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“物联网+农业”助推农业现代化转型

来源:赛迪智库  作者:魏强  投稿时间:2018-08-02

物联网是新一代信息技术的高度集成和综合运用,对新一轮产业变革和经济社会的绿色、智能、可持续发展具有重要意义。当前我国农业正处在由传统农业向现代农业的转型期,物联网技术将在农业领域发挥其独特而重要的作用,为我国提升农业竞争力和促进可持续发展带来前所未有的机遇。

紧抓“物联网+农业”发展机遇 

根据国际电信联盟(ITU)发布的报告《ITU互联网报告2005:物联网》,从技术的角度看,“物联网”是通过智能传感器、射频识别(RFID)设备、卫星定位系统等信息传感设备,按照约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通信,以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。显而易见,物联网所要实现的是物与物之间的互联、共享、互通,因此又被称为“物物相连的互联网”,英文名称是“Internet of Things(IoT)”。作为新一代信息技术的高度集成和综合运用,物联网备受各界关注,也被业内认为是继计算机和互联网之后的第三次信息技术革命。当前,物联网已经应用在仓储物流、城市管理、交通管理、能源电力、医疗等领域,广泛涉及到国民经济和社会生活的方方面面。

近年来,随着现代农业自动化需求的不断增长,物联网技术也已被应用到农业的诸多领域,包括农业环境监测、温室大棚生产控制、节水灌溉、气象监测、产品安全与溯源、设备智能诊断管理等方方面面。将物联网的理念和技术应用到农业生产与管理之中,通过建立农业物联网系统,利用物联网技术和装备,实现农业产前、产中、产后的过程监控,科学决策和实时服务,这就是我们所说的“物联网+农业”。国内相关研究曾指出我国农业发展尚存在自动化水平较低,对劳动力的需求量高于发达国家,生产效率普遍低下(我国每立方米水产出的粮食不足1000克,而发达国家可以达到2000克以上)等诸多问题。此外,在食品安全方面,因流通环节难以有效追踪导致食品安全责任追溯较为困难。当前,我国农业发展正处在由传统农业向现代农业的转型期,将物联网技术应用在农业生产领域将有助于减少资源消耗,提高农业生产效率,并为解决我国食品安全问题提供有效保障。

三大技术支撑“物联网+农业”发展

目前,学术界、产业界以及政府管理部门公认的物联网基本架构包括三个逻辑层:感知层、网络传输层和处理应用层。物联网三个逻辑层分别对应的感知技术、传输技术和处理技术,共同构成了“物联网+农业”领域的关键技术框架。在“物联网+农业”领域,感知层的传感器技术、条码技术、全球定位等技术采集的数据信息通过传输层的有线、无线传感器网络技术、移动通信技术传输到处理应用层的农业预测、诊断、控制、决策以及预警等智能化模块。

信息感知与识别技术应用广泛

感知层由传感器和射频识别(RFID)等设备组成,主要包括各类传感器技术、卫星定位系统技术和条形码技术等,其主要功能是实现对土壤水分、环境温湿度、家禽水产健康状况等信息的采集,是“物联网+农业”中的关键技术。传感器方面,目前光温水气热等环境传感器应用相对成熟,而研制新型低功耗动植物生命信息传感器与土壤养分信息传感器则是农业物联网技术发展急需解决的问题。北京农业信息技术研究中心副研究员李瑾等人在相关研究中指出,美国、日本、俄罗斯在传感器研究领域实力最强,中国传感器发展起步较晚,在研究单位数量、企业生产以及传感器的精度、使用寿命等方面与发达国家存在一定的差距。在RFID技术方面,国外的RFID技术在农产品监督方面应用较为成熟,对禽畜生长、健康、流通等过程进行全程检测;国内RFID 技术应用也较为广泛,主要包含农产品流通、智能化养殖、精细作物生产、动物识别以及农畜产品的安全生产领域。目前,中国RFID 产业已进入成熟期,产业链辐射多个应用领域。

