先進(jìn)國家農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的最新進(jìn)展及對(duì)我國的啟示

李燈華+++李哲敏++許世衛(wèi)++劉念唐

摘要：農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)正在引領(lǐng)農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)生產(chǎn)經(jīng)營模式的變革和升級(jí)，成為改變農(nóng)業(yè)、農(nóng)民、農(nóng)村的新力量。國際上許多發(fā)達(dá)國家正在加速推進(jìn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，產(chǎn)生了很多新型傳感裝備、軟件系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用模式。針對(duì)國際上農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀，分析美國、歐盟、日韓等先進(jìn)國家和地區(qū)在政策戰(zhàn)略、傳感器裝備、軟件系統(tǒng)、農(nóng)戶應(yīng)用和商業(yè)模式等各方面的最新進(jìn)展，并比較它們各自的優(yōu)勢(shì)特色。最后，結(jié)合當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀和遇到的問題，從物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù)研究、傳感器專項(xiàng)研發(fā)、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化模式培育等方面提出具體的建議和對(duì)策。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)；信息技術(shù)；傳感器；發(fā)達(dá)國家；啟示

中圖分類號(hào)： S126文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2016）10-0001-04

收稿日期：2015-11-17

基金項(xiàng)目：國家國際科技合作專項(xiàng)（編號(hào)：2014DFE10220）；農(nóng)業(yè)部創(chuàng)新人才項(xiàng)目；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目（編號(hào)：CAAS-ASTIP-2015-AII-02）。

作者簡(jiǎn)介：[JP2]李燈華（1987—），男，江西九江人，博士，助理研究員，從事農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)預(yù)警、農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究。E-mail：lidenghua@caas.cn。

通信作者：李哲敏，博士，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)業(yè)信息監(jiān)測(cè)、分析與預(yù)警、食物安全研究。E-mail：lizhemin@caas.cn。

[ZK）]

物聯(lián)網(wǎng)作為信息產(chǎn)業(yè)的第3次革命浪潮，正在深遠(yuǎn)地影響社會(huì)生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，成為人們關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)和農(nóng)業(yè)結(jié)合所形成的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)使低效率的傳統(tǒng)生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的智能化生產(chǎn)模式，將有力地推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的發(fā)展。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)正在引領(lǐng)農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)生產(chǎn)經(jīng)營模式的變革和升級(jí)，成為改變農(nóng)業(yè)、農(nóng)民、農(nóng)村的新力量。近年來，國際上許多發(fā)達(dá)國家正在加速推進(jìn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，在信息感知、數(shù)據(jù)處理、技術(shù)應(yīng)用和智能服務(wù)等領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，產(chǎn)生很多新型傳感裝備、軟件系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用模式。

1物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)

1999年，美國麻省理工學(xué)院Auto-ID實(shí)驗(yàn)室首次提出“物聯(lián)網(wǎng)”概念，同年在美國召開的移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國際會(huì)議提出，傳感網(wǎng)是21世紀(jì)人類面臨的重大發(fā)展機(jī)遇[1]。2005年11月，在信息社會(huì)世界峰會(huì)（WSIS）上，國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，正式對(duì)“物聯(lián)網(wǎng)”的概念作出詳細(xì)闡釋。ITU認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)是通過智能傳感器、射頻識(shí)別、激光掃描儀、全球定位系統(tǒng)、遙感等信息傳感設(shè)備及系統(tǒng)和其他基于物物通信模式的短距離無線自組織網(wǎng)絡(luò)，按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種巨大智能網(wǎng)絡(luò)[2]。2013年5月，國際咨詢業(yè)巨頭麥肯錫全球研究所（McKinsey Global）發(fā)布的一則報(bào)告《未來十二項(xiàng)改變世界的科技》將物聯(lián)網(wǎng)列為未來10年會(huì)改變?nèi)蚪?jīng)濟(jì)的12項(xiàng)顛覆性技術(shù)變革之一[3]。過去5年，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)得到爆發(fā)式增長，用于數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、決策制定及流程優(yōu)化的傳感器網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備增長300%[4]。根據(jù)麥肯錫的最新報(bào)告預(yù)測(cè)“物聯(lián)網(wǎng)：超越市場(chǎng)炒作之外的價(jià)值（the internet of things：mapping the value beyond the hype）”，全球物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模可望在2025年以前達(dá)到110 000億美元。目前世界各發(fā)達(dá)國家對(duì)物聯(lián)網(wǎng)都給予了較大投入，以期占據(jù)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所涉及的4個(gè)關(guān)鍵技術(shù)層次（感知層技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)、應(yīng)用層技術(shù)以及共性支撐技術(shù)）中的15個(gè)技術(shù)分支（傳感器技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、二維條碼技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)、無線接入技術(shù)、中間件技術(shù)、云計(jì)算、異構(gòu)網(wǎng)融合技術(shù)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)、資源和存儲(chǔ)管理技術(shù)、智能物流、智能交通、地理空間信息技術(shù)、智能嵌入式技術(shù)、信息安全技術(shù)）中，美國、歐盟、日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展走在世界前列。2013年美國、德國、日本3個(gè)國家在物聯(lián)網(wǎng)傳感器領(lǐng)域的市場(chǎng)占有率達(dá)63.0%，充分掌握市場(chǎng)主導(dǎo)權(quán)。

