物联网技术如何助力农业产业化发展

摘要：在新技术发展和多样化需求的双驱动下，农业产业出现与新一代信息技术深入融合的发展趋势。为解决当前我国农业领域存在的部分农业产业化发展不足、相关技术人才短缺等问题，文中简析了利用传感器技术、嵌入式开发技术、GPS定位技术、无线通信技术和云服务器技术等物联网技术，通过多维度技术协同、软硬件相结合的方式为现代农业产业化发展提供支持，促进农业产业向网络化、数字化、现代化、智能化转型升级；设计将物联网技术应用于现代农业领域，实现土地集中管理、农作物生长智能监测、身份溯源及产品运输等方面的功能，达到分析土壤质量、合理规划农作物种植区域、监测产品生长状态和推算运输途中“新鲜度”的预期目标，使农产品的品质得到保障，旨在更好地利用物联网技术助力现代农业的发展，推动智慧农业惠及大众。

关键词：物联网技术；智慧农业；智能监测；产品溯源；农业产业化；传感器

我国是一个正在发展中的农业大国，推进农业产业发展对于我国国民经济发展具有重大意义。当前基础农业的生产力发展水平与当今社会发展要求出现了一定差距[1-2]，难以满足现代社会发展需求，导致农村发展相对滞后、农村经济不发达等问题。基础农业暴露出的一系列问题催生了现代智慧农业的发展，且现代农业已出现与新一代信息技术融合的趋势。物联网技术自被正式列为国家五大新兴战略性产业之一以来，受到了全社会极大的关注并得到了快速发展。物联网技术在农业产业中的应用旨在解决农业发展的痛点问题，有助于实现农产品生长过程的实时监测[3]，保障农产品生长全程可溯源追踪[4-5]，实现农业的智能化生产管理，推进农业生产的科学化与精细化，培养新型职业农民[6]。2020年5月，工信部工信厅通信[2020]25号文，即《工业和信息化部办公厅关于深入推进移动物联网全面发展的通知》，旨在加强物联网的全面建设与应用，故“物联网+农业”必将成为未来农业的发展趋势[7-9]。

1农业发展产业化现存问题

我国农业发展正处在由基础农业到现代农业的转型阶段，这一转型需要科学和技术不断渗透到农业领域，即完成从劳动密集型到技术密集型产业的转变，转型过程中暴露出了我国农业发展存在的问题[10]。

1.1农业产业化发展的不足

我国农业发展正处在由基础农业到现代农业的转型阶段，基础农业整体生产技术水平相对落后，生产形式多为小规模家庭经营模式，制约了农业产业规模化。当前基本农业的经济效益低下，间接影响了农民的心态，致使劳动积极性不高，年轻劳动力多选择外出务工，留乡农民趋于老龄化；缺少正确的科学技术指导，对农产品品种的更新迭代能力较弱等种种原因又导致农业经济效益低下。一定程度上，陷入基础农业发展的死循环。基础农业销售流通渠道单一。农民将大部分农产品对供货商进行大量批发供货，单一的传统线下交易模式难以满足当代人追求便利的快节奏生活习惯；且此销售途径存在中间商层层获利问题，农民直接获取的经济利益较低，会打击农民劳动积极性，不利于农业产业发展。

1.2相关技术人才的短缺

农村年轻劳动力多选择外出务工，留乡农民趋于老龄化，大多数农民自身文化水平偏低，对于相关技术的了解甚微，现代农业生产意识较薄弱。一部分农民选择不适合该农作物生长的土地种植农作物，过度依赖化肥、农药等化学产品，导致地下水资源被破坏和土壤肥力消耗过度，造成的一系列问题给现代农业的后续发展带来一定阻碍。尽管农业科学技术人员及智慧农业经营者的培养已经受到国家重视，并提出和实施培养相关人才的计划，但是农业产业管理的一般环境条件和生活质量与城市有一定差距，对于高素质管理人才的吸引力较低，导致在农业生产管理者方面存在很大的人才缺口，难以支撑现代农业的持续发展。

2物联网技术对农业产业化发展的支持

物联网技术主要通过传感器技术和嵌入式技术，将物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，辅之射频识别（RFID）、大数据、云计算、区块链等技术，实现智能化识别、定位、监管等功能。主要通过RFID标签和读写器、摄像头、M2M终端、传感器等识别物体和采集信息，掌握物体的基本属性来对物体进行分辨，通过合适的网络形式根据其需求进行信息处理。作为现代农业的代表，智慧农业的发展必将在未来农业发展中占据主导地位，利用物联网技术可对农业生产与农产品等多项因素进行管控与监督，实现对农业生产中存在的问题进行预测、远程监测与管理控制。因此，“物联网+农业”是未来农业发展的必然趋势，物联网技术将为现代农业的发展提供一定支持，助推农业产业化发展。

2.1物联网为智慧农业提供技术支持

物联网技术的关键是传感器技术和嵌入式技术。传感器是物联网发展的根基，其智能化转型是提升种植业、畜禽业的信息化与智能化的核心。系统数据通信流程如图1所示，通过各类传感器和摄像头等感知层的设备获取信息，将获得信息通过ZigBee、4G、NB-IoT等上传至网络，利用云计算、算法与模型融合等信息处理技术对各类信息进行处理、分析，实现智能判断和决策，为农业的智能化控制提供理论依据。利用温湿度、光照、CO2等传感器对农田环境信息进行感知，有利于实现在作物种植前进行土地选择，在生长过程中实现实时监测。利用摄像头、RFID技术、红外探测技术、无线传感网络技术等，实现对家畜行为信息的监测。农产品流通对数据技术、定位技术和共享发展的要求较高，利用区块链去中心化、信息共享和数据加密的体系建立公开透明的大数据库。图1系统数据通信流程

