物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農業(yè)試驗基地中的應用探討

曲樹杰+傅杰+宋景華+譚淑櫻

摘要：基于信息化與物聯(lián)網(wǎng)的概念、發(fā)展過程、應用現(xiàn)狀，探討了物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農業(yè)試驗基地建設中的重要性，分析了當前試驗基地物聯(lián)網(wǎng)建設過程中面臨的突出問題，對農業(yè)試驗基地開展農業(yè)信息化建設提出了相應的對策，旨在提高現(xiàn)代農業(yè)試驗基地物聯(lián)網(wǎng)的建設水平，進一步推動我國農業(yè)信息化的進程。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；農業(yè)信息化；現(xiàn)代農業(yè)試驗基地

中圖分類號：S126文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2014）12-0117-03

農業(yè)信息化實現(xiàn)了科技與農業(yè)的有效結合，農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)作為農業(yè)信息化的基礎組成部分，對我國農業(yè)信息化建設具有重要作用。國家《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》將農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用示范作為重要支持內容。農業(yè)試驗基地是我國農業(yè)科研創(chuàng)新的載體，加強農業(yè)試驗基地物聯(lián)網(wǎng)的建設，對于促進現(xiàn)代農業(yè)的發(fā)展具有重要意義。正確認識物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農業(yè)試驗基地的重要作用，深入分析當前物聯(lián)網(wǎng)在基地建設中面臨的突出問題及解決思路，優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)在農業(yè)試驗基地平臺上有效利用，是保障和促進農業(yè)信息化建設的重大戰(zhàn)略性、現(xiàn)實性課題。

1農業(yè)信息化與物聯(lián)網(wǎng)

農業(yè)信息化是指在農業(yè)領域全面應用現(xiàn)代信息技術以提高農業(yè)生產力水平的現(xiàn)代化農業(yè)生產經營模式[1]。我國農業(yè)領域中信息化的應用開始于1979年，二十世紀八十年代以來我國信息化技術的研究已取得較大成果，有些已達到國際先進水平[2，3]。物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things）是指通過信息傳感設備把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡[4]。物聯(lián)網(wǎng)是近年來在信息感知技術、網(wǎng)絡傳輸技術等新技術快速發(fā)展和高度融合基礎上應運而生的一種新型綜合化信息應用技術[5]，更是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的世界信息產業(yè)第三次浪潮[6]。農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是農業(yè)信息化的重要組成部分，是實現(xiàn)傳統(tǒng)農業(yè)向現(xiàn)代信息化農業(yè)發(fā)展模式轉化的基礎保障。將物聯(lián)網(wǎng)技術應用到農業(yè)生產和科研中，是現(xiàn)代農業(yè)依托新型信息化應用的一大進步，也是現(xiàn)代農業(yè)的一個重要標志。

2物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)代農業(yè)試驗基地建設

2.1物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農業(yè)試驗基地建設中的意義

農業(yè)試驗基地是農業(yè)科研創(chuàng)新的載體，在新產品研究、試驗、展示及推廣過程中具有“旗艦”的作用。物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息化技術的重要組成部分，使人們能以更加精細和動態(tài)的方式管理農業(yè)試驗基地承載的各種試驗項目，提升人們對基地的實時控制和精確管理能力，在智慧型農業(yè)發(fā)展中有著十分廣闊的應用前景[7]。隨著精準農業(yè)的發(fā)展，智能感知芯片、移動嵌入式系統(tǒng)等物聯(lián)網(wǎng)技術在現(xiàn)代農業(yè)中的應用逐步拓寬，通過使用無線傳感器網(wǎng)絡可以有效降低人力消耗和農田環(huán)境的影響，獲取精確的作物環(huán)境和作物信息，從而大量使用各種自動化、智能化、遠程控制的生產設備，足不出戶就可以監(jiān)測到農田信息，實現(xiàn)科學監(jiān)測、科學種植，極大地提高農業(yè)試驗基地的科研能力和效率，促進現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展方式的轉變。

