物联网与农业的发展
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¾ 《2006-2020年国家信息化发展战略重点》— 推进面向 “三农的信息服务”。利用公共网络，采用多种接入手 段，以农民普遍能够承受的价格，提高农村网络普及率。 整合涉农信息资源，规范和完善公益性信息中介服务， 建立城乡统筹的信息服务体系，为农民提供适用的市场、 科技、教育、卫生保健等信息服务，支持农村富余劳动 力的合理有序流动。
转变农业发展方式，提高发展质 量，调整农业产业结构，提升农 业科技自主创新能力，加大统筹 城乡经济社会发展力度，保障改 善民生!
12
2
二、 “智慧农业”的发展与实践
CPU
Single Wheel Hoe
自古以来人们孜孜以求的是： 基于信息和经验提炼知识，凭知识谋划决策
数据 → 信息 → 知识 → 智慧决策 13
化调控技术 农产品产后加工、储藏、分选、品质监测与过
程跟踪 先进适用技术系统的集成与系统分析
20
GPS 农业应用前景广阔 (RTD/RTK)
21
机载、便携式田间土壤数测试仪研发
On the go
土壤含水量测试仪带数据采集器 经济实用，具有广泛的推广应用 前景
23
22
新一代多参数 土壤传感器
24
z 当季化肥利用率： N-30-35%; P-15-20% K- 35-40%
z 生态环境问题日渐突 出，将成为制约农业持 续发展的主要因素
有机肥 N 肥 大水漫灌
NO3- NH4N+ H4+ NO3-
NO3-
NO3-
NO3- NO3-
NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NO3- NH4+ NHN4+O3-
加强土地承包经营权流转管理服务，发展多种 形式的适度规模经营;
建立起资源节约、环境友好型农业生产体系， 持续发展能力不断增强；
大力推进农业科技创新，促进：
农业技术集成化、
劳动过程机械化、
生产经营信息化。
6
1
我国人均耕地不到1.4亩，耕地减少趋势不可逆转，18亿亩红线面 临考验；耕地质量差，中低产农田占65%以上
加快形成主要依靠内需，促进国内消费需 求，拉动经济增长的格局。
扩大内需最大潜力在农村; 实现经济平稳较快发展基础支持在农业; 保障和改善民生重点在农民. 5
4. 发展现代农业必须：
按照高产、优质、高效、生态、安全 要求，加 快转变农业发展方式；
加强农业物质技术装备，健全农业产业体系；
信息化是由信息科学技术快速发展驱动的社会、经济变革, 通过有效利用信息和知识, 改变传统的经济发展方式，提高
31
生活质量，推动经济、社会发展转型的过程。
(2). 进入新世纪以来我国信息化快速发展：
基础设施逐步完善；应用日趋广泛。
政府部门和企业效率提高；百姓开始享受到信息化的便 利；带动了信息产业的快速发展;
NH4+ NI
NO3-
施N肥造成的N素污染物达1000万吨/
年
土壤/水质/大气环境质量监测
土壤本底调查与信息管理
精准施肥管理，提高肥水资源利用率
9
农产品品质安全是政府和百姓关注的重大问题。亚硝酸 盐、重金属等有毒物质进入食物链，危及人类健康
废水
工业化
城市化
大气 NOx、VOCs …
土壤耕作
5 结束语
2
一、农业发展的新起点
1、 我国国民经济社会快速发展，综合国力大大增强 中国已从低收入国家迈入中低收入国家的行列:
改革开放30年，GDP 年均增长 9.8 %, 2009人均GDP达3780 USD
GDP增长率：2005-↑10.2 %；2006-↑11.1%；2007-↑ 13 %； 2008-↑9.6 %; 2009-↑9.1%; 2010上半年-↑11.1%
2010 下一代互联网发展与应用论坛
智慧农业发展与物联网 农业领域应用展望
汪懋华
教育部现代精细农业系统集成研究重点实验室（中国农业大学） 中国工程院、国际欧亚科学院 院士
2010-09-13 北 京
1
提要
