安徽农业物联网发展现状?问题及对策

2015-10-21朱君茹

安徽农业科学 2015年5期

关键词：农业物联网发展对策安徽

摘要基于对安徽农业物联网应用的分析，探究安徽省农业物联网发展面临的主要问题，并提出了可行性解决方案，以扩展农业物联网的应用，提高农业生产率，建设现代化农业大省。

关键词农业物联网；安徽；问题；发展对策

中图分类号S24文献标识码

A文章编号0517-6611（2015）05-327-05

The Current Development Situation， Problems and Countermeasures of Agricultural Internet of Things in Anhui Province

ZHU Jun-ru1， CHEN Fu-long1， REN Xiu-mei2 et al （1. Department of Computer Science and Technology， Anhui Normal University， Wuhu， Anhui 241002； 2. Department of Network Engineering， Anhui Normal University， Wuhu， Anhui 241002）

Abstract By analyzing agricultural IOT application of Anhui Province， the main problems in the agricultural IOT development were explored， and some feasible solutions were put forward to expand the application of agricultural IOTs， improve the agricultural productivity and build modern agriculture big province.

Key words Agricultural Internet of Things； Anhui Province； Problems； Countermeasures

基金項目安徽省软科学研究计划项目（1402052034）；芜湖市科技计划重点项目（2014cxy04）；安徽师范大学创新基金项目（2014cxjj01）。

作者简介朱君茹（1992- ），女，安徽霍邱人，硕士研究生，研究方向：物联网、嵌入式系统。

收稿日期2014-12-19

物联网在国外的发展早于我国，在十多年前国外研究者就将RFID技术应用于土壤检测，将电子标签贴在家禽身上，利用无线传感器来监控动物的位置和健康状况。随着我国农业现代化进程的加快，在面临着资源、环境与市场的多重约束下，保障粮食安全、食品安全、生态安全的压力变得更加重要，确保农民稳定增收的任务同样越来越重。

安徽是典型的农业大省，对保障国家粮食安全具有重要意义。它近海邻江，区位优势明显，气候优越，农业资源丰富，主要以种植业为主，畜牧业为辅。但是，在传统农业下，对于浇水、施肥、打药，农民全凭经验，靠感觉，比如，农民要亲自到大田区域查看农作物的生长状况、土壤湿度、有无虫害和是否缺乏磷等。显然，人工查看的方式很不利于及时了解到农作物的生长状况，阻碍了农业现代化和规模化生产的发展。现代信息化进程的推进，越来越展现了安徽省农业在各个方面对物联网的需求。

2013年5月，我国农业部正式启动了农业物联网区域试验工程（即区试工程），选择了有一定农业工作基础的天津、上海、安徽3省市率先开展试点试验工作。安徽试验主要是以大田作物“四情”（苗情、墒情、病虫情和灾情）监测服务为重点，通过远程视频监控与先进感知技术相结合，对农情数据信息进行实时采集、高效低成本信息传输和计算机智能决策技术的集成应用，实现大田作物全生育期动态监测预警和生产调度[1]。在试验大田进行的同时，安徽紧紧抓住农业物联网的发展浪潮，积极将物联网应用于农业的各个领域，将安徽的农业模式变为现代化下的农业，推进了安徽农业向更高阶段的发展。

1农业物联网的技术支撑

农业物联网是运用物联网及其配套相关技术实现对整个农业和农业产业链生产、加工和流通等方面的监控、优化和扩展。具体来说，利用物联网底层的传感器设备，例如温度传感器、湿度传感器、光传感器、二氧化碳传感器等传感器，来检测环境中的温度、湿度、光照强度、CO2浓度等各种环境和动植物本体物理量参数，通过传输到各种仪器仪表，实时显示或者作为自动控制的参变量参与到自动控制中，保证农作物在最优化环境中生长。另外，通过各种农业应用系统和农业平台将农业变得可掌控化，极大地促进了农业产业链的发展。

