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摘要：

本文以山東省濟南市為例，闡述了農業物聯網在農業標準化生產、農產品質量安全追溯、農業信息化服務中的應用，分析了濟南市農業物聯網應用存在的問題，并對今后的發展提出了建議。

關鍵詞：

農業物聯網；信息技術；農產品；質量安全

我國農產品質量安全水平不斷提升，但問題多發，究其原因，主要是農產品生產到消費供給鏈條長，影響因素多，單一的控制措施和單一的監管環節難以保障農產品質量安全。而農業物聯網技術的發展為實現農產品“從農田到餐桌”的質量追溯體系的建立提供了技術保障[1～4]。2016年中央一號文件提出大力推進“互聯網+”現代農業，其核心內容就包括“互聯網+農產品質量安全”，即利用移動互聯網、大數據、云計算和物聯網等新一代信息技術，創新基于互聯網平臺的現代農業新模式，為全面提升農產品質量安全提供現代信息技術[5]。本文在調查研究山東省濟南市“農業物聯網”實踐應用的基礎上，總結經驗，提出“農業物聯網”發展急需解決的問題，引領物聯網在農業上的健康發展，保障農產品質量安全。

一、農業物聯網

（一）農業物聯網的基本概念

農業物聯網是物聯網技術在農業領域的應用，是通過應用各種傳感器設備和感知技術，采集農業生產、農產品流通以及農作物本體的相關信息，通過無線傳感器網絡、移動通信無線網和互聯網進行信息傳輸，將獲得的海量農業信息進行數據清洗、加工、融合、處理，最終通過智能化操作終端，實現農業產前、產中、產后的過程監管、科學決策和實時服務[6]。

（二）農業物聯網的基本構成

農業物聯網由信息感知層、信息傳輸層和信息應用層3層體系構成。信息感知層主要用于識別對象、采集信息。采集信息的設備包括二維碼標簽和識讀器、標簽和讀寫器、攝像頭、傳感器及傳感器網絡、全球定位系統和遙感技術等采集物理世界的數據和發生的物理事件。對于農業物聯網來說，這一層次要解決的重點問題是感知、識別物體與采集信息，如土壤肥力，作物生長環境參數與苗情長勢，空間定位信息，動物個體健康、行為和產能等信息。感知技術是農業物聯網的關鍵，傳感器是感知技術的核心[7～8］。近年來，農業傳感器技術發展很快，主要包括農業環境傳感器和農業動植物本體（生命）信息傳感器[9～14]。信息傳輸層主要用于信息傳遞和處理，包括通信與互聯網的融合網絡、網絡管理中心、信息中心、智能處理中心、專家系統等，其功能類似于人體的神經中樞和大腦[15]。由于農業環境的復雜性，農業物聯網中的信息傳輸不是簡單的將現有的通訊技術搬來使用，要根據不同情況選擇不同的通訊方式；信息應用層是對傳輸過來的數據進行處理、融合、應用后，通過制定科學的管理決策，來控制農業生產的過程。由于農業具有生命特性和生態區域性特點，農業物聯網應用很難用一種技術或模式解決問題，在實踐上一般是面向特定應用領域（大田、設施、果園、畜禽等）的隨需而變的物聯網應用［16～17］。

（三）物聯網在農業上的主要作用

目前我國農業物聯網技術成果已經在農業生產、農產品信息追蹤與監控及農業信息服務等方面顯示出重要作用。

1.農業標準化生產。

采用不同的傳感器元件來感應濕度、溫度、pH值、土壤肥力以及光照強度、氣壓、二氧化碳濃度等農作物生長所需的參數，再通過數據處理，自動控制溫度環境和灌溉、施肥作業，從而給植物生長提供最佳的生長環境。提高土地的產出率和農業抗御自然災害的能力，減少面源污染，實現農業生產的標準化、精確化。

2.農產品信息追蹤與監控。

近年來，國內食品安全問題多發，主要原因就是農產品從生產到銷售缺乏監管，消費者的知情權較少，利用物聯網技術建立從生產―加工―運輸―銷售全過程的監控和追蹤系統，確保農產品全程都可被跟蹤、監督，則可以將食品安全問題概率降至最低，從而確保農產品的品質和安全。

