我国农业物联网应用及其实例

专家简介：王建仑，中国农业大学信息与电气工程学院副教授，中国农业大学智能灌溉技术研究所所长。重点研究植物生产过程中田间植物外观表型的图像处理、理解和识别，近两年来主要从事田间植物三维点云计算和近景测量技术的研究，发表SCI和EI论文十几篇，其他论文多篇。2015年获得两项中华农业科技奖。

2016年是我国“十三五”的开局之年，今年的政府工作报告中提出，在“十三五”期间要促进大数据、云计算、物联网广泛应用。数据显示，2015年中国物联网整体市场规模高达7500亿元，如今的物联网已经实实在在地扮演着现实生产力的角色，成为促进经济社会发展、推动城市管理升级、促进产业转型的抓手。农业物联网所面对的既有机遇也有挑战。

一、农业物联网的具体概念

农业物联网是将大量的传感器节点构成监控网络，在各种传感器采集信息的基础上大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备，以帮助及时发现农业产业链各个环节上的问题。农业物联网应用将逐渐地使农业从以人力为中心和依赖于孤立机械的生产模式，转向以信息和软件为媒介的精细化、自动化和智能化的现代农业生产模式。农业物联网从技术角度看，是指应用信号识别、传感、网络通信、计算机软件等技术，对农业生产经营过程中涉及的生产对象、生产工具、劳动者和生产环境的内外部信号进行感知，通过互联网进行信息传递，并进行农业信息的“物”“物”实时联通、模式计算和智能识别，从而为实现农业生产的高效管理提供多元支撑。

目前在农业物联网中，涉及的新技术主要有各类信息感知识别技术、多类型数据融合技术、超级计算等核心技术问题。可见农业物联网是农业大系统中的人、机、物一体化的互联网络。

二、农业物联网的内容

国务院在2015年7月印发《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》，明确未来3年以及10年的“互联网+”发展目标。《意见》中提及的“互联网+”现代农业即利用互联网提升农业生产、经营、管理和服务水平，培育一批网络化、智能化、精细化的现代“种养加”生态农业新模式，形成示范带动效应，加快完善新型农业生产经营体系，培育多样化农业互联网管理服务模式，逐步建立农副产品、农资质量安全追溯体系，促进农业现代化水平明显提升。

《意见》的具体内容包括：

1. 构建新型农业生产经营体系。鼓励互联网企业建立农业服务平台，支撑专业大户、家庭农场、农民合作社、农业产业化龙头企业等新型农业生产经营主体，加强产销衔接，实现农业生产由生产导向向消费导向转变。提高农业生产经营的科技化、组织化和精细化水平，推进农业生产流通销售方式变革和农业发展方式转变，提升农业生产效率和增值空间。规范用好农村土地流转公共服务平台，提升土地流转透明度，保障农民权益。

2. 发展精准化生产方式。推广成熟可复制的农业物联网应用模式。在基础较好的领域和地区，普及基于环境感知、实时监测、自动控制的网络化农业环境监测系统。在大宗农产品规模生产区域，构建天地一体的农业物联网测控体系，实施智能节水灌溉、测土配方施肥、农机定位耕种等精准化作业。在畜禽标准化规模养殖基地和水产健康养殖示范基地，推动饲料精准投放、疾病自动诊断、废弃物自动回收等智能设备的应用普及和互联互通。

3. 提升网络化服务水平。深入推进信息进村入户试点，鼓励通过移动互联网为农民提供政策、市场、科技、保险等生产生活信息服务。支持互联网企业与农业生产经营主体合作，综合利用大数据、云计算等技术，建立农业信息监测体系，为灾害预警、耕地质量监测、重大动植物疫情防控、市场波动预测、经营科学决策等提供服务。