农业物联网技术体系主要分为3个层次[2]，如图1所示，感控层用于信息的获取和控制；传输层用于信息的传输；应用层用于对所获取信息的智能处理和综合应用。

1.1感控层

物联网的感控层主要由感知和控制技术支撑。感知技术的核心又是传感器，在农业方面，传感器主要用来采集、存储植物所在地点的各种土壤和环境参数，包括空气温度、湿度、日照强度，土壤温度、水分、pH值等数据。农业传感器技术发展可以概括为两大类：农业环境传感器和农业动植物本体（生命）信息传感器[3]。比如光照强度、水土信息、空气CO2指数等环境数据都是通过农业环境传感器来获知；而像动植物本身的生长状况，如茎秆强度、根系生长、体温和体重等都是通过农业动植物本体（生命）信息传感器来获得[4-5]。目前，已经在光温水气热等常规环境传感器方面有了很大的进步，技术比较成熟，而对于土壤方面的传感器正是农业需要攻克的难题，也是当前研究的重点。为了能对农业物联网实施控制，还需要电机驱动器、开关控制器控制诸如喷水机、吹风机、干燥机等物理设备。

另外，考虑到方便和成本的问题，应用于农业的传感和控制器设备必须具备微小、可靠、节能、环境适应性高、低成本和智能化等特点。

1.2传输层

传输层的主要目的是用来将感知层获取的信息传输给应用层，通过不同的区域网络形成一个通信系统，大量部署在检测环境内的传感器节点就可以将信息提交给用户，方便检测。通信系统大致可以分为无线和有线网络传输，无线传感网络中的Bluetooth、ZigBee[6]、WiFi、GPRS/3G/4G[7]等无线网络传输技术以及卫星通信网络中的遥感技术，都是农业物联网信息无线传输中常见的技术，其中ZigBee 技术、WiFi、GPRS技术被广泛应用于农业物联网信息传输的渠道中，而有线网络传输主要利用同轴电缆、双绞线等传输线路以及ATM、Ethernet等有线传输技术实现信息传输。通过这些网络传输方式，可组建有线个域网（PAN）、局域网（LAN）和广域网（WAN）等网络，并可以接入Internet，实现更大范围的农业物联网。

传输距离也是人们考虑农业应用中信息传输时的一个重要因素，地形、植被等因素都会使信号在传输过程中发生反射、散射和吸收，从而导致信号的衰弱，所以在选择传感器的安放点时要尽量靠近接收网络，并且它们之间也避免有遮挡物。Bluetooth是实现信息的点到点传输，传输范围仅仅在10 m之内；ZigBee实现端到端的通信，传输距离一般为70～1 200 m；WiFi相对比前三者传输范围又远些，几百米到几百公里；无线局域网和广域网的覆盖范围甚至达到了几十公里；不过其中的3G、GPRS技术的传输范围可以无限制。

1.3应用层

农业物联网应用层的关键技术概括起来主要包括以下4种技术[3]：云计算、云服务、模型决策以及农业物联网数据、服务、系统技术标准规范。通过4种技术的结合，将传输层汇聚过来的各种数据信息，在通过数据挖掘之后，建立管理控制策略和模型，实现远程控制对农业生产实施具体的管理控制措施。例如，温室中的光照强度不足，系统会自动启动相关装置（移走大棚遮光物或者打开灯光）增加光照强度；还可以根据事先设置好的参数值，对大棚中种植的瓜果蔬菜生长环境进行实时调整。

物联网技术除了实现了在农业种植（养殖）环节的关键应用，还应用在物流环节的农产品和食品溯源方面。从整体来看，物联网技术主要在农业生态环境、农产品安全溯源、智能畜禽产品养殖、温室环境智能监控和智能农业防灾减灾[8]等领域实现了重要应用。

2安徽农业物联网的发展现状

2011年下半年安徽省委省政府审时度势，在认真分析农业发展面临的机遇和挑战的基础上，明确提出全面推动农业物联网发展，在工业化、城市化快速推进过程中，以农业物联网为抓手，同步推进农业现代化，促进安徽农业崛起。随后，一份牵动安徽“三农”大局、快速推进农业物联网发展的重要决议悄然发出[9]。紧接着，安徽省政府成立了农业物联网发展工作领导小组。不仅将农业物联网工作提到政府层面的战略高度，安徽省还相继出台一系列扶持政策，保障物联网工作的推进和措施落实。在相关政策的引导下，安徽省相继在合肥、巢湖、黄山和蒙城等地开展了一系列农业信息化的改进工作，如表1所示，安徽已将物联网技术应用到各个田间种植、大棚养殖、水产品养殖和市场流通等领域。