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)新型信息技術(shù)的需求越來越強(qiáng)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在越來越緊密地滲透進(jìn)入農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，推動(dòng)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是指物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，是通過應(yīng)用各類傳感器設(shè)備和感知技術(shù)，采集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品流通及農(nóng)作物本體的相關(guān)信息，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信無線網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)傳輸信息，將獲取的海量農(nóng)業(yè)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、加工、融合、處理，最后通過智能化操作終端，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的過程監(jiān)控、科學(xué)決策和實(shí)時(shí)服務(wù)[5]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化、自動(dòng)化，告別傳統(tǒng)的低效率人力工作場(chǎng)景，顯著提高農(nóng)業(yè)資源利用率和勞動(dòng)生產(chǎn)率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的跨越式發(fā)展[6]。在農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)方面，物聯(lián)網(wǎng)利用信息采集、分析、處理優(yōu)勢(shì)，對(duì)農(nóng)業(yè)相關(guān)的市場(chǎng)信息進(jìn)行廣泛收集和專業(yè)分析，極大增強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警能力與信息服務(wù)水平，促進(jìn)農(nóng)業(yè)管理實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化，農(nóng)業(yè)管理水平和效率顯著提高。此外，物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、遠(yuǎn)程控制、人工智能等最新技術(shù)結(jié)合并運(yùn)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可打造集信息感[JP2]知、無線傳輸、自動(dòng)控制、智能作業(yè)于一體的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、集約化和智能化的精細(xì)智慧農(nóng)業(yè)。咨詢機(jī)構(gòu)Beecham Research報(bào)告顯示，物聯(lián)網(wǎng)能為世界帶來70%的糧食增產(chǎn)，從而滿足未來全球近百億人口對(duì)糧食的需求。目前，各國紛紛加快信息化步伐，針對(duì)各自國情增大農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展力度，并且在技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用模式等方面取得了較大進(jìn)展。

2先進(jìn)國家農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新及應(yīng)用模式發(fā)展分析

2.1美國

美國農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)方式和生產(chǎn)力水平都處于世界最發(fā)達(dá)之列，是世界上最大的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)國和出口國。美國的經(jīng)濟(jì)實(shí)力使它始終保持農(nóng)業(yè)技術(shù)的領(lǐng)先地位。20世紀(jì)50年代美國就開啟了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化歷程；80年代美國發(fā)展了基于微處理器的計(jì)算機(jī)溫室控制系統(tǒng)，開始將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于智能灌溉和生產(chǎn)管理。在新興技術(shù)領(lǐng)域，美國將物聯(lián)網(wǎng)上升為國家創(chuàng)新戰(zhàn)略的重點(diǎn)之一，正在持續(xù)加大傳感器等核心技術(shù)研發(fā)力度，加快技術(shù)成果應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，謀求在國際競(jìng)爭(zhēng)中的領(lǐng)先位置。先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)是美國先進(jìn)農(nóng)業(yè)的堅(jiān)實(shí)后盾。借助包括物聯(lián)網(wǎng)、微電子、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、信息儲(chǔ)存和處理、人工智能、地理信息系統(tǒng)GIS、遙感技術(shù)RS等現(xiàn)代信息技術(shù)，美國不但持續(xù)地提高農(nóng)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，而且占領(lǐng)了世界農(nóng)業(yè)信息發(fā)布的制高點(diǎn)，特別是在大田耕作農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，注重農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，并創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)效益[7]。

