农业物联网构建与发展面临的主要挑战

孙树莉

（天津市农村社会事业发展服务中心，天津 300000）

物联网的提出、应用与推广给科技和社会发展带来的变化比互联网更加广泛而深刻。2017年，全球物联网接入设备数量达84亿台，超过全球人口总数。预期物联网市场到2025年将达11万亿美元[1]。我国物联网也已经进入快速发展期，2017年市场规模突破1万亿元，年增长率超过25%，预计2021年我国物联网平台支出将位居全球第一。2018年以来，全球物联网设备接入网络的数量仍保持强劲增长，智慧城市、智慧工业物联网应用快速拓展。2018年我国物联网产业规模已超1.2万亿元，物联网业务收入较2017年增长了72.9%[2]。与其他领域相比，农业物联网更加基础，也更贴近生活、环境和大众健康。但是，农业生产的环境、地理位置、生产方式、生产力水平、资源分布、基础条件和气候变化的多样性和复杂性，使农业物联网面临诸多挑战[3]，因而本文将对主要的挑战及其进展进行综述。

1 传感器创新研究问题

1.1 新型传感器的研究与创新成为农业物联网建设最大挑战

与工业和物流领域物联网相比，农业物联网对传感器技术特别是电化学型生物传感器的研究与创新依赖性更大。化学与生物传感器相结合可以模拟神经网络获取数据，并进行更为精确的预测[4-5]；神经网络传感器用于农业所获得的数据通过无线传感器网络对环境进行监控[6-7]；无线传感器网络用于食品监控或食品生产[8]；可穿戴传感器网络不仅可以用于临床诊断、在线监护[9-10]，还可以用于农业领域，如奶牛养殖场等。

为满足农业物联网发展需求，最新的研究越来越注重传感器的小型或微型化、高连通性和可移动性，并借助本地云计算或雾计算提高计算能力，从而解决复杂运算和大数据储存、处理和传输问题。因此，更多的工程化预期进入视野。农业物联网进出调度、功能优化和实际运营的关键取决于传感器及其质量、通量和稳定性。虽然化学分析方法已经得到充分发展，但是并不能满足快速、连续、低成本、高特异性、高通量和网络化的要求。物联网边界数据采集、计算、归一化、储存和传输问题日益成为物联网，特别是农业、食品、保健品物联网建设的核心和关键技术。Mayer等[11]针对这些问题发表综述，认为电化学、生物传感器及其网络化的研究与创新已经成为相关物联网构建和发展的关键学科领域。

1.2 农业、食品和环境物联网构建中传感器的解决方案

传感器系统、需求和解决方案对于处理农业、周边环境、生态和食品生产、加工、质量与安全检测中所遇到的技术和工艺中的复杂问题和挑战常常是农业物联网构建与实施中最复杂和棘手的问题。从种植到餐桌，避免作物受虫害和重大生态、气象因素的影响，确保食品的质量与安全等都需要传感技术的创新与发展。整个农产品生产和供应链所遇到的问题与工业生产线基本相同，但是对传感器的创新需求更加迫切。例如：环境监控需要无标记技术（labelfree technique），以免对环境造成污染，而对于物联网来说，又需要长期的在线传感能力；对于包装食品，需要单一用途的传感器分别检测食品的包装、食品的质量与安全、新鲜度和风味等多项指标。与健康护理相比，物联网往往不用考虑体内传感器的电源，但是对于包装食品传感器的种类和规模则有更高的要求。因此，这些传感器必需便宜、耐用，并基于化学、物理、生物学检测机制进行工作。用于环境监测的传感器则需要建立与计算技术配合的传感系统，从而对传感数据进行及时分析、储存和传输，以便实现相关区域的环境监控或预报[12-13]；Jang等[14]综述了适合于信号加工的硬件和全部数据标准化的边界无线传输和监控的解决方案。为此，Kassal等[15]最近提供了一个关于无线化学传感器的解决方案，并对其进行了综述[15]。

