農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)研究的重要方向

李道亮

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)定義與研究背景

物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things）是互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)的拓展應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)延伸，它通過感知識別、網(wǎng)絡(luò)傳輸互聯(lián)、計算處理等三層架構(gòu)，實現(xiàn)了人們?nèi)魏螘r間、任何地點(diǎn)及任何物體的連接，使人類可以以更加精細(xì)和動態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，提升人對物理世界實時控制和精確管理的能力，從而實現(xiàn)資源優(yōu)化配置和科學(xué)智能決策。從“智慧地球”到“感知中國”，物聯(lián)網(wǎng)成為全球矚目的關(guān)鍵詞，它被稱為繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。

我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)正在向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型，信息化與農(nóng)業(yè)行業(yè)的深度融合，實現(xiàn)廣泛的智能化，是我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)未來發(fā)展的主要特征和必然趨勢，而農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)正是農(nóng)業(yè)走向信息化、智能化的必要條件。改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)、發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，迫切需要運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對大田種植、設(shè)施園藝、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯等各種農(nóng)業(yè)要素實行數(shù)字化設(shè)計、智能化控制、精準(zhǔn)化運(yùn)行和科學(xué)化管理，從而實現(xiàn)對各種農(nóng)業(yè)要素的“全面感知、可靠傳輸以及智能處理”。因此，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是未來現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的基本方向。

黨中央、國務(wù)院高度重視農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，要讓物聯(lián)網(wǎng)更好地促進(jìn)生產(chǎn)、走進(jìn)生活、造福百姓。李克強(qiáng)總理指出，要大力發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，在集成電路、物聯(lián)網(wǎng)、新一代移動通信、大數(shù)據(jù)等方面趕上和引領(lǐng)世界產(chǎn)業(yè)發(fā)展。農(nóng)業(yè)部在天津、上海、安徽率先實施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)區(qū)域試驗工程，國家發(fā)改委在北京、黑龍江和江蘇三省實施了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范項目，工信部也積極支持農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，科技部從技術(shù)層面實施了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)感知技術(shù)重大項目。各省市有關(guān)部門積極開展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范。有關(guān)農(nóng)業(yè)企業(yè)、基地、農(nóng)場、園區(qū)表現(xiàn)出對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)需求的強(qiáng)勁勢頭，這些都為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)提供了難得的歷史機(jī)遇和良好的發(fā)展環(huán)境。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)研究的重要方向

（一）農(nóng)業(yè)個體標(biāo)識

農(nóng)業(yè)個體標(biāo)識是指利用RFID、二維碼等技術(shù)實現(xiàn)的對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的每個農(nóng)業(yè)個體的精確標(biāo)識與描述，其目的是為了快速、精確地給出每個農(nóng)業(yè)個體的身份、產(chǎn)地等相關(guān)信息。RFID在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的典型應(yīng)用主要包括動物跟蹤與識別、數(shù)字養(yǎng)殖、精細(xì)作物生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品流通等。二維碼技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯中也有著廣泛應(yīng)用。

（二）農(nóng)業(yè)傳感器關(guān)鍵技術(shù)

農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的核心，農(nóng)業(yè)傳感器主要用于采集各個農(nóng)業(yè)要素信息，比如種植業(yè)中的光、溫、水、肥、氣等參數(shù);畜禽養(yǎng)殖業(yè)中的二氧化碳、氨氣、二氧化硫等有害氣體含量，空氣中塵埃、飛沫及氣溶膠濃度，溫、濕度等環(huán)境指標(biāo)等參數(shù);水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中的溶解氧、酸堿度、氨氮、電導(dǎo)率、濁度等參數(shù)。農(nóng)業(yè)傳感器關(guān)鍵技術(shù)主要包括農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境傳感器，水體環(huán)境信息傳感器，農(nóng)業(yè)小氣候環(huán)境傳感器，農(nóng)業(yè)現(xiàn)場視頻傳感器，農(nóng)業(yè)動植物生理傳感器以及農(nóng)業(yè)病毒、重金屬、有害物傳感器等種類。根據(jù)信息傳遞介質(zhì)的不同，也分為光學(xué)傳感、光纖傳感、納米傳感與生物傳感等。

（三）農(nóng)業(yè)無線傳感網(wǎng)