美國政府十分重視對(duì)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化信息技術(shù)的政策扶持，把農(nóng)業(yè)的教育、研究和技術(shù)推廣作為自己的重要職責(zé)，政府專門成立由大學(xué)、政府、技術(shù)推廣部門和農(nóng)民代表組成的農(nóng)業(yè)推廣指導(dǎo)委員會(huì)，為促進(jìn)科研、技術(shù)推廣和實(shí)際應(yīng)用的緊密結(jié)合提供了制度保障[8]。研究顯示，美國大農(nóng)場(chǎng)對(duì)信息技術(shù)的采用率高達(dá)80%[9]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域，美國州立農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣部門設(shè)立了大田觀察點(diǎn)，農(nóng)業(yè)技術(shù)人員周期性在這些觀察點(diǎn)收集和處理溫濕度、病蟲害等大田生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并利用觀察點(diǎn)的計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備，將上述信息數(shù)據(jù)傳送回各州農(nóng)業(yè)部門，農(nóng)業(yè)部門研究審核后發(fā)布和傳遞給本地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)營者。對(duì)利用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)的大田多個(gè)維度的數(shù)據(jù)如空氣、光照、降雨、土壤、作物、設(shè)備、人和圖像進(jìn)行有效提取、加工、分析、處理，就能對(duì)作物未來的生長趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警，從而實(shí)現(xiàn)降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)（天氣狀況如冰雹、臺(tái)風(fēng)等）、提高作物生產(chǎn)效益的目的，美國還高度重視物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的標(biāo)準(zhǔn)化問題。目前，致力于推進(jìn)農(nóng)業(yè)電子商務(wù)發(fā)展和農(nóng)業(yè)信息技術(shù)使用的AgGateway組織和幫助農(nóng)民管理和應(yīng)用數(shù)據(jù)的工程0ADA項(xiàng)目正在合作研究農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化問題，擬建立農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)可操作標(biāo)準(zhǔn)，使任意不同農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能相互識(shí)別、格式兼容、互通互聯(lián)。

除了政府的引導(dǎo)和支持外，民間資本在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)也十分活躍，并展現(xiàn)了旺盛的生命力。美國農(nóng)業(yè)器械供應(yīng)商如約翰迪爾公司（John Deere）、克拉斯（Claas）和凱斯紐荷蘭（CNH Global）都已經(jīng)開始進(jìn)軍物聯(lián)網(wǎng)，并先后投入巨資。美國農(nóng)業(yè)種業(yè)巨頭孟山都公司（Monsanto）近年來將視角瞄準(zhǔn)了農(nóng)業(yè)信息技術(shù)和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，并取得明顯成效。通過收購農(nóng)業(yè)種植技術(shù)開發(fā)公司（Precision Planting Inc.）和意外天氣保險(xiǎn)公司（Climate Corp），孟山都正在朝精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)進(jìn)發(fā)，并且已經(jīng)開始提供用于收集和處理土壤、害蟲、氣候等農(nóng)業(yè)相關(guān)的信息服務(wù)產(chǎn)品，開發(fā)出一系列在線信息服務(wù)工具和高級(jí)農(nóng)藝應(yīng)用App[10]。美國硅谷新型創(chuàng)業(yè)公司FarmLogs公司為農(nóng)戶提供基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的云服務(wù)，客戶覆蓋全美15%的農(nóng)場(chǎng)。目前，F(xiàn)armLogs公司已為自己獲得1 500萬美元的融資。FarmLogs公司讓農(nóng)民通過互聯(lián)網(wǎng)和手機(jī)移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)，把農(nóng)戶耕作方面的數(shù)據(jù)（包括耕種面積、土壤狀況、作物長勢(shì)、氣象數(shù)據(jù)等）上傳到公司研發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)上，公司在平臺(tái)上為農(nóng)場(chǎng)建立信息流通的數(shù)據(jù)庫，如單個(gè)農(nóng)場(chǎng)使用的種子、施肥量、種植方法、環(huán)境因素以及最終的產(chǎn)量等，基于這些數(shù)據(jù)，為農(nóng)戶提供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的信息數(shù)據(jù)和全面透明的視角，從而為農(nóng)戶提高作物的種植效率提供決策支持。硅谷的創(chuàng)業(yè)公司CropX在密蘇里、科羅拉多和堪薩斯州的近2 023.4 hm2農(nóng)田中為農(nóng)戶提供“土壤物聯(lián)網(wǎng)”服務(wù)，產(chǎn)品為探測(cè)土壤參數(shù)的傳感器硬件與幫助農(nóng)戶展示相關(guān)數(shù)據(jù)的軟件組成土壤物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。最重要的傳感器有3個(gè)，分別收集地形、土壤結(jié)構(gòu)和含水量，以決定土壤對(duì)水的需求量。軟件App可以將云端的計(jì)算結(jié)果呈現(xiàn)給用戶，比如灌溉地圖、土壤水分狀況，農(nóng)民也可以通過更改相應(yīng)參數(shù)來計(jì)算不同區(qū)域所需的灌溉量。目前，CropX公司的土壤物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)剛獲得900萬美元A輪融資，產(chǎn)品開發(fā)正向肥料供應(yīng)、作物保護(hù)、播種和收獲預(yù)期等方向擴(kuò)展，應(yīng)用范圍正逐步擴(kuò)張到美國全境。

