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摘要：
本文以山东省济南市为例，阐述了农业物联网在农业标准化生产、农产品质量安全追溯、农业信息化服务中的应用，分析了济南市农业物联网应用存在的问题，并对今后的发展提出了建议。
关键词：
农业物联网；信息技术；农产品；质量安全
我国农产品质量安全水平不断提升，但问题多发，究其原因，主要是农产品生产到消费供给链条长，影响因素多，单一的控制措施和单一的监管环节难以保障农产品质量安全。而农业物联网技术的发展为实现农产品“从农田到餐桌”的质量追溯体系的建立提供了技术保障[1～4]。2016年中央一号文件提出大力推进“互联网+”现代农业，其核心内容就包括“互联网+农产品质量安全”，即利用移动互联网、大数据、云计算和物联网等新一代信息技术，创新基于互联网平台的现代农业新模式，为全面提升农产品质量安全提供现代信息技术[5]。本文在调查研究山东省济南市“农业物联网”实践应用的基础上，总结经验，提出“农业物联网”发展急需解决的问题，引领物联网在农业上的健康发展，保障农产品质量安全。
一、农业物联网
（一）农业物联网的基本概念
农业物联网是物联网技术在农业领域的应用，是通过应用各种传感器设备和感知技术，采集农业生产、农产品流通以及农作物本体的相关信息，通过无线传感器网络、移动通信无线网和互联网进行信息传输，将获得的海量农业信息进行数据清洗、加工、融合、处理，最终通过智能化操作终端，实现农业产前、产中、产后的过程监管、科学决策和实时服务[6]。
（二）农业物联网的基本构成
农业物联网由信息感知层、信息传输层和信息应用层3层体系构成。信息感知层主要用于识别对象、采集信息。采集信息的设备包括二维码标签和识读器、标签和读写器、摄像头、传感器及传感器网络、全球定位系统和遥感技术等采集物理世界的数据和发生的物理事件。对于农业物联网来说，这一层次要解决的重点问题是感知、识别物体与采集信息，如土壤肥力，作物生长环境参数与苗情长势，空间定位信息，动物个体健康、行为和产能等信息。感知技术是农业物联网的关键，传感器是感知技术的核心[7～8］。近年来，农业传感器技术发展很快，主要包括农业环境传感器和农业动植物本体（生命）信息传感器[9～14]。信息传输层主要用于信息传递和处理，包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心、智能处理中心、专家系统等，其功能类似于人体的神经中枢和大脑[15]。由于农业环境的复杂性，农业物联网中的信息传输不是简单的将现有的通讯技术搬来使用，要根据不同情况选择不同的通讯方式；信息应用层是对传输过来的数据进行处理、融合、应用后，通过制定科学的管理决策，来控制农业生产的过程。由于农业具有生命特性和生态区域性特点，农业物联网应用很难用一种技术或模式解决问题，在实践上一般是面向特定应用领域（大田、设施、果园、畜禽等）的随需而变的物联网应用［16～17］。
（三）物联网在农业上的主要作用
目前我国农业物联网技术成果已经在农业生产、农产品信息追踪与监控及农业信息服务等方面显示出重要作用。
1.农业标准化生产。
采用不同的传感器元件来感应湿度、温度、pH值、土壤肥力以及光照强度、气压、二氧化碳浓度等农作物生长所需的参数，再通过数据处理，自动控制温度环境和灌溉、施肥作业，从而给植物生长提供最佳的生长环境。提高土地的产出率和农业抗御自然灾害的能力，减少面源污染，实现农业生产的标准化、精确化。
2.农产品信息追踪与监控。
近年来，国内食品安全问题多发，主要原因就是农产品从生产到销售缺乏监管，消费者的知情权较少，利用物联网技术建立从生产―加工―运输―销售全过程的监控和追踪系统，确保农产品全程都可被跟踪、监督，则可以将食品安全问题概率降至最低，从而确保农产品的品质和安全。
