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物联网技术助力农业产业链驶向“蓝海”
作者：季宸东 Frost&Sullivan公司分析师
来源：中国科技财富
日期：2011-06-13 11:07:11
摘要：随着物联网时代的到来，我国农业有望通过与物联网技术的融合，逐步实现农业的现代化转型和产业链升级。
2010年8月，无锡市洛社镇张皋庄物联网农业示范区内的南瓜、冬瓜、西红柿、空心菜等瓜果蔬菜喜获丰收。该物联网农业示范区依托电信网络和IDC(Internet Data Center)托管等服务支撑，利用物联网技术，通过温度传感器使农民随时了解植物的生长温度，调节湿度传感器显示空气湿度，而光照传感器的数据可以让农民快速了解各时间、各地块的光照情况，参照植物所需要的最佳生长环境标准进行调节，使植物生长处于全程监控之中。通过智能化的作物管理，该示范区内的瓜果蔬菜不仅个头大，营养价值也很高。
张皋庄物联网农业示范区的成功实践表明，中国农业要走出传统粗放式经营的“红海”，探寻精细化经营的“蓝海”，离不开农业技术的创新。随着物联网时代的到来，我国农业有望通过与物联网技术的融合，逐步实现农业的现代化转型和产业链升级。
传统农业产业已陷入“红海”
纵观世界农业的发展历史，农业产业链最早产生于19 世纪50 年代的美国，之后迅速传入西欧、日本、加拿大等发达国家，充分显示了农业产业链给农业乃至整个国民经济带来的积极作用。
所谓农业产业链是指与农业初级产品生产密切相关、具有关联关系的产业所组成的结构。根据农业生产的时间顺序，农业产业链可分为为农业生产做准备的科研、农资等前期产业部门，农作物种植、畜禽饲养等中间产业部门和以农产品(16.20,-0.28,-1.70%)为原料的加工业、储存、运输、销售等后期产业部门。同时，可根据农业生产的关联顺序分为五个环节：生产资料生产→农产品种养→农产品加工→农产品流通→农产品消费。
近50年来，中国农业走过了一条高投入、高产出、高速度和高资源环境代价的道路。目前，我国农业水平和以生产效率高、经济效益好、技术密集与可持续发展等为主要标志的现代农业相比，存在较大的差距。整个农业产业链的现状是“两高两低”，即：产量高、消耗高、效率低、品质低。
生产资料生产环节的可持续发展能力弱。
在科研、农资等生产资料生产环节，可持续发展技术水平不高，重复建设严重。例如，除草剂、塑料薄膜等给农业生产带来短期效益的同时也造成土壤板结、明显酸化、养分减少等恶果。俗话说“庄稼一支花，全靠肥当家”，化肥等土壤肥料的过度使用不仅提高了农民的种植成本，而且导致农用物资的利用率降低。据测算，我国农业生产化肥利用效率仅为35%，有65%左右的化肥被白白浪费。
农产品种养环节的生产经营模式粗放。
中国工程院院士汪懋华指出，由于耕地环境质量问题严重，经营规模小，集约化、规模化、机械化、标准化生产水平低等因素，使我国农业一直持续粗放式增长。千百年来的农业生产，都是以地区或田块为基础，在区域或田块的尺度上，把耕地看作是具有均匀生长条件的对象进行管理，在区域尺度上进行品种选择、土肥检测。实际上，即使在同一农田内，地表上下也存在影响农作物生长条件和产量的明显时空分布差异。据统计，农业的粗放式经营造成我国劳动生率极为低下，我国每个劳动力平均只能生产粮食1,320kg，仅够养活1.66个人。而美国，每个农业劳动力生产粮食为11,746kg，可以养活83.6个人；在德国，2%-3%的人口就养活了整个国家。
农产品加工环节的产品附加值较低。
中国农产品主要是以初级产品的形式进入国内外市场，资源消耗高，产品附加值低，经济效益差。对农业产业链影响最大的是农产品加工业，目前中国农产品下游产业发展滞后，大量的农产品没有经过精加工和深加工就进入市场，没有实现相应的附加价值，农民和农业企业处于国际农业产业链“微笑曲线”的中低端，自动化程度非常低。
农产品流通环节的运行效率低下。
由于受环境条件和存储要求的限制，农产品流通环节的交易成本居高不下，严重影响了流通各环节的效率。例如，因缺乏技术含量较高的产业配套和链接，加之中间环节较多，导致农产品运输、储藏、销售中的腐烂浪费损失严重。据统计，发达国家食品和鲜活农产品的冷藏运输率达到80%-90%，中国仅有10%左右；发达国家的鲜活农产品损耗率在5%左右，而我国高达25%，每年我国农产品的损耗约700-900亿元人民币。如果有针对性地开发相应的技术体系，完全有可能把损耗降下来，平均每位农民可望增收100元。
农产品消费环节的安全问题层出不穷。