通过以上对物联网在安徽农业的数据统计，可以看出，目前，安徽省物联网基本实现了在以下4个方面的应用。

2.1“四情”监测，掌握自然环境主动性

农作物的生长离不开环境因素的影响，将物联网技术应用到农业的环境监测中，我们就可以实现对农作物的“四情”监测，所谓“四情”监测就是对农作物苗情、灾情、病虫情和墒情等情况进行实时监控，及时准确地获取农作物生长环境信息，帮助人们合理管理农业，优化生产。

2012年10月19日“四情”监测调度系统启动会后，各个地区逐步安装“四情”监测系统，及时传递小麦禾苗受灾和生长情况，对农作物的生长发挥了重要的决策支撑作用。

2.2对动植物生长区域的掌控

在植物生长区域利用传感器技术，获得CO2、光照和植物的生长状况等信息，我们就可以了解植物的生长规律，例如：在大棚蔬菜种植场，可以通过远程控制来通风换气、遮光和洒水，而不需要人工亲自去操作，实现了自动调控农作物生长；皖南休宁县蓝田镇培源村的茶叶基地，一个个摄像头穿插在茶树间，监控着茶林的成长和病虫害防治情况，有了这一个个电子眼，相关人员在控制室里电视屏幕上就可以实时了解到茶林的生产情况，还可以通过视频对话指导茶场工人们进行有机肥的施用和病虫害的防控技术[9]。

通过安装各种感知元件人们也可以实现对动物生长区域的监控，通过传输层传送过来的动物温度、环境温湿度等参量，实时监测控制动物的生长情况。例如，物联网设备进驻宣科青虾养殖基地后，养殖技术人员可以实时掌握虾塘水质的池塘pH、溶氧、氨氮、亚硝酸盐等各项定量指标，从而采取针对性措施对指标进行人工调控，做到精准投喂、精准增氧，合理控制换水次数与水电用量。这样不仅青虾产量增加了，而且养殖成本下降了，取得了很好的经济效益。

2.3食品追溯体系建立提高食品安全

虽然电子眼可以监控动植物生长的状况，但是不能保证在食品的流通加工过程中没有任何不利于人体健康的处理操作，以物联网技术为依托的食品追溯系统，实现了对食品的生产、流通到销售整个流程的监管，保障了食品的安全。

2011年农产品质量安全追溯与农超对接科技试点示范在安徽省正式启动，示范主要涉及到农产品的生产企业、餐饮企业、连锁超市及农资经营企业，而朗坤企业抓住了这次机遇，全面发挥企业自身优势，利用自己的农业产品及食品质量安全追溯平台，先后为安徽省的各大农产品生产企业以及销售企业建立了农业食品安全溯源平台，为安徽省的农业产业及其农业产业链带来了巨大的价值和收益，推动了安徽省农业的商业化进程[10]。目前合肥已经有26个菜市场、45个超市肉菜可溯源，在将肉类蔬菜的生产、屠宰、流通、批发和零售推向肉菜流通追溯体系后，安徽省准备选择省内知名的白酒、婴幼儿配方乳生产企业试点运行食品安全电子追溯系统。消费者通过手机APP软件，扫一扫产品外包装上的二维码，即可查询产品的相关信息，做到了各类商品“来源可追溯、去向可查证、責任可追究”，人们可以轻松掌握“舌尖上的安全”。

2.4安徽省农业物联网平台建立、深入民心

安徽省积极推动农业物联网的发展，物联网技术的融入使得人们在农业种植、养殖方面得到了极大的便利。接下来，安徽省又先后成立了安徽农业物联网平台、安徽物联网综合服务平台和安徽省农业委员会平台，将农业物联网的概念打入农民群众中去，及时向群众传播最先进的技术。

（1）安徽农业物联网平台（http：//wlw.ahnw.gov.cn）。

通过该平台，将最新的农业物联网的相关信息公开，其中包括政策法规、典型经验、热门技术等不同专题，方便群众查阅浏览。平台还专门提供了农业气象服务和专家视频客服系统，人们可以通过登录平台来查看不同区域的土壤墒情、旱情预报、气象灾害等植物种植环境信息，以及将自己遇到的问题向专家请教解决。