网络传输技术处于试验阶段

网络传输层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成,其功能是将这些感知数据通过传统的网络基础设施传输到远程的处理中心。“物联网+农业”中主要用到无线传感器网络技术、有线传感器网络技术和移动通信技术,其中无线传感器网络技术的应用最为普遍。据相关研究介绍,国外无线传感器网络应用已经到了实践阶段,我国农业物联网的信息传输技术处于试验阶段。国家农业信息化工程技术研究中心工程师张瑞瑞等人曾构建无线传感网络监控系统,该系统可对种植环境进行实时监测,园区布置的传感器节点可采集土壤与空气的温湿度、CO 的浓度以及光照强度等参数。

信息处理及智能应用技术愈加丰富

处理应用层是对收到的海量数据进行智能处理,并与行业需求相结合,从而实现物联网的智能应用。该层技术主要包括云计算、云服务和模块决策等,将采集的数据信息转化为实际的操作,利用控制模型和策略对相关农业设施进行智能控制,比如自动灌溉、灯光控制、自动施肥等。智能预警是以数学模型为手段,对实际不正常状态进行报警,给出危害提醒,例如重大病害虫、病菌孢子、农林气象信息预警等。目前,我国也在积极探索“物联网+农业”的智能应用模式。例如,黑龙江在大田中搭建无线传感器网络,借助互联网、移动通信网络等进行数据传输,在集中服务器上对数据进行处理、分析,形成科学决策。北京市通州科技园区利用物联网技术和多种传感器建设了农情监测和病虫害控制系统,该系统通过土壤、气象、作物性状、病虫害因子、关键视频等数据的实时同步采集和可视化展示,可实现施肥量智能化控制、土壤智能化节水灌溉、作物病虫害提前监控预警、温室气候智能化调控。

我国“物联网+农业”应用成效显著

“物联网+农业”的最早实践来自美欧、日本、以色列等发达国家,它们最先将卫星定位技术、遥测遥感技术等高新技术与农业生产结合起来,并由此发展出新型的农业生产模式,能够做到精确作业、精确施肥和精确估产。相关研究中指出,近年来,在政府和科研机构的共同推动下,我国部分省市在“物联网+农业”应用方面进行了积极探索,并取得了一定进展。

在应用示范和试点方面,农业部在2012年和2013年先后发布了《关于组织实施好国家物联网应用示范工程农业项目的通知》和《农业物联网区域试验工程工作方案》,正式启动了农业物联网区域试验工程,并选择天津、上海、安徽三省市率先开展试点试验工作。2016年8月农业部又发布《“十三五”全国农业农村信息化发展规划》,根据该规划,将实施农业物联网区域试验工程,开展农业物联网技术集成应用示范,构建理论体系、技术体系、应用体系、标准体系;在“十三五”期间,将选取农产品主产区、垦区、国家现代农业示范区等大型基地,建成10个试验示范省,100个农业物联网试验示范区,建设1000个试验示范基地。据《经济日报》于2018年7月的报道,全国已有9个省份开展农业物联网区域试验,发布了426项节本增效农业物联网产品技术和应用模式。

在关键技术突破方面,国内相关研究人员开发了植物生命信息获取设备、动物行为信息传感器、环境信息传感器、作物长势分析仪、作物成像光谱仪等一批作物信息监测和诊断仪器,初步具备实时获取动植物生长发育信息的技术手段和能力;完成了农产品产地信息的实时采集与传输技术相关开发工作,构建了农产品产地信息认证平台,初步建立了农产品产地安全数字化预警模型,开发了质量全程跟踪与溯源便携式终端产品,初步实现农产品“从农田到餐桌”的全程追溯。

在行业标准体系构建方面,农业部自2011年以来,成立了国家农业物联网行业应用标准工作组和农业应用研究项目组,进一步推进物联网标准体系建设工作,做好物联网产业标准化工作的顶层设计和统筹规划。此外,地方政府也在积极制定地方标准。例如,2017年山东省质量技术监督局联合省农业厅发布了《农业物联网平台基础代码集》、《农业物联网平台基础数据元》、《农业物联网平台基础数据采集规范》三项农业物联网领域地方标准。