2.2物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農業(yè)試驗基地中的基礎架構

物聯(lián)網(wǎng)的“物物相連”應用到農業(yè)上，可以推進試驗基地綜合化、一體化和智能化的管理要求。它通過感知識別、網(wǎng)絡傳輸、計算處理等三層架構來連接整個物聯(lián)網(wǎng)體系。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的基本原理，應用于現(xiàn)代農業(yè)試驗基地中的物聯(lián)網(wǎng)組成架構由數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、應用服務層及用戶層組成（圖1）。

數(shù)據(jù)采集層的任務是確定監(jiān)測的對象與目標及其因子參數(shù)的接收采集。根據(jù)農田設施栽培對環(huán)境條件的要求，選定主要環(huán)境影響因子進行參數(shù)監(jiān)測，如氣象參數(shù)（光照、溫度、濕度）、環(huán)境參數(shù)（氧氣、氨氣、CO2 等）、土壤參數(shù)（溫度、濕度、pH、土壤成分）等。數(shù)據(jù)傳輸層的任務是網(wǎng)絡的部署和應用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集層所捕獲數(shù)據(jù)的高速傳輸。應用服務層的核心內容是通過對感知信息的綜合處理和有效利用，對監(jiān)測對象實行信息反饋與實時控制提供各種計算服務。用戶層是負責信息處理的人對經過綜合處理信息的終端利用，即通過數(shù)據(jù)采集層采集來的信息經過網(wǎng)絡傳輸、匯聚融合、標準處理、智能加載后再作用于監(jiān)測對象，實現(xiàn)信息控制的目的。

2.3物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農業(yè)試驗基地中的應用

現(xiàn)代農業(yè)試驗基地借助物聯(lián)網(wǎng)的介入，正逐步實現(xiàn)在農產品安全、農產品可追溯性、精準農業(yè)、集約高效農業(yè)等方面的應用。早在2001年，高光譜遙感信息獲取試驗成功在北京小湯山現(xiàn)代農業(yè)示范基地完成[8]。2010年，以國務院正式批復的《黃河三角洲高效生態(tài)經濟區(qū)發(fā)展規(guī)劃》為指導，“山東濱州國家農業(yè)科技園區(qū)”將物聯(lián)網(wǎng)技術應用到安全生態(tài)農作物集成示范區(qū)、精準農業(yè)示范區(qū)、新型節(jié)水農業(yè)示范區(qū)，對引領現(xiàn)代化農業(yè)發(fā)展模式創(chuàng)新與探索作出了巨大貢獻[9]。2011年，農業(yè)部發(fā)布了《全國農業(yè)農村信息化發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，并與發(fā)改委、財政部組織實施了北京市設施農業(yè)、江蘇無錫養(yǎng)殖業(yè)等三大國家級物聯(lián)網(wǎng)應用示范工程，我國農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展駛入快車道。2013 年，農業(yè)部啟動了天津、上海、安徽等三個農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)區(qū)域試點，并認定了40 家農業(yè)農村信息化示范基地，各地農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展方興未艾。另外，新疆、黑龍江、吉林、北京、上海、河北、江蘇等地也已建立起多個大田作物數(shù)字化技術綜合應用示范基地[10]，取得顯著成效。

3現(xiàn)代農業(yè)試驗基地物聯(lián)網(wǎng)建設存在的問題

3.1物聯(lián)網(wǎng)建設的意識落后

我國的農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設及利用水平較以往雖有了較大提高，但總體來說還未受到足夠重視，缺乏國家宏觀性規(guī)劃與分步實施方案，缺乏科學的統(tǒng)籌規(guī)劃和頂層設計。應用物聯(lián)網(wǎng)新技術的試驗基地往往存在“科研多、生產少”的現(xiàn)象，農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設“務虛”成分遠超過“務實”。