1 农业发展的新起点 2 “智慧农业”的发展与实践 3 加快推进农村与农业信息化 4 物联网在农业领域的应用
Data Information knowledge wisdom
精细农业 (Precision Agriculture)
基于信息和知识管理好复杂的农业系统； 由经验型、定性化为主的粗放型农业向知识型、
精细化管理的现代农业发展方式转变； 基于差异性信息实施精细农作管理。
14
传统农作 — 整块农田统一操作
1998—2006 减少耕地 1.18 亿亩 (年均减少 1475 万亩）
2007–18.26 亿亩 (1.38亩/人） 2008–18.26 亿亩 (1.37亩/人）
(亩/人) 1.56 1.54 1.52 1.5 1.47 1.43 1.41 1.4 1.39
● 耕地数量质量监测管理；● 耕地保护监控与预警 7
信息技术应用向各行各业迅速渗透：带来成本的降
低、效率的提升、监管的加强、业务的开发、市场 的拓展、管理的变革等;
加快推进农业信息化，受到政府有关部门的广泛 重视”。2004年,国务院信息办提出:
¾ 我国信息化建设要实现六大转变:由城市为主,向城乡统筹转 变,把农村信息化建设放在更加重要的地位. 围绕农业结构 调整,农村经济发展和农民增收,采取国家扶持与市场机制相 结合的方式,加强农村信息基础设施建设,强化农业信息资源
解这种理念，再学习使用这套工具，之后构筑自己的
Precision System”。
— 经济日报，2002.2.20 —
IBM 提出建设“智慧地球”新理念（Smart Planet）:
更透彻的感知和度量；更全面的互联互通；更深入的智能化。
29
“精细农业” → “智慧农业” 30
5
三、加快推进农业与农村信息化
z7个分区分别由远 程监测与控制单元 控制
z各子系统之间和 中央监控系统通过 无线局域网通信
农业信息技术应用大面积灌溉农田中央远程控制与监测系统(西班牙), 节水40%
土壤墒情与水环境监测; 旱情监测预警; 节水灌溉…8
P8
2009年我国氮肥消费量2800万吨（折纯），流失占16.9 %
z 1996-2008 年 ， 化 肥 用 量 ↑ 36.9% ， 粮 食 总 产↑4.7%
下一个20年是我国实现由中低收入国向中高收入国家转3
变的关键时期．
2、 发展理念的重大变化：
“保增长，扩内需，调结构，重民生”
过去的工业化基本是在城市进行：“两高一资”的 工业化发展模式不可持续
“加大统筹城乡发展力度，夯实农业农村发展基础”
后金融危机时期，将引发新一轮科技革命。
提高科技自主创新能力，加快培育和发展战略性 新兴产业，扶持中小企业的发展。
P7
2009 人均水资源量1784.9 m3 ，少于全球平均水平的 1/4
z 10亿多亩耕地无灌溉条件，北方干旱、南方季节性干旱经常发生 z 农业用水占总用水量的 70%，灌溉水利用率47%（发达国家75%） z 每立方米水生产粮食不足1.0kg，而发达国家达到 2.0 kg以上。
zWSN控制1,500 公 顷灌溉农田
人均粮(kg) 412 411 365
333
361 379 380 398 398
1996 – 2003 人均占有粮 ↓79 kg; 2004 – 2009 人均占有粮 ↑37 kg
破解“三农”难题，要着力解决“农民增收”问题
城乡人均收入逐年拉大：上世纪80年代中 – 1.8 : 1
1991-2.4;1995-2.7;2000-2.8;2005-3.2; 2007-3.3;2009-3.33
1 、信息科技发展与建设现代农业
(1) . 全面认识工业化、信息化、城镇化、市场化、
国际化深入发展的新形势新任务.
发展现代产业体系，大力推进信息化与工业化融合.
“两化”融合 — 国家信息化战略重心的转移，把信息化放
在转变经济发展方式和调整产业结构上，解决经济发展中最 为紧迫的问题上来.
信息化与经济结构转型、产业提升相融 合；信息化与制度建设与服 务体系建设相融合；信息化与公共事业发展相融合….
