物联网技术与智能农业(江苏农科院)

物联网技术与江苏智能农业产业发展 戴起伟 （江苏省农业科学院农业经济与信息研究所，江苏南京） 引言 目前，信息技术正日益深刻地改变着世界经济格局、社会形态和人类生活方式，同时也被广泛应用于农业各个领域。智能农业或信息化农业是现代科学技术革命对农业产生巨大影响下逐步形成的一个新的农业形态，其显著特征是在农业产业链的各个关键环节，充分应用现代信息技术手段，用信息流调控农业生产与经营活动的全过程。 引言 在智能农业环境下，信息和知识成为重要投入主体，并能大幅度提高物质流与能量流的投入效率，智能农业是现代农业发展的必然趋势和高级阶段。在加快传统农业转型升级的过程中，智能农业将成为发展现代农业的重要内容，为加快发展农村经济，进一步提高农民收入提供新的经济增长极；为加快农业产业化进程，增强农业综合竞争力提供新的技术支撑。 1 智能农业是现代农业的重要标志和高级阶段 1.1 智能农业的基本特征 现代农业相对于传统农业，是一个新的发展阶段和渐变过程。智能农业既是现代农业的重要内容和标志，也是对现代农业的继承和发展。其基本特征是高效、集约，其核心是信息、知识和技术在农业各个环节的广泛应用。 1 智能农业是现代农业的重要标志和高级阶段 1.2 智能农业的产业特征 智能农业是一个产业，它是现代信息化技术与人的经验与智慧的结合及其应用所产生的新的农业形态。在智能农业环境下，现代信息技术得到充分应用，可最大限度地把人的智慧转变为先进生产力，通过知识要素的融入，实现有限的资本要素和劳动要素的投入效应最大化，使得信息、知识成为驱动经济增长的主导因素，使农业增长方式从主要依赖自然资源向主要依赖信息资源和知识资源转变。因此，智能农业也是低碳经济时代农业发展形态的必然选择，符合人类可持续发展的愿望。 1 智能农业是现代农业的重要标志和高级阶段 1.3 江苏的“两个率先” 率先全面建成小康社会，率先基本实现现代化 新内涵，新标准 “加快推进农业现代化” 农业规模化、产业化、标准化、集约化、信息化 加快构建以现代装备为基础、现代科技为支撑、现代经营为特征， 劳动生产率高、土地产出率高、综合效益高的现代农业产业体系 坚持新型城市化、新型工业化、农业现代化“三化同步” 2015年苏南有条件的地方率先基本实现农业现代化 2020年全省基本实现农业现代化。 1 智能农业是现代农业的重要标志和高级阶段 1.4 江苏的智能农业 《江苏省政府关于加强农业科技创新与推广工作的意见》 设施农业 生物农业 种源农业 生态农业 智能农业 实施智能农业技术创新计划，开展设施人工智能生产技术、精准监测控制技术、农产品质量可追溯等信息技术创新，完善农业信息服务体系，建立一批智能农业示范点，提高农业智能化和精确化管理水平。 1 智能农业是现代农业的重要标志和高级阶段 1.4 江苏的智能农业 智能农业被列入政府主导推动的新兴产业，表明智能农业时代的到来，智能农业与现代农业同步发展，使现代农业的内涵更加丰富，时代性更加鲜明，先进性更加突出，必将极大地提升农业现代化的发展步伐。 2 物联网技术是智能农业的重要支撑 物联网是以感知、识别、传递、、测控等技术手段实现智能化活动的新一代信息化技术，其特征是通过传感器等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提高对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制。因此，物联网在农业领域的广泛应用，既是智能农业的重要内容，也是现代农业的强大技术支撑，同时，智能农业的发展也将为物联网技术在农业领域的应用提供无限广阔的市场。 2 物联网技术是智能农业的重要支撑 2.1 物联网技术引领现代农业发展方向 智能装备农业现代化的一个重要标志，物联网等技术是实现农业集约、高效、安全的重要支撑。