农业物联网发展现状及对策研究

农业物联网发展现状及对策研究

作者：冯连芳陈益平王健

来源：《农村经济与科技》2016年第18期

[摘要]本文阐述了农业物联网的体系结构与特点，分析了当前我国农业物联网建设技术标准、传感器等方面存在的主要问题，并针对包括政府、企业等农业物联网产业链上各方提出了所需采取的对策。

[关键词]物联网;农业;问题;对策

[中图分类号]S126 [文献标识码]A

农业是我国经济和社会发展的基础产业。近年来，我国农业发展成就显著，农业技术装备水平不断提高，农业资源环境保护与生态建设支持力度不断加大，粮食生产实现了历史性的“十二连增”。在此同时，由于农业资源过度开发、劳动力老龄化、农业投入品过量使用、地下水超采以及农业内外源污染相互叠加等带来的一系列包括农产品安全、农村生态环境恶化等问题日益凸显，农业可持续发展面临重大挑战。

作为继计算机、互联网之后的信息产业第三次浪潮的物联网（the Internet of Things）是解决当前农业可持续发展问题的主要手段之一。物联网技术与农业生产、经营、管理、服务全产业链的深度融合，对改造传统农业、提升农业现代化水平、提高农业发展质量和效益、促进农民增收、加强农村社会管理和服务具有重要意义。

1 农业物联网简介

物联网是一种能够让任何物品相互之间实现联系的互联网。物联网具有三个特征：广泛运用各种感知技术.以互联网为基础和智能处理能力。作为物联网技术在农业领域的应用，农业物联网通过充分应用现代信息技术成果，集成应用计算机与网络技术、物联网技术、音视频技术、3S技术（RS、GIS和GPS。其中RS 代表Remote Sensing，遥感技术;GIS是Geography information Systems的缩写，即地理信息系统;GPS表示Global positioning Systems，即全球定位系统）、无线通信技术及专家智慧与知识，实现农业可视化远程诊断、远程控制、灾变预警等智能管理。在此过程中，农业物联网运用各种农用传感器构成监控网络，采集检测环境中的农业相关物理量参数，通过各种仪器仪表实时显示，并通过计算机终端对反馈的信息进行处理和分析，远程控制农业设施，为农作物的生长创造一个良好的环境，以便大幅度提高农作物的产量和改善农作物的质量，合理调节农作物的生产周期.提高农业经济效益。

根据农业物联网的全面感知、可靠传输、智能处理三大特征，结合现代农业的实际生产应用，农业物联网的架构如图1所示分为三层：感知层、传输层和应用层。感知层采用农用传感

器，包括如温湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器、风向传感器、风速传感器、雨量传感器、土壤温湿度传感器等环境传感器以及叶绿素含量、植株高矮、植株直径、果实大小等本体传感器来获取作物的各类信息。感知层是农业物联网信息的来源。传输层由各种网络组成，包括如Zigbee、 WiFi、6LoWPAN、Bluetooth、4G/3G、GPRS等无线网络、卫星通信网络以及有线网络。传输层是整个农业物联网的中枢，负责传递和处理感知层获取的信息。应用层主要解决信息处理和人机界面问题，即输入输出控制终端。应用层适应农业领域具体行业需求，实现农业物联网的智能应用。应用层直接接触用户，为用户提供丰富的服务功能，用户通过智能终端在应用层上定制需要的服务信息，如食品追溯、精准农业、农机管理、农业生态管理、农业设施监控等。

图1 农业物联网系统架构

农业物联网技术不同于其他领域的通用物联网技术，在物联网的三层架构上都与通用物联网如表1所示有着本质差别。

表1 农业物联网与通用物联网技术的差别

2 农业物联网发展现状

农业物联网利用现代信息技术改造传统农业，利于提高农业资源利用率和劳动生产率，推动农业发展向集约型、规模化转变，提升农业现代化水平。我国政府极其重视农业物联网工作。2013年，农业部启动农业物联网区域试验工程，选择天津的设施农业与水产养殖物联网试验区、上海的农产品质量安全监管试验区、安徽的大田生产物联网试验区开展农业物联网试点试验工作，用以探索农业物联网理论研究、系统集成、重点领域、发展模式及推进路径，提高农业物联网理论及应用水平，促进农业生产方式转变。通过几年来的努力，这三个地区在完善平台功能、深化示范应用、建设标准体系、开展自主创新、推进电子商务取得了显著成果。

我国农业物联网建设当中，涌现出了一批如中农信达、安徽朗坤、上海农业信息等一批国内标杆性农业物联网公司，它们和中国农业大学等高校一起，提供了较为成熟的农业生态环境监测、食品安全溯源、大田种植、设施农业、畜禽养殖和水产养殖等大量农业物联网解决方案和示范应用项目，为我国农业物联网建设作出了巨大贡献。

虽然我国的农业物联网建设取得了巨大的成果，但其核心技术尚未成熟，应用推广仍有许多问题，主要表现在以下几个方面：

2.1 技术标准

当前世界各国的农业物联网都存在不同的标准。而国内的标准正在制定中。农业物联网终端接入协议五花八门，包括GPRS/CDMA/LTE、短信、传感器、有线等，没有一个统一的协议

栈。另外，农业物联网需要频发进行数据采集，而大多数采集所用的Zigbee等无线网络的安全保障机制有待加强，没有统一标注。最后，各种传感器厂商生产的产品质量与数据接口不统一，功能各异，导致整合难度较高。

2.2 农用传感器

农用传感器往往有防尘、防水、防潮、防污、稳定性、功耗等要求，相对普通传感器来说设计困难，价格昂贵。尤其是季节性多参数采集的集成式传感器、移动式（包括车载式和便携式）传感器更加稀缺。我国现有农用传感器种类稀少，不足世界种类的10%。此外，我国农用传感器主要集中在对一些简单物理量的监测，缺乏植物本体感知传感器，并缺乏市场规模效应。同时，国产传感器普遍存在性能不稳定、寿命短等问题。

2.3 网络互联

农业物联网尤其是大田物联网需要对大面积分布的农用传感器采集到的数据进行汇聚，相应要求设计适于农业环境变化的多跳、自组织通信技术，或基于现有的ZigBee技术进行改造。此外，农业物联网接入互联网的方案也需要标准化。

2.4 深层次信息加工

当前，大多数农业物联网方案已实现对农业环境的信息采集，但是针对采集到的大数据，缺少利用农业领域的专业知识（包括农业生产类型、农业生产环境、农作物时空变异性等）进行深层次信息加工的能力，以及知识工程、云计算等现代信息处理技术的深层次应用。

2.5 终端多样化

农业领域内不同行业对农业物联网终端产品需求千差万别，如何满足这种终端多样化需求是农业物联网行业的一大挑战。

2.6 农业种养植经验的数字化

以往农民对主要依靠感官经验观察农作物的生长环境，没有精确、可靠的量化数据，因此如何将农民成功的种植经验进行总结、数字化和复制也是农业物联网领域的一大问题。

另外，农业物联网系统的建设具有前期一次性投人大、后期回报周期长的特点，而由于农业生产整体效益比较低，导致农业物联网建设普遍存在资金投入不足。同时，“接地气”的农业物联网应用研究缺乏。最后，农业物联网技术属于交叉学科，而既懂农业又懂信息技术、设施维护的专业人才队伍稀缺，也制约着农业物联网技术的发展。

3 农业物联网发展对策