人才资源是第一资源，大力培养创新、创业型工程 科技人才。
实现“科学发展，创新发展，绿色发展， 和谐发展，可 持续发展” 4
3. 面对粮食和主要农产品有效供给与食物安全、 气候变化、金融危机、资源环境制约等挑战, 进一步突显了“三农”问题的重要战略地位
“三农问题, 重中之重”:
农业基础仍然薄弱,最需要加强; 农村发展仍然滞后,最需要扶持; 农民增收仍然困难,最需要加大.
NO3NO3- NO3NO3-
NO3-
NO3-
NH4+ NO3-
NO3-
NH4+ NO3-
NO3-
NO3-
NO3-
NO3-
NO3-
NO3-
NO3-
NH4+ NH4+ NH4+ NO3- NH4+ NO3-NH4+
NO3-
NO3-
NO3-
NO3-
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
NO3-
NO3-
NO3-
NO3-
淋 洗
NO3-
NO3-
NO3-
固态废弃物 废气
土壤
农产品
经济发展
水
施肥
重金属
POPs……
农田环境
保障农产品与食物品质安全
10
5. “粮食安全，第一要务”
近14年来我国粮食总产与人均占有粮食的变化数据
1996 1998 2000 2003
2004 2006 2007 2008 2009
总产(亿吨) 5.045 5.123 4.622 4.307 4.695 4.98 5.016 5.287 5.308
精细农作 — 变量作业
按植株实施精细农作 – 植物工程
←按小区间的差异性进行农作管理
Manage farming by Zone
←土地分散经营
体制下的跨界农作 Transborder
Farming15
基于作物产量空间分布差异性的精细农作管理
16
作物增产，从土抓起
“精细园艺” — 基于小区或个体信息的园艺与果树农作管理
4
面向农业生产者应用的各种智能化 传感器、仪器设备进入国际市场
25
26
变量施肥
N-Sensor
Green Seeker
27
美国农场主应用信息技术管理经营农业生产
28
美国农村信息咨询服务业
我们面对的是要建设现代农业产业体系。工程绝不仅仅是科
学的简单应用和堆砌，工程除了要懂得基础科学的基本原理、 理论和方法之外，还必须善于处理好科学要素、技术要素、经 济要素、管理要素、社会要素、环境要素等多要素的集成、选 择和优化。
种植业净利润很低(元/亩),需要加快转变发展方式[2008]：
稻谷-235.6; 小麦-164.5; 玉米-159.2; 大豆-178.5; 油菜籽-308.5; 棉花— -16.7; 甘蔗-195.8; 苹果-1945.5
劳动成本占总成本比例（全国平均）：小麦27.5%;
稻谷38.6%; 玉米42.1%; 油菜48%；棉花48.8% 11
Precision Production
—密歇根大学“精细制造项目联合会主席”杰弗里.莱克教授谈精细思维
“Precision是一种哲学思想，一种理念，一种思维方式。对
Precision 的理解，不能仅仅停留在对工具和方法的理解。它
不是一套可以硬性拷贝的工具，而是一种灵活的理念以及与之
相关的一系列可用来帮助您持续改进的强有力工具。您必须理
17
18
3
“精细加工” — 品质监测，过程调控，资源精细利 用，精细储运、包装与产品增值
“精细经营” — 市场需求预测，精打细算，过程管理，决策分19 析
精细农业实践推动信息技术农业应用创新
3 S 空间信息技术的农业应用 农田空间分布信息采集、处理与新产品开发 动植物生长过程管理智能化辅助决策支持系统 变量作业农业装备及智能化控制技术 动物个体编号自动识别与生产过程个性化精细
GDP:1万亿(1986)→10万亿(2001)→ 20万亿(2006)→ 30万亿(2008)
中国人均GDP仍然在世界排名 100 位之后，中国仍然是
一个中低收入的发展中国家.社会发展明显滞后经济发展
工业化、城镇化作为中国经济发展的内在动力,短期内
不会改变。
2009- 46.6 % 预测城镇化率：2020 - ~58 %; 2030 - >65 % 与我国人均GDP 相近的国家，城市化率一般都已在60％以上。
32
开发,利用多种形式面向三农的信息服务.