（2）安徽物联网综合服务平台（http：//www.ahnywlw.cn）。通过该平台，政府农林水等部门实时监测全省各地的农业生产信息、粮食生产状况、水利灌溉等，自动归纳分析种植大户的土壤及病虫草害相关数据，提示需要采取相应的措施。同时，该平台还可提前预知粮食作物收获情况，系统可以根据平台反馈的信息，与历史数据进行比对。比如，秧苗受灾情况反馈到平台后，可根据实际受灾状况，邀请专家进行远程会诊，研判灾情并采取相应措施。

（3）安徽省农业委员会平台（http：//www.ahny.gov.cn）。通过该平台，实现政府信息公开，全面开放政府机构的设置，以及人事调动情况。

43卷5期朱君茹等安徽农业物联网发展现状、问题及对策

3安徽省农业物联网发展中遇到的问题

物联网带动着传统农业向可预测、可监控和可自动化的现代农业发展，从一开始的全人工操作到如今趋于“零人力”化，物联网为农业生产带来了巨大的便利。从该研究分析来看，安徽省作为一个农业大省，在政府的推进政策、企业的积极响应、科研机构的研发技术等各方面力量的共同支持努力下，传统农业已经向现代农业迈出了一大步，率先带动了全国农业物联网的建設，给其他各省做了一个很好的示范。然而，为了能够取得更大的进步，安徽省还要正视自己的问题，技术上的不足、人才的缺乏、政策力度不大等都将是阻碍农业物联网发展的瓶颈。

从2011年发展至今，安徽省物联网技术在农业领域应用广泛，涵盖农业生产的多个方面，但由于物联网在安徽省还是新兴事物，农业物联网技术应用总体还处于初步应用阶段，现在还有许多问题亟待解决。

3.1对农业物联网发展前景认识不够深入

农业物联网是一个整体的概念，它涵盖了与农产业相关的整个产业链条[11]，要将物联网技术整合到农业当中去，最大性地发挥它可以带来的优势与便利，首先必须深入了解分析安徽农业物联网的发展前景，充分认识物联网技术对农业的重要性。

农业物联网在省内的发展还处于一个初期阶段，由于对农业物联网的发展前景认识模糊，停留在表面，缺乏深入规划，没有制定长远的发展目标，安徽省内各地农业物联网的发展缓慢，相对分散，发展不均衡，尚未形成完整的体系。

3.2农业产业链各环节管理欠缺

农业产业链是个贯通了农业产前、产中和产后3大领域的规模巨大、结构复杂的网状体系，链接了农业的产前、生产、加工、流通和消费5大环节[12]。农业产业链中各环节的发展虽然各有成就，但安徽农业基本还都是包干到户、分散经营、规模较小的小农经济，在生产加工环节保持着原有生产方式，而全面规划管理的生产经营方式尚未完全打破，各种功能细化的社会化专业服务机构尚未成熟，现代农业产业链的管理企业都尚未形成规模，而且它们之间的有效整合难度较大。

从整体上看，目前安徽省内的农业产业链的产前、生产、加工、流通和消费5大环节还比较分散，缺乏合理的衔接和约束。例如2012年，安徽省的部分地区的水果发生了滞销现象，就显露出安徽省农业从生产到流通环节的衔接问题。除了以上参与的5大环节企业，参与企业还涉及到通信、集成电路、智能化服务、提供商等，参与企业众多，整体行业无序化明显，管理存在漏洞，同时这也让研究者不得不考虑到农业物联网中存在的伦理道德问题[13]，比如公开的农产品信息的可靠性和真实性。

3.3农业物联网相关政策的推广实施力度不足

为了推动农业物联网的发展，安徽省制定了许多政策法规，积极鼓励各个企业以及农民利用物联网推进农业的现代化，但是政策的实际推广、实施力度不足，许多农村地区还完全停留在传统的农业耕作模式中，也只有部分地区、部分农业产业领域将物联网技术应用到生产流通中去。地缘关系和地理条件的限制，农村信息化建设、新技术的应用总落后于城市的规划和建设，普及力度远远不适应农村发展的需求。另一方面，由于对农企和农业物联网示范区的扶持力度不大，尚未出台相关的资助政策，虽然物联网技术能够很大地提高效率，但物联网设备的高额初期投资也让农企望而却步；同时，农业物联网技术研发经费的不充实也不能吸引大量科研人员致力于技术的创新。