以傳感器為核心的感知層在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)上處于基礎(chǔ)支撐地位，美國在微型傳感器技術(shù)研發(fā)制備方面處于全球領(lǐng)先地位，基于強(qiáng)大的微電子技術(shù)和精湛的制備工藝，傳感器的感知對(duì)象和監(jiān)測(cè)指標(biāo)日益精細(xì)化。日前，美國科學(xué)家研制出基于葉片水分感知的智能微芯片[11]，將這種輕薄的智能芯片貼在植物葉片上，當(dāng)植物缺水時(shí)，會(huì)發(fā)出報(bào)警聲音信息，同時(shí)向農(nóng)戶的手機(jī)或電腦發(fā)送信息提醒，農(nóng)戶可根據(jù)信息提醒遠(yuǎn)程操控灌溉施肥設(shè)備。試驗(yàn)結(jié)果顯示，此項(xiàng)新型技術(shù)可節(jié)約 10%～40%的灌溉用水量，為農(nóng)戶節(jié)約了大量的成本。美國科學(xué)家Gutierrez等開發(fā)了基于特定離子傳感器的液體肥料注入系統(tǒng)[12]，系統(tǒng)主要包括離子傳感器和智能決策芯片，離子傳感器能在線監(jiān)測(cè)土壤和作物中多種離子（如氯離子、鉀離子和鎘離子等）的濃度，系統(tǒng)根據(jù)所測(cè)量特定離子濃度能自動(dòng)進(jìn)行植物所需營養(yǎng)的診斷和補(bǔ)給。美國1家農(nóng)業(yè)機(jī)械公司開發(fā)1種土壤施肥機(jī)器人系統(tǒng)，通過在田地土壤里布置傳感器，并使其與施肥機(jī)器人上的芯片無線通信連接，可準(zhǔn)確測(cè)量土壤實(shí)時(shí)肥度狀況并精準(zhǔn)施肥，可大大減少施肥量、節(jié)約成本。馬里蘭大學(xué)科學(xué)家研究制備了一種基于納米銀顆粒的表面等離子共振方法的傳感器系統(tǒng)，可以快速便捷、高靈敏度地檢測(cè)食品中的農(nóng)藥殘留[13]。隨著科技發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理過程中對(duì)動(dòng)植物生長發(fā)育狀態(tài)、土壤水肥狀況、重金屬離子濃度、相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境甚至作物全息信息的實(shí)時(shí)獲取技術(shù)和傳感器正在不斷發(fā)展。美國農(nóng)業(yè)傳感器的發(fā)展趨勢(shì)主要為：進(jìn)一步向微型化、智能化方向發(fā)展；嵌入式、可移動(dòng)性趨勢(shì)日益明顯；監(jiān)測(cè)對(duì)象和指標(biāo)進(jìn)一步精準(zhǔn)化；新材料、新原理、新工藝的新型傳感器研發(fā)層出不窮，例如，微納米技術(shù)的發(fā)展不僅為傳感器提供了良好的感知材料，還為傳感器制作提供了許多新穎的方法和技術(shù)，與傳統(tǒng)的傳感器相比，其尺寸小、精度高、功耗低，具有較大的優(yōu)勢(shì)[14-17]。

[HTK]2.2歐盟[HT]