1.3 全局性空气污染和大规模农业监控

农业依赖于区域和全局气候条件以及自然生态系统，因而大规模环境监控对现代农业是一个非常重要的任务。新传感器的概念比传统概念有所扩大，而且现代气象预报的策略也被明显拓展，加入了大量无人机对全球气象数据进行收集。Mandel等[16]、Gumus等[17]综述了与鸟类研究相关的传感器研究进展。有学者将带有GPS组件的传感器安装在鸟类身上[16]，研究鸟类的迁徙路线；在此基础上发明了鸟类实验室（lab-on-abird），在鸟类飞行过程中检测其生理条件[15]。虽然这些传感器尚未用于气候监控，但是有望为区域和全局气象数据的获得开辟一条新的途径。可结合现存的可穿戴传感器（wearable sensors）检测大气压[18]、橡胶应变式传感器（gumstrain sensor）测定湿度[19]或小规模湿度响应材料测定湿度[20]。如果这些技术设备与鸟类传感器相结合构成“鸟类传感器网络”，通过无线通信将数据传递到云或地面分布站并进行即时天气预报，将可能替代无人机预报。对于更大范围的气象变化，也可以将传感器安装在野生或半野生动物身上，但是这需要对其稳定性、准确性和抗干扰能力进行校准。这些信息有助于农场或野外农作物的耕作和栽培，也适合于更精确、及时的天气预报。Li等[21]关注地面动物传感器网络的研究，并建议基于这类传感器建立一类新的环境监测传感器网络。Johnson等[22]则重点关注整个生态系统中pH值的数据监控，致力于利于自检校pH传感器设备建立一个敏感、全球性、从海洋表面到深海的pH监控网络，并绘制出水生态和海洋生物分布图。这些工作显然需要自检校特性，而且还需要不同环境监测项目的新型传感器。关于此类传感器已经开展了不少研究，如自检校、渗透压驱动海水硝酸盐分析测定传感器、具有长期（至少1个月）测定能力的传感器等[23]。研究人员用相似的方法研制出可以长期（1年以上）检测铁离子并具有自检校功能、适于深海环境检测的传感器，可以稳定检测1年以上[24]。Fritzsche等[25]应用光学原理测定海水中氧气、pH值和碳酸盐，可以通过隔离滤网减少污染，并进行长期测定。自由定标（calibration-free）和自检校传感器已经在环境传感器领域成功使用。总之，这类自检校、可长期使用的传感器技术将对环境监测、海洋生态、水产品养殖等相关农业的数字化和物联网发展提供重要技术支撑。

1.4 当地农业监控

智能农场建设需要对土壤、作物和其他植物进行高精度监控[26]，而且需要进行准确的产量预测。因此，需要将地上传感系统在农场范围内通过有线或无线连接成网络，Ojha等[27]对此进行了综述。此外，农业监控还必须有完善的物联网-样机器系统、无人驾驶机械和智能机器人[28]。显然，机器上须安装完善的传感器系统，而且传感器表面要求抗各种污染，并相对持久耐用。土壤传感器对于作物栽培也很重要，Harris等[29]对土壤传感器进行了综述。印刷丝网电极已经在传感器网络中广泛使用，可以测量并自动监控土壤的盐渍度、判断是否需要灌溉等。因为这类传感器最大测定距离只有30 cm，所以需要更多的传感器连成网络。温室农业由于空间有限，可以自动控制其环境条件并自我调整、自我校准，整个管理系统需要逐渐实现机械化、智能化。这些也离不开更精细的传感器系统，例如土壤中的营养元素[30]，如硝酸盐、铵盐、磷酸盐或钾盐，特别是有机营养及各种营养的有效性精确测定和监控。其中，针对电化学型传感器，最需要解决的一个问题是离子之间的交叉反应[31]。虽然硝酸根离子电极具有较高的选择性，但是用电位测定型传感器测定磷酸盐仍有很多问题需要解决[32]。Johnson等[33]在海洋研究中发明了一种光学测定法，可以用来监控深海热泉周围的硝酸盐、溴化物和二硫化物，而且可以可靠检测这3种化合物长达1年以上并具有很高的精度，同时能有效保护传感器不被污染。针对传感器漂移、信号（随温度）变化所造成的误差，往往需要校准，即通过光学测定法进行校正，所得到的数据也需要进行归一化处理、参数优化。Awad等[34]研究表明，一个电位计印刷丝网传感器（screen-printed sensor）可以长期稳定地测定氰化物达半年。考虑到土壤的固体性质，针对地上和土壤内传感系统的研究还需要较长时间。无人监控解决方案对作物产量、需求等重要参数评估[35]和产量预报也是很大的挑战。