物联网在我国的发展本身就存在行业技术标准缺失、产业链发展不均衡、各行业协作困难多、用户使用成本壁垒存在以及安全等问题[14]，安徽省农业物联网作为全国物联网发展的一个小分支更是面临以上问题的困扰，更有深入分析安徽省农业物联网发展前景，并且进行统筹规划的必要。

3.4农业物联网统一的应用标准体系建设滞后

2011年农业部成立了国家农业物联网行业应用标准工作组，研制物联网在农业领域的应用标准农业物联网的建设。虽然我国在物联网标准制定方面取得了一定的进展，安徽省也抓紧农业物联网技术支撑体系和产业应用体系建设，特别成立了朗坤与中科院合肥物质科学研究院共建安徽省新农村物联网工程技术研究中心，但现有标准还很零散、缺失和不统一，标准制定与市场应用结合不够，导致物联网市场分割，制造和服务成本偏高，这已成为制约物联网技术在现代农业发展中推广应用的重要因素。

总体来说，在农业物联网标准化方面，全球几乎处于同一起跑线上，物联网传感器的标准、采集的信息的可标准化应用制定进程缓慢。

3.5关键设备与核心技术储备不足和专业人才缺乏目前，安徽省内的传感器设备大多数来源于国外，而且价格偏高，不同领域和地理环境的要求，又使得农业对传感器的体积、精确性和灵敏性要求较高。智能化控制模型和技术仍处于试验示范阶段，技术的支持不足、信息收集系统不全、专家系统未完善和研发与应用成本过高等问题都是发展安徽省农业物联网的重点难点，设备和技术的更新远远不能满足农业对物联网技术的需求。另一方面，从事农业的人群的文化水平偏低，一些高技能的设备技术根本无法在农村中实行，所以设备技术还需要简单化，便于农民使用操作。

掌握关键技术的人才缺乏极大地影响了安徽省农业物联网的发展。安徽省广大基层农户和农技人员对于农业物联网技术概念模糊，重视度不够，缺少在现代农业发展中运用物联网技术的认识，导致了往这方面发展研究的专业人才很少，对物联网进行深入研究的人员更是十分缺乏。这些都将不利于农业物联网技术的推广和深度应用。

4安徽省农业物联网发展对策

针对现阶段安徽省农业物联网发展中存在的问题，从以下几方面提出对策建议，以促进安徽省农业物联网的进一步发展。

4.1制定安徽省农业物联网战略规划，全面布局目前，国内外物联网技术及其应用仍在探索中发展，安徽发展农业物联网产业更需要根据发展前景制定有效的战略规划。

农业物联网涉及面广，各个方面需要统筹。在农业应用领域方面，农业资源利用、农业生产的物联网、农业生态环境监测和农产品安全监管的物联网的协同并进才能够实现农业物联网的全面发展；在安徽省示范区方面，示范区的表率作用应该强化，优先选择有农业优势的地区发展，以显著的效益逐渐将全省的农业物联网带动起来，具体的实现都需要安徽省相关部门根据省内各地实情实施宏观调控，从不同层面进行统筹规划，去制定短期计划、中期计划和长期计划，实现安徽省农业物联网的长远发展。同时需要强化顶层设计，加强政府对农业物联网工作的宏观指导，以及对農业联网发展战略等相关政策研究，鼓励社会各界参与农业物联网技术研发、成果转化和推广应用，将支持农业物联网应用发展纳入到省内强农惠农政策中。

4.2谋划管理，做强安徽省农业产业链条

农业物联网产业链主要包括传感设备、传输网络和应用服务3个方面的内容，应该全力抓好产前、生产、加工、流通和消费这5大环节，突出并且强化重点企业的作用，努力将传感网技术研发项目孵化产业化及商业应用打造成完整的产业链，加强农业物联网产业链的管理，尤其在生产加工方面，要统一管理省内各家各户的小范围生产。