無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）是以無線通信方式形成的一個自組織多跳的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，負(fù)責(zé)感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者，具有自動網(wǎng)絡(luò)路由選擇、自診斷和智能能量管理功能，更適合于特殊生境中。無線傳感網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于溫室環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)田節(jié)水灌溉、農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯、農(nóng)業(yè)水文水利監(jiān)測、家禽健康狀況及行為特征監(jiān)控等方面。

（四）農(nóng)業(yè)移動互聯(lián)

隨著農(nóng)業(yè)信息化水平的提高，移動互聯(lián)逐漸成為農(nóng)業(yè)信息遠(yuǎn)距離傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。我國農(nóng)民的收入較低，農(nóng)村的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施較差，普及計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)還有較大困難，而手機(jī)等移動設(shè)備價格相對低廉，移動網(wǎng)絡(luò)設(shè)施也較為完善，因此農(nóng)業(yè)移動互聯(lián)技術(shù)的開發(fā)與使用在實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)信息化的戰(zhàn)略目標(biāo)中有著舉足輕重的作用。農(nóng)業(yè)移動互聯(lián)技術(shù)的重點(diǎn)研究方向包括農(nóng)業(yè)信息無線采集、傳輸、控制關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品，農(nóng)業(yè)信息服務(wù)移動終端關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品，基于移動互聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)客戶端軟件技術(shù)，農(nóng)業(yè)信息搜索與挖掘技術(shù)，移動信息推送技術(shù)，移動互聯(lián)網(wǎng)綜合信息服務(wù)平臺構(gòu)建技術(shù)等。

（五）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程模型

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程模型是以農(nóng)業(yè)信息知識為基礎(chǔ)，采用各種智能計算方法和手段，使得物體具備一定的智能性，能夠主動或被動的實現(xiàn)與用戶的溝通，也是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程模型包括農(nóng)業(yè)預(yù)測預(yù)警、農(nóng)業(yè)優(yōu)化控制、農(nóng)業(yè)診斷推理、農(nóng)業(yè)生長模擬、農(nóng)業(yè)智能決策、農(nóng)業(yè)圖形圖像處理以及機(jī)器視覺與動物行為等。

（六）農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)指的是數(shù)據(jù)量和復(fù)雜程度超過傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)處理能力的數(shù)據(jù)，具備大量化、多樣化、快速化、價值密度低的特征。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)研究的重要方向包括農(nóng)業(yè)多源信息獲取和融合技術(shù)，農(nóng)業(yè)知識表達(dá)和智能推理技術(shù)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、加工過程的模式識別、圖形圖像處理、分級分類、分選技術(shù)以及農(nóng)業(yè)生物環(huán)境參數(shù)預(yù)測、預(yù)警、優(yōu)化和控制技術(shù)等。

（七）農(nóng)業(yè)云服務(wù)

云計算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計算方式，通過該方式共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計算機(jī)和其他設(shè)備。農(nóng)業(yè)云服務(wù)的主要研究方向為基于云的異構(gòu)多源信息共享服務(wù)技術(shù)研究，分布式協(xié)同計算能力整合技術(shù)研究，建設(shè)面向行業(yè)應(yīng)用的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心，面向政府與社會公眾的農(nóng)業(yè)綜合信息服務(wù)平臺以及面向農(nóng)業(yè)企業(yè)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)。

（八）農(nóng)業(yè)裝備故障診斷與運(yùn)維

通過物聯(lián)網(wǎng)對農(nóng)業(yè)裝備的故障進(jìn)行診斷并實現(xiàn)運(yùn)維，重點(diǎn)研究方向包括農(nóng)業(yè)裝備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷關(guān)鍵技術(shù)，故障預(yù)警與排除以及設(shè)備管理與優(yōu)化。

（九）農(nóng)業(yè)智能裝備

農(nóng)業(yè)智能裝備是指通過采用信息科學(xué)技術(shù)而具有智能行為的硬件設(shè)備或軟硬件集成系統(tǒng)的總稱，可全部替代或部分替代人完成特定復(fù)雜的目標(biāo)任務(wù)。農(nóng)業(yè)機(jī)器人、分級分選裝備、智能控制裝備以及智能飼喂裝備等已經(jīng)成為我國農(nóng)業(yè)智能裝備領(lǐng)域研究的主要方面，開發(fā)適應(yīng)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)含量高、成本低、方便實用的農(nóng)業(yè)智能裝備具有重要意義。