这些技术在农业中广泛应用，可实现农业生产资源、生产过程、流通过程等环节信息的实时获取和数据共享，以保证产前正确规划而提高资源利用效率；产中精细管理而提高生产效率，实现节本增效；产后高效流通并实现安全追溯。 2 物联网技术是智能农业的重要支撑 2.1 物联网技术引领现代农业发展方向 农业物联网技术的发展，将会解决一系列在广域空间分布的信息获取、高效可靠的信息传输与互联、面向不同应用需求和不同应用环境的智能决策系统集成的科学技术问题，将是实现传统农业向现代农业转变的助推器和加速器，也将为培育物联网农业应用相关新兴技术和服务产业发展提供无限的商机。农业物联网在提升农业智能化水平，推动农业现代化的进程中将具有广阔的应用前景。 2 物联网技术是智能农业的重要支撑 2.2 物联网技术推动农业信息化、智能化 应用各种感应芯片和传感器，广泛地采集人和自然界各种属性信息，然后借助有线、无线和互联网络，实现各级政府管理者、农民、农业科技人员等“人与人”相联，进而拓展到土、肥、水、气，作物、仓储和物流等“人与物”相连，以及农业数字化机械，自动温室控制，自然灾害监测预警等“物与物”之间相联，并实现即时感知、互联互通和高度智能化。 2 物联网技术是智能农业的重要支撑 2.3 物联网技术提高农业精准化管理水平 在农业生产环节，利用农业智能传感器实现农业生产环境信息的实时采集和利用自组织智能物联网对采集数据进行远程实时报送。通过物联网技术监控农业生产环境参数，如土壤湿度、土壤养分、pH值、降水量、温度、空气湿度和气压、光照强度、CO2浓度等，为农作物大田生产和温室精准调控提供科学依据，优化农作物生长环境，不仅可获得作物生长的最佳条件，提高产量和品质，同时可提高水资源、化肥等农业投入品的利用率和产出率。 2 物联网技术是智能农业的重要支撑 2.4 物联网技术保障农产品和食品安全 在农产品和食品流通领域，集成应用电子标签、条码、传感器网络、移动通信网络和计算机网络等农产品和食品追溯系统，可实现农产品和食品质量跟踪、溯源和可视数字化管理，对农产品从田头到餐桌、从生产到销售全过程实行智能监控，可实现农产品和食品质量安全信息在不同供应链主体之间的无缝衔接，不仅实现农产品和食品的数字化物流，同时也可大大提高农产品和食品的质量。 2 物联网技术是智能农业的重要支撑 2.5 物联网技术推动新农村建设 通过互联网长距离信息传输与接近终端小范围无线传感节点物联网的结合，可实现农村信息最后落脚点的解决，真正让信息进村入户，把农村远程教育培训、数字图书馆推送到偏远村庄，缩小城乡数字鸿沟，加快农村科技文化的普及，提高农村人口的生活质量，加快推进新农村建设。 3 智能农业是江苏发展现代农业的战略选择 3.1 江苏农业的重要地位 目前，江苏正处于工业化中后期、城市化加速推进期，全省农业产值在GDP中的占比虽然不到7%，但农业的基础地位始终没有变。随着国民经济和社会发展进步，城乡融合速度加快，农业的粮食生产安全、食品质量安全、生态环境安全等保障功能不仅没有削弱，而且其地位也变得越来越重要，对国民生活和社会稳定的作用显得更加突出。 3 智能农业是江苏发展现代农业的战略选择 3.1 江苏农业的重要地位 “十二五”时期是江苏全面实现小康并向基本实现现代化迈进的重要时期，也是加快转变发展方式、推动经济转型升级的关键阶段。要实现这一目标，必须把稳定发展农业经济作为全部工作的重中之重，用现代装备武装农业、现代科技提升农业、现代理念经营农业、现代知识培训农民，进一步加快推进农业现代化建设，提高农业综合生产能力、抗风险能力和市场竞争能力。 3 智能农业是江苏发展现代农业的战略选择 3.2 江苏农业的制约因素 目前，江苏在加快推进农业新兴产业发展，力争率先实现农业现代化过程中还存在不少制约因素，主要表现在： 一是农业本身是“露天工厂”，在农业生产过程中对自然环境和生长因子的控制水平不高，农业生产风险的不确定性和动物疫情变化的突发性难以掌控，农业生产成本持续提高，农产品价格不确定，农民收益不稳定。 