3.农业智能化信息服务。
农业物联网和大数据、移动互联网等新一代信息技术结合起来，从技术层面建立新型农业信息服务模式。智能农业实现农业生产全过程的信息感知、智能决策、自动控制和精准管理，农业生产要素的配置更加合理化、农业从业者的服务更有针对性、农业生产经营的管理更加科学化，是今后现代农业发展的重要特征和基本方向。“互联网+”集成智能农业技术体系与农村信息服务体系，助力智能农业和农村信息服务大提升。
二、济南市农业物联网技术的应用
农业标准化生产是实现农业现代化的基本前提，是提升农产品质量安全水平、增强农产品市场竞争力的重要保证。应用物联网技术是构建农业标准生产体系、提升农业精准化水平的有效途径，同时也将有助于构建网络化的农产品流通经营体系和现代化的农业智慧管理体系，是实现信息化技术在农业生产、经营、管理、服务等领域普及应用的坚实基础。
（一）济南市农业物联网技术发展思路
济南市在“互联网+农业”融合发展工作意见中指出，按照“政府引导、企业主体、务求实效、分类实施”的原则，深入推进农业物联网示范应用，在大田作物、设施农业、水产养殖、食用菌工厂化生产、农副产品加工等领域实施示范工程。
1.顶层设计，明确方向。
开发济南市农业物联网综合服务平台，推动一批农业物联网技术应用示范项目实施，通过实践逐步规范建设标准，形成“有政策引领、有资金支持、有建设标准、有技术支撑”的示范推广模式，为解决信息化技术在农业生产中的“三高”（投资成本高、人员素质高、规模化程度高）问题提供了强有力的保障。一是以农业新型经营主体为主要载体，开展物联网技术示范项目建设，并在实践的基础上制定农业物联网应用的“数字化、智能化、可控化、精准化”建设标准；二是积极试验推广适于农业生产、方便农民操作的低成本、简便化的“傻瓜”技术应用，确保农民用得起、用得上、有实效；三是在大宗农产品生产中，推广应用节水灌溉、测土配方施肥、农机定位耕种、病虫害远程诊断、质量安全追溯等物联网技术。
2.积极实践，示范引领。
济南市为推动农业科技进步，在农高区建设有“四园一校区”，即现代农业精品园、都市渔业精品园、生态能源示范园、名特优农产品博览园、新型农民培训学校。建成后的园区将具备成果展示推广、名优产品推介、学习体验休闲、科技教育培训等多项功能，逐步壮大成为济南市现代农业快速发展的引航基地。现代农业物联网技术便融汇其中，粮食、蔬菜、渔业等农产品生产销售、质量安全追溯、农民科技培训、市民休闲观光、农业成果推介等环节都会让人感受到“精准、智能、安全、生态、便捷”的现代农业气息。
（二）物联网技术在农业标准化生产中的应用
1.大田信息监测农业物联网。
2015年，济南市济阳县玉皇庙镇2.67hm2农田，开展小麦、玉米“四情”（苗情、墒情、病虫情、灾情）信息监测与智能化，包括农作物信息采集系统、农作物数据接收与传输系统、农作物监测管理系统、农业技术专家支撑系统、农业综合服务系统、农业生产指挥调度系统。利用农业物联网技术降低了农药、化肥的使用，节约了劳动力成本，促进农业增产，降低农业面源污染；通过监测数据，及时掌握小麦生长动态、气侯变化情况以及病虫发生发展趋势，改变了以往监测主要靠人工，费时费力效率低的问题，农业生产从“靠经验”转变为“靠科学”，农业生产指挥调度中心初步实现了远程化、可视化、网络化。
2.设施智慧农业物联网。
