物聯(lián)網(wǎng)：繪就設(shè)施農(nóng)業(yè)嶄新畫卷

文|喬曉軍 國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心

物聯(lián)網(wǎng)：繪就設(shè)施農(nóng)業(yè)嶄新畫卷

文|喬曉軍 國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心

“物聯(lián)網(wǎng)本身不應(yīng)該成為我們關(guān)注的重點，我們應(yīng)該更關(guān)心的是如何通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對生產(chǎn)生活有用的業(yè)務(wù)和應(yīng)用?！?/p>

——思科首席技術(shù)官王紀奎

我國是設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，從面積和產(chǎn)量來看，中國設(shè)施農(nóng)業(yè)均位列世界第一。但是，設(shè)施農(nóng)業(yè)大國并不意味著設(shè)施農(nóng)業(yè)強國。雖然，我國設(shè)施農(nóng)業(yè)面積占到全世界設(shè)施農(nóng)業(yè)面積的80%以上，但是我國設(shè)施農(nóng)業(yè)單產(chǎn)水平很低，僅為國外先進水平的1/4～1/3，設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)值與發(fā)達國家差距仍然較大。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)的新生力量，是推動信息化與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化融合的重要切入點，也是推動我國農(nóng)業(yè)向“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全”發(fā)展的重要驅(qū)動力，是未來設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的主流方向，實現(xiàn)設(shè)施大國向設(shè)施強國的跨越，必須加快設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略制高點

我國設(shè)施農(nóng)業(yè)大而不強的原因有多方面：

一是環(huán)境調(diào)控粗放，單產(chǎn)水平低。在我國設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中，經(jīng)?？梢钥吹竭@樣的管理現(xiàn)象：種植耐寒蔬菜，溫室風口卻沒有打開；喜溫蔬菜需要較高的溫度，但管理工人卻為自身舒適，把風口打開。粗放的水、肥、光、熱管理，導致植物生長發(fā)育條件不適宜，勢必會影響產(chǎn)量。根據(jù)實驗對比，進行科學合理的溫室環(huán)境調(diào)控，能夠提高蔬菜產(chǎn)量30%～50%。

二是人均管理面積小，勞動強度大。我國設(shè)施農(nóng)業(yè)機械、設(shè)備配套水平不高，機械化、智能化作業(yè)水平低，生產(chǎn)仍以人力為主，勞動強度大。與發(fā)達國家相比，我們?nèi)司芾碓O(shè)施農(nóng)業(yè)的面積有很大的差距。

發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是加快設(shè)施農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的利器。

1999年美國麻省理工學院建立了“自動識別中心（Auto-ID）”，提出“萬物皆可通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)”，闡明了物聯(lián)網(wǎng)的基本含義：借助傳感設(shè)備、互聯(lián)網(wǎng)、移動通訊網(wǎng)聯(lián)物（體），實現(xiàn)物與物、人與物、物與人之間的互連。

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈可細分為標識、感知、處理和信息傳送4個環(huán)節(jié)，因此物聯(lián)網(wǎng)每個環(huán)節(jié)主要涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括：射頻識別技術(shù)、傳感器技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是將大量的傳感器節(jié)點構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過各種傳感器聯(lián)通各種自動化、智能化、遠程控制的生產(chǎn)設(shè)備，實現(xiàn)物與物、人與物、物與人之間的互連，為農(nóng)作物提供良好的、適宜的生長環(huán)境，提高農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率、土地產(chǎn)出率、資源利用率及農(nóng)產(chǎn)品安全率。

國內(nèi)外設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，是改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，改變農(nóng)業(yè)增長方式，發(fā)展高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要手段。當前發(fā)達國家紛紛瞄準農(nóng)業(yè)等物聯(lián)網(wǎng)重點領(lǐng)域加強投入、搶占先機，有望在2020年形成統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)：

2009年1月，美國奧巴馬政府明確以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，提出“智慧地球”計劃；2009年6月，歐盟執(zhí)委會發(fā)表了歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動方案；2009年7月，日本在提出物聯(lián)網(wǎng)的“U-Japan”戰(zhàn)略后又頒布了日本新一代的信息化戰(zhàn)略“I-Japan”戰(zhàn)略；2009年10月，韓國提出“U-Korea”戰(zhàn)略后出臺了《物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建基本規(guī)劃》……

目前國外設(shè)施農(nóng)業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已經(jīng)比較普遍：荷蘭的水產(chǎn)養(yǎng)殖，從飼喂到水質(zhì)的監(jiān)測等等，幾乎全部實現(xiàn)了自動化；在歐洲，六個工人可以管理8公頃的辣椒溫室生產(chǎn)，單產(chǎn)水平可達到30～40公斤/平方米；歐洲奶牛養(yǎng)殖從飼喂到擠奶也實現(xiàn)了全自動化，兩個工人就可以管理近200頭奶牛。2013年，筆者曾參觀了一家以色列奶牛場，完整的一套物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系，使工人幾乎不需要任何體力勞動，勞動強度非常低，生產(chǎn)水平非常高。