此外，调查植物对环境，如气候和土壤效力的自发传感作用也是研究的重要内容。Oren等[36]发明了一种基于石墨烯的植物叶可穿戴传感膜（graphenebased plant-leaf“wearable” sensor films），可以监控水的转运过程、时间和规模，因而可以监测单株植物对灌溉和营养的需求。这类传感器还应该具有绿色、可使用再生稳定电源（小型、灵活、光伏电源）[37]、强度高、耐受不同天气、抗机械扰动、不影响植物生长等特性，并且价格适中。Wang等[38]发明了一种人参根尖分生组织传感器，可以稳定超灵敏测定土壤中的有机和无机氮源。Zheng等[39]发明了一种三七根尖分生组织传感器，可以超灵敏测定三七根系对有机和无机氮营养的传感能力。这种根尖分生组织传感器也适合于其他多种植物根系有机和无机氮营养的传感与测定[40]。

1.5 家畜监控

家畜的营养和健康状态都相对容易监控，例如通过上述可穿戴和可植入传感器。通过物联网可管理大量生产性动物，保证家畜健康，并通过预防措施减少抗生素的使用[41]。例如，Takase等[42]发明了一种无线传感器系统，可以安装在活鱼体内，监控其胆固醇含量，以此作为鱼免疫水平和生理状态的指标。该传感器将一种典型的电化学型酶电极包裹在全氟磺酸保护层-酶-壳聚糖中，连接上一个微型恒压电位器和一个线圈，通过固定波长的无线电信号传输到信号采集站，从而实现48 h连续测量。但是，这需要在信号质量、消除环境干扰（温度、pH值、溶氧等）、信号传输地址、传输协议等方面进行研究和优化，同时需要考虑分子干扰和非特异性反应等问题。此外，多点校准（multipoint calibration）、时间间隔和长时间的稳定性（1个月以上甚至1年以上）也是必须考虑的[43]。动物对传感器的排斥反应也是需要面对的挑战，而且不同动物、不同年龄、不同季节可能会对测定有影响，还应考虑相应的成本是否合理[44]。最近更多的研究趋向于利用实用型传感器和适用性算法对放牧型动物进行监控[45]，将传感器安装在成群的家畜或农场动物身上[46]，适合远距离定位和大型牧场[47]。这样的场景也要求大型传感器网络来整合多位点接受和传递的监控信号。此传感器网络还可应用于保护作物免遭动物践踏[47]。上述例子都显示，传感器的连接和网络化已经处于应用阶段，但是面对不断变化的环境条件，传感器的校准和长期稳定使用等问题都需要尽快解决，以满足智能农业发展和农业物联网逐步推进的需求。

