郭 佳

（北京郵電大學 計算機學院，北京 100876）

當今農業(yè)產業(yè)正面臨資源短缺、生態(tài)惡化、勞力短缺、農產品質量安全壓力等問題，需要大幅度提高土地產出率、勞動生產率、資源利用率，以保證提供優(yōu)質安全健康的農產品。農業(yè)物聯(lián)網的應用恰恰就是解決上述問題的最佳途徑。2014年暑假，筆者參與了北京郵電大學計算機學院有關天津市農業(yè)物聯(lián)網現(xiàn)狀的調研活動，并考察了天津市農業(yè)物聯(lián)網建設基地和現(xiàn)代農業(yè)示范園，對農業(yè)物聯(lián)網產生了極大的興趣。2015年寒假，筆者再次對天津市農業(yè)物聯(lián)網建設的最新進展進行了深入調查研究，并拜訪了天津市農村工作委員會市場信息處、信息中心負責人，就京津冀協(xié)同發(fā)展背景下的天津市現(xiàn)代都市型農業(yè)中的信息化發(fā)展進行了探討。通過上述活動對農業(yè)物聯(lián)網的概念和內涵有了更進一步的認識和理解，對天津市農業(yè)物聯(lián)網產業(yè)發(fā)展的新進展、現(xiàn)階段的制約因素和前景等有了更清晰的了解，認識到近年來天津農業(yè)生產物聯(lián)網智能化控制與管理上取得了明顯成效，形成了比較明確的產業(yè)應用思路，在農產品物流中心區(qū)建設、農業(yè)物聯(lián)網產業(yè)發(fā)展上形成了大量調研成果，并拓展了物聯(lián)網應用新領域。

1 農業(yè)物聯(lián)網概念的再認識

1.1 農業(yè)物聯(lián)網概念

概括講農業(yè)物聯(lián)網就是新一代信息技術在農業(yè)生產、經營、管理和服務上的高度集成和綜合運用；具體講就是指應用射頻識別、傳感、網絡通信等技術，對農業(yè)生產經營過程涉及的內外部信號進行感知，并與互聯(lián)網連接，實現(xiàn)農業(yè)信息的智能識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。是以人為主體，以機為手段，以物為對象的一個“人、機、物”有機結合體。

物聯(lián)網并不等同于互聯(lián)網，但其基于互聯(lián)網而形成，互聯(lián)網是物聯(lián)網得以實現(xiàn)的重要組成部分。物聯(lián)網從框架概念上呈現(xiàn)出三層結構，即感知層、傳輸層與應用層。在傳統(tǒng)的大棚菜種植中，草氈的掀起和覆蓋全靠手工，何時澆水、施肥、打藥，全憑經驗和感覺。如今，現(xiàn)代農民面對一臺電腦，通過實時監(jiān)控系統(tǒng)，只需按動開關，就能進行大棚蔬菜種植中的精準澆水、施肥、打藥、溫濕度調控，這就是現(xiàn)代化農業(yè)中的物聯(lián)網在蔬菜種植中的真實寫照。

1.2 農業(yè)物聯(lián)網開發(fā)的目的

習近平總書記指出，農業(yè)物聯(lián)網是農業(yè)生產方式變革的主要支撐，是現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的重要方向，要讓農業(yè)物聯(lián)網更好地促進生產、走進生產、造福百姓。從2009年溫總理提出的“感知中國”概念使得中國物聯(lián)網行業(yè)起步至今已5年有余，農業(yè)物聯(lián)網也隨之逐漸興起。農業(yè)物聯(lián)網是新一輪產業(yè)革命的重要方向和推動力量，是改變農業(yè)、惠及農民、改造農村的一種新力量。同時，加快發(fā)展農業(yè)物聯(lián)網建設，是推進信息化與農業(yè)現(xiàn)代化深度融合、加快農業(yè)結構調整和轉變農業(yè)發(fā)展方式的重要舉措。進一步講，農業(yè)信息化的發(fā)展，可以有效地提高農業(yè)產業(yè)化水平，快速推進現(xiàn)代化農業(yè)發(fā)展，提高生產效率、降低應用管理成本和帶動農民增收。

1.3 新的信息技術

“云物移大智”即“云計算”、“物聯(lián)網”、“移動互聯(lián)”、“大數(shù)據”、“智能科學”?，F(xiàn)今社會已經進入了一個信息化時代，而“云物移大智”作為信息化產業(yè)的幾大巨頭，其發(fā)展是相輔相成同步前進的。