3 智能农业是江苏发展现代农业的战略选择 3.2 江苏农业的制约因素 二是产业化发展水平还不适应现代市场经济要求，以高新技术应用为主的农业高效规模化水平不高；农业组织化还处于初级阶段；农业总体上看，生产与消费脱节，经营与市场分离，土地利用分散，农民与市民分隔等状况还未有根本改变，农业生产还未形成产前、产中、产后全过程紧密链接，生产、流通、消费相互衔接的现代农业产业体系。 3 智能农业是江苏发展现代农业的战略选择 3.2 江苏农业的制约因素 三是农业信息化水平不高，信息技术在农业生产、流通、管理、监控等各个环节的应用不够广泛，缺少典型示范。智能农业在现代农业中的显示度不高，严重影响了农业资源利用率和生产效率的提高。 3 智能农业是江苏发展现代农业的战略选择 3.2 江苏农业的制约因素 四是农业生态环境问题越来越突出，农村面源污染治理压力较大，传统农业生产方式和管理模式已难以为农产品质量与安全提供可靠保障。 3 智能农业是江苏发展现代农业的战略选择 3.2 江苏农业的制约因素 五是农业的功能单一，农业的生产功能、文化功能、生态功能、休闲功能等综合功能远未协调发展起来，农业服务产业化水平不高，农业外延功能潜力有待大力挖掘和开发利用，着力提高农业的品牌效应、区域特色和综合竞争力。 3 智能农业是江苏发展现代农业的战略选择 农业信息技术和智能农业的应用将为解决以上问题提供有效手段。在江苏农业资源十分匮乏、劳动力资源十分紧缺的省情下，加强智能农业的应用，对于突破江苏农业产业发展瓶颈，改变粗放的农业经营管理方式，提高动植物生产管理科学化水平，提高农业资源利用效率，提高疫情疫病防控能力，确保农产品质量安全，引领现代农业发展，实现江苏“两个率先”的战略目标，具有十分重大的意义。 4 江苏智能农业产业发展的目标任务和重点方向 以转变农业发展方式，提高农业规模化、产业化、标准化、集约化、信息化水平为目标，构建以物联网技术装备为基础、高新科技为支撑、现代经营为特征，劳动生产率高、土地产出率高、综合效益高的现代农业产业体系，为贯彻落实江苏省委、省政府又好又快推进“两个率先”的重大战略决策部署，加快江苏农业现代化进程作出贡献。 4 江苏智能农业产业发展的目标任务和重点方向 4.1农业自然资源与产地环境智能监测研究与应用 充分应用物联网感知、监测与智能评估等关键技术，建立农产品生产源头自然资源环境动态监测网络，构建适用于不同地域特征和类别的农产品产地环境质量评估模型，集成开发作物生长环境质量监测与评估综合知识系统，为农业产业发展提供安全可靠保障。 适用于大田环境的关键参数传感器产业化集成技术 服务于传感器网络优化的地理环境参数的提取与重构技术 复杂地理环境下农业物联网多维模型的实时交互与协同技术 基于空基传感器组网的区域尺度农业主要灾害因子快速获取技术 空地传感器网络支持下的农业多源数据同化与时空尺度转换技术 环境资源监测系统关键技术 4 江苏智能农业产业发展的目标任务和重点方向 4.2 农作物生产生命周期物联网技术研究与应用 以建设新型农业产业形态为目标，以有机粮食生产、设施园艺生产（蔬菜、食用菌、花卉）、设施养殖业生产（畜禽、水产）等为实施对象，集成应用物联网实时感知与监测技术、自组织通信网络技术、智能管理决策技术、综合信息服务技术、云计算与云服务技术等，建设较大规模的以物联网技术装备综合应用为显著特征、与高效集约、绿色低碳生产技术相结合的高水平智能化、产业化、标准化现代农业示范区，实现对主要作物生长信息实时感知、智能诊断、精确调控与智慧管理，以引领设施作物向高产出、高效益、安全优质、低碳环保方向发展。 4 江苏智能农业产业发展的目标任务和重点方向 4.3 农产品质量安全物联网技术研究 以国家食品安全标准为目标，应用物联网溯源与质量控制技术，对示范区农业资源与生长环境实施智能监控，为安全生产提供技术支撑；对农业生产过程及农产品产后初加工、包装、物流、配送实施全程智能跟踪标识，构建从产地到餐桌全过程、从生产到消费全领域的集中管控质量认证体系和检验检测体系，为消费者提供农产品安全保障。 