农业物联网技术作用及其对乡村空间的影响趋势

2020-09-22曹春马晓菡王信

小城镇建设 2020年7期

曹春马晓菡王信

摘要：以互联网为核心并拓展的物联网促进了传统农业生产由精耕细作向规模化智慧化方向发展，并带来乡村空间的变化。文章首先对物联网在农业领域的技术拓展与方向进行概述，简要总结农业物联网与大数据、区块链和电子商务等技术的融合与应用，以及其可能带来的乡村空间影响，包括中西部地区的乡村成长机遇、新乡村增长极的出现、劳动密集型农业耕作半径扩大化、乡村公共服务供给均等化、乡村人群结构调整等变化，并探讨对未来乡村空间需要予以关注的研究方向。

关键词：农业物联网；乡村空间；乡村增长极；密集型劳动；耕作半径

doi：10.3969/j.issn.1009-1483.2020.07.013 中图分类号：TU982.29

文章编号：1009-1483（2020）07-0088-07 文献标识码：A

Agricultural Internet of Things Technology and its Impact on Rural Space

CAO Chun， MA Xiaohan， WANG Xin

[Abstract] The Internet of Things， which is centered on and expanded from the Internet， has promoted the development of traditional agricultural production from intensive cultivation to large-scale intelligentization， and brought about changes in rural space. The article first outlines the technical expansion and direction of the Internet of Things in the agricultural field， briefly summarizes the integration and application of agricultural Internet of Things and big data， block chain and e-commerce technologies， and the possible impacts on rural spatial， including the rural growth opportunities in central and western regions， the emergence of new rural growth poles， the expansion of labor-intensive agricultural farming radius， the equalization of rural public service supply， the adjustment of rural population structure and other changes. Also it discusses the research directions which need to be paid attention to in the future rural space.

[Keywords] agricultural internet of things； rural space； rural growth pole； labor-intensive； cultivation radius

引言

2013年國家印发《国务院关于推进物联网有序健康发展的指导意见》，提出将物联网技术发展作为国家战略性新兴产业的重要组成部分，借助高度集成的信息技术促进社会生产和生活向智能化、网络化和精细化方向推进。作为国家扶持的重要应用领域，我国农业物联网相关技术的实践和应用尚处于初级阶段，对于农业物联网所带来的乡村空间变化的研究则更少，本文将以此为核心展开讨论。

1物联网技术及应用

1.1物联网技术与概念

物联网概念最早由麻省理工学院Auto-ID研究中心提出[1]，强调以互联网为核心，通过感知设备获取信息、利用通讯技术传送信息、借助智能技术处理信息和以调节对象状态的施效信息[2]，从而即时高效地将世界范围内各类物品有效联系起来，并广泛应用于智慧城市、工农业物联网和安全防护等方面。

有鉴于其广泛的创新应用价值，世界各国各团体已开始积极制定本国基于物联网体系的相关发展战略，如欧盟2009年发布的《物联网欧洲行动计划》，日本2004年制定的“U-Japan”战略，韩国2004年启动的“IT839行动计划”等。在城市中，随着视频监控等物联网感知技术的发展应用，城市披上了“数字皮肤”“数字孪生”助力打造智慧城市，物联网为城市治理提供了新的思路。同样的，作为农业生产大国，我国三农的现代化、科技化发展至关重要。农业物联网技术作为物联网领域的重要应用方向，可以贯穿农业的生产加工、运输、经营管理与服务等全产业链，通过监测、传感、传输、分析、决策等多种应用场景，增强生产者对农业活动的认知与调控能力，并提高农业生产抵御风险的能力[3]。

1.2农业物联网技术研究与应用

农业物联网技术由感知层、传输层和应用层三个层面构成[4-6]：

（1）感知层是农业物联网的关键和基础，主要包括农业生产环境和动植物体两类传感器。

（2）传输层以PAN网络、LAN网络和WAN网络为主要技术手段。

（3）应用层又可分为技术平台、应用平台和应用系统三个部分。应用数据平台在完成标准化数据处理后，可以将分析模型和决策结果传输至相关管理预调度部门，从而为智慧化种养殖提供决策依据。

1.2.1农业物联网+大数据技术：农业生产的监测、分析和预测

农业大数据是大数据理念、技术和方法在农业的实践，其涉及到耕地、播种、施肥、杀虫、收割、存储、育种等各环节，是跨行业、跨专业、跨业务的数据分析与挖掘，以及数据可视化。随着大数据技术不断演进和应用持续深化，以数据为核心的大数据产业生态正在加速构建，数据的获取、分析和解决手段越来越多样，精度也不断提高，其对于农业产业领域的影响力正逐渐凸显。