借鉴国外案例推动我国“物联网+农业”发展

相关研究指出,整体上来看,现阶段我国农业物联网技术与发达国家相比,还存在推广应用刚起步、技术标准不健全、产业链构成不完整、商业模式不成熟、发展环境有待进一步优化等问题,仍需借鉴和学习国外的先进技术和成功案例。国内诸多专家学者在相关研究中对我国农业物联网发展现状和问题进行了较为系统的研究,并从突破关键核心技术、加强应用示范和推广、制定农业物联网标准体系、培育农业物联网人才等方面,为促进我国“物联网+农业”发展提出了较为全面的对策和建议。

突破农业物联网关键核心技术。针对制约我国“物联网+农业”发展的瓶颈问题,要积极消化吸收国际先进经验,攻克以农业专用传感器、网络互联和智能信息处理等一批共性关键技术。例如,要研发高可靠性、低成本、适应恶劣环境的农业资源、环境、作物生长动态信息获取传感器和动物行为信息传感器,研究与开发微小型传感器能源自激供给和节能控制技术,引进云计算和大数据等新型数据存储与处理技术,为农业物联网技术产品的系统集成和大规模应用提供强有力的技术支撑。

加大农业物联网应用示范与推广。目前,物联网在我国还处在初期启动期,距离大规模的产业化推广尚有一定距离。发展“物联网+农业”必须以示范点带动全面发展,在示范点建立标准的物联网农业运作模式及管理规范,然后以点带面,向全国推广。因此,需要选择物联网技术应用比较成熟的领域作为示范点,以典型的应用工程引领产业的发展,解决行业应用领域的技术创新和流程优化问题,从而带动整个相关产业的持续健康发展。

加快制定和规范农业物联网标准体系。重视物联网农业标准体系的建设工作,加强组织协调、统一部署,稳步推进物联网农业标准的制定和推广应用。鼓励全国科研院所、大学、企业、基地等参与物联网标准制定工作。对标国际,积极与国际接轨,重视农业物联网技术标准国际化,注重农业物联网国际标准化战略的研究与实施。

加快农业物联网相关人才培养。制定农业物联网人才培养与培训计划。联合高等院校和科研院所,在物联网专业中引入农业领域培养方向,探索订单式人才培养模式,开展校企合作,加快对农业物联网专业技术人才的培养,提高农业物联网技术创新能力。同时,依托高等院校的办学条件和师资队伍,联合农业物联网应用企业,加强对农业生产经营人员的培训,提高农业物联网技术应用能力。建立人才激励机制,稳定和扩大人员队伍,满足农业物联网发展的人才需求。

重视物联网安全保护。安全和隐私是物联网农业面临的巨大挑战和瓶颈,需要研究适用于物联网农业的网络安全体系和安全技术,要做到任何时间任何地点都能够获取所要知道的信息,同时又要保证隐私信息不被泄露,实现隐私信息对未授权访问者的屏蔽,预防隐私信息遭到窃取和攻击。

进一步优化和完善政策环境。物联网具有高投入、高风险的特点,政府要加大资金投入力度,加快制定农业物联网应用发展的优惠政策体系。例如,在税收上给予优惠和减免,引导物联网企业和社会资本进入农业领域。尽快将农业物联网技术产品纳入农机补贴目录,根据产品的不同应用领域和市场成熟度制定补贴标准。

结语

作为农业信息化的重要组成部分,近年来物联网的理念和技术已经逐步应用到农业生产与管理的多个领域,成为整合农村各类资源、改造传统农业、提高劳动生产效率的有效举措。我国应紧抓物联网发展机遇,虚心借鉴和学习国外的先进技术和成功案例,着力突破农业物联网领域相关核心技术,构建物联网标准体系,培育农业物联网应用人才,为“物联网+农业”技术产品的系统集成和大规模应用提供强有力支撑,助推我国农业发展由传统农业向现代农业转型,提升农业的发展质量和效益。

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