物联网技术在农业生产中的应用与发展

刘秋廷

(贵阳市乌当区农业农村局，贵州贵阳 550018）

当前，我国农业生产水平和现代化发展水平逐年提高，通过将物联网技术应用到农业生产中，加快推动传统农业向数字农业、精准农业和智慧农业方向转型升级，实现农业集约、高产、优质、高效、生态和安全发展目标，加快农业农村现代化，提高农业质量效益和农业国际竞争力水平，促进农业大国向农业强国转变，建设现代化农业具有非常深远而重大的意义。在农业生产中应用物联网技术，对实现农业提质增效，保障农产品安全，促进农业转型升级具有积极重要的作用，因此，针对国内外物联网技术在农业生产中的应用案例进行了简要分析和介绍。

1 定义

农业物联网具体来说，就是运用各类传感器、射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）、视觉采集终端等感知设备，广泛地采集农业生产中的温度、湿度、pH值、光合有效辐射及CO2浓度等环境参数，通过建立农作物生长数据模型，利用传感设备、无线通信终端及远程智能控制装置等现代信息传输通道，实现农业远程控制、农事管理、可视化远程诊断及灾变预警等智能管理，使农作物处于最佳的生长环境，进而实现农业集约、高产、优质、高效、生态和安全的目标［1］。

2 发展现状

2.1 国外发展现状

受地理环境差异、地区发展不平衡和政策导向性作用等因素的影响，我国在农业互联网技术的研究、应用规模上较欧洲、美国、日本和以色列等发达国家和地区仍处于相对较低的水平，物联网技术在农业生产中的应用和推广普及还在不断地开发和发展中。目前，欧、美、日等发达国家和地区在农业物联网技术领域的研究、应用和发展模式日趋成熟，通过导入物联网技术，在规模化农场中已基本实现农业生产的精细化控制和管理，达到降低人工和投入成本，提高生产能力和产品质量的目的。李雁星提到目前美国在农业物联网技术的应用研究和推广及开发应用方面正逐渐向小型化、智能化、嵌入式和农业移动化的方向转变［2］，其中较为典型的应用案例是英特尔公司通过在葡萄园基地安装一定数量的物联网传感器，对土壤温度、湿度、CO2浓度等环境参数进行实时监测和检测，以确保葡萄可以按照设定的最佳参数生长，率先在俄勒冈建立了世界上第一个无线葡萄园。美国的Illuminum Greenhouses 公司通过太阳能供电的物联网传感器实现了温室光照、气压、湿度和温度等信息的自动采集，数据计算和统计分析，从而实现自动通风、补光、调节温湿度等措施；和美国一样，德国、荷兰等欧洲发达国家高度重视物联网技术在农业领域的应用研究和推广应用。欧盟也是世界范围内第一系统提出物联网发展和管理计划的机构。李瑾等提到，在工业4.0 战略框架下，德国通过突破重点农业信息技术，在“互联网+”现代农业领域逐步形成了以农用智能装备为主导的“互联网+”农机智造模式，农业信息化建设进入信息技术熟化、产业化和专业化发展阶段［3］。荷兰通过借助欧洲先进的工业自动化技术，实施温室革命，建立了高效的温室农业生产体系，超80%以上的农业种植者通过计算机就能实现温室智能控制，成为世界农业生产机械化、智能化、自动化程度较为领先的国家。日本、以色列等亚洲国家的农业物联网技术同样高度发达：在日本，农业物联网被列入日本政府计划，截至目前，全日本有超50%以上的农户选择使用农业物联网技术，农业物联网科技成果的转化率高达75%，其对农业物联网技术的研究主要集中在精准农业的基础研究和精准农业机械的研究2个方面；以色列更是世界农业物联网技术应用最为领先，农业信息化、自动化及精细化发展最为明显的国家，以色列作为世界上人均耕地面积不足0.05 hm2、人均水资源占有量不足400 m3的资源匮乏国家，通过利用计算机滴灌技术打造节水农业、通过感应技术实施保护地栽培、实施自动化技术实现农产品规范化储运等措施，发展成为欧洲最大的瓜果、蔬菜出口国，被誉为“欧洲果篮”。