4. 完善农副产品质量安全追溯体系。充分利用现有互联网资源，构建农副产品质量安全追溯公共服务平台，推进制度标准建设，建立产地准出与市场准入衔接机制。支持新型农业生产经营主体利用互联网技术，对生产经营过程进行精细化信息化管理，加快推动移动互联网、物联网、二维码、无线射频识别等信息技术在生产加工和流通销售各环节的推广应用，强化上下游追溯体系对接和信息互通共享，不断扩大追溯体系覆盖面，实现农副产品“从农田到餐桌”全过程可追溯，保障“舌尖上的安全”。

三、农业物联网功能和效果

农业物联网自从诞生开始就受到了人们的广泛关注，农业物联网的应用是相当广泛的，在采摘、加工、收购流通等方面都有涉及。农业物联网因其高效、便捷、智能等特点受到了农业生产人员的欢迎，下面是农业物联网的几个实际应用案例。

1. 采摘控制系统

一般来说，农业园区种植或养殖面积远超传统农户种植养殖面积，且传统的农业生产主要是根据人工观察与经验来决定农作物采收时间，这种方式往往错过最佳采收时间，降低农产品商品价值，影响企业经济效益。设置物联网采收控制系统，可通过设定的采收时间和轮询（依次询问检测器），自动预报农作物采收期，预测该系统的应用将显著提高其商品价值，降低劳动消耗成本，提高企业规模化生产管理能力。

2. 加工控制系统

目前，国内农产品企业大多采用半人工半机器进行农作物和养殖产品加工，人工占主要地位。由于工人加工水平良莠不齐，加之加工环境无保障，使得产品品质无保障，且很可能出现微生物污染。设立加工控制系统，可通过对清洗、保鲜、干燥等自动化生产技术的控制，减少人工直接加工，避免人为污染，统一生产加工技术，有效提高生产效率，降低劳动消耗。

3. 收购、流通控制及销售控制系统

针对农产品产后商品化过程中所涉及的收购、流通、销售等环节的需求以及市场信息获取，构建出收购控制系统、流通控制系统以及销售系统，以获取各环节农产品价格变动以及市场供求等信息；同时实现对农产品各环节的跟踪，确保农产品流通过程中的安全。

4. 视频监控系统

将视频监控系统与种植养殖监管、病虫害预警预报防治、加工控制等系统结合，实现对农业生产、加工、流通环节的可视化跟踪，方便技术人员观察并及时采取有效措施，确保生产、加工、流通的顺利进行。

5. 溯源系统

农产品化肥、农药等的残留量超标事件时有发生，部分唯利是图的不良分子违禁使用激素、药物等，是制约我国农业国际竞争力的首要因素，也是造成农产品市场价格波动大、市场紊乱的主要因素之一。溯源信息服务平台的建立，其信息采集覆盖动植物种子采购、播种（养殖）、施肥用药、收获、加工、运输、进入超市等各个环节；同时，还可适时引入与方便第三方监管，强化对农产品生产过程的质量管理，配合有效的法律法规，为实现农产品各个生产环节安全性的可查询和从餐桌到产地的可追溯提供了便利。

6. 农业生产及生产环境控制和监测系统

通过对农业生产过程中的植物生长状态、水肥管理、环境监测等过程管理要素进行自动化、信息化和智能化的监控。

四、农业物联网的应用实例

我国在物联网方面的应用正处于快速发展中，农业物联网为种植业、畜禽养殖和水产养殖的生产管理带来巨大便利，目前已经有很多应用实例。农业部推出了《节本增效农业物联网应用模式推介汇编2015》，集中发布了大田种植、设施园艺、畜禽养殖、水产养殖和综合5大类共116项可复制、可推广的节本增效农业物联网应用模式。

例如，联想佳沃有限公司通过应用蓝莓物联网生产管控系统，实现了节本增效。技术员不需到现场，即可查看田间土壤水分、pH值等参数。据统计，蓝莓物联网生产管控系统能使灌溉水的利用率由以前的0.50提高到0.95，可节约灌溉用水30%以上，节约耕地5%～7%，节能20%～30%，节省灌溉管理用工30%～40%，年新增经济效益25.19万元，综合节水率可达45%，增产率53%。