（十）農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)集成和工程實施的基礎(chǔ)，是規(guī)范農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)的依據(jù)，是規(guī)范農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)設(shè)備生產(chǎn)的前提，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)感知數(shù)據(jù)和服務(wù)共享的前提，是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用和建設(shè)有序發(fā)展的根本保障。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的主要研究方向包括數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、測試標(biāo)準(zhǔn)以及維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)等。

發(fā)展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的政策建議

（一）突破核心技術(shù)和重大關(guān)鍵技術(shù)研究

集中力量加強(qiáng)攻關(guān)，突破涉及農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)和重大關(guān)鍵技術(shù)是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)走向成熟的關(guān)鍵。支持研發(fā)符合農(nóng)業(yè)不同應(yīng)用目標(biāo)的高可靠、低成本、適應(yīng)惡劣環(huán)境的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)專用傳感器，解決農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)自組織網(wǎng)絡(luò)和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)感知節(jié)點(diǎn)合理部署等共性問題，建立符合我國農(nóng)業(yè)應(yīng)用需求的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)軟件平臺和應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)品系統(tǒng)集成、批量生產(chǎn)、大規(guī)模應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

（二）探索農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行機(jī)制和應(yīng)用模式

目前我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)商業(yè)模式并不成熟，正面臨從單一中心向多中心發(fā)展，由單一主體創(chuàng)造價值為主向多樣化主體共同創(chuàng)造價值轉(zhuǎn)變的趨勢，有待進(jìn)一步創(chuàng)新和完善。應(yīng)鼓勵科研院所、高等院校、電信運(yùn)營商、信息技術(shù)企業(yè)等社會力量參與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)項目建設(shè)，創(chuàng)建政府主導(dǎo)、政企聯(lián)動、市場運(yùn)作、合作共贏的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展模式，按照需求牽引、技術(shù)驅(qū)動、因地制宜、突出實效的原則，在大田生產(chǎn)、設(shè)施園藝、畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域開展規(guī)模化應(yīng)用，完善農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)技術(shù)鏈，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)全面發(fā)展。

（三）高度重視農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定

我國政府應(yīng)高度重視農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的研究與制定訂工作，開展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系研究，有關(guān)部門牽頭組織物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用單位、科研院所、高等院校和相關(guān)企業(yè)，以國家物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，制定物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)包括農(nóng)業(yè)傳感器及標(biāo)識設(shè)備的功能、性能、接口標(biāo)準(zhǔn)，田間數(shù)據(jù)傳輸通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)業(yè)多源數(shù)據(jù)融合分析處理標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)項目建設(shè)規(guī)范等，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展。積極引進(jìn)、參與國際農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)引進(jìn)與制訂，以保證農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的國家利益。

（四）開展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)補(bǔ)貼與專項資金支持

對生產(chǎn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的企業(yè)給予一定的稅收優(yōu)惠政策，對研發(fā)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的高校和科研院所進(jìn)行一定的經(jīng)費(fèi)傾斜，對使用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的企業(yè)、農(nóng)民專業(yè)合作社和種養(yǎng)大戶給予一定的補(bǔ)貼。建議繼續(xù)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展專項資金支持政策，專項資金由財政部、工信部、農(nóng)業(yè)部、科技部共同管理，將物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)研究與制訂、應(yīng)用示范與推廣、公共服務(wù)平臺等五大方面的項目確定為支持范圍。

（五）進(jìn)一步加大農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范力度

緊緊圍繞發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重大需求，統(tǒng)籌項目、基地、人才、標(biāo)準(zhǔn)，盡快在全國范圍內(nèi)進(jìn)行全局部署，建設(shè)一批技術(shù)研發(fā)基地，促進(jìn)農(nóng)業(yè)專用傳感器等核心技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化;建設(shè)一批產(chǎn)品轉(zhuǎn)化與運(yùn)維服務(wù)基地，促進(jìn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)和服務(wù)等關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展;建設(shè)一批應(yīng)用示范園區(qū)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，建立農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展機(jī)制，以點(diǎn)帶面，全面推進(jìn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)各領(lǐng)域中的應(yīng)用。