2 天津市農業(yè)物聯(lián)網新進展

2014年天津市的農業(yè)物聯(lián)網建設走在了全國前列。一是在建設的頂層設計上理念先進。天津農業(yè)物聯(lián)網是按照“有限目標、重點突破、形成產業(yè)”的思路，堅持信息技術、生物技術、工程技術有機結合，堅持研究開發(fā)、集成、示范、推廣應用相結合，樹立全要素、全過程、全系統(tǒng)“三全”。二是加快農業(yè)物聯(lián)網平臺建設，在應用上有突破。天津農業(yè)物聯(lián)網平臺服務功能得到提升，內容更加豐富，應用系統(tǒng)進一步加強，平臺用戶范圍擴大，初步實現(xiàn)“可用”目標。三是整體推進農業(yè)物聯(lián)網區(qū)試工程建設，在應用上有成效。農業(yè)物聯(lián)網應用受到農民、企業(yè)、規(guī)模養(yǎng)殖場方方面面的歡迎，著手總結一系列成熟、可推廣應用的模式，在智能化控制、重點產業(yè)整合、質量安全追溯、資源整合等方面培育典型，擴大應用規(guī)模，加快構建科學合理的物聯(lián)網標準體系并建立“產、學、研、用”相結合的創(chuàng)新體系，使農業(yè)物聯(lián)網建設持續(xù)發(fā)展。

（1）天津農業(yè)物聯(lián)網平臺得到了完善和提升。實現(xiàn)了25個基地傳感數(shù)據的在線采集；完成了主流視頻監(jiān)控設備的接入；集成和移植“放心菜基地信息管理系統(tǒng)”、“市場價格監(jiān)測預警系統(tǒng)”等應用系統(tǒng)；開發(fā)設施農業(yè)物聯(lián)網通用管理系統(tǒng)、設施蔬菜智能識別與監(jiān)測預警系統(tǒng)、農藥監(jiān)管系統(tǒng)等應用系統(tǒng)；開展了夢得奶牛數(shù)據管理系統(tǒng)、多興農莊市民菜園遠程監(jiān)控和久玖養(yǎng)殖合作社養(yǎng)魚自動飼喂控制系統(tǒng)等應用試點建設。

（2）農業(yè)物聯(lián)網“三大工程”建設步伐加快。在農業(yè)生產物聯(lián)網智能化監(jiān)控與管理應用工程上向追求應用效果和提高應用水平上深化發(fā)展。建設核心試驗基地20個，總面積超過1 000 hm2，涉及大田作物、設施蔬菜、種羊、種豬、肉牛、肉雞、海水魚、淡水魚、南美白對蝦等種類。同時，以大順園林、夢得奶牛、博匯瑞康為代表的一批企業(yè)自主引進國外先進的物聯(lián)網技術與設備，實現(xiàn)生產流程自動化、生產管理現(xiàn)代化。這些基地覆蓋了天津市10個有農業(yè)區(qū)縣和天津主要農業(yè)產業(yè)，突出了示范引導作用。在農產品質量安全追溯工程建設上強化綜合監(jiān)管功能，擴大應用基地規(guī)模。建立了農產品質量安全綜合監(jiān)管平臺，放心菜基地信息管理系統(tǒng)已監(jiān)管10個區(qū)縣、50個鄉(xiāng)鎮(zhèn)和156個基地，實現(xiàn)了生產檔案全程在線采集管理；畜產品質量安全監(jiān)管平臺實現(xiàn)了從動物養(yǎng)殖到出欄的全過程動態(tài)監(jiān)管和可追溯；水產品質量安全管理平臺對水產品養(yǎng)殖基地實現(xiàn)數(shù)據即時傳遞和反饋。

（3）農業(yè)物聯(lián)網標準體系建設順利實施。啟動了天津市科技發(fā)展戰(zhàn)略計劃項目，摸清本地物聯(lián)網基礎產業(yè)的底牌，同時加緊制定農業(yè)物聯(lián)網產業(yè)規(guī)劃。開展了標準體系建設規(guī)劃和頂層設計，明確了農業(yè)物聯(lián)網發(fā)展的急需標準和重點標準。2014年共下達9個應用技術標準制定計劃。

（4）農業(yè)物聯(lián)網技術研發(fā)應用成果顯現(xiàn)。在應用平臺、傳感器、通訊協(xié)議、網絡管理、智能機器人等領域取得了許多科技成果，一批傳感器研發(fā)與應用勢頭猛進，CAWS2000農田小氣候六要素自動觀測站開始量產，電力載波傳感器、農田小氣候觀測儀等進入規(guī)?；瘧茫灰慌涮总浖到y(tǒng)成熟應用，黃瓜輔助育種系統(tǒng)為科研育種提供支撐；建設了4個土壤墑情監(jiān)測自動站，研發(fā)了土壤墑情預警系統(tǒng)和平臺；天津夢得集團、生寶谷物種植農民專業(yè)合作社、海發(fā)珍品實業(yè)發(fā)展有限公司等一批應用主體逐步探索應用模式。有8個成果被選入《全國農業(yè)物聯(lián)網產品展示與應用推介匯編2014》。

