不会造成环境污染和破坏生态平衡，且益于环境保护。运用信息采集技术、信息远程传输技术、信息智能分析与控制技术，结合农业生产技术，实施农产品生产环境监控，将有效提升农业生产的管理水平，可以在一定程度上推广无公害生产技术，保证生产地域内环境质量的不断提高，保证土壤的长期肥力和有机洁净，有利于保持良好的生态环境，另一方面提高了企业和公众的环保意识。

农业物联网的发展将对农业生产全程进行监控，能减轻农药等化学品对大气、水和土壤的污染，有效提高光能利用率，维护整个生态平衡。通过农业物联网的实施，进一步达到“保护一片水土，振兴一批企业，拉动一地经济，富裕一方百姓”的目的，促进经济效益、社会效益和生态效益的同步增长，实现农业的可持续发展。