山东省农业科学院运用物联网数据系统，建设蔬菜大棚生产环境智能监测控制系统、蔬菜生产信息便携式采集系统、蔬菜生产远程视频系统、有机蔬菜产品质量全程追溯系统。通过实时监测农作物生产环境中的温度、湿度、pH值、光照、土壤养分、二氧化碳浓度等物理量参数，远程监控、精准施策，不仅节约资源、劳动力，更起到了改善产品品质和经济效益的作用；远程视频系统、现场全景漫游、企业秀和产品秀等现代先进信息化技术的应用，可以有助于树立品牌形象，提高社会影响。济南正庄现代农业园以国内外先进技术集成与自主创新技术相结合为原则，创立了当前国内“互联网+现代农业信息化系统”平台，实现了产前、产中、产后全过程精准农业物联网系统管理；山东安信种苗股份有限公司建有国内最大的智能化联栋玻璃育苗温室，将物联网技术引入温室大棚率先投资研发蔬菜集约化育苗物联网智能应用技术，对种苗培育过程及长势进行实时在线动态监测，实现对种苗的“管、控、营”一体化，提高产量，保证质量。山东向阳坡生态农业科技示范园采用“智农云宝”、“智农云端”、“智农云眼”、“智能云品”等系列物联网解决方案，为蔬菜产业实现了粗放式管理向精细化管理转变，农产品质量安全全程追溯和全景漫游的现代化管理。
（三）物联网技术在农产品质量安全追溯中的应用
农业物联网建设蔬菜生产便携式采集系统和生产全程管控及追溯系统，通过实时监控生产信息，规范栽培、采收、分级、包装、发货、销售等各流程环节的操作程序和档案记录，一方面生产者可以随时掌握最新的生产、销售信息，另一方面，消费者也能及时了解农产品生产全过程的信息。山东向阳坡生态农业科技示范园就建立了完成的蔬菜使用安全追溯体系，全力铸就安全、自然、健康的蔬菜品牌。济南市大唐现代农业示范园应用移动互联网、物联网、二维码、无线射频识别等信息技术建立农产品生产、加工、储运到销售的可追溯体系。通过信息采集、数据传输和信息查寻等功能，提供农产品标识信息和生产企业的质量安全信息。以“标准化生产、标识化追溯”为突破口，以二维条码、20位追溯码为载体，实现了网上（在济南市农产品质量安全监管网输入20位追溯码）、二维码扫描等方式的追溯，实现农产品的来源查证、去向追溯与责任定位。通过农业物联网技术的应用实现农产品质量安全追溯，保障农产品质量安全。
（四）物联网技术在农业信息化服务中的应用
济南市移动互联网技术开发了APP手机软件“掌上农机”，逐步实现农机信息精确化、农机管理精准化、农机生产精细化，为农民和机手提供更加及时便捷的信息服务；“农业病虫害远程监控信息系统”包括物联网数据采集监测设备、智能化云计算平台、专家服务平台、系统管理员和服务终端5大部分的系统构架，实现了对设施农业病虫害的实时监控和有效控制。将先进的信息技术手段应用于农业生产、管理、销售及服务整体水平，是农业现代化的重要标志。
三、济南市农业物联网应用存在的问题分析
（一）农业物联网成本问题
农业物联网基础设施建设具有一次性投入大、回报周期长的特点，决定了农业专业合作社、农业企业和基地等生产单位很难单独投入物力、财力用于物联网建设。无论是传感器硬件设备的配置、软件平台的建设，还是控制设备的搭建都需要大量资金的投入。目前，一套物联网设备，因其核心传感器的不同，价格从1万元到几十万元不等，普通的农户无力承担。此外，运行维护费用成本高，缺乏既懂农业技术又懂物联网的复合型人才加大了农业物联网市场推进的难度。
（二）农业物联网产业化程度有待提高
目前我国农业物联网技术应用总体处于试验示范阶段，规模小而分散，农业传感、控制设备等物联网关键技术产品难于实现批量生产，导致产品价格偏高，用户难于接受；农业物联网技术相关产品投放市场前缺乏严格质量检测控制，部分设备暴露在恶劣自然环境下，导致设备稳定性差、故障率高、维护成本高；后续技术服务落后，导致农业物联网产业发展缓慢。
（三）农业物联网技术标准研究与制定滞后
目前我国农业物联网技术标准还很薄弱，相关标准缺失，还没建立完整的农业物联网技术标准体系。信息接口、数据模型及数据交换等没有统一的标准，使得物联网技术在农业领域规范化应用发展受到制约，农业传感器标准化程度不够，可靠性难以保证，难于实现广泛的集成应用；传感网建设缺乏统一的指导规范，多采用自定义传输协议，随意性较大，系统设备之间容易相互冲突和干扰，影响了生产效率，也不利于农业物联网体系建立以及农业大数据的形成；感知数据的融合应用和上层应用系统的开发也没有标准可循，应用系统无法共享数据信息，不利于产业化技术发展[18]。
