基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀及展望

王拖勤

（山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械化服務(wù)中心，山西 太原 030031）

根據(jù)聯(lián)合國糧食和農(nóng)業(yè)組織的報(bào)告，到2030年，世界人口將達(dá)到85×108人，2050年達(dá)到96×108人。然而，在全世界范圍內(nèi)，農(nóng)業(yè)用地不斷縮減，淡水愈發(fā)缺乏，極端氣候不斷增加的條件下，糧食產(chǎn)量必須增加70%，才能解決不斷擴(kuò)張的人口的溫飽問題。

為了解決上述的問題，糧食的質(zhì)量和產(chǎn)量必須提高。而隨著我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的機(jī)械化和規(guī)?；l(fā)展，農(nóng)業(yè)行業(yè)內(nèi)各個(gè)環(huán)節(jié)溝通的壁壘，如信息壁壘、技術(shù)壁壘等已經(jīng)成為了限制農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，有效解決了這些問題，并且已經(jīng)逐步顯現(xiàn)出不可替代的作用。尤其是在我國全面邁入5G時(shí)代的今天，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有潛力讓整個(gè)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)高效地連接在了一起，大大降低生產(chǎn)成本，提升生產(chǎn)效率。

因此，基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)將為糧食危機(jī)提供解決方案。智慧農(nóng)業(yè)也被稱為農(nóng)業(yè)方面的4.0綠色革命，可以將農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合起來，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，降低成本。

1 實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)的方式和價(jià)值

1.1 智慧農(nóng)業(yè)的定義及其實(shí)現(xiàn)方式

智慧農(nóng)業(yè)就是將物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)中，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行信息精準(zhǔn)感知、智能控制和決策、提供個(gè)性化服務(wù)等的全新生產(chǎn)方式。

常見的智慧農(nóng)業(yè)架構(gòu)可以概括為信息感知層面、網(wǎng)絡(luò)分析處理層面和應(yīng)用決策層面。

信息感知層面，主要是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)生命信息和環(huán)境因素識(shí)別和感知。傳感器是物聯(lián)網(wǎng)和智慧農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)，可以感知和測量農(nóng)作物的生長信息，如植物的生長體征、農(nóng)藥化肥元素等，以及農(nóng)作物的環(huán)境信息，如土壤、水分、空氣的指標(biāo)。這些收集的數(shù)據(jù)可以通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）,射頻識(shí)別技術(shù)（RFID），和近場通信（NFC）等技術(shù)傳達(dá)到云端，以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)場的全方位檢測。衛(wèi)星遙感是一種準(zhǔn)確、及時(shí)、大范圍探測農(nóng)業(yè)資源的技術(shù)手段。該技術(shù)在農(nóng)作物估產(chǎn)、漁情漁汛、農(nóng)業(yè)災(zāi)害等都有著不可忽視的重要作用。例如，在小麥的生長過程中，衛(wèi)星可以檢測大到作物面積變化、土壤墑情，小到小麥葉面葉綠素含量、氮含量等方面的檢測，方便對(duì)“種什么、在哪兒種、怎么種”3個(gè)維度的問題進(jìn)行管理。

網(wǎng)絡(luò)分析處理層面。數(shù)據(jù)平臺(tái)服務(wù)是應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)和智慧農(nóng)業(yè)的重要一環(huán)。將傳感器、遙感衛(wèi)星等信息感知技術(shù)收集的數(shù)據(jù)，通過物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物種植標(biāo)準(zhǔn)化、病蟲害識(shí)別與監(jiān)測、牲畜健康實(shí)時(shí)追蹤等目標(biāo)，有效的減少農(nóng)業(yè)種植、牲畜養(yǎng)殖等面臨的非系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)。

在應(yīng)用決策層面，人們可以通過對(duì)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)分析，做出合理的決策，將處理好的數(shù)據(jù)發(fā)送到智能化的大型農(nóng)業(yè)機(jī)械上，并對(duì)其進(jìn)行精細(xì)指揮，實(shí)現(xiàn)播種、施肥、灌溉等作業(yè)的自動(dòng)控制。其中，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在智慧農(nóng)業(yè)行業(yè)的應(yīng)用主要在于為農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛技術(shù)提供了技術(shù)保障，使農(nóng)機(jī)按照衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的路線進(jìn)行施肥、噴藥等工作。同時(shí)，導(dǎo)航衛(wèi)星可以實(shí)時(shí)跟蹤車輛，將其位置信息與通過農(nóng)機(jī)攝像頭獲取的周圍作物數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂贫?，利用網(wǎng)絡(luò)分析處理中心分析后，農(nóng)機(jī)的車載計(jì)算機(jī)將實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)并顯示作業(yè)情況及進(jìn)度等。

基于以上物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，智慧農(nóng)業(yè)可以將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起重要作用的環(huán)境與動(dòng)植物的信息進(jìn)行采集、分析和交換，并最終對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控。

