物聯網技術如何助力農業產業化發展

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摘要：在新技術發展和多樣化需求的雙驅動下，農業產業出現與新一代信息技術深入融合的發展趨勢。為解決當前我國農業領域存在的部分農業產業化發展不足、相關技術人才短缺等問題，文中簡析了利用傳感器技術、嵌入式開發技術、GPS定位技術、無線通信技術和云服務器技術等物聯網技術，通過多維度技術協同、軟硬件相結合的方式為現代農業產業化發展提供支持，促進農業產業向網絡化、數字化、現代化、智能化轉型升級；設計將物聯網技術應用于現代農業領域，實現土地集中管理、農作物生長智能監測、身份溯源及產品運輸等方面的功能，達到分析土壤質量、合理規劃農作物種植區域、監測產品生長狀態和推算運輸途中“新鮮度”的預期目標，使農產品的品質得到保障，旨在更好地利用物聯網技術助力現代農業的發展，推動智慧農業惠及大眾。

關鍵詞：物聯網技術；智慧農業；智能監測；產品溯源；農業產業化；傳感器

我國是一個正在發展中的農業大國，推進農業產業發展對于我國國民經濟發展具有重大意義。當前基礎農業的生產力發展水平與當今社會發展要求出現了一定差距[1-2]，難以滿足現代社會發展需求，導致農村發展相對滯后、農村經濟不發達等問題。基礎農業暴露出的一系列問題催生了現代智慧農業的發展，且現代農業已出現與新一代信息技術融合的趨勢。物聯網技術自被正式列為國家五大新興戰略性產業之一以來，受到了全社會極大的關注并得到了快速發展。物聯網技術在農業產業中的應用旨在解決農業發展的痛點問題，有助于實現農產品生長過程的實時監測[3]，保障農產品生長全程可溯源追蹤[4-5]，實現農業的智能化生產管理，推進農業生產的科學化與精細化，培養新型職業農民[6]。2020年5月，工信部發布工信廳通信[2020]25號文，即《工業和信息化部辦公廳關于深入推進移動物聯網全面發展的通知》，旨在加強物聯網的全面建設與應用，故“物聯網+農業”必將成為未來農業的發展趨勢[7-9]。

1農業發展產業化現存問題

我國農業發展正處在由基礎農業到現代農業的轉型階段，這一轉型需要科學和技術不斷滲透到農業領域，即完成從勞動密集型到技術密集型產業的轉變，轉型過程中暴露出了我國農業發展存在的問題[10]。

1.1農業產業化發展的不足

我國農業發展正處在由基礎農業到現代農業的轉型階段，基礎農業整體生產技術水平相對落后，生產形式多為小規模家庭經營模式，制約了農業產業規模化。當前基本農業的經濟效益低下，間接影響了農民的心態，致使勞動積極性不高，年輕勞動力多選擇外出務工，留鄉農民趨于老齡化；缺少正確的科學技術指導，對農產品品種的更新迭代能力較弱等種種原因又導致農業經濟效益低下。一定程度上，陷入基礎農業發展的死循環。基礎農業銷售流通渠道單一。農民將大部分農產品對供貨商進行大量批發供貨，單一的傳統線下交易模式難以滿足當代人追求便利的快節奏生活習慣；且此銷售途徑存在中間商層層獲利問題，農民直接獲取的經濟利益較低，會打擊農民勞動積極性，不利于農業產業發展。

1.2相關技術人才的短缺

農村年輕勞動力多選擇外出務工，留鄉農民趨于老齡化，大多數農民自身文化水平偏低，對于相關技術的了解甚微，現代農業生產意識較薄弱。一部分農民選擇不適合該農作物生長的土地種植農作物，過度依賴化肥、農藥等化學產品，導致地下水資源被破壞和土壤肥力消耗過度，造成的一系列問題給現代農業的后續發展帶來一定阻礙。盡管農業科學技術人員及智慧農業經營者的培養已經受到國家重視，并提出和實施培養相關人才的計劃，但是農業產業管理的一般環境條件和生活質量與城市有一定差距，對于高素質管理人才的吸引力較低，導致在農業生產管理者方面存在很大的人才缺口，難以支撐現代農業的持續發展。