1.6 加工和包装食品传感器

为保证食品加工前后、储藏、运输以及消费者食用过程中的质量与安全，无线温度和湿度传感器已经得到广泛使用，其有利于农业物联网的构建与发展。例如：Le等[48]应用无线温度和湿度传感器来监控包装蔬菜的新鲜度，集成了2种被动无线射频识别（passive radio frequency identification，RFID）传感器标签用于无内部电源的情况，由30 cm范围内电磁场进行无线电子标签读取以替代电能。近年来，有很多研究都着手将此方法直接用来测定包装食品的新鲜度和安全性。早期的工作主要是通过光学原理在微量滴定板中测定相关指标，后来改为试纸条或薄膜，可以安装在食品包装里作为简单的传感器，方便读取[49]，或者通过监控相机读取[50]。相似的方法是通过可逆比色测定胺、氨气或其他小分子[51]。Yang等[52]设计了一种电化学小型纳米传感器，测定食品的新鲜度。该传感器由碳纳米管栅场效应晶体管（field effect transistor grid）和受体纳米盘构成，该受体对肉制品腐败标志成分尸胺敏感，当传感到生源胺时会引起电导率的改变。Liu等[53]应用化学压电电阻效应传感器测定生物胺作为肉或鱼是否腐败的标志。这类传感器可与上述RFID标签测定平台联用，或通过其他近场通信平台（NFC based platform）与智能手机联用读取结果[54]，可以直接从市场上购买NFC标签加上一个化学传感器进行气体传感测定。在食品包装中装上胺传感器的技术已经获得专利并投入生产。以智能手机为基础的生物传感器解决方案由Rateni等[55]提出，通过基于比色、试纸条的传感器测定有机磷农药降解产物，在4℃条件下其半衰期可以达到60 d，这种传感器比较适用于包装食品[56]。Abad等[57]则在RFID标签上整合了一个气体传感器用于包装食品的测定。他们将一个物理学（温度、湿度和光）传感器与一个化学气体传感器（金属氧化物）相结合，用柔性基板与记忆器（kapton）组装在一起，把上述传感器与读取、供能、传输功能结合在一起。农业和食品的实际生产中往往需要集成多种传感器，进行多种测定才能真正实现智能监控，因而还需要进一步加强新传感器工艺及其集成研究。例如：上述气体传感器或电子鼻（electronic nose）与光谱学和无线 EF CMOS 发射器（wireless EF CMOS transmitter）相结合，用来测定呼气中的乙醇。这些传感器也可以经过改良用于食品新鲜度监控。

2 能源问题

物联网的快速发展给人类社会和生活带来了革命性变化，但是物联网及其设备的快速接入和运行也给能源消耗带来较大负担。物联网所支持的智能化、自动化、电气化设备对各种能源的消耗必将快速增加[58]。农业生产区往往地处偏僻，供电系统的长期稳定性难以保证，这是农业物联网和其他物联网相比最突出的难题和挑战。虽然偏僻山区的供电线路安装相对艰难，但是水力、风力和光伏发电潜力具有得天独厚的优势。因此，依靠这些可再生、清洁能源解决农业物联网的能源问题已经成为农业物联网的热点研究领域。目前，相关研究主要集中在2个方面，即节能型仪器设备的研发和光伏、风力、水力发电及存储。