¾ 2005年1月10日发改委负责人宣布： “把农业信息化作为 2005年国家信息化建设的三大重点任务之一”；
¾ 2005年中国信息化推进大会将“农业信息化与构建和谐 社会”作为大会主题；
¾ “ 2005年全国信息技术应用工作会议”锁定“十一五”信 息技术应用推广六个方面的第2项：“大力推进农业信息 化和现代化”；
转变农业发展方式，提高发展质 量，调整农业产业结构，提升农 业科技自主创新能力，加大统筹 城乡经济社会发展力度，保障改 善民生!
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2
二、 “智慧农业”的发展与实践
CPU
Single Wheel Hoe
自古以来人们孜孜以求的是： 基于信息和经验提炼知识，凭知识谋划决策
数据 → 信息 → 知识 → 智慧决策 13
化调控技术 农产品产后加工、储藏、分选、品质监测与过
程跟踪 先进适用技术系统的集成与系统分析
20
GPS 农业应用前景广阔 (RTD/RTK)
21
机载、便携式田间土壤数测试仪研发
On the go
土壤含水量测试仪带数据采集器 经济实用，具有广泛的推广应用 前景
23
22
新一代多参数 土壤传感器
24
z 当季化肥利用率： N-30-35%; P-15-20% K- 35-40%
z 生态环境问题日渐突 出，将成为制约农业持 续发展的主要因素
有机肥 N 肥 大水漫灌
NO3- NH4N+ H4+ NO3-
NO3-
NO3-
NO3- NO3-
NH4+ NH4+ NH4+ NH4+ NO3- NH4+ NHN4+O3-
加强土地承包经营权流转管理服务，发展多种 形式的适度规模经营;
建立起资源节约、环境友好型农业生产体系， 持续发展能力不断增强；
大力推进农业科技创新，促进：
农业技术集成化、
劳动过程机械化、
生产经营信息化。
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1
我国人均耕地不到1.4亩，耕地减少趋势不可逆转，18亿亩红线面 临考验；耕地质量差，中低产农田占65%以上
加快形成主要依靠内需，促进国内消费需 求，拉动经济增长的格局。
扩大内需最大潜力在农村; 实现经济平稳较快发展基础支持在农业; 保障和改善民生重点在农民. 5
4. 发展现代农业必须：
按照高产、优质、高效、生态、安全 要求，加 快转变农业发展方式；
加强农业物质技术装备，健全农业产业体系；
信息化是由信息科学技术快速发展驱动的社会、经济变革, 通过有效利用信息和知识, 改变传统的经济发展方式，提高
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生活质量，推动经济、社会发展转型的过程。
(2). 进入新世纪以来我国信息化快速发展：
基础设施逐步完善；应用日趋广泛。
政府部门和企业效率提高；百姓开始享受到信息化的便 利；带动了信息产业的快速发展;
NH4+ NI
NO3-
施N肥造成的N素污染物达1000万吨/
年
土壤/水质/大气环境质量监测
土壤本底调查与信息管理
精准施肥管理，提高肥水资源利用率
9
农产品品质安全是政府和百姓关注的重大问题。亚硝酸 盐、重金属等有毒物质进入食物链，危及人类健康
废水
工业化
城市化
大气 NOx、VOCs …
土壤耕作
5 结束语
2
一、农业发展的新起点
1、 我国国民经济社会快速发展，综合国力大大增强 中国已从低收入国家迈入中低收入国家的行列:
改革开放30年，GDP 年均增长 9.8 %, 2009人均GDP达3780 USD
GDP增长率：2005-↑10.2 %；2006-↑11.1%；2007-↑ 13 %； 2008-↑9.6 %; 2009-↑9.1%; 2010上半年-↑11.1%
2010 下一代互联网发展与应用论坛
智慧农业发展与物联网 农业领域应用展望
汪懋华
教育部现代精细农业系统集成研究重点实验室（中国农业大学） 中国工程院、国际欧亚科学院 院士
2010-09-13 北 京
1
提要
1 农业发展的新起点 2 “智慧农业”的发展与实践 3 加快推进农村与农业信息化 4 物联网在农业领域的应用
Data Information knowledge wisdom