（5）農業(yè)物聯(lián)網建設取得的明顯成績得到了農業(yè)部領導肯定。3月24日，農業(yè)部韓長賦部長在天津考察時認為，天津市在發(fā)展現(xiàn)代都市型農業(yè)、農業(yè)物聯(lián)網建設等方面成績顯著。6月12日,農業(yè)部在天津市武清區(qū)舉辦了“全國農業(yè)物聯(lián)網成果觀摩交流活動”，農業(yè)部黨組副書記、副部長余欣榮、副部長陳曉華出席，余欣榮副部長在講話中說天津農業(yè)物聯(lián)網建設走在了全國農業(yè)物聯(lián)網建設前列。6月19日，時任中央政治局委員、天津市委書記的孫春蘭祝賀農業(yè)物聯(lián)網建設取得這么好的成績。

3 農業(yè)物聯(lián)網發(fā)展中的制約因素

雖然農業(yè)物聯(lián)網發(fā)展迅速，但仍存在許多因素限制了其發(fā)展，下面分別從物聯(lián)網的三層結構入手分析現(xiàn)今階段物聯(lián)網行業(yè)中仍然存在的制約因素。

（1）感知層。感知層作為農業(yè)物聯(lián)網的基礎，在現(xiàn)今使用中體現(xiàn)的問題主要有兩點。其一是傳感產品質量問題，現(xiàn)今農業(yè)物聯(lián)網中的感知設備多為國產設備，一些傳感器產品數(shù)據存在不穩(wěn)定問題，其耐用性與國外相比一般不是很好，尤以水產養(yǎng)殖業(yè)中的水質在線監(jiān)測裝置最為明顯，其探測設備就受水質的影響較大。其二是產品功能過于分散，農作物生長時需要監(jiān)控的數(shù)據有很多，諸如土壤的溫濕度、土壤含鹽情況、空氣的溫濕度、空氣中的二氧化碳含量、光照等，市場中各類產品功能基本都能涵蓋，但難見多位一體的全功能設備，少數(shù)如“大棚空氣、土壤溫濕度、土壤鹽分監(jiān)測集成傳感器”等有集成監(jiān)測功能的設備使用成本較高，不適宜個體農戶的使用，使得農戶使用時復雜性上升。至今仍沒有一臺成熟的土壤養(yǎng)分（氮、磷、鉀）傳感設備產品。

（2）傳輸層。傳輸層作為農業(yè)物聯(lián)網中最為重要的部分，其發(fā)展依托移動互聯(lián)、大型網絡組建等多個學科領域。然而現(xiàn)階段雖然移動互聯(lián)領域和整體型網絡的構建技術在不斷提高，但應用在農業(yè)物聯(lián)網中的傳輸技術還是略顯遜色。目前應用中多數(shù)使用的還是有線傳輸設備，如果在大范圍的農業(yè)物聯(lián)網監(jiān)測系統(tǒng)中架設有線網絡顯然成本過高而且過于繁雜，所以希望下一步可以實現(xiàn)全面的無線通信連接。在現(xiàn)代無線通信方式中，藍牙、Zigbee(紫蜂協(xié)議)、WLAN（無線局域網）等都屬于短距離無線通信方式，可以滿足低成本、低功耗的要求，然而其單體覆蓋范圍只有10～200 m半徑，因此鋪設用于設施大棚、水產養(yǎng)殖中尚可，但若想應用于數(shù)百上千畝的農田中顯然有些不現(xiàn)實。相較于此，遠距離無線通信近幾年也是發(fā)展火熱，其中新一代蜂窩無線通信技術3G技術更是使人類的生活有了很多的變化，其高速率的傳輸可以很好地支持大數(shù)據的傳輸，使農業(yè)設施監(jiān)控中的全方位視頻監(jiān)控成為可能，但顯而易見的是，目前的科技水準中3G通信仍屬于高成本技術，不能完全滿足農業(yè)物聯(lián)網整體架設的需要。

（3）應用層。應用層是物聯(lián)網中最直觀的技術環(huán)節(jié)。通常選取整體平臺化應用，這樣可以減少不同平臺不同軟件的應用差異，降低使用難度，降低使用成本?，F(xiàn)階段天津市已經搭建了較為完善的農業(yè)物聯(lián)網平臺，可以接入前端采集的在線感知數(shù)據，利用云數(shù)據資源中心，實現(xiàn)農業(yè)信息服務資源的共享、存儲與快速查詢檢索，并利用已經建立好的“農業(yè)專家系統(tǒng)”向使用者提供相關建議。但目前該平臺在農業(yè)物聯(lián)網的應用中其利用的資源比較少，尚待完善加強。“專家系統(tǒng)”不夠細致準確，接入的感知數(shù)據不能得到最為有效地回饋，其最大的原因就在于各類農作物種類繁雜，而且農作物生長所依托的因素過于復雜，加之農業(yè)方面常常會涉及到天氣等多變因素，很難做出準確實用的農作物生長條件模型。