在农业物联网中，光伏发电可以帮助人们实现传感器和互联网接入控制器供电的主要能源供应。物联网的边界接入相对发展较慢，部分原因是所有这些边界设备（edge device）依赖于周边环境提供充足和稳定的电力。Haight等[59]分析了光伏电能（photovoltaics，PV）作为这类设备的能源并帮助物联网实现这些功能的可能性。在偏僻地区，特别是山区，大规模地发展和连通有线电网输电会遇到很多困难，即使能够接入，其成本也会变得很高，从而严重影响了这些地区智能化设备的接入和使用，阻碍了其智能化发展。这些地区往往太阳能、风能或生物能源相对丰富，其价格也比较低廉。要利用这些能源作为物联网和智能设备的动力，其稳定性和持久性必须得到保证。农业物联网的电力供应需要有加工、传感和数据通信三大功能。例如，密歇根大学发明的网络远端边界超低压芯片 （ultralow-power chip）系统，其可以整合大多数功能和能量采集设施。有一种用于智能手机的超低压处理器 （ultralow-power processor），其 1 MHz频率开机 1 h 仅耗电 85 μW，处理器的有效功率消耗也只有CV 2F（C为电容量，V为处理器的操作电压，F是时钟频率）。降低工作电压具有很多好处，节能处理器可以在<400 mV、0.83 MHz的供电情况下运行。监控系统的时间周期常常设置为接收和传送到节点的时间，其整体能量消耗只有6～8 mW，数据发出和接受频率则在150 kb/s至4 Mb/s。无线射频通信设备相对来说比较大（以厘米计），这主要是因为它需要较大的天线。为了减少边界设备的用电需求，一个集线系统（hub）带有一个中心高功率发送器，只需要从边界设备低功率的背面散射调制。虽然该边界设备的发射功率大大降低，但是与其集线系统的分隔距离却有限。智能边界系统也可以加工本地数据，减少与中心系统的通信量。网络的构建通常要能够使边界的集线器设备支持所需要的数据传输速率和距离等参数。目前的超低功耗设备（ultralow-power devices）可以传输几米距离，需要一系列其他近距离的设备接转才能实现较长距离的数据传输。100 m以上的数据传输也可以使用，但是需要耗费较大的电力用于数据加工和通信。考虑到这些电力预算，需要进行能量收集、电压调节和能量储存。因此，可以考虑将薄膜光伏器件与储能介质如电池组或超级电容器相结合。电池组具有明显的恒定电压优势，可以用于电化学测定，如电化学型传感器。因为电池组随电能的消耗并不改变电压，所以作为调压器还可以避免能量消耗所导致的电压变化。对于小型智能传感器设备，可以考虑底面积1 cm2、厚0.1 cm的空间安排电池，使用最大能量储存为200 Wh/L的锂离子电池即可，其耗电估值为数据储存100 μW、传感1 mW和数据传输5 mW。在间歇性操作时，处理器可以随时唤醒进行测定、储存数据，然后将数据传输到接收站，这样可以节省电量。因此，边界设备的超低电能操作对于构建农业物联网相当关键。传感器的省电设计是减少用电的关键环节。一个典型的例子是用电化学型传感器监控有毒气体的浓度或大气污染情况：传感器一般由微型电化学电池供能，其拉动电流为100～500 μA、电压为1～2 V。其总体电能消耗取决于操作的连续性（如监控一氧化碳的浓度）或监控周期性（例如户外空气的臭氧含量）。对绝大多数传感器来说，其电量需求分布在100 μW至1 mW，依传感目标而定。边界设备及其与近端设备的传输数据，或者具有信息分析功能的中心集线器（hub）也是省电的关键环节。有一系列的通信模块其操作接近1 V，但是在价格和距离分布上有所不同。光学传递数据方式可通过在毫瓦水平上调节一个红外发光二极管实现，不过距离有限；垂直腔面发射激光器（vertical-cavity surfaceemitting lasers）是高度定向并可以长距离通信的方式，但是其操作需要数毫瓦电量；还有通信模式涉及射频传输（radio-frequency，RF），用于超低耗电操作（5 mW），其间歇性操作每天耗电量仅为其他设备耗电量的1/72。实际上，部署在野外的系统一般至少要用1年以上。分析表明，野外部署物联网设备会使耗电量急速提升。作为无处不在的能源，光是农业物联网的一个最佳选择。我国光伏产业的国际先进地位已经为农业物联网发展奠定了基础。光伏电池（PV cells）对光的吸收和储存具有低价、高效的特点，有可能成为野外应用、农业和环境监控最重要的临近可再生能源（图1）。薄膜光伏电池（thin-film PV）只有2～3 μm的厚度，仅为300 μm硅片的1%。当然，还可以考虑选择薄膜光伏设备与电池合并，当光伏设备所产生的电压在其最大功率点（maximum power point，V mpp）以上时给电池充电。当标准的电压（开路电压）和光伏设备的最大电压在阳光充足的条件下，定义为1 sun，即吸收太阳能1.5～100.0 mW/cm2的电池充电量。电池充电必须在广泛吸收太阳能的条件下，其挑战在于以光伏为基础的能量采集。典型的荧光约可产生10-3suns。在如此低的光照水平，电池的分流电阻（shunt resistance）至少达到一个标准才可以产生足够电压实现电池充电。PV吸收与光能吸收之间能带间隙的最优化是另一个关键挑战。把一系列电池串联在一起可实现较高电压，其顶端光伏电池带有一个较大的能带间隙，而底部的电池带有较小的能带间隙。真正的自供电、智能计算机和传感器提供网络通信和信息收集功能可以适应地球上的任何地方。当然，其也可以帮助人们很好地控制周围环境，使之更加高效和可持续。