精细农业 (Precision Agriculture)
基于信息和知识管理好复杂的农业系统； 由经验型、定性化为主的粗放型农业向知识型、
精细化管理的现代农业发展方式转变； 基于差异性信息实施精细农作管理。
14
传统农作 — 整块农田统一操作
1998—2006 减少耕地 1.18 亿亩 (年均减少 1475 万亩）
2007–18.26 亿亩 (1.38亩/人） 2008–18.26 亿亩 (1.37亩/人）
(亩/人) 1.56 1.54 1.52 1.5 1.47 1.43 1.41 1.4 1.39
● 耕地数量质量监测管理；● 耕地保护监控与预警 7
信息技术应用向各行各业迅速渗透：带来成本的降
低、效率的提升、监管的加强、业务的开发、市场 的拓展、管理的变革等;
加快推进农业信息化，受到政府有关部门的广泛 重视”。2004年,国务院信息办提出:
¾ 我国信息化建设要实现六大转变:由城市为主,向城乡统筹转 变,把农村信息化建设放在更加重要的地位. 围绕农业结构 调整,农村经济发展和农民增收,采取国家扶持与市场机制相 结合的方式,加强农村信息基础设施建设,强化农业信息资源
解这种理念，再学习使用这套工具，之后构筑自己的
Precision System”。
— 经济日报，2002.2.20 —
IBM 提出建设“智慧地球”新理念（Smart Planet）:
更透彻的感知和度量；更全面的互联互通；更深入的智能化。
29
“精细农业” → “智慧农业” 30
5
三、加快推进农业与农村信息化
z7个分区分别由远 程监测与控制单元 控制
z各子系统之间和 中央监控系统通过 无线局域网通信
农业信息技术应用大面积灌溉农田中央远程控制与监测系统(西班牙), 节水40%
土壤墒情与水环境监测; 旱情监测预警; 节水灌溉…8
P8
2009年我国氮肥消费量2800万吨（折纯），流失占16.9 %
z 1996-2008 年 ， 化 肥 用 量 ↑ 36.9% ， 粮 食 总 产↑4.7%
下一个20年是我国实现由中低收入国向中高收入国家转3
变的关键时期．
2、 发展理念的重大变化：
“保增长，扩内需，调结构，重民生”
过去的工业化基本是在城市进行：“两高一资”的 工业化发展模式不可持续
“加大统筹城乡发展力度，夯实农业农村发展基础”
后金融危机时期，将引发新一轮科技革命。
提高科技自主创新能力，加快培育和发展战略性 新兴产业，扶持中小企业的发展。
P7
2009 人均水资源量1784.9 m3 ，少于全球平均水平的 1/4
z 10亿多亩耕地无灌溉条件，北方干旱、南方季节性干旱经常发生 z 农业用水占总用水量的 70%，灌溉水利用率47%（发达国家75%） z 每立方米水生产粮食不足1.0kg，而发达国家达到 2.0 kg以上。
zWSN控制1,500 公 顷灌溉农田
人均粮(kg) 412 411 365
333
361 379 380 398 398
1996 – 2003 人均占有粮 ↓79 kg; 2004 – 2009 人均占有粮 ↑37 kg
破解“三农”难题，要着力解决“农民增收”问题
城乡人均收入逐年拉大：上世纪80年代中 – 1.8 : 1
1991-2.4;1995-2.7;2000-2.8;2005-3.2; 2007-3.3;2009-3.33
1 、信息科技发展与建设现代农业
(1) . 全面认识工业化、信息化、城镇化、市场化、
国际化深入发展的新形势新任务.
发展现代产业体系，大力推进信息化与工业化融合.
“两化”融合 — 国家信息化战略重心的转移，把信息化放
在转变经济发展方式和调整产业结构上，解决经济发展中最 为紧迫的问题上来.
信息化与经济结构转型、产业提升相融 合；信息化与制度建设与服 务体系建设相融合；信息化与公共事业发展相融合….
人才资源是第一资源，大力培养创新、创业型工程 科技人才。
实现“科学发展，创新发展，绿色发展， 和谐发展，可 持续发展” 4
3. 面对粮食和主要农产品有效供给与食物安全、 气候变化、金融危机、资源环境制约等挑战, 进一步突显了“三农”问题的重要战略地位
“三农问题, 重中之重”:
农业基础仍然薄弱,最需要加强; 农村发展仍然滞后,最需要扶持; 农民增收仍然困难,最需要加大.