我國要在未來全球農(nóng)業(yè)競爭中立于不敗之地，確保農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)核心專利、標準、技術(shù)、設(shè)備不受制于人，必須盡快由國家層面主導開展技術(shù)研究。從“十二五”開始，發(fā)改委、農(nóng)業(yè)部、科技部、工信部等部委，相繼設(shè)立了物聯(lián)網(wǎng)的專項：“農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與裝備”納入“十二五”863計劃發(fā)展綱要；2011年，國家發(fā)改委立項黑龍江、北京、無錫等3個農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)示范??；2012年，國家發(fā)改委立項物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化項目，農(nóng)業(yè)部在天津、安徽、上海做物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范；2013年，國家發(fā)改委立項物聯(lián)網(wǎng)示范項目；2014年，國家物聯(lián)網(wǎng)重大應(yīng)用示范工程區(qū)域試點；2011年至今工信部每年設(shè)立物聯(lián)網(wǎng)專項，等等。

目前，我國已經(jīng)有很多科研院所以及企業(yè)開展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究。如：中國農(nóng)業(yè)大學在內(nèi)蒙古開展了日光溫室群物聯(lián)網(wǎng)試點工作；浙江大學將農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用到葡萄的生產(chǎn)之中，不一而足。

筆者所在的國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心（以下簡稱研究中心），從十多年前開始就從事溫室環(huán)境監(jiān)測、控制等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方面的研究，相繼開發(fā)了很多產(chǎn)品，其中比較成熟的、在市場上推廣量比較大的是“溫室娃娃”。該項技術(shù)可以自動監(jiān)測溫度、濕度、露點、光照、地溫等五個參數(shù)，還可以集成專家管理知識，通過語音命令等來指導生產(chǎn)管理。該產(chǎn)品非常適用于占我國設(shè)施農(nóng)業(yè)絕大面積的簡陋日光溫室塑料大棚，其測量性能指標達到國際水平，成本較低、實用，已實現(xiàn)批量生產(chǎn)?；跍厥彝尥薜男》秶鷫勄楸O(jiān)測系統(tǒng)，研究中心開發(fā)了成本比較低的溫、濕度監(jiān)測測量系統(tǒng)——便攜采集儀。它是面向聯(lián)動溫室塑料大棚及大規(guī)模的日光溫室群監(jiān)測溫、濕度環(huán)境參數(shù)。通過模塊化、構(gòu)件化的開發(fā)，實現(xiàn)了研發(fā)產(chǎn)品可以根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場具體情況，靈活的搭配，形成相應(yīng)的環(huán)境監(jiān)測設(shè)備。此外，研究中心還研發(fā)了一批環(huán)境控制設(shè)備，并在此基礎(chǔ)上，集成了設(shè)施農(nóng)業(yè)智能控制的管理系統(tǒng)。目前，通過采取降低應(yīng)用門檻，因地制宜的推廣應(yīng)用，研發(fā)中心的環(huán)境監(jiān)測、控制及物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)等產(chǎn)品在全國18個省市都已有應(yīng)用。

我國設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用戰(zhàn)略思考

我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)已經(jīng)取得一些成效，但總體水平仍然停留在初級階段。

一是環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測尚未真正應(yīng)用到生產(chǎn)管理，如何運用監(jiān)測數(shù)據(jù)指導生產(chǎn)實踐仍需要深入探索。同一種作物，在不同生產(chǎn)發(fā)育時期，對環(huán)境條件要求不一樣；不同的作物對環(huán)境條件要求也不一樣，只有針對不同植物、同一種植物不同生產(chǎn)發(fā)育階段，進行環(huán)境監(jiān)測建立環(huán)境參數(shù)電子檔案，并進行針對性的水、肥、光、熱控制，才能起到提到產(chǎn)量、提高品質(zhì)的目的。此外，還有一些環(huán)境信息，尤其是濕度變化情況和病害的關(guān)系也比較密切，通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，如果在環(huán)境條件和病害之間建立關(guān)系，就可以預測病害的發(fā)生、發(fā)展，可以大大減少農(nóng)藥的用量，降低生產(chǎn)成本，提高品質(zhì)。

二是技術(shù)標準化缺乏。目前，我國物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用過程中，產(chǎn)品標準不統(tǒng)一，公司與公司間的通訊協(xié)議難以公開。針對目前設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，筆者建議，應(yīng)從集成已有的共性技術(shù)產(chǎn)品和成果著手：在技術(shù)研究方面，重點開展設(shè)施、感知產(chǎn)品的開發(fā)及其標準化工作；產(chǎn)業(yè)培育方面，加強自主產(chǎn)品的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化基地的建設(shè)；創(chuàng)新主體方面，強化高校、科研院所和企業(yè)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟的作用，協(xié)同提升創(chuàng)新攻關(guān)能力。

實現(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)跨越式發(fā)展，還需加快開展面向農(nóng)業(yè)設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的示范試驗研究，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用模式，通過示范推廣應(yīng)用帶動設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大面積使用。

（注：本文由本刊記者周蓉根據(jù)作者在“創(chuàng)新五方談”論壇錄音整理）