针对传感器网络检测小概率事件，如火灾等突发事件，要求安装既敏感又有选择性的传感器，以防忽略或者传递假警告。应用通常的传感器和电信号采集、加工和传递就必须具备持续监视和精细识别的能力，往往需要以相当稳定的电源供电。但是，在农业物联网中，供电往往难以保持长期稳定，成为农业物联网必须面对并尽快解决的问题[60]。为解决这一难题，Qian等[61]于 2017年在 Nature Nanotechnology上报道了一种新设计的传感器。这种传感器可以将微机械信号传递并加到一个红外光传感器上，从而实现高敏感和高波长选择性，并且不消耗电能。该传感器可以在中红外光谱区（mid-infrared region of the optical spectrum）操作，以辐射能驱动一个微机械中继器进行测定，提供数字化信号开关并输出电信号。该传感器在不工作时消耗的能量接近0，直到被特异性物理信号唤醒。他们证明由等离子体增强微机械光开关（plasmonically enhanced micromechanical photoswitches，PMPs）组成的红外数字化传感器可以选择性接受精确设计的待测光谱电磁能冲击，在两个电触点之间机械性地产生一个导电电路，无须任何外加电源。这种零功率数字化传感器（zero-power digitizing sensor）样机可以产生一个数字化输出比特（output bit），即从关到开（off-to-on）的状态转换，当接触到900 nm以内特异性狭窄中红外波长（bandwidth in the mid-infrared）且功率阈值（power threshold）在500 nW以内照射时，其开关电导比（on/off conductance ratio）>1012，其阈下斜率（subthreshold slope）>9 dec/nW，在此条件下现有的光电开关技术皆不能实现。

3 网络带宽和连接问题

随着物联网的飞速发展，上网设备成级数上升，互联网允许接入能力[包括边界智能，可重构智能界面，水、陆、空通信，太赫兹通信（terahertz communications），超信度和低延时通信，海量数据处理传输和区块链等]给物联网发展带来巨大挑战[62]。然而，智能设备的快速增长和扩张，特别是物联网对5G技术产生了巨大的挑战，甚至使5G技术已经不能完全满足物联网迅猛发展的需求，例如完全自动化、超大规模、高动力和完全智能化服务等。自动化的快速增长和智能化物联网络似乎已经超出了5G的无线通信能力。此外，新物联网服务器的出现和应用，例如远程机器人手术、智能飞行器、物联网服务器等，都需要高于5G的系统才能改善物联网服务器的运行和商业化服务[63]。如何抓住第六代移动通信技术（6G）给物联网带来的发展机遇[64]已经摆在人们的面前。由于6G技术与5G技术相比具有极其优越的特性，预期可以提供全新的服务质量，带给物联网系统用户更精彩的体验，例如超低延时、极高流量、以卫星为基础的服务，支持规模更大、自动化更好的网络等[65-67]。6G通信技术将会大大加快物联网的应用与发展，包括数据传感、设备连接、无线通信和6G网络操作等。6G-物联网的巨大潜力定将刺激各国政府的资金投入以及相关领域的科学家加入这一热门领域的研究。例如：芬兰已经资助了第一个6G项目，并称之为“创世纪”，计划构建世界上第一个6G-物联网试验研究平台。诺基亚也已经启动“Hexa-X计划”。一个新欧洲6G旗舰研究所于2021年1月1日成立，目的是发展未来的6G系统和人类、物理和数字化世界的物联网网络，并与著名的欧洲网络商、通讯服务器提供者以及研究机构进行合作。此外，美国联邦通信委员会也已经公开了他们的太赫兹谱带，且允许研究者和工程师通过移动通信系统和物联网设备试验6G功能[68]。由此可见，6G通信技术可以为工业、交通、物流等物联网提供更优质的通信平台。此外，其通信卫星组网方式[69]可以弥补地面组网所造成的中转站和地理问题，为未来的农业物联网发展提供了新契机。图2是6G通信技术可能对物联网的支撑所用示意图。