歐洲農(nóng)業(yè)科技?xì)v史久遠(yuǎn)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化效率較高，并不斷應(yīng)用新型現(xiàn)代化技術(shù)。德國不久前提出的互聯(lián)網(wǎng)+制造業(yè)的“工業(yè)4.0”概念，其本質(zhì)上就是新一代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。歐盟重視物聯(lián)網(wǎng)通用定義的細(xì)化和行動(dòng)戰(zhàn)略規(guī)劃的制定，根據(jù)歐盟推出的《2020年物聯(lián)網(wǎng)：未來線路圖》，在2015—2020年計(jì)劃實(shí)現(xiàn)對(duì)所有對(duì)象和標(biāo)簽的編碼，形成統(tǒng)一連接的物聯(lián)網(wǎng)；2020年之后，使任何對(duì)象智能化，形成鏈接人、機(jī)、物一體化的泛在網(wǎng)絡(luò)[18]。此外，歐盟還十分重視技術(shù)突破，早在2009年就重點(diǎn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的識(shí)別技術(shù)、發(fā)現(xiàn)和搜索引擎技術(shù)、通信技術(shù)、軟件和算法、能源存儲(chǔ)技術(shù)等12項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)行全面分析和布局規(guī)劃[19]。近年來，隨著微電子、計(jì)算機(jī)和自[JP2]動(dòng)化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代科技不斷向農(nóng)業(yè)滲透，歐洲一些發(fā)達(dá)國家的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)迅速崛起，形成了一個(gè)強(qiáng)大的支柱產(chǎn)業(yè)。歐盟將“機(jī)器到機(jī)器”（M2M）和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)視為農(nóng)業(yè)部門變革和實(shí)現(xiàn)智能農(nóng)業(yè)愿景的關(guān)鍵因子，并開展了許多國家層次的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目。相比于美國，歐盟更注重農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)效益，更關(guān)注小尺寸農(nóng)田耕作、精準(zhǔn)畜牧農(nóng)業(yè)以及智能漁業(yè)等，更重視技術(shù)的突破和創(chuàng)新。目前，德國、英國、荷蘭、法國等歐洲發(fā)達(dá)國家正在全力助推農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，加大刺激措施，大幅提升技術(shù)演進(jìn)路線和發(fā)展速度。

歐盟對(duì)于精準(zhǔn)禽畜飼養(yǎng)很重視，近年來贊助了多個(gè)項(xiàng)目。法國農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院通過在牛群中安裝傳感器，對(duì)牛的實(shí)時(shí)位置、體質(zhì)量、食物攝入量、甲烷排放量等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，強(qiáng)化對(duì)牲畜行為的研究和分析，使農(nóng)戶們借助計(jì)算機(jī)和移動(dòng)終端獲得農(nóng)場(chǎng)每一頭牛的實(shí)時(shí)信息，這些數(shù)據(jù)包括產(chǎn)奶量、體質(zhì)量、醫(yī)療護(hù)理、健康問題、繁殖等，數(shù)據(jù)用清晰明快的圖表表達(dá)出來，便于農(nóng)戶掌握牲畜生長周期、飼料配比和投放等。2014年，英國劍橋的傳感器及監(jiān)控公司General Alert（GA）進(jìn)入畜禽養(yǎng)殖領(lǐng)域，觀察和研究利用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫提高畜牧生產(chǎn)和牲畜福利。該數(shù)據(jù)庫目前已經(jīng)存儲(chǔ)了數(shù)十億條農(nóng)戶的畜禽養(yǎng)殖數(shù)據(jù)，包括禽舍溫濕度、二氧化碳、氨氣濃度等環(huán)境信息以及畜禽的飲水流量、進(jìn)食率等生活動(dòng)態(tài)信息。英國計(jì)劃在全國范圍內(nèi)部署傳感器網(wǎng)絡(luò)，希望利用畜牧物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供例如口蹄疫等疾病的早期預(yù)警，該疾病曾在2001年給英國帶來巨大的損失。德國大荷蘭人公司利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還開發(fā)了一種全自動(dòng)化的家禽養(yǎng)殖系統(tǒng)BigFarmNet，并在德國和美國的農(nóng)場(chǎng)廣泛應(yīng)用。BigFarmNet通過顏色指示狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示雞的質(zhì)量和增質(zhì)量、每羽雞的飲水量和飼料消耗量、飲水量/飼料消耗量的值和飼料轉(zhuǎn)化率等生產(chǎn)關(guān)鍵指標(biāo)。用戶可以利用BigFarmNet系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)上顯示、分析、處理畜禽生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并能自動(dòng)化控制養(yǎng)殖禽舍內(nèi)氣候環(huán)境。此外，還可以對(duì)飼喂、供水和光照進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)供料、供水、清糞、通風(fēng)、加濕、加熱、收集傳送雞蛋的全自動(dòng)化遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)畜禽農(nóng)場(chǎng)的智能化管理。

