基于物联网技术的智慧农业设计与实现

◆石峰 丁祎 闪慧月 孙海波

基于物联网技术的智慧农业设计与实现

◆石峰1丁祎2闪慧月3孙海波4

（1.河北广播电视台 河北 050000；2.农民日报社 北京 100025；3.中国有机绿色食品实业有限公司 北京 100030；4.国家广播电视总局广播电视科学研究院 北京 100030）

智慧农业是我国农业现代化的重要组成部分，是实现乡村振兴战略的有力抓手。智慧农业系统大致可以分为四个层次：感知层、网络层、平台层、应用层。本文从智慧农业项目的建设目标、设计架构、建设内容等方面入手，详细介绍了基于物联网技术的智慧农业系统设计与实现。

智慧农业；物联网；三农；乡村振兴

农业现代化是国家现代化的重要标识，智慧农业（即农业信息化）是农业现代化的重要组成部分，也是实现乡村振兴战略的重要途径。智慧农业是充分利用现代科学技术，使之与农业种植深度结合，从而实现对土地、农作物的无人化和智能化管理。智慧农业是我国实现农业现代化目标、加速我国由农业大国向农业强国转变的重要选择，IoT（物联网）技术作为一种新型且成熟的现代通信技术，是农业信息化建设的重要手段，可以有效支撑农业现代化的发展、转型和升级。通过建设基于物联技术的智慧农业，进而不断促进我国农业现代化，对于促进我国经济健康可持续发展具有重大意义。如何利用成熟的物联网技术赋能智慧农业，是我们研究的重要内容。

智慧农业以实现农业生产智能化、经营电商化、管理高效化、服务便捷化为目标，是贯彻落实国务院“互联网+”行动计划要求的具体实践。智慧农业也是当前先进技术，如区块链、物联网、云计算等在农业领域的实际落地应用，必将加快农业生产方式的转变，创新农产品的流通渠道，更好地为“三农”服务。

1 项目建设目标

1.1 更好地服务“三农”

服务“三农”是我国的一项基础性工作。通过建立智慧农业项目，不断提升对农业的综合信息服务水平，提升农民对于农业信息的获取能力，将更加有利于服务“三农”。虽然我国农业科学化水平比之前有了明显进步，但我国一些偏远落后地区，农业发展水平仍然很落后，甚至处于“原始”的耕作状态，实现农业现代化目标任重道远。利用物联网技术建设智慧农业，可以大大节省劳动量，将土地情况、作物长势等信息实时传递，共享信息。同时，通过电脑、电话、电视、微信、移动终端等载体，及时为农民提供农业政策、最新市场等信息，不断缩短农户生产与市场需求的距离。在“三农”信息服务综合化、多样化的前提下，缩小城乡“数字鸿沟”、弱化供需矛盾，不断促进城乡经济协调发展。

1.2 提高农业生产效率

充分利用物联网、云计算、大数据、移动互联网等信息技术，将其广泛应用于农业生产领域中，建立智慧农业体系，不断推动农业生产方式产业升级，进而提高农产品产量和质量。将广大农民从繁重的体力劳动中解放出来，深化科学种田的理念。

1.3 完善农业经营方式

智慧农业有利于完善农业经营的理念和方式，不断实现农业经营的科学化、高效化。借助于智慧农业，可以对农业生产过程、成本核算、人工等进行科学管理，有效提高经营的现代化水平。改变一家一户分散的耕地方式，逐步走向区域集中经营，从而不断提高农业经营的规模化水平，提高土地和人力的利用率。

2 项目设计架构

图1 智慧农业项目系统架构图

智慧农业项目的设计是基于物联网、云计算、大数据、人工智能等现代信息技术，以国家政策文件要求和技术规范为标准，建设“四个平台、N个系统”，四个平台即生产平台、经营平台、管理平台、服务平台；N个系统涉及农业生产的各个环节，比如农田种植系统、农村电商平台、农产品质量溯源系统、综合信息服务平台等。整个项目分为四个层次：感知层、网络层、平台层、应用层。项目架构如图1所示。