当前，黑龙江省基于WSN构建了智能农业信息采集平台、Hadoop云计算平台、Mysql数据库和相关算法完成农业物联网大数据储存分析任务[7]，美国中西部地区的FarmLogs与Cropx公司广泛利用农业物联网云平台与大数据综合应用实时监测农作物生命周期与生产流程，以实现“智慧农业”这一更高阶段的现代农业发展[8]。在农业物联网的大发展下，生产智能监管、农业精准作业程度和产品溯源体系等农业物联网核心问题借助大数据云平台，拓宽了生产者数字化管理范畴，提高了农业作业效率[9]。

农业物联网技术与大数据技术的结合，可以将农业物联网技术的感知和监测数据依托GPS或北斗系统进行收集、传输、汇总，并依靠PAN网络实现数据传输与共享。大数据技术可以通过支持构建数据中心（中台），高效完成环境监测、资源监测、农机调度、农牧业管理、温室大棚智能化监控等工作。

目前，我国将GPS定位技术与传感技术和移动通信技术相结合，研制了地面监测站和遥感技术结合的墒情监测系统，建立了农业部至各省、重点地县的农业环境监测网络系统等一批环境监测系统，并可以利用GIS技术实现对农业资源的规划动态管理。

1.2.2农业物联网+区块链技术：农业生产的管理和溯源

以农业为核心的区块链尚处于初级应用阶段，区块链从智慧农业、信贷金融、品牌产权等方面与农业大数据、云平台和人工智能相结合拓展区块链的农业应用深度[10]，区块链共识机制、智能合约及安全隐私等关键技术也在不断与物联网、云计算、5G等融合，跨链技术与拓展成为未来发展方向[11]。

总体而言，“农业物联网+区块链技术”将在以下四个方面给我国的现代农业带来巨大变革：

（1）构建去中心化的农民信用体系，支持建立农村小微金融体系；

（2）提升农业综合保险赔付能力：提升农业知识产权保护和农业产权交易的安全性，构建高效率赔付系统，增强农业生产在面对自然灾害等冲击时的抗风险能力；

（3）提高农产品供应链管理效率：以完整流畅的信息流覆盖整个生产消费产业链，确保在供应链系统任何一个环节出现问题时，都能够得到及时的反馈和有针对性的解决；

（4）建立公开透明的农产品追溯系统，实现农产品生产的实时监管，保障数据的真实有效性，构建良好的消费与生产信任关系。

1.2.3农业物联网+电子商务及物流体系：构建低成本的农业物流与运营平台

农产品电子商务与物流信息化主要包括电子商务解决方案、电子商务平台与物流信息化系统等，是软件与信息服务的专业应用领域，其发展的核心是软件与信息服务产业的发展水平。

在“互联网+”与共享经济的双重作用下，以农业生产资料、休闲农业和村庄民宿为代表的电子商务迅速发展，线上线下的实践活动推动了工业品牌化经营，超过10个省市、1500亿的网络零售极大推动了农业品牌经营[12]。湖南省依托物联网搭建智慧化管理可视农业，通过“互联网+农业”缩小了务农人员与高技能要求的鸿沟，推出了“一县一品”电商扶贫专项，全面提升当地农产品竞争力[13]。浙江省诸暨市以“三化”为目标，以智慧农业为基础，推动大数据、云计算、物联网和人工智能的跨域融合，转变农业生产方式，创新产品流通渠道，高效管理农业[14]。

目前，农业物联网与电子商务的结合在应用上需求迫切，但维护成本较高。而随着区块链等技术可以切实解决大数据平台的数据真实性和即时性问题，提升农业物联网的智能化与规模化水平，从而为大幅降低农业生产物流与运营成本提供可能。

2农业物联网支持下的未来乡村空间变化

2.1东中西部农业产业发展均衡化

2.1.1物联网、互联网新技术支持下的中西部农业产业化

巨大的区域差异一直是我国农业生产的重要特征之一。东部沿海地区农村人口密度较高，有精耕细作的生产传统，农业地均产出高，生产优势明显。而东北和西北部地区是我国人均耕地面积较大的地区，更适合以大规模机械化耕作支持现代农业发展。中部地区是我国的粮食主产区，也是我国人均农业收益最低的地区，劳动力外流、耕地抛荒现象依然突出，部分深丘陵地区的县仍面临严峻的贫困问题。西南地区是生态环境敏感脆弱、贫困人口分布密集的地区，也是国家推动高山移民和退耕还林政策的主要执行地区。新技术手段为缩小这些差异提供了可能。