荷蘭是溫室園藝種植大國，玻璃溫室占世界25%以上，且大多數(shù)溫室使用計(jì)算機(jī)管理。荷蘭的溫室大棚物聯(lián)網(wǎng)高度發(fā)達(dá)，在計(jì)算機(jī)智能化管理、溫室環(huán)境調(diào)控等方面居世界領(lǐng)先地位，溫室內(nèi)作物生長環(huán)境、狀況、視頻圖像等信息全部由計(jì)算機(jī)監(jiān)控，并且植物種植從基質(zhì)攪拌、裝缽、定植、栽培、施肥到灌溉全部流程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化運(yùn)作。荷蘭普瑞瓦公司為滿足溫室種植項(xiàng)目開發(fā)了一種NutriFit精準(zhǔn)灌溉施肥全智能化控制系統(tǒng)，可基于不同作物生長發(fā)育特點(diǎn)和生長需求對(duì)作物所需求的營養(yǎng)液進(jìn)行自動(dòng)控制，以滿足作物生長發(fā)育的最適要求。NutriFit系統(tǒng)采用土壤測(cè)試儀、電導(dǎo)率測(cè)試筆等傳感儀器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤含水量、酸堿度等數(shù)據(jù)，通過與計(jì)算機(jī)控制中心連接，實(shí)時(shí)分析、處理灌溉施肥數(shù)據(jù)，確定最佳灌溉施肥方案。該水肥一體化智能系統(tǒng)還可通過計(jì)算機(jī)與室外果園內(nèi)的果實(shí)膨大傳感器、土壤養(yǎng)分速測(cè)儀、作物莖稈微變化傳感器連接形成一體化控制系統(tǒng)，例如，通過果實(shí)膨大傳感器測(cè)量判斷植物對(duì)肥力的吸收率；通過作物莖稈微變化傳感器測(cè)量莖稈微判斷植物對(duì)肥力的需求量。系統(tǒng)根據(jù)室外果園傳感器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，從而根據(jù)作物不同生長時(shí)期的需肥特點(diǎn)、土壤環(huán)境和養(yǎng)分含量狀況進(jìn)行差異化精準(zhǔn)施肥和灌溉。

2.3日本和韓國

日本在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的客觀條件方面與我國有相似之處，如山地較多、人多地少和小規(guī)模經(jīng)營等。然而，日本實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，而且農(nóng)業(yè)整體生產(chǎn)達(dá)到世界先進(jìn)水平。日本在發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)過程中不斷進(jìn)行創(chuàng)新和完善，注重從技術(shù)引進(jìn)轉(zhuǎn)向自主開發(fā)，一直重點(diǎn)發(fā)展高新技術(shù)，形成獨(dú)具特色的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)體系[20]。日本科技創(chuàng)新使日本經(jīng)濟(jì)和社會(huì)其他各領(lǐng)域得到巨大飛躍，其中信息技術(shù)是日本著力發(fā)展的重要領(lǐng)域。日本高度重視農(nóng)業(yè)科技成果的轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用，農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化率高達(dá)75%以上[21]。作為日本農(nóng)業(yè)信息技術(shù)化的重要一環(huán)，日本政府大力推動(dòng)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)戶中推廣應(yīng)用，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)和推廣應(yīng)用方面投入巨大的資金扶持，使50%以上的農(nóng)戶選擇使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以解決農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力不足和老齡化問題。日本政府還計(jì)劃打造基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)用機(jī)器人，預(yù)計(jì)未來5年形成市場(chǎng)規(guī)模達(dá)50億日元的農(nóng)業(yè)新型產(chǎn)業(yè)，使農(nóng)業(yè)云技術(shù)運(yùn)用率達(dá)75%[22]。近年來，除了政府部門對(duì)物聯(lián)網(wǎng)推廣應(yīng)用的大力推動(dòng)，日本一些大型企業(yè)如日本電信（NEC）、富士通等大型企業(yè)的信息部門在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)上發(fā)揮重要作用。NEC公司與三井物產(chǎn)等傳統(tǒng)農(nóng)用品企業(yè)合作，在都市農(nóng)業(yè)領(lǐng)域開發(fā)設(shè)施園藝種植物聯(lián)網(wǎng)解決方案，在農(nóng)戶的都市大棚內(nèi)安裝空氣、土壤、照度等傳感器，定期自動(dòng)收集農(nóng)戶數(shù)據(jù)并傳送至NEC的云服務(wù)器上。系統(tǒng)還具備種植日志功能，把種植數(shù)據(jù)分析整理之后生成分析結(jié)果，再反饋給農(nóng)戶與經(jīng)營者，在用戶之間共享。經(jīng)過使用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，農(nóng)戶可在管理終端實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)作物生產(chǎn)的監(jiān)控、確認(rèn)和管理，同時(shí)結(jié)合市場(chǎng)管理系統(tǒng)，形成產(chǎn)銷整體的監(jiān)控，工作量較使用前減少一半，大幅度提高管理效率，使用意愿較高[23]。