3.農業智能化信息服務。

農業物聯網和大數據、移動互聯網等新一代信息技術結合起來，從技術層面建立新型農業信息服務模式。智能農業實現農業生產全過程的信息感知、智能決策、自動控制和精準管理，農業生產要素的配置更加合理化、農業從業者的服務更有針對性、農業生產經營的管理更加科學化，是今后現代農業發展的重要特征和基本方向。“互聯網+”集成智能農業技術體系與農村信息服務體系，助力智能農業和農村信息服務大提升。

二、濟南市農業物聯網技術的應用

農業標準化生產是實現農業現代化的基本前提，是提升農產品質量安全水平、增強農產品市場競爭力的重要保證。應用物聯網技術是構建農業標準生產體系、提升農業精準化水平的有效途徑，同時也將有助于構建網絡化的農產品流通經營體系和現代化的農業智慧管理體系，是實現信息化技術在農業生產、經營、管理、服務等領域普及應用的堅實基礎。

（一）濟南市農業物聯網技術發展思路

濟南市在“互聯網+農業”融合發展工作意見中指出，按照“政府引導、企業主體、務求實效、分類實施”的原則，深入推進農業物聯網示范應用，在大田作物、設施農業、水產養殖、食用菌工廠化生產、農副產品加工等領域實施示范工程。

1.頂層設計，明確方向。

開發濟南市農業物聯網綜合服務平臺，推動一批農業物聯網技術應用示范項目實施，通過實踐逐步規范建設標準，形成“有政策引領、有資金支持、有建設標準、有技術支撐”的示范推廣模式，為解決信息化技術在農業生產中的“三高”（投資成本高、人員素質高、規模化程度高）問題提供了強有力的保障。一是以農業新型經營主體為主要載體，開展物聯網技術示范項目建設，并在實踐的基礎上制定農業物聯網應用的“數字化、智能化、可控化、精準化”建設標準；二是積極試驗推廣適于農業生產、方便農民操作的低成本、簡便化的“傻瓜”技術應用，確保農民用得起、用得上、有實效；三是在大宗農產品生產中，推廣應用節水灌溉、測土配方施肥、農機定位耕種、病蟲害遠程診斷、質量安全追溯等物聯網技術。

2.積極實踐，示范引領。

濟南市為推動農業科技進步，在農高區建設有“四園一校區”，即現代農業精品園、都市漁業精品園、生態能源示范園、名特優農產品博覽園、新型農民培訓學校。建成后的園區將具備成果展示推廣、名優產品推介、學習體驗休閑、科技教育培訓等多項功能，逐步壯大成為濟南市現代農業快速發展的引航基地。現代農業物聯網技術便融匯其中，糧食、蔬菜、漁業等農產品生產銷售、質量安全追溯、農民科技培訓、市民休閑觀光、農業成果推介等環節都會讓人感受到“精準、智能、安全、生態、便捷”的現代農業氣息。

（二）物聯網技術在農業標準化生產中的應用

1.大田信息監測農業物聯網。

2015年，濟南市濟陽縣玉皇廟鎮2.67hm2農田，開展小麥、玉米“四情”（苗情、墑情、病蟲情、災情）信息監測與智能化，包括農作物信息采集系統、農作物數據接收與傳輸系統、農作物監測管理系統、農業技術專家支撐系統、農業綜合服務系統、農業生產指揮調度系統。利用農業物聯網技術降低了農藥、化肥的使用，節約了勞動力成本，促進農業增產，降低農業面源污染；通過監測數據，及時掌握小麥生長動態、氣侯變化情況以及病蟲發生發展趨勢，改變了以往監測主要靠人工，費時費力效率低的問題，農業生產從“靠經驗”轉變為“靠科學”，農業生產指揮調度中心初步實現了遠程化、可視化、網絡化。