2.2 国内发展现状

农业物联网技术在我国农业生产中的应用始于20世纪90 年代，在经济发展条件相对较好的北京、浙江、江苏和福建等地区，农业物联网技术的发展已具一定的规模和基础。其中，北京京福艺农农业科技有限公司、北菜园等已将无线传感技术、物联网、农产品生产种植溯源技术、远程种植管理和远程智能化自动控制等技术全面地运用到了农产品种植的现代化生产管理过程中；南京远拓科技有限公司为农场开发的物联网技术已将温度、湿度和光照等类型的传感器布进了标准化的生产大棚中，利用传感器采集数据和进行数据传输，工作人员凭着计算机或手机就可实现对蔬菜种植情况的了解和管理；浙江托普云农科技股份有限公司利用人工智能、物联网、大数据和区块链等数字技术，通过在蔬菜基地接入空气温度、温度、土壤温度、土壤水分、光照、CO2、叶面温度、茎秆微变化和温室小管家等传感设备，能精确采集蔬菜大棚的环境信息和植物生理数据，采集数据可上传至智慧云平台，通过网页设置传感器上下限数值，控制风机、内外遮阳、水肥等设备，保证蔬菜最佳生长环境，实现了区域农情信息自动化精细化管理、远程监测、全程溯源的智能化模式，使农事操作者从繁重的人工管理作业中解放出来，坐在电脑前，即可通过网页或手机App 轻松掌握各基地情况；俞大清对农业物联网技术在温室设施辣椒种植中的应用情况调查分析结果表明：农业物联网技术应用在设施农业，对增加作物产量、改善作物品质、调节作物生物量和作物生长周期具有较好的实施应用效果［4］，通过应用在温室辣椒种植生产中，可降低节水灌溉成本、降低施肥、减少温室污染物排放、改善环境污染，实现降低病虫害发生率10%以上、降低劳动力成本25%以上及提高劳动生产率30%以上。

2.3 贵州省智慧农业发展现状

近年来，农业物联网技术在贵州省内逐步得到一定的推广应用，但是由于贵州省国土面积92.5%都是山地，贵州省土地面积中，耕地占农用面积的比例约为29.5%，存在耕地面积较小、质量不高、耕地后备资源不足、生产规模小、稳定性和可控程度偏低的现状，致使物联网技术在贵州省的农业生产中的规模化应用较发达地区仍然较小。为进一步深入推进农村产业革命和农业现代化进程，自2018 年起，贵州省委、省政府提出了纵深推进33.33 hm2以上坝区农业产业结构调整的重大政策举措。据统计，截至目前贵州省共有33.33 hm2以上坝区1 725 个，涉及86 个县（市、区）、854 个乡镇4 700 个村，其种植土地面积32.57万公顷，占全省耕地面积的7.2%，平均每个坝区的种植面积为188.80 hm2［5］，其中设施大棚约5 621 万平方米（贵阳市蔬菜育苗大棚9.5 万平方米、生产大棚47.4 万平方米），随着坝区农业产业结构调整的纵深推进，设施农业投入不断加大，为农业互联网技术在农业生产中的发展应用奠定了坚实基础。根据贵州省信息中心2018 年组织开展的农业领域物联网应用专题调研数据显示，物联网技术在贵州省农业生产中的应用日趋广泛，应用领域覆盖蔬菜、茶叶、畜禽及猕猴桃等农业产业，应用技术包括田间气象预测、灾变预警、远程控制及农产品质量追溯等，农业物联网技术正由初级发展向高级方向过渡，参与使用的企业越来越多，农业物联网技术正日益成为政府、高校、科研院所及企业高度关注的热点，成为科研、应用、产业化相结合的一支生力军。例如，罗甸县郎当种养殖专业合作社的火龙果种植基地，采取自动化农机具设备、种植物联网设备等先进手段，通过生产过程的数字化管理，对田间作业、投入品使用及果品品质等进行分析改进，建立起标准化的技术体系，制定科技种植解决方案，辐射周边地区的种植者，树立品牌和质量意识，品质和供应双稳定带来销量和价格提高，给项目周边辐射区的广大种植户带来巨大的经济收入。恒大地利集团蔬菜培育中心的智能化全程管理蔬菜培育系统，主要从物联网监测、肥水智能控制及温湿度智能控制、光照智能控制等方面建设现代化的蔬菜种植大棚，积极探索现代化育苗、无土栽培等新型蔬菜生产种植模式，大量节省人力资源，提高蔬菜品质和产量，带动贫困农户增收。贵州卓豪农业科技股份有限公司建设的农业信息化管理平台（App）及配套物联网设施（三岔基地、沐恩寺基地）；盘州刺梨产业发展项目基于区块链技术建设从“田间到餐桌”的全环节追溯系统；望谟县牛犇谷跑山肉牛养殖项目实现了养殖、屠宰、运输、加工及销售的全程透明化管理等，均在贵州省农业领域物联网应用中起到了良好的示范和带动作用。

3 结语

随着我国经济和社会的持续高速发展，提高农产品综合产出效益，保障农产品质量安全越来越受到党和政府及人们的高度重视。大量研究和实践应用证明，在农业生产中应用物联网技术，对实现农业提质增效，保障农畜产品安全，促进农业转型升级具有积极重要作用。因此，建议政府有关部门应积极探索农业物联网发展模式，为促进乡村振兴，实现农业增效、农民增收，壮大农业农村经济提供现代信息技术支撑。