全面规划管理农业的生产经营方式，通过承包商打破农村中分散的传统农业耕作模式，逐渐采用现代高科技的大田生产；细化社会化的专业服务机构，如强大的农业技术指导专家、完善的农业服务平台等；加强对农业产业链的管理企业的整合，使得安徽省的农业产业链的衔接和约束强化，降低行业的整体无序化程度。同时要加强对科技人员的职业道德素养的提高，通过管理部门进行宣传教育，制定条例规定约束从业人员的行为，减少食品安全隐患。

4.3切实实行农业政策，加大政策实施

与其他省相比，安徽省有关农业物联网发展的政策相当到位，物联网在安徽省农业发展方面取得了显著进展，但是在政策的实行推广上还需加强。

首先，政府部门应该制定出明确的政策，让农业物联网技术能走进省内农民的家家户户，从田间种植到大棚种植，从家禽养殖到水产业养殖，省市乡镇各层面都应该督促物联网技术在实际应用中的发展，用地方政策条文规定将物联网落实农业的生产管理中去，帮助农民减少盲目种植养殖的可能性，做出最合理的决策。

其次，财政应该有计划地支持农业物联网产业需求的发展，制定相应扶持政策。安徽省农业物联网市场需求因成本问题显得不足，需要政府财政支持来培育。农业物联网企业多年实践活动的经验表明，应重点扶持设施农业，把建设设施农业和农业物联网试点示范相结合来支持。

在技术研发创新方面，可以按照“以工补农”的政策，将与物联网相关的技术和设备也列入目录，对于农业物联网有生产实践需求、有研发意识和能力的企业，政府应该对企业物联网的建设给予帮助。调动参与企业在该领域的投资，支持农业物联网发展。

4.4加紧农业物联网标准体系建设，推广农业物联网技术应用

安徽省在农业物联网领域的成就已经受到全国范围的认可，安徽朗坤物联网有限公司与中科院合肥物质科学研究院近年来合作共同制定农业物联网应用标准，是国家农业物联网行业应用标准工作组发起单位和牵头单位。

农业物联网标准体系的建成预示着农业物联网技术的广泛应用，所以必须要加强物联网国际国内标准，做好顶层设计，满足产业需要，建设标准验证、测试和仿真等标准服务平台，加快关键标准的制定、实施和应用。不能闭门造车，要积极参与国际标准制定，整合国内研究力量形成合力，推动农业物联网标准体系的建成和完善。

4.5加快安徽省农业物联网应用人才培养，实现技术上的突破

制定安徽省农业物联网人才培养与培训计划。联合安徽省各高等院校和科研院所，在物联网专业设置“农业物联网”方向，培养一批既拥有农业专业知识又具有计算机专业技能的复合型人才，为农业物联网的发展培养专业人才。加强校企合作，根据农业物联网发展实情，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，探索订单式人才培养模式。积极将人才投入农业实际应用当中去，指导基层群众使用物联网设备和技术，也在实践中加强了自身的农业技术能力。

突破物联网关键核心技术，研发低成本、高可靠和适应恶劣环境的农业物联网专用传感器，来满足符合农业的多种不同应用目标，解决农业物联网在自组织网络和农业物联网感知节点合理部署方面遇到的问题。在突破关键共性技术的同时，结合农业物联网的特点，研发和推广对农业的应用技术，加强农业联网技术解决方案的研发和公共服务平台建设，以实际应用技术为背景突破应用创新。

5结语

在政府的有效政策、科研机构的技术支持和企业的积极推广应用下，安徽省的农业物联网应用已经取得了一定的成绩。但物联网在安徽农业领域中的应用尚处于探索与快速发展阶段，还存在长远规划制定缺乏、农业产业链发展不完善、标准体系缺失、关键技术产品成熟度较低和专业人才不足等问题。为更进一步促进安徽农业物联网技术和应用的发展，应当鼓励科研院所、高等院校、信息技术企业等社会各界力量联合参与农业物联网技术研发、项目建设、转化推广与应用，不断完善农业物联网应用产业技术链，加快安徽省农业向现代农业模式转化的步伐。

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