美国经济学家托马斯·弗里德曼在《世界是平的：一部二十一世纪简史》一书中，专门针对科技和通信领域的技术革新可能对世界格局的改变进行了深入的分析。针对国内情况，有专家认为：在一定时期内，有鉴于东中西部地区在技术、知识水平和管理水平等方面的差异，互联网技术反而“可能会使东中西部乡村地区的差异进一步扩大”[15]。然而近年来，随着互联网技术日趋成熟，笔者认为，中西部地区在技术获取能力、生产组织能力、生产监管能力等方面的瓶颈性问题都有可能依赖新技术加以解决，从而为缩小不同地区农业发展差距提供了可能。其主要可能体现在以下几个方面。

（1）生产监管的高效与透明化

中西部地区农业生产空间广阔且类型丰富，不仅拥有诸多地方性优势农产品，而且农业劳动力资源丰富。然而，随着传统自然经济向大规模的商品经济转化，农业现代化客观要求从生产工艺流程到最终成品的标准化。而中西部地区的农业生产管理水平相对较低，导致其农业生产标准化问题一直未能妥善解决。物联网和区块链技术的结合，能以监控设备为农业种植提供实时信息反饋和技术指导，从而克服西部地区农业生产管理能力不足的壁垒。而从成本核算的角度来说，虽然物联网的种植模式需要大量监测设备植入，但是中西部地区的劳动力成本较低、土地成本价格优势明显，加之区块链技术可以让技术管理层级更少、管理成本更低等特点，可以预见在新技术加持下的东、中、西部地区农业产业化管理能力差距将不断缩小，因此诸如西北地广人稀劳动力不足、中部劳动力外流抛荒问题严重等问题，都可能在新技术的支持下获得解决方案。

小型农业企业是构建我国现代农业产业化的基石。以杭州建德市为例，2012年该市小微农业企业数量占全市农业企业数量的98%，产值占90%[24]。虽然没有更为准确的全国性统计数据，但是笔者相信这一比例是符合全国农业企业基本状况的。此外，即使是大型农业企业，也多通过建立农业产业基地的方式与小型农业企业形成紧密合作关系。可以说，中小型农业企业的成长事关乡村振兴的大局。由于小型农业企业大多选址于村镇，因此其对乡村空间格局也具有重大影响。而农业物联网技术和区块链技术的应用将会给中小型农业企业成长带来更多的机会。

（1）通过建立更公开透明的可追溯质量体系，支持中小企业参与市场竞争，使得信息更加透明，提升消费者对生产的信任度。传统农业具有交易数据碎片化、交易节点多样化、交易网络复杂化的特点，难以判断农产品包装的真实性，其溯源认证采用中心式的记账模式易受人为因素控制，接受认可程度低。物联网和区块链支持的二维码溯源技术可以实现高度透明化的农产品质量安全追溯。从而改变传统消费者依赖大型农业企业品牌进行消费的局面，给予中小型农业企业更多的发展机会。

（2）大幅降低农业物联网技术的应用成本和维护成本，以规模化的方式来解决大数据平台的数据真实性和有效性问题，支持更多中小型农业企业可以以更为低廉的价格享受高级别的技术服务。以美国为例，土壤抽样分析服务商Solum致力于提供精细化农业服务，帮助农民提高产出、降低成本，兼顾软、硬件系统实现高效、精准的土壤抽样分析，以帮助种植者在正确的时间、正确的地点进行精确施肥。

（3）建立完善的农村小微金融体系和去中心化的农民信用体系，支持中小型农业企业的创业创新。

（4）提升农业保险在农业知识产权保护和农业产权交易方面的安全性，预测农业生产风险并搭建高效的灾害赔付系统。作为高风险产业门类，各种自然或非自然的不可知风险一直是影响农业企业稳定发展的重大隐患。以物联网技术支持农业保险赔付体系的做法在国内尚未开展，但在国外已经具有较为成熟的应用范例。例如，美国天气意外保险公司Climate就应用综合气象和农业的大数据系统为农业种植者提供TWI天气保险项目，根据农场一年的产出计划评估盈利潜力及政府保险之外的风险。当公司监测到天气变化对农作物的负面影响时，农场主将自动获得赔偿，无需申报、裁决和等待。