2物聯網技術對農業產業化發展的支持

物聯網技術主要通過傳感器技術和嵌入式技術，將物體與網絡相連接，物體通過信息傳播媒介進行信息交換和通信，輔之射頻識別（RFID）、大數據、云計算、區塊鏈等技術，實現智能化識別、定位、監管等功能。主要通過RFID標簽和讀寫器、攝像頭、M2M終端、傳感器等識別物體和采集信息，掌握物體的基本屬性來對物體進行分辨，通過合適的網絡形式根據其需求進行信息處理。作為現代農業的代表，智慧農業的發展必將在未來農業發展中占據主導地位，利用物聯網技術可對農業生產與農產品等多項因素進行管控與監督，實現對農業生產中存在的問題進行預測、遠程監測與管理控制。因此，“物聯網+農業”是未來農業發展的必然趨勢，物聯網技術將為現代農業的發展提供一定支持，助推農業產業化發展。

2.1物聯網為智慧農業提供技術支持

物聯網技術的關鍵是傳感器技術和嵌入式技術。傳感器是物聯網發展的根基，其智能化轉型是提升種植業、畜禽業的信息化與智能化的核心。系統數據通信流程如圖1所示，通過各類傳感器和攝像頭等感知層的設備獲取信息，將獲得信息通過ZigBee、4G、NB-IoT等上傳至網絡，利用云計算、算法與模型融合等信息處理技術對各類信息進行處理、分析，實現智能判斷和決策，為農業的智能化控制提供理論依據。利用溫濕度、光照、CO2等傳感器對農田環境信息進行感知，有利于實現在作物種植前進行土地選擇，在生長過程中實現實時監測。利用攝像頭、RFID技術、紅外探測技術、無線傳感網絡技術等，實現對家畜行為信息的監測。農產品流通對數據技術、定位技術和共享發展的要求較高，利用區塊鏈去中心化、信息共享和數據加密的體系建立公開透明的大數據庫。圖1系統數據通信流程

2.2物聯網技術人才為智慧農業提供智力支持

由于基礎農業發展相對滯后導致農村生活環境和生活質量沒有城市好，年輕人選擇農業類專業進行學習和研究的興趣不高，當前智慧農業經營者的新型農業從業者缺口較大。目前，我國開設物聯網工程專業的高校較多，開始重視科技人才的培養，政府還對學成返鄉進行農業產業建設的學生給予一定經濟支持。物聯網技術如今在農業領域已得到一定范圍的應用，農業產業已經開始向技術密集型產業轉型，農村生活質量得到了一定程度的改善，并且獲得了政策扶持，會有越來越多的年輕人選擇回到農村，這些人將是新型職業農民的預備人選；另外，政策鼓勵外出務工人員返鄉建設，可以從中選擇一批能接受新事物、有能力掌握農業科學技術的青年人進行培養。保證新型職業農民能夠創新和應用農業物聯網技術，實現農業網絡化、數字化、現代化、智能化，為現代農業的發展提供智力支持。

3物聯網技術助推農業發展的分析及各子系統流程實施

物聯網技術可以通過傳感器和通信網絡實現對農情的監控，有效提升農業管理水平；同時可利用物聯網技術建立自然災害預警機制。物聯網與區塊鏈技術的結合，在農產品流通過程中有著顯著的應用效果。因此，物聯網技術可以從農作物選種、生長、流通等多方面促進農業的網絡化、數字化和智能化。