天津市无公害农产品管理中心通过应用“放心菜”质量安全与追溯系统，实现了生产可控、安全可管、产品可溯。该系统以模拟模型技术、移动互联技术、在线检测技术、安全生产技术、物联网技术等支撑，开发了“放心菜”基地管理系统、质量安全监管系统、质量安全追溯系统和“放心菜”信息服务平台，建设了市、县、镇、基地相结合的4级监管网络，应用规模达到35.47万亩，技术成果达到国际先进水平，有效保障了农产品质量安全。

多利智慧农业物联网管控中心系统，包括四大模块：生产、仓储、物流、溯源，还包括多利有机农业远程可视化管理系统。主要功能有：（1）农业生产环境自动化控制；（2）有机蔬菜仓储管理系统；（3）多利有机蔬菜冷链物流管理系统；（4）有机蔬菜质量溯源系统；（5）农业生产可视化管理系统。在生产环节，农业物联网综合应用示范园蔬菜产量平均提高约10%，示范园每年增收1000万元以上，节约投入人力成本约20%。平均每年可以节省用药2次以上，示范园平均可以减少农药使用量约20%。

山东苍山县在现代农业示范园引进了浙江托普农业物联网技术， 为提高种植效率，在其所建设的蔬菜大棚中全部安装农业物联网监测设备，通过农业物联网技术实时监测大棚蔬菜温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等生长环境，根据产生的智能监测信息对蔬菜进行精确控制管理，例如通过无线传感器对温室环境进行自动和手动调节，自动控制风机等设备进行温度和通风调节，通过土壤温湿度等传感器对灌溉和施肥进行自动控制，促进有机高效农业发展。

重庆市原种猪场采用智能猪舍与母猪自动饲喂系统，每年节省人工成本20万元。

浙江托普云农科技股份有限公司应用塑料大棚温室小管家系统，每百亩棚可减少人员3～4人。

在江苏宜兴，新兴的农业物联网技术正在改变传统的螃蟹养殖业生产方式。2010年初期的水产养殖1000亩单点试验，远程增氧、智能投喂、预警资讯、制定地方标准、物联网设备纳入“农机补贴目录”和开发省级农业物联网总平台，推动建立“全国水产养殖物联网数据中心”。

湖北炎帝农业科技股份有限公司通过应用食用菌工厂化生产环境智能监控系统，实现了食用菌生产环境的智能监测和控制。该系统可实时采集每间菇房的温度、湿度、培养料pH值、氧气浓度、二氧化碳浓度、光照强度以及外围设备的工作状态等参数，结合专家管理系统，根据食用菌的生长规律自动控制风机、加湿器、照明等环境调节设备，保证最佳生产环境。实施物联网技术后与之前相比可减少生产人员劳动强度50%，降低食用菌杂菌感染率5%，提高产量10%。

新疆生产建设兵团第六师105团1万亩棉花基地应用精准生产物联网技术，实现每年节水40万方，节肥40吨，节药6.4万元。

这些应用重点围绕在农业种养殖和生产加工等全过程中应用物联网技术，实现智能监测、智能防治、智能控制和智能决策，提升农业生产经营效率。这些成果在大田种植、设施大棚、畜禽水产养殖、农产品质量安全监管、农产品电子商务等方面已经显示出重要作用。在大田种植方面，通过综合运用3S技术、智能化农机装备、作物生产管理专家决策系统等，实现了生产管理的定量化、精确化，亩均减少农药、化肥施用量10%以上，单产提高5%～10%。在设施园艺方面，通过对光、热、水、气、肥等环境因子的实时监控，创造植物生长的最佳环境，设施温室和大棚的产量和效益平均提高10%以上。在畜禽养殖方面，运用自动调控畜舍环境和智能化变量饲养技术，实现养殖环境因子远程调控和预警预报，平均减少劳动用工30%以上，养殖和疫病防控水平显著提高。在水产养殖方面，推广应用以调控水体溶解氧为主要目标的智能控制系统，实现了养殖环境自动调控和水体环境闭环控制，水产品产量和质量明显提高，节本增效10%以上，同时水体环境污染得到有效控制。