（5）农产品电子商务及物流信息化支持中小型农业企业获得更加平等的物流服务能力与销售机会。无论是阿里巴巴的“菜鸟”，还是京东的“亚洲一号”，未来结合大数据、云计算、ArcGIS等技术的智能化物流，将通过网络平台打破时间和地域的限制，扩大产品的流通半径，减少不必要的中间环节，从而更快地联系到消费者，为中小农业企业参与市场竞争提供便利。

绝大多数农业小微企业分布于小城镇和村庄，其对于乡村空间格局的影响远大于大型农业企业。物联网等新技术的广泛应用，将使得农业产业领域更加扁平化，也将进一步在乡村空间中引导更多新增长极出现，并影响村镇体系的空间格局。

2.3劳动密集型农业耕作半径扩大

2.3.1劳动密集型农业耕作半径问题

我国大部分乡村地区人多地少，加之许多农业地区地形条件复杂，不利于大型农业机械耕种，农业长期采取精耕细作的方式。同时，在国际市场上我国土地密集型农产品一直处于竞争劣势，而以精耕细作为核心的劳动密集型农产品占据相对优势。近年来，在国际贸易出口中，劳动密集型农产品一直保持着增长优势，也成为农业产业化发展的增长重点。

劳动密集型农业，特别是部分高收益的农作物甚至在生产期要求农民就近照顾，导致农业生产者可接受的耕作半径极小。而农业耕作半径问题一直是用以确定农村居民点空间布局的重要分析依据。一般而言，农村居民点居住规模越大，公共服务设施配置成本越低。但以精耕细作为代表的农业地区，则必须考虑耕作半径问题对农村居民点布局的影响。

2.3.2物联网技术可能带来的改变

一方面，物联网技术将有助于扩大劳动密集型农业的耕作半径。物联网可以通过对农田地表数据的感知和监测，借助传感器对农田湿度、温度和气体构成类型进行监测，通过大数据分析获得更为精准的种植指导，并指导人工智能设备部分替代人力。我国每年通过农业环境监测网络开展农业环境常规监测工作，获取监测数据10万多个；融合智能传感器技术的墒情监测系统已在贵阳、辽宁、黑龙江、河南、南京等省市推广应用。

另一方面，虽然目前物联网相关技术尚处于起步期，传感器等设备铺设成本较高，但随着我国劳动力成本的逐渐推高，以传感器等设施农业替代部分劳动力将成为未来发展趋势。高成本的生产投入将有可能将部分传统劳动密集型农业生产方式和生产者逐步挤出市场。而传统农业的退出将进一步助推人口城镇化趋势，并对人口流动和城乡布局产生间接影响。

2.4改变乡村公共服务供给能力，促进公共服务均等化

物联网技术將为乡村地区提供更为均等的公共服务，从而带来县域空间的扁平化趋势。近年来，乡村居民对社会管理、医疗卫生、电子通讯、文化生活等要求日益增长。以物联网为支持的公共服务型平台可以提高乡村地区资源与信息的整合速率，并通过物流采集技术和卫星定位追踪技术构建智能物流体系[25]，提高物流效率，最大程度地避免了由于公共服务设施布局而产生的县域聚集，从而使公共服务设施更为均等化。同时，道路交通与电子通讯等设施的不断优化，降低了居民出行的距离和时间成本。在此基础上，大型农村居民点所具有的公共服务供给便利优势将大幅消减。乡村居民点迁并集聚等举措对农民的吸引力将下降，县域镇村体系可能会更趋于扁平化发展。

2.5乡村人群构成多样化

过去“乡愁”“传统文化”等因文化思潮曾引起一批返乡就业，城市中许多自由职业者和艺术工作者涌入乡村，成为新村民。然而，从目前情况看，基于文化思潮带来的乡村人口结构调整仅限于少数自然或人文资源禀赋优异的村落，对一般乡村地区的影响有限。但是，随着新技术开始大规模进入农业，与之对应，将有大量的新型技术人员、创业者进入乡村地区。近年来我们可以看到，以物联网和新技术所带来的跨学科大融合与过去不同，所涉及的人员流动、物流运输、信息往来和技术交互的覆盖面将更加广泛，各行业人群规模远高于从前。可以大胆预测，由此带来的职住布局方式和乡村产业企业格局也会在新技术刺激下发生变化，以适应即时高效、灵敏智能的农业物联网服务体系，其所导致的乡村人群结构调整才将真正对总体乡村空间格局造成影响。