NO3NO3- NO3NO3-
NO3-
NO3-
NH4+ NO3-
NO3-
NH4+ NO3-
NO3-
NO3-
NO3-
NO3-
NO3-
NO3-
NO3-
NH4+ NH4+ NH4+ NO3- NH4+ NO3-NH4+
NO3-
NO3-
NO3-
NO3-
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
NO3-
NO3-
NO3-
NO3-
淋 洗
NO3-
NO3-
NO3-
固态废弃物 废气
土壤
农产品
经济发展
水
施肥
重金属
POPs……
农田环境
保障农产品与食物品质安全
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5. “粮食安全，第一要务”
近14年来我国粮食总产与人均占有粮食的变化数据
1996 1998 2000 2003
2004 2006 2007 2008 2009
总产(亿吨) 5.045 5.123 4.622 4.307 4.695 4.98 5.016 5.287 5.308
精细农作 — 变量作业
按植株实施精细农作 – 植物工程
←按小区间的差异性进行农作管理
Manage farming by Zone
←土地分散经营
体制下的跨界农作 Transborder
Farming15
基于作物产量空间分布差异性的精细农作管理
16
作物增产，从土抓起
“精细园艺” — 基于小区或个体信息的园艺与果树农作管理
4
面向农业生产者应用的各种智能化 传感器、仪器设备进入国际市场
25
26
变量施肥
N-Sensor
Green Seeker
27
美国农场主应用信息技术管理经营农业生产
28
美国农村信息咨询服务业
我们面对的是要建设现代农业产业体系。工程绝不仅仅是科
学的简单应用和堆砌，工程除了要懂得基础科学的基本原理、 理论和方法之外，还必须善于处理好科学要素、技术要素、经 济要素、管理要素、社会要素、环境要素等多要素的集成、选 择和优化。
种植业净利润很低(元/亩),需要加快转变发展方式[2008]：
稻谷-235.6; 小麦-164.5; 玉米-159.2; 大豆-178.5; 油菜籽-308.5; 棉花— -16.7; 甘蔗-195.8; 苹果-1945.5
劳动成本占总成本比例（全国平均）：小麦27.5%;
稻谷38.6%; 玉米42.1%; 油菜48%；棉花48.8% 11
Precision Production
—密歇根大学“精细制造项目联合会主席”杰弗里.莱克教授谈精细思维
“Precision是一种哲学思想，一种理念，一种思维方式。对
Precision 的理解，不能仅仅停留在对工具和方法的理解。它
不是一套可以硬性拷贝的工具，而是一种灵活的理念以及与之
相关的一系列可用来帮助您持续改进的强有力工具。您必须理
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“精细加工” — 品质监测，过程调控，资源精细利 用，精细储运、包装与产品增值
“精细经营” — 市场需求预测，精打细算，过程管理，决策分19 析
精细农业实践推动信息技术农业应用创新
3 S 空间信息技术的农业应用 农田空间分布信息采集、处理与新产品开发 动植物生长过程管理智能化辅助决策支持系统 变量作业农业装备及智能化控制技术 动物个体编号自动识别与生产过程个性化精细
GDP:1万亿(1986)→10万亿(2001)→ 20万亿(2006)→ 30万亿(2008)
中国人均GDP仍然在世界排名 100 位之后，中国仍然是
一个中低收入的发展中国家.社会发展明显滞后经济发展
工业化、城镇化作为中国经济发展的内在动力,短期内
不会改变。
2009- 46.6 % 预测城镇化率：2020 - ~58 %; 2030 - >65 % 与我国人均GDP 相近的国家，城市化率一般都已在60％以上。
32
开发,利用多种形式面向三农的信息服务.
¾ 2005年1月10日发改委负责人宣布： “把农业信息化作为 2005年国家信息化建设的三大重点任务之一”；
¾ 2005年中国信息化推进大会将“农业信息化与构建和谐 社会”作为大会主题；
¾ “ 2005年全国信息技术应用工作会议”锁定“十一五”信 息技术应用推广六个方面的第2项：“大力推进农业信息 化和现代化”；