3.2物聯(lián)網(wǎng)基礎設施及相關人才匱乏

我國物聯(lián)網(wǎng)建設的相關基礎設施較發(fā)達國家還相對落后，硬件設備不能滿足農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實用、適用的要求，軟件支撐體系未能體現(xiàn)智能化的實際效果。其次，農業(yè)信息化人才作為物聯(lián)網(wǎng)用戶層的關鍵，具有至關重要的作用，但準確定位既懂農業(yè)又具備信息技術的人才仍較困難。

3.3農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用標準規(guī)范尚待統(tǒng)一

農業(yè)試驗基地作為農產品研發(fā)的主要陣地及整個農業(yè)信息化網(wǎng)絡的第一線，擁有統(tǒng)一的信息化技術標準至關重要。建立健全國家統(tǒng)一標準的農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用規(guī)范是物聯(lián)網(wǎng)及農業(yè)信息化發(fā)展的必經之路，也是各種設施設備有效橋聯(lián)的保障，在整個農業(yè)信息化建設中具有重要的意義。

3.4財政保障措施尚待加強

物聯(lián)網(wǎng)基礎性建設需要投入大量的資金且初期收效緩慢，投入產出比使得企業(yè)和有些地方政府不愿意投資建設。另外，長期以來中央和地方偏重于城鎮(zhèn)信息化建設投資，對農業(yè)和農村信息化建設的投入十分有限，更造成了相關財政扶持力度不足。

4改善及發(fā)展農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的對策和建議

4.1發(fā)揮政府宏觀調控作用

農業(yè)試驗基地物聯(lián)網(wǎng)工作涉及面廣，資源整合和共享問題突出，必須科學統(tǒng)籌農業(yè)信息化規(guī)劃和頂層設計，明確發(fā)展的戰(zhàn)略定位。同時借鑒引入國外試驗基地的先進管理模式，加大農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的政策措施引導，各個部門通力合作，扶持支持農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)、轉化、推廣應用的項目，切實做好宏觀層面政府的引導扶持工作。

4.2加強基礎設施及人才隊伍建設

提高新型高效物聯(lián)網(wǎng)基礎設施的研發(fā)能力，使得質優(yōu)價廉的農田基礎設施裝備到各個試驗基地的田間地頭，保證農業(yè)信息化建設后期工作的順利進行。加快建立農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術人才的培養(yǎng)機制、激勵機制和競爭機制，推進農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)人才隊伍建設工作。應重視交叉學科高校人才的培養(yǎng)和引進，注重對現(xiàn)有農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術工作人員的后續(xù)教育和崗前培訓。

4.3加快推進農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標準制定

開展農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標準體系頂層設計，從技術與應用兩個角度明確農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標準的工作范疇和應用領域，制定頂層設計、分步實施、有序推進的標準工作計劃。鼓勵全國科研院所、管理部門、大學、企業(yè)、基地等參與物聯(lián)網(wǎng)標準制定工作，形成農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標準體系建設多方共同參與、共同應用的機制。

4.4加大國家專項資金投入和保障力度

將農業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展列入各級政府的基本建設預算，積極引導地方財政對農業(yè)信息化的投入。同時，建立專項資金用于現(xiàn)代農業(yè)試驗示范基地的物聯(lián)網(wǎng)體系建設工作，用科技促進科研，讓資金保證科研，切實走好現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的關鍵一步。

5結論

農業(yè)試驗基地是農業(yè)科研創(chuàng)新的載體，加強農業(yè)試驗基地物聯(lián)網(wǎng)的建設，對于促進我國現(xiàn)代農業(yè)的發(fā)展具有重要意義。作為農業(yè)信息化的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)技術在農業(yè)中的應用能夠改善粗放的農業(yè)經營管理方式，提高土地利用率、資源利用率和勞動生產率，引領現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展[11， 12]。農業(yè)試驗基地作為承載農業(yè)事業(yè)的排頭兵，應率先做好物聯(lián)網(wǎng)技術與傳統(tǒng)農業(yè)生產的有效結合，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)在農業(yè)領域的應用，從而實現(xiàn)集約、高產、高效、優(yōu)質、生態(tài)、安全的農業(yè)生產，推進我國農業(yè)信息化和現(xiàn)代化建設的進程。

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