鄭海光，魯建斌，曹劍飛，侯 杰

（1．張家口市農(nóng)業(yè)信息中心，河北 張家口 075000；2．張家口市農(nóng)牧局，河北 張家口 075000；3．張家口市農(nóng)廣校，河北 張家口 075000）

自2011年起，農(nóng)業(yè)部開(kāi)展了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范，在天津、上海、安徽組織了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)區(qū)域試驗(yàn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)取得明顯成效，涌現(xiàn)出一批比較成熟的軟硬件產(chǎn)品和應(yīng)用模式。

經(jīng)各地農(nóng)業(yè)部門(mén)和有關(guān)企業(yè)推薦，農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)家組篩選出310項(xiàng)成果，這批成果兼具先進(jìn)性和實(shí)用性，成熟度較高，有一定推廣價(jià)值，其中包括148個(gè)傳感設(shè)備、80個(gè)軟件系統(tǒng)、39個(gè)應(yīng)用模式、43個(gè)市場(chǎng)化解決方案與典型案例。

近年來(lái)，張家口地區(qū)農(nóng)業(yè)信息化快速發(fā)展，全市6個(gè)區(qū)，10個(gè)縣，4 175個(gè)村寬帶網(wǎng)絡(luò)村通率達(dá)100%，移動(dòng)通訊信息覆蓋率100%。全市80%以上行政村建立了農(nóng)村信息服務(wù)站。自2015年開(kāi)始在張家口地區(qū)研究實(shí)施并推廣應(yīng)用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)以來(lái)，農(nóng)業(yè)信息中心的信息及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)得到發(fā)揮，與縣區(qū)農(nóng)業(yè)站所及蔬菜種植合作社和種植企業(yè)實(shí)現(xiàn)緊密合作，經(jīng)過(guò)1年的工作，建立起了覆蓋全市20余家蔬菜基地的監(jiān)控系統(tǒng)。

1 基本概況

自2005年以來(lái)，張家口地區(qū)逐步建立了20個(gè)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用示范基地，應(yīng)用面積合計(jì)約100 hm2，主要在3個(gè)方面進(jìn)行了示范應(yīng)用。

1.1 環(huán)境信息智能化監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用

通過(guò)傳感器快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地獲取農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)（主要為大田和溫室中的土壤溫度、濕度，空氣溫度、濕度，光照、CO2以及大田中的風(fēng)速、風(fēng)向），并使用GPRS，WIFI技術(shù)將數(shù)據(jù)上傳到遠(yuǎn)程服務(wù)器中（頻率為每5 min采集上傳1次），智能化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并可以應(yīng)用WEB瀏覽器界面及手機(jī)APP軟件遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，20個(gè)示范基地均得到應(yīng)用。

1.2 基于生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)報(bào)警與預(yù)警技術(shù)應(yīng)用

在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的報(bào)警模塊中添加溫室信息，設(shè)置報(bào)警時(shí)長(zhǎng)、報(bào)警時(shí)間間隔，并設(shè)置土壤溫度、濕度，空氣溫度、濕度，光照，CO2以及風(fēng)速的上下限閥值，當(dāng)環(huán)境參數(shù)超過(guò)所設(shè)置閥值時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)WEB界面和手機(jī)APP及短信報(bào)警等方式向管理員發(fā)布報(bào)警信息。

系統(tǒng)內(nèi)置病蟲(chóng)害預(yù)警模型，結(jié)合專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)，通過(guò)分析溫室歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、溫室作物、種植時(shí)間以及用戶(hù)配置的參數(shù)等數(shù)據(jù)，對(duì)溫室內(nèi)作物可能出現(xiàn)的病蟲(chóng)害進(jìn)行預(yù)測(cè)，如果溫室作物在指定的時(shí)間內(nèi)有發(fā)生病蟲(chóng)害的可能，則通過(guò)WEB界面和手機(jī)APP及短信預(yù)警等方式向管理員發(fā)布預(yù)警信息，通知管理員提前進(jìn)行防范。此技術(shù)在20個(gè)示范基地中均得到應(yīng)用。

1.3 溫室智能化控制技術(shù)應(yīng)用

遠(yuǎn)程控制包含遠(yuǎn)程手動(dòng)控制，智能控制以及控制日志的查看等功能。通過(guò)監(jiān)測(cè)所得環(huán)境信息與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)手動(dòng)控制；或使用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和配置的智能控制參數(shù)進(jìn)行匹配，如果環(huán)境數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定的控制標(biāo)準(zhǔn)，則執(zhí)行相應(yīng)的機(jī)械控制動(dòng)作?？刂苾?nèi)容包括：卷簾機(jī)起降、開(kāi)關(guān)膜通風(fēng)、補(bǔ)光和水肥一體化灌溉等。主要應(yīng)用示范基地為涿鹿益林蔬菜專(zhuān)業(yè)合作社。

2 效益調(diào)查與分析

從農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在張家口地區(qū)實(shí)施效果來(lái)看，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)不僅提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化水平，還在節(jié)水灌溉，節(jié)約肥料、農(nóng)藥，節(jié)省生產(chǎn)用工，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與品質(zhì)等方面產(chǎn)生一定的效果，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益大幅提高。如涿鹿縣益林蔬菜專(zhuān)業(yè)合作社2015年節(jié)本增效10萬(wàn)元，投資回報(bào)率為30%。主要體現(xiàn)在以下幾方面。