3结论与启示

农业物联网技术、大数据技术、区块链技术等新兴技术是近几年来国家发展的重点，也必将深刻的影响着各行业、各领域的成长。

在中观层面上，依托农业物联网技术，将可能使得中西部农业产业化发展差距缩小、非优势农业地区获得新增长机遇。农业产业的扁平化将给更多乡村地区带来新的空间成长可能。而这些可能性会在多大程度上影响传统的镇村空间格局？由城镇化推动的空间集聚趋势及因为乡村新增长空间出现带来的分散趋势将会如何平衡？特别是地广人稀的西部地区，在新技术的助力下是否会产生显著的空间格局变化？

在微观层面上，农业领域新技术的引入推动传统农业逐渐由精耕细作向智能化、规模化方向发展，扩大了劳动密集型农业的耕作半径。同时，在工业4.0时代的定制化、差异化风潮影响下，借助新技术，中小型农企和家庭式小农场企业向利好方向发展，并吸引行业新兴技术人才进入乡村地区，从而改变乡村地区的人群结构。随着信息技术与智能体系的不断完善，公共服务设施均等化水平也将不断提升。那么，未来乡村居民点的空间特征是否会发生显著变化？无论是乡村居民点的“颗粒度”还是其内部功能结构，是否会因为新人群、新功能、新产业形式而发生显著变化？未来与生产方式相匹配的乡村住宅形式和乡村居住空间模式是怎样的？为了应对乡村人群构成多样化，乡镇交通系统和基础服务设施将如何布局？以村镇为核心的生活圈的结构特点是什么？以及城乡融合和人员流动所带来的职住平衡等问题，都将是后续值得探索和研究的问题。

参考文献：

[1]欧淡.基于物联网的广州市白云区城中村治安管理问题及对策研究[D].成都：四川农业大学，2017.

[2]甘志祥.物联网的起源和发展背景的研究[J].现代经济信息，2010（1）：157-158.

[3]李道亮.农业物联网导论[M].北京：科学出版社，2012.

[4] V.I Adamchuk， J.W Hummel， M.T Morgan， et al. Onthe-go soil sensors for precision agriculture[J]. Computers and Electronicsin Agriculture，2004，44（1）：71-91.

[5] William R Raun， J.B.Solie， M.L.Stone， et al. Optical sensorbased algorithm for crop nitrogen fertilization[J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis，2005，36（19-20）：2759-2781.

[6] Molly Elizabeth Brown， Kirsten de Beurs.Evaluation of multi-sensor semi-arid crop season parameters based on NDVI and rainfall[J]. Remote Sensing of Environment，2008，112（5）： 2261-2271.

[7]李春辉.大数据在农业物联网中的应用研究[D].齐齐哈尔：齐齐哈尔大学，2015.

[8]刘丽伟，高中理.美国发展“智慧农业”促进农业产业链变革的做法及启示[J].经济纵横，2016（12）：120-124.

[9]杨鹏飞，杨瑞娟.农业物联网、大数据、云平台管理技术在农业中的应用[J].农业开发与装备，2019（2）：41.

[10]孙忠富，李永利，郑飞翔，等.区块链在智慧农业中的应用展望[J].大数据，2019，5（2）：116-124.

[11]曹傧，林亮，李云，等.区块链研究综述[J].重庆邮电大学学报（自然科学版），2020，32（1）：1-14.

[12]许世卫，王东杰，李灯华，等.我国“互联网+”现代农业进展与展望[J].农业网络信息，2017（1）：10-17.

[13]屈瑜君，周学佳，崔莹.论“互联网+农业”背景下的湖南可视农业[J].衡阳师范学院学报，2019，40（5）：134-140.

[14]陈立康，邱珈铖.诸暨发展智慧农业的对策措施[J].新农村，2020（5）：11-12.

[15]曹璐.从淘宝村到“互联网+”，是否将改变中国乡村空间格局 [J].小城镇建设，2016，34（6）：74-77，86.doi：10.3969/ j.issn.1002-8439.2016.06.023.

[16]海云瑞，張学俭.宁夏农业物联网大数据共享及综合应用平台研究与设计[J].宁夏农林科技，2017，58（9）：51-53，63.

[17]何雪煊.我国农业物联网技术发展现状及宁夏农业物联网技术推广应用启示[J].宁夏农林科技，2017，58（8）：50-52.

[18]叶良益.我国东中西部农业全要素生产率比较研究[D].广州：广东财经大学，2015.