4 投资问题

虽然农业物联网发展是我国全面发展的基础，但是其投资需求巨大，仅靠广大农村财政和农民难以解决资金问题，需要国家的引领和支持。除此之外，民营企业、金融机构，特别是民间投资也为农业物联网发展提供了资金。我国农村和农业生产与发达国家相比依然比较落后，生产效率较低，地理条件、生态环境复杂，人均可耕地面积小、差异大。同时，我国也有很多自身的特点和优势，例如物产种类繁多、特色农产品丰富，特别是小杂粮、水果、蔬菜、保健食品以及中草药等资源丰富，具有各民族民俗、文化背景的饮食文化底蕴深厚，旅游观光资源得天独厚，这些都具有不可估量的发展空间。但是，很多“老、少、边、穷”农村地区经济落后，通信和交通不便，因而特色优势难以充分发挥，其资源难以得到开发利用，更无法走出大山、惠及全国甚至走向世界。农业物联网为解决这些难题提供了机遇。在各级政府的引领下，民营企业及其投资有可能成为农业物联网的主要投资者和发展主体，从而促进农业物联网的跨越式发展。

5 科技创新和技术培训问题

我国农村人均耕地面积少，集约化生产和经营程度不高，大量农民进城务工，有限的耕地由老、弱、病、残、妇进行耕种，其大多数年龄偏大、文化技术水平偏低，接受科技、文化培训的能力弱。可见，智能化农业发展的人才培养或培训主体只能定位为高等教育和农业企业，而不是留村农民。工人的科技文化水平同样取决于受教育程度。当今世界科技不断发展与进步，特别是信息技术日益普及和发展，互联网、物联网的创新和发展不仅使人类处在同一个 “地球村”，各学科之间的互相渗透、互相融合成为大势所趋。因此，任何一个人都不可能成为“通才”，只能成为某一个技术领域的专门人才。面对互联网、物联网和智能化发展的新形势，农业科技和创业人才培训面临新的机遇和挑战。

6 结语

农业物联网在给人们带来前所未有的机遇的同时，也面临着科技创新发展、投资和能源等挑战。在农业物联网构建与发展过程中，有关平台和层次构建方面与工业、交通物流和市场化运营等相似，不同之处主要在于农业物联网感知层需要种类更多、性能更稳定、价格更低廉、更节能的传感器。除了光学、物理学和化学传感器以外，农业物联网感知层对生物传感器有很强的依赖性，这也是生物传感器创新和应用研究的最大挑战。在能源问题上，随着智能仪器、设备的海量接入，能量消耗也与日俱增。与其他物联网相比，农业物联网所面对的主要挑战在于野外和偏僻环境输电和能量供应的稳定性问题。农村能源也有一定的优势，如在光伏、水力、风力和生物质能源方面具有得天独厚的优势，但是要实现这些能源的开发和利用，特别是长期、稳定地用于农业物联网还需要大量的科技创新与应用研究。另外，由于我国农村科技发展相对滞后，经济上欠发达，留守妇女、儿童、老年人居多且文化素质不高，青壮年多数进城务工，这些现状也成为农业物联网建设和发展的巨大挑战。这些难题的解决不仅需要大中专院校、科研院所等机构对物联网人才进行培养和教育，更需要各级政府和民营资金、外资、创业投资和风险投资的介入，兴建现代化农业产业和相关物联网产业，并负起科技培训的艰巨任务和社会责任。随着我国农业物联网的构建、完善、发展与推广应用，一个可持续、科学的智能型农业体系将会逐步形成，与此同时，相应领域的科学技术创新与产业化也将成为最热门的领域。