1.2 發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的意義

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)化。在傳統(tǒng)的耕作方法中，大范圍的監(jiān)控土地、農(nóng)作物的狀況具有挑戰(zhàn)性。借助物聯(lián)網(wǎng)的各種新技術(shù)，這種精細(xì)化環(huán)境監(jiān)控和調(diào)節(jié)變得更加容易。農(nóng)民可以減少“野外行走”來人工監(jiān)控農(nóng)作物，轉(zhuǎn)而用更多的時(shí)間解決農(nóng)場的真正問題——精細(xì)化灌溉、土壤修復(fù)、解決病蟲害等。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效化。遙感與大數(shù)據(jù)提供的市場供需數(shù)據(jù)、衛(wèi)星提供的天氣變化數(shù)據(jù)與預(yù)警、傳感器提供的農(nóng)作物生長數(shù)據(jù)等，都可以幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營者在宏觀和微觀上準(zhǔn)確調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、加工、銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)，提高了生產(chǎn)效率。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)化。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的粗放式生產(chǎn)，往往伴隨著資源的浪費(fèi)和污染，如過度使用化肥農(nóng)藥帶來的土壤污染，以及地面灌溉帶來的水資源浪費(fèi)。同時(shí)，這種方式生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品往往產(chǎn)量低，品質(zhì)差，危害消費(fèi)者健康。借助物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，精細(xì)化的生產(chǎn)不僅可以節(jié)約資源和成本，減少污染，還可以建立農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)，保障食品安全。

智慧農(nóng)業(yè)利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)成果，改造提升整個(gè)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)農(nóng)業(yè)與第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)交叉滲透、融合發(fā)展，提升了農(nóng)業(yè)競爭力，拓展了農(nóng)業(yè)發(fā)展空間。

2 智能農(nóng)業(yè)的應(yīng)用

目前，智慧農(nóng)業(yè)已經(jīng)相對(duì)成熟，從育種、種植、水肥、加工等階段都有廣泛的應(yīng)用。例如，在陜西省延安市甘泉工業(yè)園，國家電力投資集團(tuán)投產(chǎn)以智能植物工廠為先導(dǎo)的智慧農(nóng)業(yè)項(xiàng)目。該項(xiàng)目采用人工光源建設(shè)的水培蔬菜植物，擁有高精度環(huán)境操控系統(tǒng)，使蔬菜和牧草的生長發(fā)育不受自然條件制約。成長速度比室外更快，肥料比傳統(tǒng)栽培節(jié)省50%，不需要擔(dān)心病蟲害問題，產(chǎn)量超過普通溫室的10倍以上，并且實(shí)現(xiàn)了蔬菜的周年連續(xù)生產(chǎn)。除此之外，該項(xiàng)目全程節(jié)能低耗，使用人工智能管理，有效節(jié)省人力成本。在這座沒有陽光的“地下城”，基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)正展現(xiàn)著它的魅力。

養(yǎng)殖行業(yè)主要分育種、繁育、飼養(yǎng)和疾病防疫4個(gè)核心環(huán)節(jié)。互聯(lián)網(wǎng)巨頭企業(yè)網(wǎng)易在2009年開始智慧養(yǎng)豬。其智能化養(yǎng)殖業(yè)務(wù)涵蓋繁育、飼料加工、飼養(yǎng)、深加工、運(yùn)輸?shù)入A段，實(shí)現(xiàn)了豬場環(huán)境控制智能化、飼喂方式智能化、生產(chǎn)過程智能化、安全管理智能化，以及數(shù)據(jù)管理智能化。這些科技可以對(duì)豬的身體狀況、進(jìn)食量以及排泄情況進(jìn)行遠(yuǎn)程遙感監(jiān)控，為豬提供優(yōu)質(zhì)、舒適的生活環(huán)境，使得產(chǎn)出的豬肉美味、安全。由于可以實(shí)現(xiàn)豬場成本和效益的平衡，智能化養(yǎng)殖將成為行業(yè)發(fā)展的新方向。

3 智慧農(nóng)業(yè)的未來發(fā)展方向

據(jù)國際咨詢機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2025年，全球智慧農(nóng)業(yè)市值將達(dá)到182.1×108美元。在我國，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科技的進(jìn)步，外加人口紅利正在慢慢地消失，發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的理念已逐漸深入人心。例如，據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部統(tǒng)計(jì)，我國農(nóng)業(yè)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)備銷量在2020年呈現(xiàn)出了爆發(fā)式增長。其中，安裝北斗導(dǎo)航系統(tǒng)終端的農(nóng)機(jī)超過2.3×104臺(tái)（套），較2019年接近翻了兩番；安裝自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的農(nóng)機(jī)銷售1.7×104套，同比增長188%。

然而，目前的智能農(nóng)業(yè)總體上依然處于初步融合階段，農(nóng)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)滲入率僅3%～5%，發(fā)展空間巨大。未來，從農(nóng)業(yè)大國走向農(nóng)業(yè)強(qiáng)國的道路中，需要把握好智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展路徑、方向和目的。要求將可復(fù)制的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行因地制宜的推廣，提升基礎(chǔ)研究能力和關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，探索推進(jìn)模式和機(jī)制。

首先，要健全農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，加快物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、加工、經(jīng)營體系的融合，使其向智慧農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型，加大農(nóng)業(yè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)比重，完善鄉(xiāng)村數(shù)字治理體系。其次，要大力推進(jìn)“農(nóng)業(yè)云”服務(wù)平臺(tái)。借助衛(wèi)星、農(nóng)業(yè)企業(yè)、大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)以及科研單位數(shù)據(jù)庫，將農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)充分整合，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行改造，加強(qiáng)農(nóng)事精準(zhǔn)化、品質(zhì)化、身份化管理，全面提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)化和可持續(xù)化發(fā)展。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)粗放式農(nóng)業(yè)生產(chǎn)采用人力、手工工具、鐵器等為主的手工勞動(dòng)方式，生產(chǎn)率低、勞動(dòng)力密集，已逐漸不能滿足全球人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求?；谖锫?lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)正向著精細(xì)化、高效化、智能化、數(shù)據(jù)化的方向發(fā)展，得益于技術(shù)和政策的支持，正在穩(wěn)定發(fā)展。