2.設施智慧農業物聯網。

山東省農業科學院運用物聯網數據系統，建設蔬菜大棚生產環境智能監測控制系統、蔬菜生產信息便攜式采集系統、蔬菜生產遠程視頻系統、有機蔬菜產品質量全程追溯系統。通過實時監測農作物生產環境中的溫度、濕度、pH值、光照、土壤養分、二氧化碳濃度等物理量參數，遠程監控、精準施策，不僅節約資源、勞動力，更起到了改善產品品質和經濟效益的作用；遠程視頻系統、現場全景漫游、企業秀和產品秀等現代先進信息化技術的應用，可以有助于樹立品牌形象，提高社會影響。濟南正莊現代農業園以國內外先進技術集成與自主創新技術相結合為原則，創立了當前國內“互聯網+現代農業信息化系統”平臺，實現了產前、產中、產后全過程精準農業物聯網系統管理；山東安信種苗股份有限公司建有國內最大的智能化聯棟玻璃育苗溫室，將物聯網技術引入溫室大棚率先投資研發蔬菜集約化育苗物聯網智能應用技術，對種苗培育過程及長勢進行實時在線動態監測，實現對種苗的“管、控、營”一體化，提高產量，保證質量。山東向陽坡生態農業科技示范園采用“智農云寶”、“智農云端”、“智農云眼”、“智能云品”等系列物聯網解決方案，為蔬菜產業實現了粗放式管理向精細化管理轉變，農產品質量安全全程追溯和全景漫游的現代化管理。

（三）物聯網技術在農產品質量安全追溯中的應用

農業物聯網建設蔬菜生產便攜式采集系統和生產全程管控及追溯系統，通過實時監控生產信息，規范栽培、采收、分級、包裝、發貨、銷售等各流程環節的操作程序和檔案記錄，一方面生產者可以隨時掌握最新的生產、銷售信息，另一方面，消費者也能及時了解農產品生產全過程的信息。山東向陽坡生態農業科技示范園就建立了完成的蔬菜使用安全追溯體系，全力鑄就安全、自然、健康的蔬菜品牌。濟南市大唐現代農業示范園應用移動互聯網、物聯網、二維碼、無線射頻識別等信息技術建立農產品生產、加工、儲運到銷售的可追溯體系。通過信息采集、數據傳輸和信息查尋等功能，提供農產品標識信息和生產企業的質量安全信息。以“標準化生產、標識化追溯”為突破口，以二維條碼、20位追溯碼為載體，實現了網上（在濟南市農產品質量安全監管網輸入20位追溯碼）、二維碼掃描等方式的追溯，實現農產品的來源查證、去向追溯與責任定位。通過農業物聯網技術的應用實現農產品質量安全追溯，保障農產品質量安全。

（四）物聯網技術在農業信息化服務中的應用

濟南市移動互聯網技術開發了APP手機軟件“掌上農機”，逐步實現農機信息精確化、農機管理精準化、農機生產精細化，為農民和機手提供更加及時便捷的信息服務；“農業病蟲害遠程監控信息系統”包括物聯網數據采集監測設備、智能化云計算平臺、專家服務平臺、系統管理員和服務終端5大部分的系統構架，實現了對設施農業病蟲害的實時監控和有效控制。將先進的信息技術手段應用于農業生產、管理、銷售及服務整體水平，是農業現代化的重要標志。

三、濟南市農業物聯網應用存在的問題分析

（一）農業物聯網成本問題

農業物聯網基礎設施建設具有一次性投入大、回報周期長的特點，決定了農業專業合作社、農業企業和基地等生產單位很難單獨投入物力、財力用于物聯網建設。無論是傳感器硬件設備的配置、軟件平臺的建設，還是控制設備的搭建都需要大量資金的投入。目前，一套物聯網設備，因其核心傳感器的不同，價格從1萬元到幾十萬元不等，普通的農戶無力承擔。此外，運行維護費用成本高，缺乏既懂農業技術又懂物聯網的復合型人才加大了農業物聯網市場推進的難度。

（二）農業物聯網產業化程度有待提高

目前我國農業物聯網技術應用總體處于試驗示范階段，規模小而分散，農業傳感、控制設備等物聯網關鍵技術產品難于實現批量生產，導致產品價格偏高，用戶難于接受；農業物聯網技術相關產品投放市場前缺乏嚴格質量檢測控制，部分設備暴露在惡劣自然環境下，導致設備穩定性差、故障率高、維護成本高；后續技術服務落后，導致農業物聯網產業發展緩慢。

（三）農業物聯網技術標準研究與制定滯后

目前我國農業物聯網技術標準還很薄弱，相關標準缺失，還沒建立完整的農業物聯網技術標準體系。信息接口、數據模型及數據交換等沒有統一的標準，使得物聯網技術在農業領域規范化應用發展受到制約，農業傳感器標準化程度不夠，可靠性難以保證，難于實現廣泛的集成應用；傳感網建設缺乏統一的指導規范，多采用自定義傳輸協議，隨意性較大，系統設備之間容易相互沖突和干擾，影響了生產效率，也不利于農業物聯網體系建立以及農業大數據的形成；感知數據的融合應用和上層應用系統的開發也沒有標準可循，應用系統無法共享數據信息，不利于產業化技術發展[18]。