（四）农业物联网产业体系不完善
农业物联网是一项系统工程，需要产业链上下游各方的协同，也需要主管部门之间的有效统筹。但部门分割、缺乏整合的情况比较突出，这也是制约物联网产业化的一个重大因素。产学研合作不够紧密，科学研究与农业实践需求无缝对接的机制还没有形成。农业物联网技术距离直接服务于农民还有较大差距。以农户为根本，农户、企业、科研机构之间利益紧密结合的产业化体系尚未建立，科技成果产业化进程较慢。
四、促进济南市农业物联网发展的建议
（一）引入社会资本以降低农业物联网成本
目前，仅仅依靠民间资本市场自发投入难以驱动产业发展，必须依靠政府先行引导示范，培育需求。同时引入商业模式，吸引社会多元化资本参与，选择附加值高的领域，注重可持续商业模式的打造和培育，最终形成产业自身的生存发展能力。加速农村土地有序流转，推动农民权益入股，充分发挥土地规模化和集约化的生产效益，通过增加规模效益促进农业对农业物联网新技术的需求从而降低成本。加强原始创新开发低成本、高性能的在线监测技术，研发和生产具有自主知识产权的传感设备和产品，从源头上实现传感器生产成本的降低。
（二）提高农业物联网产业化程度
从产业发展方向和产业链发展思路出发，总体设计农业物联网研发的顶层构架，系统研究农业物联网应用急需解决的共性关键技术难题，鼓励大专院校、科研院所、IT企业等科研力量联合攻关，提高农业物联网科研成果的应用转化水平，真正把农业物联网产业做大做强。研制动植物生命信息感知技术产品，开发适合农村不同地理环境的高通量、低资费的信息通讯技术，支持闭环控制应用的终端技术，提高农业物联网技术产品的经济性、稳定性、适用性、准确性、可靠性。从建立培养机制、激励机制和竞争机制入手加快农业信息化队伍建设，建立信息技术尤其是物联网技术队伍。一方面，培养具有理论基础和实践能力的高层次农业物联网技术人才；另一方面，注重对现有农业物联网技术人员的后续教育和岗前培训。
（三）重视标准制定工作
把农业物联网标准体系建设作为农业物联网建设的重要内容来抓，在制定农业物联网总体发展规划和示范应用过程中，推行标准先行，尤其是在物联网应用的接口、接入与服务、产品设备研发等方面制定与国际接轨的标准体系，使我国拥有国际物联网标准的话语权[19]。由政府主导联合大学、科研院所与应用技术单位共同公关，组建农业物联网工程技术研究中心、农业物联网技术研究院，加快农业物联网标准制定与技术研发。
（四）建立完善的农业物联网产业体系要破解
济南市农业物联网发展存在的困局必须坚持“市场需求主导、政府公益引领、技术融合共享、信息安全有序”的原则，整合当前济南市农业信息化技术应用基础，以“互联网+”为抓手，以科研推广单位为依托，以农业龙头企业、农民合作社、家庭农场、农业示范园区、蔬菜标准园和生态循环农业示范园等新型经营主体为核心，通过顶层设计、项目引领、典型带动，做优存量、做大增量，促进各类信息化技术在现代农业发展中的普及应用，构建农业新型经营体系，培育“互联网+农业”新型行业态势，建立起综合的网络化农业管理体系、精准化农业生产体系、平台化农产品流通体系、信息化农村社会服务体系，提高济南市现代农业信息化水平，推进农业物联网在济南市的发展，保障农产品质量安全。
作者：赵领军 吴兵 赵艳 陈业兵 邓立刚 董燕婕 赵善仓 单位：山东省济南市农业信息中心 山东省农业科学院科研处 山东省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所
本文引用格式：
赵领军，吴兵，赵艳，等.农业物联网在农产品质量安全管理中的应用探讨———以山东省济南市为例［J］.农产品质量与安全，2016（3）：67－71.
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