五、我国农业物联网发展面临的问题及措施

物联网的出现虽然已经尝试了许多实际应用，但作为一项刚刚走入百姓视野的新技术，物联网要真正实现“走入寻常百姓家”，还有一段路要走。正如国家物联网首席科学家、北京科技大学物联网与电子工程系主任王志良所说，国家大规模兴起物联网技术与应用，实际上起源于2009年，从目前来看，物联网还没有取得技术上的真正突破。

未来 5～10年，中国农业物联网发展要坚持以保障国家农产品有效供给、质量安全和农民持续增收为目标，以改革创新为动力，以农业物联网战略产品研发和产业化示范基地建设为突破口，充分发挥企业、高校和科研院所的联合攻关能力，加快关键技术研发和产品熟化，强化以应用为导向的自主创新，为全国现代农业发展提供强有力的技术支撑和示范服务。具体措施如：

1. 加强农业物联网技术规范研究

由于农业物联网发展具有区域性、野外阻抗性等特点，围绕低成本、可通、可达、可信等目标，研究农业物联网统一的技术规范，主要包括自组织网络技术规范、有线/无线统一服务网络（USN，ubiquitous sensor network）接入规范、感知节点部署规范、传感器节点的地址标识方法，数据融合技术规范、网络嵌入式系统构建规范、物联网应用规范、物联网跨层数据访问与交换技术规范等。研究农业物联网相关基础标准和行业应用标准，推进物联网与新一代移动通信、云计算、下一代互联网、卫星通信等技术的融合发展。

2. 加强核心关键技术产品研发

围绕应用和产业急需，重点突破农业感知数据标准、农业专用传感器、农业信息处理、农业智能决策与云服务等共性关键技术，开展系统集成和产业化应用技术研究及环境适应性强、低成本设备研发。

3. 加强农业物联网技术集成平台建设

以构建农产品“产-检-控”高效智能服务环境为指导，以“星-地-网”泛在网络为基础，基于终端簇/服务群模式，研究农业资源环境监测、精细农业生产、农产品与食品安全管理等领域物联网感知节点部署模型，有线/无线统一服务网络（USN）空间、农业信息远程实时报送网关、数据融合框架、农业智能决策系统、物联网自治控制系统和网络终端系统等，构建规模可扩展、网络可复制、网间可互联的农业物联网技术集成平台。

4. 加强农业物联网产品设备检测

规范中国农业物联网技术产品市场准入的技术门槛，依托具有资质和技术实力的高校和科研机构建立农业物联网产品技术检测中心，对进入市场的农业物联网技术产品进行技术性能、稳定性、准确性、可靠性、环境适应性和电磁兼容性等指标进行权威检测，确保农业物联网技术产品质量。加强农业物联网技术设备的监管与运维，确保技术设备的安全运行和功效的发挥。

5. 加强农业物联网应用布局

养殖业的农业物联网需求比种植业大，设施农业比大田种植需求大，尤其是产品附加值高、见效快、收益好的规模化畜禽养殖、水产养殖、设施农业、种业等 4 大产业。建议建立农业物联网区试工程专项，围绕农业产业化龙头企业、农民专业合作社、种养大户和家庭农场等新型农业经营主体的应用需求，在上述四大产业的优势产区优先推进物联网技术的全程（生产、加工、包装、物流、销售）示范应用。在已有试点区域的基础上，适度扩大实施规模和范围。

6. 进一步优化和完善政策环境

物联网作为高新技术具有高投入、高风险的特点，政府要加大资金投入力度，加快制定农业物联网应用发展的优惠政策体系，在税收上给予优惠和减免，引导物联网企业和社会资本进入农业领域。尽快将农业物联网技术产品纳入农机补贴目录，根据产品的不同应用领域和市场成熟度制定补贴标准。