4 江苏智能农业产业发展的目标任务和重点方向 4.3 农产品质量安全物联网技术研究 针对农产品质量安全监测与溯源需求，从原材料供应、产品生产过程、产品质量检测、产品加工、物流配送、仓储、零售及消费等各环节对农产品状态进行跟踪与控制，形成完整的农产品生产全过程的可追溯，实现农产品“从产地到餐桌”的全程质量控制和过程跟踪与追溯。 4 江苏智能农业产业发展的目标任务和重点方向 4.4 构建基于物联网的农村综合信息服务平台 针对农村信息服务最后一公里的难题，综合运用智能推送技术、自组网络技术、无线网络技术、触摸屏技术、智能终端技术等，构建基于物联网的农业综合信息服务平台，面向广大农民，实现农村综合信息智能推送服务。 4 江苏智能农业产业发展的目标任务和重点方向 4.4 构建基于物联网的农村综合信息服务平台 主要内容包括： ①开发农村信息智能服务综合管理系统软件，集现代农村远程教育、农业远程视频诊断、农村信息定制服务、农民电话咨询等功能为一体，切实解决农村信息服务最后一公里难题； 4 江苏智能农业产业发展的目标任务和重点方向 4.4 构建基于物联网的农村综合信息服务平台 ②以简化直观、易用方便为特点，以农村社区（村）或农业企业建立信息终端服务站点，以智能触摸屏一体机作为载体，研制适用于农民使用的“农村信息一点通”配套信息服务终端新技术产品； 智能化技术：综合应用智能推送技术、自组织无线网络技术、触摸屏技术，面向农村，服务农民，全方位提供农村信息终端服务。 数字资源整合技术：现代农村远程教育、农业远程智能诊断、智能电话、信息查询等功能集成，信息集聚。 交互平台技术：支持WebServices标准，采用世界先进的面向服务(SOA)的架构、企业服务总线(ESB)技术、和数据挖掘(ETL)技术，具有平台软件架构的先进性、灵活性和扩展性。 综合信息服务平台关键技术 网络信息服务 农村远程教育 农村百事专家 信息一点通一体机 公共农村信息 特色信息推送 本地特色产品 农业技术查询 农村数字图书馆 视频点播培训课件 农业专家课堂 新农村建设专题节目 农村科普教育等 设施农业智能系统 畜禽养殖智能系统 病虫草害智能诊断 食品安全智能诊断 农业远程诊断 农业专家热线电话 农业手机短信推送 农业智能手机应用 数据库 系统管理中心 信息资源中心 农村信息服务智能终端 4 江苏智能农业产业发展的目标任务和重点方向 4.4 构建基于物联网的农村综合信息服务平台 ③以集成化的农业知识库群为信息资源保障，以有线网络与无线网络相结合，构建信息服务管理中心，实现对前台应用系统的数据支持和集中管理，以及信息的发布和内部传递，集信息推送、资源管理、终端远程维护等功能为一体。 4 江苏智能农业产业发展的目标任务和重点方向 4.4 构建基于物联网的农村综合信息服务平台 ④建立农业综合信息服务平台示范应用基地，利用信息服务智能终端开展现代农村远程教育、农业远程视频诊断、电话热线咨询等面向农民的信息服务，实现对农村社区（村）、专业合作组织等信息智能推送服务，以发展农村信息服务产业为目标，创新服务方式和经营模式，形成公益性服务与市场化运作相结合的新型农村信息服务运行机制。 4 江苏智能农业产业发展的目标任务和重点方向 4.5 强化农村智能化信息服务 农村信息化服务是发展智能农业的重要内容。 首先要始终以信息资源建设为核心，加强信息资源保障体系的建设。充分发挥我省科技资源优势，着力加强农村信息资源建设，为广大农村不断提供现代科技信息、市场经济信息和先进文化信息，促进农业生产方式的转变，推动现代农业发展和社会主义新农村建设。 4 江苏智能农业产业发展的目标任务和重点方向 4.5 强化农村智能化信息服务 二是要构建农业科技服务与技术推广信息终端服务体系和网络。