2.2物联网技术人才为智慧农业提供智力支持

由于基础农业发展相对滞后导致农村生活环境和生活质量没有城市好，年轻人选择农业类专业进行学习和研究的兴趣不高，当前智慧农业经营者的新型农业从业者缺口较大。目前，我国开设物联网工程专业的高校较多，开始重视科技人才的培养，政府还对学成返乡进行农业产业建设的学生给予一定经济支持。物联网技术如今在农业领域已得到一定范围的应用，农业产业已经开始向技术密集型产业转型，农村生活质量得到了一定程度的改善，并且获得了政策扶持，会有越来越多的年轻人选择回到农村，这些人将是新型职业农民的预备人选；另外，政策鼓励外出务工人员返乡建设，可以从中选择一批能接受新事物、有能力掌握农业科学技术的青年人进行培养。保证新型职业农民能够创新和应用农业物联网技术，实现农业网络化、数字化、现代化、智能化，为现代农业的发展提供智力支持。

3物联网技术助推农业发展的分析及各子系统流程实施

物联网技术可以通过传感器和通信网络实现对农情的监控，有效提升农业管理水平；同时可利用物联网技术建立自然灾害预警机制。物联网与区块链技术的结合，在农产品流通过程中有着显著的应用效果。因此，物联网技术可以从农作物选种、生长、流通等多方面促进农业的网络化、数字化和智能化。

3.1土地集中管理

小规模家庭经营模式显然不能满足现代农业的发展需求，须进行土地集中管理，将零散的土地整合成片，进行统一种植和经营。利用温湿度、光照、CO2等传感器感知农田环境信息，获取、分析整片土地的信息，了解土地的土壤有机物含量、盐渍化程度、水分含量，对农作物的种植种类进行科学规划。在作物生长过程中，通过设置传感器对风向、风速、气压、相对湿度等信息进行采集，可实现对自然灾害的预警机制。结合气象系统，分析未来一段时间的降雨时长、强度、风力大小等信息，并作出相应的防御机制。

3.2生长智能监测系统

在农作物生长的土地搭建智能监测系统，通过物联网技术，利用摄像头、乙醇传感器、pH值传感器、温度传感器、湿度传感器等模块，对农作物生长的环境和生长状态进行实时监控，将所测得数据按时段上传至网络平台并整合，供农业产业管理人员查看。通过此系统，农业产业管理人员可进行远程管控，不必深入田间地头，吸引一部分高素质管理人才对农业产业进行更优的管理。获得的数据可通过算法分析，对是否存在病虫害、是否需要进行施肥等问题进行判断，具体流程如图2（a）所示。结合大数据分析，了解当前消费者的需求和对各类农产品的反馈数据，将信息传达给农民以便进行作物种植方式的调整，及时、有效地帮助农民与消费市场之间进行产品对接，避免农民盲目种植带来损失。如图2（b）所示，对于家畜的养殖，利用摄像头、RFID技术、红外探测技术、无线传感网络技术等，对家畜的行为信息进行监测，使用温湿度传感器、CO2传感器等对其生长环境进行监控，并将饲料喂养信息等数据一同上传至网络平台。对测得数据进行分析，了解家畜的进食、生长情况。以此判断家畜进食是否正常。根据家畜行为状态、进食分析结果进行饲养配方的调整。结合环境的监测数据，分析牲畜是否患有流感等疾病，在疾病爆发初期将患病家畜进行隔离处理，避免因疾病全面爆发而造成的农民难以承受的损失。

3.3身份溯源和运输系统

当代人越来越注重食品安全，故设置身份溯源系统来实现农产品生长阶段的“透明化”，通过运输实时监测系统避免产品在运输途中发生腐坏，流程如图3所示。在农产品售卖之前，由于生产、运输、销售环节所需获取信息的需求不同，所以将其生长周期内的情况数据整合并生成RFID标签和二维码。在经过筛选或是加工过的农产品的包装袋上，附上RFID标签和二维码；在加工、运输环节通过读取RFID标签鉴别农产品是否符合售卖标准，达标即可成功出库；在销售环节，顾客通过手机扫描二维码，获得所购置农产品的“整合生命周期”的信息。在运输环节，对运输车通过物联网进行智能监控，在车中装入GPS定位模块、温湿度传感器、乙醇传感器等模块，将所获取的信息上传至云端，以此查看产品运输途中的实时位置、运输车内环境信息及经手人等多维度的信息。通过传回的数据，利用云计算推算出车内产品的“新鲜度”信息，确保农产品新鲜度。通过分析传回的数据对运输方案进行不断改进完善，实现农产品生产、运输到销售等环节信息共享和透明化管理，保证其安全可追溯，推动农作物品牌打造，提高其产品附加值。

4结语

本文分析了如何利用物联网技术对农业生产、销售等环节进行监控，可为农业生产提供指导，提升农业发展水平；培养农业物联网技术型人才，有利于提高农业经济效益，推进农业产业网络化、数字化、现代化、智能化转型升级，助推农业产业化发展及智慧农业发展；应用新一代技术与农业结合，实施“互联网+”农业，实现第一产业提质增效，惠及大众，造福人民。

作者：陶佳雯 徐楠 刘松霖 陆怡成 陈威健 单位：金陵科技学院智能科学与控制工程学院