2.1 提高單位面積收益，實(shí)現(xiàn)節(jié)本增效

通過(guò)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、分析預(yù)測(cè)和科學(xué)管理，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)性、主動(dòng)性，減輕低效投入，改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大量施肥、用藥和漫灌的生產(chǎn)方式，節(jié)省水量40%、肥料30%。與此同時(shí)，由于生產(chǎn)的是優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品，其價(jià)格也能夠有所提高，從而提高經(jīng)濟(jì)收益。

2.2 提高企業(yè)收益，促使企業(yè)做大做強(qiáng)

通過(guò)構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)，改變了傳統(tǒng)的信息采集模式，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，并在專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)的輔助下，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化、科學(xué)化管理。通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程中的空氣溫度、濕度，土壤溫度、濕度，光照和二氧化碳濃度等數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)控制風(fēng)機(jī)、卷簾機(jī)等機(jī)械設(shè)備，使農(nóng)作物在最佳環(huán)境中結(jié)出優(yōu)質(zhì)果實(shí)，從而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，在市場(chǎng)上贏得了聲譽(yù)，提高了產(chǎn)品的銷(xiāo)量，為企業(yè)帶來(lái)更多的利潤(rùn)。與此同時(shí)，品質(zhì)優(yōu)良的農(nóng)作物產(chǎn)品可以吸引高端客戶(hù)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看可以提高單位產(chǎn)品的收益，提高企業(yè)的盈利能力。

2.3 降低生產(chǎn)成本，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建立，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的遠(yuǎn)程化和智能化，減少了農(nóng)業(yè)從業(yè)者到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行作業(yè)的必要性。按照涿鹿縣益林蔬菜專(zhuān)業(yè)合作社效果測(cè)算，日光溫室大棚年均生產(chǎn)300 d（壩上地區(qū)3－11月，壩下地區(qū)1－12月），每個(gè)勞動(dòng)力年平均費(fèi)用為24 000元，未安裝系統(tǒng)的基地1個(gè)人可以管理1個(gè)大棚，安裝后2個(gè)人可以至少管理3個(gè)大棚。每年可節(jié)約勞動(dòng)力成本30%以上。

2.4 高質(zhì)量滿(mǎn)足市場(chǎng)需求

農(nóng)產(chǎn)品是人民生活的必需品，消費(fèi)量大，隨著生活水平的提高，國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，雖然多數(shù)農(nóng)產(chǎn)品供大于求，但進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量檢驗(yàn)的無(wú)公害農(nóng)產(chǎn)品卻嚴(yán)重缺乏，供不應(yīng)求。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)測(cè)，可以有效提高食品質(zhì)量，推進(jìn)無(wú)公害生產(chǎn)，從根本上提高農(nóng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力和商品率，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，擴(kuò)大農(nóng)產(chǎn)品的出口創(chuàng)匯，增加農(nóng)民收入，同時(shí)滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的需求。

2.5 樹(shù)立消費(fèi)者信心

對(duì)廣大消費(fèi)者的健康進(jìn)行潛在保護(hù)，樹(shù)立民眾對(duì)食品安全的信心。粗放的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程，由于使用過(guò)量的農(nóng)藥、化肥，使產(chǎn)品中含有一定的化學(xué)物質(zhì)、細(xì)菌等有害微生物，這些有害物質(zhì)雖不一定會(huì)引起大量人群的急性中毒，但潛在的慢性危害和毒理作用是肯定存在的，實(shí)行危害因素的有效控制，對(duì)人體健康的益處即使不會(huì)馬上看出成效，但其作用肯定是巨大的并且造福子孫后代。近年來(lái)全國(guó)重大食品安全事故頻發(fā)，曾引起許多人對(duì)整個(gè)農(nóng)產(chǎn)品安全的擔(dān)心和質(zhì)疑，嚴(yán)重影響了社會(huì)的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。通過(guò)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施，可以給予消費(fèi)者知情權(quán)，通過(guò)系統(tǒng)溯源向消費(fèi)者提供生產(chǎn)商和加工商的全面信息，從而使消費(fèi)者了解食品的真實(shí)情況。實(shí)行該方案，農(nóng)產(chǎn)品的來(lái)源地及生產(chǎn)流程可以從電腦網(wǎng)絡(luò)中調(diào)出，消費(fèi)者可以掌握供方消息并決定是否購(gòu)買(mǎi)，從而可以減少人們對(duì)食品安全生產(chǎn)的擔(dān)憂(yōu)，很好地維護(hù)促進(jìn)社會(huì)的穩(wěn)定。

2.6 益于環(huán)境保護(hù)

農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)與實(shí)施不會(huì)造成環(huán)境污染和破壞生態(tài)平衡，且益于環(huán)境保護(hù)。運(yùn)用信息采集技術(shù)、信息遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)、信息智能分析與控制技術(shù)，結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)施農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控，將有效提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的管理水平，可以在一定程度上推廣無(wú)公害生產(chǎn)技術(shù)，保證生產(chǎn)地域內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的不斷提高，保證土壤的長(zhǎng)期肥力和有機(jī)潔凈，有利于保持良好的生態(tài)環(huán)境，另一方面提高了企業(yè)和公眾的環(huán)保意識(shí)。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全程進(jìn)行監(jiān)控，能減輕農(nóng)藥等化學(xué)品對(duì)大氣、水和土壤的污染，有效提高光能利用率，維護(hù)整個(gè)生態(tài)平衡。通過(guò)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施，進(jìn)一步達(dá)到“保護(hù)一片水土，振興一批企業(yè)，拉動(dòng)一地經(jīng)濟(jì)，富裕一方百姓”的目的，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益的同步增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。