早在2004年韓國就制定了u-Korea計(jì)劃，將物聯(lián)網(wǎng)作為三大基礎(chǔ)建設(shè)重點(diǎn)之一。自2010年之后，韓國政府從訂立綜合型的戰(zhàn)略計(jì)劃轉(zhuǎn)向重點(diǎn)扶持特定的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。韓國在通信、顯示成像等技術(shù)方面已具備全球化的競(jìng)爭(zhēng)力，但傳感器方面遜色于美國、日本、德國等國家。為加強(qiáng)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力，[JP2]韓國政府自2015年起，著手推動(dòng)尖端傳感器培育事業(yè)，計(jì)劃未來6年投資1.3億美元，籌備組建物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)，研發(fā)極具潛力的先進(jìn)傳感器[24]。和日本一樣，韓國也十分重視農(nóng)業(yè)科技的信息化應(yīng)用。韓國建立了農(nóng)產(chǎn)品遠(yuǎn)程管理咨詢系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)雙向多媒體信息交換，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村振興廳專家和農(nóng)場(chǎng)主之間實(shí)時(shí)無障礙交流；韓國的溫室自動(dòng)化控制系統(tǒng)與農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)自然環(huán)境、緊急環(huán)境信息系統(tǒng)也非常先進(jìn)。此外，除了美國、歐盟、日韓之外，以色列的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也高度發(fā)達(dá)。以色列屬于嚴(yán)重缺水國，人均水資源占有量不足400 m3，然而卻在貧瘠的資源上創(chuàng)造出了“農(nóng)業(yè)奇跡”。以色列用光熱資源的優(yōu)勢(shì)和節(jié)水灌溉技術(shù)在沙漠中建立了大量的植物工廠，通過傳感器和計(jì)算模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、自動(dòng)灌溉和智能控制，在植物本體傳感器的生產(chǎn)制造、示范應(yīng)用方面具有世界先進(jìn)水平和大量自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。通過先進(jìn)智能化技術(shù)的運(yùn)用，以色列用短短的幾十年時(shí)間在資源匱乏的沙漠上成為全球水果、蔬菜、鮮花重要出口國，發(fā)展成全球高科技現(xiàn)代農(nóng)業(yè)之國。