3 项目建设内容

智慧农业项目利用物联网将各类传感器应用于农业生产、管理环节。通过现场采集土壤、气体、农作物等实时数据，经平台分析、处理，从而实现智能化控制，减少人员劳动力及农资投入，提高农业生产效率。智慧农业系统分为四层：感知层、网络层、平台层、应用层。

3.1 感知层

感知层是通过传感器来全面采集各种数据，包括土壤、空气、水质和动植物生长态势等情况，尤其是通过视频采集终端设备监控动植物的生长情况、健康状况等。有了这些基础数据，可以适时调整土壤、水质、空气、肥料等环境变量，更好地开展农业生产活动，提高生产效率，解放劳动力。

3.2 网络层

网络层的作用是将感知层获取的各种数据传给平台层，该层可以有多种网络通信设备，根据各自的实际场景来布置和选配设备。网络层支持多种连接设备，方便各种终端的数据接入和传输。常用的传输技术包括：LoRa、NB-IoT、WiFi、RFID等，一般根据数据采集终端的实际情况进行选择。比如土壤、水质等检测数据选择窄带的通信设备，如果是传输视频之类的大容量数据就选择宽带的通信设备。

3.3 平台层

平台层是智慧农业的中枢系统，负责存储、计算、分析感知层所收集的数据，在整个系统中具有重要作用。平台层能够把感知层收集到的终端数据做统一标准化处理，提供给应用层使用。同时，平台层也可作为大数据的管理平台，对数据进行存储。平台层为整个系统提供数据支持，没有平台层，智慧农业系统也将无法运转。

3.4 应用层

智慧农业项目通过应用层中的各个系统为“三农”提供帮助和服务，主要分为生产平台、经营平台、管理平台、服务平台，而每个平台又包含若干分系统。应用层并不是一成不变的，可以根据实际情况进行应用系统的增减。但所有应用系统的运行，都是以平台层的数据为支撑的，下面举例几个应用系统的使用。

土壤检测系统将各区域的土壤监测数据汇总到这里，系统自动对数据进行统计分析，并形成自定义数据报表。工作人员汇总分析土壤数据后，邀请专家提出建议，指定施肥种类及时间点，从而协调作物生长与营养搭配的平衡，促进农作物健壮生长，减少农药的作用，提升农产品质量。

农村电商平台利用互联网和手机移动终端的优势，实现网上交易，帮助农户、农业生产企业解决农产品销售难的问题。该平台实现了农产品的线上交易流程，能够让生产者和消费者直接对接，减少了中间的流通环节，降低了中间费用，这样让生产者和消费者都得到实惠。平台主要包括商品发布管理、农产品需求信息发布、生态农业观光旅游信息、交易支付管理四个功能。

专家咨询平台是农民与专家的互动平台，主要包括网上咨询功能、远程诊断、远程信息发布、远程咨询互动、远程现场指导等。通过手机短信、微信、QQ、公众号等方式进行互动，随时解决大家在农业生产中的问题，比如病虫害诊断、耕作栽培、秸秆还田、节水灌溉等。

4 结语

我国是农业大国，而非农业强国。智慧农业能够有效改善农业生态环境。将农田、畜牧养殖场、水产养殖基地等生产单位和周边的生态环境视为整体，并通过对其物质交换和能量循环关系进行系统、精密运算，保障农业生产的生态环境在可承受范围内，如定量施肥不会造成土壤板结，经处理排放的畜禽粪便不会造成水和大气污染，反而能培肥地力等[1]。

2021年2月25日召开的全国脱贫攻坚总结表彰大会，习近平总书记庄严宣告，我国脱贫攻坚战取得了全面胜利。下阶段，实现乡村振兴将是我国的重要工作，智慧农业必将在实现乡村振兴战略中发挥重大作用。

[1]“智慧农业”的发展依赖于农业物联网技术[N]. 中国农业物联网，2013-3-15.