（四）農業物聯網產業體系不完善

農業物聯網是一項系統工程，需要產業鏈上下游各方的協同，也需要主管部門之間的有效統籌。但部門分割、缺乏整合的情況比較突出，這也是制約物聯網產業化的一個重大因素。產學研合作不夠緊密，科學研究與農業實踐需求無縫對接的機制還沒有形成。農業物聯網技術距離直接服務于農民還有較大差距。以農戶為根本，農戶、企業、科研機構之間利益緊密結合的產業化體系尚未建立，科技成果產業化進程較慢。

四、促進濟南市農業物聯網發展的建議

（一）引入社會資本以降低農業物聯網成本

目前，僅僅依靠民間資本市場自發投入難以驅動產業發展，必須依靠政府先行引導示范，培育需求。同時引入商業模式，吸引社會多元化資本參與，選擇附加值高的領域，注重可持續商業模式的打造和培育，最終形成產業自身的生存發展能力。加速農村土地有序流轉，推動農民權益入股，充分發揮土地規模化和集約化的生產效益，通過增加規模效益促進農業對農業物聯網新技術的需求從而降低成本。加強原始創新開發低成本、高性能的在線監測技術，研發和生產具有自主知識產權的傳感設備和產品，從源頭上實現傳感器生產成本的降低。

（二）提高農業物聯網產業化程度

從產業發展方向和產業鏈發展思路出發，總體設計農業物聯網研發的頂層構架，系統研究農業物聯網應用急需解決的共性關鍵技術難題，鼓勵大專院校、科研院所、IT企業等科研力量聯合攻關，提高農業物聯網科研成果的應用轉化水平，真正把農業物聯網產業做大做強。研制動植物生命信息感知技術產品，開發適合農村不同地理環境的高通量、低資費的信息通訊技術，支持閉環控制應用的終端技術，提高農業物聯網技術產品的經濟性、穩定性、適用性、準確性、可靠性。從建立培養機制、激勵機制和競爭機制入手加快農業信息化隊伍建設，建立信息技術尤其是物聯網技術隊伍。一方面，培養具有理論基礎和實踐能力的高層次農業物聯網技術人才；另一方面，注重對現有農業物聯網技術人員的后續教育和崗前培訓。

（三）重視標準制定工作

把農業物聯網標準體系建設作為農業物聯網建設的重要內容來抓，在制定農業物聯網總體發展規劃和示范應用過程中，推行標準先行，尤其是在物聯網應用的接口、接入與服務、產品設備研發等方面制定與國際接軌的標準體系，使我國擁有國際物聯網標準的話語權[19]。由政府主導聯合大學、科研院所與應用技術單位共同公關，組建農業物聯網工程技術研究中心、農業物聯網技術研究院，加快農業物聯網標準制定與技術研發。

（四）建立完善的農業物聯網產業體系要破解

濟南市農業物聯網發展存在的困局必須堅持“市場需求主導、政府公益引領、技術融合共享、信息安全有序”的原則，整合當前濟南市農業信息化技術應用基礎，以“互聯網+”為抓手，以科研推廣單位為依托，以農業龍頭企業、農民合作社、家庭農場、農業示范園區、蔬菜標準園和生態循環農業示范園等新型經營主體為核心，通過頂層設計、項目引領、典型帶動，做優存量、做大增量，促進各類信息化技術在現代農業發展中的普及應用，構建農業新型經營體系，培育“互聯網+農業”新型行業態勢，建立起綜合的網絡化農業管理體系、精準化農業生產體系、平臺化農產品流通體系、信息化農村社會服務體系，提高濟南市現代農業信息化水平，推進農業物聯網在濟南市的發展，保障農產品質量安全。

作者：趙領軍 吳兵 趙艷 陳業兵 鄧立剛 董燕婕 趙善倉 單位：山東省濟南市農業信息中心 山東省農業科學院科研處 山東省農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所

本文引用格式：

趙領軍，吳兵，趙艷，等.農業物聯網在農產品質量安全管理中的應用探討———以山東省濟南市為例［J］.農產品質量與安全，2016（3）：67－71.

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