要大力开发和充分利用集成化的信息技术产品，为广大农业技术推广人员、农民、农业专业合作社经营者提供便捷、快速、简易、实用的智能化农业信息服务终端产品。以全省综合农业信息服务平台为支撑，为广大农村用户提供信息服务和知识保障。不断强化信息服务手段，转变传统的农业技术推广方式，用信息技术促进农业技术推广和科技成果转化，大力提升农村现代科技服务水平。 4 江苏智能农业产业发展的目标任务和重点方向 4.5 强化农村智能化信息服务 三是要加强农村公共智能信息服务，要充分利用触摸屏、显示屏等媒介，以村、镇、农村社区、农业专业合作社、农村科技园区、农村科技服务基地等公共场所为重点，为广大农民和农村社区居民提供公益性信息服务。 4 江苏智能农业产业发展的目标任务和重点方向 4.5 强化农村智能化信息服务 四是要从政策层面上设计推动农村信息化发展的投入、投资机制和创新、服务激励机制，如建立农村信息化建设专项资金，以支持农村信息化技术应用与服务模式创新活动为重点，引导全省科研院所、高校和IT企业的智力资源、技术资源和信息资源向农村汇聚，促进现代信息科技向农村转移，不断缩小城乡信息化差距； 4 江苏智能农业产业发展的目标任务和重点方向 4.5 强化农村智能化信息服务 参照农业良种补贴、农机补贴等办法，建立农村信息服务补贴制度，对开展农村公益性信息服务的机构和农村种养殖大户等，政府给予适当的信息资费的补贴。 4 江苏智能农业产业发展的目标任务和重点方向 4.6 发展特色智能农业观光旅游产业 在农业产业服务领域，通过智能化技术的应用，把农业生产过程与农业观光、旅游、休闲、科普等有机结合进来，吸引市民到乡村与村民共同开展参与式农业生产，订制农产品，体验生产劳动，监控农产品生产全过程，实现城市与乡村融合、农民与市民互动，生产与消费联结，推动形成新型农业产业经营业态，从根本上实现传统农业向现代农业生产方式、经营方式的转变。 4 江苏智能农业产业发展的目标任务和重点方向 4.6 发展特色智能农业观光旅游产业 规划实施基于物联网技术应用的现代农业参与式观光旅游产业示范区，以生态休闲、科普教育、认养订购、农耕文化等为特色服务产品，构建生产者、消费者、观光客三位一体的新型产业链。 4 江苏智能农业产业发展的目标任务和重点方向 4.7 创新新型智能农业产业服务商业模式 以物联网技术创新与应用为驱动，以市场消费为主导，以产前、产中、产后一体化为目标，转变生产方式和经营模式，构建新型农业产业服务商业模式。对示范区域农业相关物理资源和信息资源进行高度系统化整合和深度开发激活，构建贯穿整个农业生产、物流、经营领域的多元投资建设模式、智能化管理模式、产业化服务模式，形成服务公众、农民受惠、企业得益的聚合式产业价值链。 4 江苏智能农业产业发展的目标任务和重点方向 4.8 探索智能农业经营业态 结合虚拟数字技术、远程视频实景传播技术等，构建基于电子商务技术、淘宝商业模式的农产品网络超市。以面向不同消费群体的市场化需求为导向，生产无公害农产品、绿色食品、有机农产品，实现订单式生产、网络化采购、物流式配送，形成以技术流、产品流、信息流为主要调控手段，以高效益、高产出为重要特征的现代化农业经营业态。 智能农业平台 健康生产 农业部门种养 殖管理系统 生产 基地 规划 及 总局 管理 生产 基地 基本 信息 管理 订单 管理 系统 疫病 疫情 预警 管理 加工厂 基本 信息 及 评级 管理 旅游部门管理 系统 农业 旅游 基地 信息 管理 旅行 社 综合 管理 科研院所 农产品 生产 技术 管理 智能 决策 管理 系统 生产 基地 内部 管理 系统 娱乐 休闲 住宿 餐饮 服务 系统 加工企业台帐管理系统： 1：农产品进场台帐 2：检验检疫台帐 3：农产品销售台帐 4：有机，绿色，生态农产品 台帐及补贴申报台帐 5：人员管理系统 关键环节 职能部门管理系统 企业部门管理系统 远程 种植 管理 系统 智能农业商业-生产组织模式