3.1土地集中管理

小規模家庭經營模式顯然不能滿足現代農業的發展需求，須進行土地集中管理，將零散的土地整合成片，進行統一種植和經營。利用溫濕度、光照、CO2等傳感器感知農田環境信息，獲取、分析整片土地的信息，了解土地的土壤有機物含量、鹽漬化程度、水分含量，對農作物的種植種類進行科學規劃。在作物生長過程中，通過設置傳感器對風向、風速、氣壓、相對濕度等信息進行采集，可實現對自然災害的預警機制。結合氣象系統，分析未來一段時間的降雨時長、強度、風力大小等信息，并作出相應的防御機制。

3.2生長智能監測系統

在農作物生長的土地搭建智能監測系統，通過物聯網技術，利用攝像頭、乙醇傳感器、pH值傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等模塊，對農作物生長的環境和生長狀態進行實時監控，將所測得數據按時段上傳至網絡平臺并整合，供農業產業管理人員查看。通過此系統，農業產業管理人員可進行遠程管控，不必深入田間地頭，吸引一部分高素質管理人才對農業產業進行更優的管理。獲得的數據可通過算法分析，對是否存在病蟲害、是否需要進行施肥等問題進行判斷，具體流程如圖2（a）所示。結合大數據分析，了解當前消費者的需求和對各類農產品的反饋數據，將信息傳達給農民以便進行作物種植方式的調整，及時、有效地幫助農民與消費市場之間進行產品對接，避免農民盲目種植帶來損失。如圖2（b）所示，對于家畜的養殖，利用攝像頭、RFID技術、紅外探測技術、無線傳感網絡技術等，對家畜的行為信息進行監測，使用溫濕度傳感器、CO2傳感器等對其生長環境進行監控，并將飼料喂養信息等數據一同上傳至網絡平臺。對測得數據進行分析，了解家畜的進食、生長情況。以此判斷家畜進食是否正常。根據家畜行為狀態、進食分析結果進行飼養配方的調整。結合環境的監測數據，分析牲畜是否患有流感等疾病，在疾病爆發初期將患病家畜進行隔離處理，避免因疾病全面爆發而造成的農民難以承受的損失。

3.3身份溯源和運輸系統

當代人越來越注重食品安全，故設置身份溯源系統來實現農產品生長階段的“透明化”，通過運輸實時監測系統避免產品在運輸途中發生腐壞，流程如圖3所示。在農產品售賣之前，由于生產、運輸、銷售環節所需獲取信息的需求不同，所以將其生長周期內的情況數據整合并生成RFID標簽和二維碼。在經過篩選或是加工過的農產品的包裝袋上，附上RFID標簽和二維碼；在加工、運輸環節通過讀取RFID標簽鑒別農產品是否符合售賣標準，達標即可成功出庫；在銷售環節，顧客通過手機掃描二維碼，獲得所購置農產品的“整合生命周期”的信息。在運輸環節，對運輸車通過物聯網進行智能監控，在車中裝入GPS定位模塊、溫濕度傳感器、乙醇傳感器等模塊，將所獲取的信息上傳至云端，以此查看產品運輸途中的實時位置、運輸車內環境信息及經手人等多維度的信息。通過傳回的數據，利用云計算推算出車內產品的“新鮮度”信息，確保農產品新鮮度。通過分析傳回的數據對運輸方案進行不斷改進完善，實現農產品生產、運輸到銷售等環節信息共享和透明化管理，保證其安全可追溯，推動農作物品牌打造，提高其產品附加值。

4結語

本文分析了如何利用物聯網技術對農業生產、銷售等環節進行監控，可為農業生產提供指導，提升農業發展水平；培養農業物聯網技術型人才，有利于提高農業經濟效益，推進農業產業網絡化、數字化、現代化、智能化轉型升級，助推農業產業化發展及智慧農業發展；應用新一代技術與農業結合，實施“互聯網+”農業，實現第一產業提質增效，惠及大眾，造福人民。

作者：陶佳雯 徐楠 劉松霖 陸怡成 陳威健 單位：金陵科技學院智能科學與控制工程學院