4 農業(yè)物聯(lián)網發(fā)展的趨勢和前景

目前天津市農業(yè)物聯(lián)網的發(fā)展呈現(xiàn)出了新的趨勢，分別是由概念和項目型向應用產業(yè)型轉變,由簡單應用型向綜合運用型轉變。

（1）由概念向應用轉變。這一點主要是體現(xiàn)在人們的認知上的轉變。進入新世紀初，物聯(lián)網就逐漸成為了各大院校爭相設立的熱門學科，也成為了各行業(yè)中企業(yè)發(fā)展的新方向。然而，在學校中，由于物聯(lián)網學科剛剛引入不久，相關學科的設置與師資配置不很齊全，多數(shù)在學校中都會作為計算機等學科的邊緣學科設置。而在農業(yè)物聯(lián)網的相關企業(yè)之中，很多人看到了該行業(yè)的廣闊發(fā)展前景和產業(yè)空間，同時政府在農業(yè)物聯(lián)網的建設中也給予各企業(yè)和科研單位大力的支持，在多方的共同努力下農業(yè)物聯(lián)網行業(yè)蒸蒸日上，但是在農業(yè)物聯(lián)網理論知識與內容看似大踏步的邁進之下，實際應用中農業(yè)物聯(lián)網行業(yè)的進步卻有些“跟不上時代的步伐”，大部分都要以項目的形式啟動和運行。在近兩年的農業(yè)物聯(lián)網發(fā)展中，各方面在參與方式與方向上都有了一定的轉變，各高校中物聯(lián)網學科的設置逐漸成熟，加強了與其他各學科領域的交叉，教學方式上也有了一定的改變。在企業(yè)與科研單位中，物聯(lián)網逐漸從一個“好”的、“現(xiàn)代化”的“新興”項目，向“真的起作用”的、“有實際應用效果”的產業(yè)發(fā)展?？偟膩碚f，一政府繼續(xù)加大力度給予資金與政策的支持；二各高校加大綜合性物聯(lián)網人才的培養(yǎng)；三農業(yè)物聯(lián)網相關的企業(yè)與科研單位自己對現(xiàn)有人才進行廣泛而深度的培養(yǎng)，并在整個行業(yè)中發(fā)揮產業(yè)積極性，最終起到主體作用。這三個方面的廣泛參與通力配合，將使得農業(yè)物聯(lián)網行業(yè)在當今的發(fā)展過程中由概念、項目型向實際應用轉變，還有就是能使使用單位在項目的實施過程中得到實惠，生產上提高效益，如天津市土壤肥料工作站在進行的初步探索中，在已進行的作物試驗中，就起到了“三節(jié)兩增”的效果，即“節(jié)水、節(jié)肥、省工、增產、增收”。

（2）由簡單應用向綜合應用發(fā)展。農業(yè)物聯(lián)網的最終目的是提高生產效率，降低運營管理成本和帶動農民增收，實際上其直接的目標就是降低人力成本和增強綜合監(jiān)控能力?，F(xiàn)在的農業(yè)物聯(lián)網實際應用中更多的是機械監(jiān)控，出現(xiàn)異常時發(fā)出報告和預警給人，然后人再指揮機器去控制現(xiàn)場、開啟相關設施設備、調整相應的物理因素如水分、氣溫和光照，實現(xiàn)水鹽氣熱的自動監(jiān)測、自動報警、人工控制。有的園區(qū)或單位還實現(xiàn)了作物實時監(jiān)控和蟲情監(jiān)測預報。有的水產養(yǎng)殖場還做到了水質中pH值、水溫、氧氣濃度的實時監(jiān)測，并可根據監(jiān)測結果進行遠程控制水質酸堿調節(jié)、自動增氧、自動投餌等，而且通過水底視頻監(jiān)控，掌握魚蝦的生長情況。這些都印證了農業(yè)物聯(lián)網由簡單應用向綜合應用的發(fā)展。

總之，既要看到農業(yè)物聯(lián)網發(fā)展的前景，摸清發(fā)展趨勢，探索發(fā)展規(guī)律，還要深刻了解發(fā)展中的限制因素，在人才的培養(yǎng)和知識更新上、發(fā)展方向的細化上、智能控制系統(tǒng)的研發(fā)上、生命科學和智能監(jiān)控相關研究上下功夫，這樣才能使物聯(lián)網在農業(yè)生產、經營、管理和服務中發(fā)揮更大更好的作用。