3發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對(duì)我國的啟示

發(fā)達(dá)國家在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展，“他山之石，可以攻玉”，借鑒國際先進(jìn)水平，認(rèn)清我國的差距和優(yōu)勢(shì)，結(jié)合我國的實(shí)際情況，大力發(fā)展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，培育先進(jìn)的商業(yè)化模式，為我國加速實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化服務(wù)。（1）注重基礎(chǔ)技術(shù)，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)傳感器專項(xiàng)研發(fā)。以傳感器為核心的感知層在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)上處于基礎(chǔ)支撐地位，國際上美歐日韓等發(fā)達(dá)國家在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中非常重視基礎(chǔ)技術(shù)的研發(fā)，尤其是傳感器技術(shù)的研發(fā)，并投入大量支持經(jīng)費(fèi)，正因如此，發(fā)達(dá)國家才能掌握關(guān)鍵核心技術(shù)，引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。美、德、以色列等國研發(fā)的農(nóng)業(yè)專用新型傳感器不斷涌現(xiàn)，如各類別的土壤傳感器、氣體傳感器、植物生理生態(tài)傳感器、動(dòng)物生理傳感器、食品檢測(cè)傳感器、便攜式傳感器等，并牢牢占據(jù)了國際市場(chǎng)份額。由于傳感器的原創(chuàng)研發(fā)技術(shù)進(jìn)入門檻較高，目前我國產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的傳感器絕大多數(shù)依賴進(jìn)口，少部分國產(chǎn)傳感器所需的核心部件也從國外進(jìn)口，核心芯片的價(jià)格由國外廠商控制，極大削弱了我國物聯(lián)網(wǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。因此，借鑒國際經(jīng)驗(yàn)，我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須在物聯(lián)網(wǎng)傳感器和核心芯片的原始創(chuàng)新方面應(yīng)給予足夠的重視，加大農(nóng)業(yè)專用傳感器的研發(fā)力度，篩選出預(yù)估將出現(xiàn)高成長高市場(chǎng)應(yīng)用前景的具體領(lǐng)域，集中進(jìn)行專項(xiàng)研發(fā)及試點(diǎn)推廣應(yīng)用。（2）重視標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，加快農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)修訂。由于農(nóng)業(yè)應(yīng)用對(duì)象復(fù)雜，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)龐大，涵蓋了農(nóng)業(yè)信息獲取與傳感器監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸與網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)融合與處理、自動(dòng)化控制決策等較廣范圍，必然涉及各種網(wǎng)絡(luò)制式、傳感器設(shè)備接口、行業(yè)接口、異構(gòu)數(shù)據(jù)交匯等問題，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的成功運(yùn)行只有形成統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，才能達(dá)到“萬物相連”和大數(shù)據(jù)應(yīng)用的目的。國際上歐美等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)都高度重視物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制定，形成了有國際影響力的標(biāo)準(zhǔn)體系，如IEEE、EPC global、ETSI M2M、ITU-T等，涵蓋了M2M通信、標(biāo)簽數(shù)據(jù)、空中接口、無線傳感網(wǎng)等。我國在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定方面較為分散，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)比較混亂，缺乏統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)，制約了我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。因此，一方面我國必須加快組織農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究與修訂工作，縮短行業(yè)達(dá)成共識(shí)的時(shí)間，統(tǒng)一農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和接口標(biāo)準(zhǔn)，掌握物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)市場(chǎng)的控制權(quán)；另一方面，加強(qiáng)國際合作，積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)工作，借鑒和引進(jìn)國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，占領(lǐng)國際物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)制高點(diǎn)。（3）引導(dǎo)多類型資本投入，培育全產(chǎn)業(yè)鏈共贏的商業(yè)模式。歐美等國家和地區(qū)非常重視農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，將高新技術(shù)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益。美國對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的資金投入除了以政府投入為主外，社會(huì)資本也非常活躍，比如，投資農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的社會(huì)資本囊括Google下屬的Innovation Endeavors風(fēng)投公司和專注于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域投資的Finistere Ventures等各大投資公司。國外社會(huì)資本的活躍得益于上下游產(chǎn)業(yè)鏈合作關(guān)系和成熟商業(yè)模式的構(gòu)建。我國在著力開展物聯(lián)網(wǎng)核心關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)的同時(shí)，也應(yīng)高度重視應(yīng)用商業(yè)模式的開發(fā)，加強(qiáng)商業(yè)模式產(chǎn)業(yè)鏈的頂層設(shè)計(jì)，建立農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。打造一條從農(nóng)機(jī)裝備生產(chǎn)商、M2M技術(shù)供應(yīng)商、軟件決策支持系統(tǒng)到農(nóng)業(yè)細(xì)分領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)供應(yīng)商的農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈，探索建立互利共贏的商業(yè)模式。進(jìn)一步引導(dǎo)農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)、超市或金融機(jī)構(gòu)等投資人入股農(nóng)企，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)之間在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的融合應(yīng)用和模式創(chuàng)新，使物聯(lián)網(wǎng)真正成為促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的科技動(dòng)力。（4）適度擴(kuò)大經(jīng)營規(guī)模，為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施創(chuàng)造積極條件。美國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營單位主要由家庭農(nóng)場(chǎng)和合伙制或股份制農(nóng)場(chǎng)組成，按股份公司原則來經(jīng)營，體現(xiàn)出比較明顯的規(guī)模經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。我國農(nóng)業(yè)山地較多、人多地少和小規(guī)模經(jīng)營的特征比較明顯，小規(guī)模經(jīng)營阻礙了大規(guī)模機(jī)械化的使用，同時(shí)也使以物聯(lián)網(wǎng)為代表的新興信息技術(shù)的進(jìn)入門檻較高，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的提升。應(yīng)積極引導(dǎo)擴(kuò)大農(nóng)業(yè)種植規(guī)模，集中連片的大面積耕地，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度和新技術(shù)采用率，增強(qiáng)種植的專業(yè)化水平和土地產(chǎn)出率。以更大力度創(chuàng)新經(jīng)營體制，鼓勵(lì)家庭農(nóng)場(chǎng)的經(jīng)營模式，積極試點(diǎn)股份制農(nóng)場(chǎng)公司模式，實(shí)行企業(yè)化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化的管理與服務(wù)。通過多種形式的適度規(guī)模經(jīng)營，農(nóng)戶收入存在土地流轉(zhuǎn)、土地出租、入股合作社、農(nóng)場(chǎng)打工等多種形式，有利于農(nóng)民收入的提高。通過適度規(guī)模經(jīng)營，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用成為助推我國農(nóng)業(yè)全面跨越式發(fā)展的新引擎。

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