目前我国农产品安全问题层出不穷，产业链风险几近失控。从2008年受三聚氰胺污染的“毒奶粉”事件到2011年河南“瘦肉精事件”，无不凸显出农产品安全问题的危害性、严重性和广泛性。究其原因，从育种到初级产品再到加工，农业产业链的各环节都伴随着严重的资源浪费与环境污染，加上农业分散落后的经营方式，不能有效地形成完整可追溯的农业安全产业链，导致对全民的安全健康造成伤害。
西方正加速农业技术创新
西方各国均把大力推进科技进步和创新作为优化农业产业链，促进农业发展的战略举措。从农业生产要素角度来看，国际农业发展方式可分为：一是美国和俄罗斯等人少地多的国家，大力发展以机械技术为依托的劳动力替代技术，走劳动力节约的发展道路；二是日本和荷兰等人多地少的国家，大力发展资源替代技术，利用生物、化学技术弥补土地的不足，走资源节约的道路；三是英国和德国等人地比例中等的国家，既用机械替代劳动力，也用生物、化学技术弥补土地的不足，走综合提高土地生产率和劳动生产率的道路。
无论哪种发展形式，各国无一例外地把科技进步和创新作为提高农业产业链竞争力水平的重要战略，采取一系列积极有效的政策措施积极推进。自2009年美国总统奥巴马将“物联网”提升为美国的国家战略方向后，以射频识别(RFID)、传感器、二维码、网络互连和智能信息处理为代表的物联网技术正加速应用于西方农业生产领域。
党的十七届三中全会通过的《中共中央关于推进农村改革发展若干重大问题的决定》强调，要想在愈益变小的资源空间上生产出越来越多和越来越好的农产品，就必须依靠农业科技进步与创新。只有通过不断的科技进步，才能提高土地产出率、资源利用率和劳动生产率，增强农业抗风险能力、国际竞争能力和可持续发展能力。
研究和实践也表明，现代经济竞争已不是单个生产环节和单独产品的竞争，而更多地表现在整个产业链之间的竞争。中国农业的发展应从产业链角度来提升竞争力，这就需要借助科技对农业全产业链进行升级转型。
物联网助力农业驶向“蓝海”
2009年11月，温家宝总理提出，要着力突破传感网、物联网关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的“发动机”。这拉开了全面建设中国物联网的序幕，也为物联网在农业领域的应用提供了契机和动力，现代农业可望迎来新的春天。
物联网(The Internet of Things)是通过各种信息传感设备，如传感器、RFID、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个庞大网络。
物流网不是一项全新的技术，而是在计算机、通讯技术、传感技术、网络技术以及信息处理技术发展到今天而产生的集成性创新技术。农业物联网核心是通过物联网技术实现农产品生产、加工、流通和消费等信息的获取，通过智能农业信息技术实现农业生产的基本要素与农作物栽培管理、畜禽饲养、施肥、植保及农民教育相结合，提升农业生产、管理、交易、物流等环节智能化程度。
实现生产资料生产环节智能化
利用智能传感器可实现农业生产环境信息的实时采集，组织智能物联网可以对采集数据进行远程实时报送。采用不同的传感器节点构成无线网络来测量土壤湿度、土壤成分、pH 值、降水量、温度、空气湿度、气压、光照度和CO2浓度等物理量参数，同时将生物信息获取方法应用于无线传感器节点，通过各种仪器、仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，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，还可以提高水资源、化肥等农业投入品的利用率和产出率，从而实现生产资料生产的智能化、科学化及集约化。
实现农产品种养环节精细化
精细农业(Precision Agriculture)是利用3S，即全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、遥感(RS)的差异对地块水平精确到平方厘米的一整套综合农业管理技术，实现农田操作的自动指挥和控制。在土壤检测阶段，通过采用高精度土壤温湿度传感器，依据土壤墒情和作物用水次第施行精准灌溉，不但能有效提高农业灌溉用水使用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，并且为作物提供了更好的生长环境，充分发挥现有节水设施的作用，优化调度，提高效益，使灌溉更加简约有效；在环境监测阶段，有线或无线网络可以将温室内温度、湿度、光照度、土壤含水量等数据传递给数据处理系统，如果传感器上报的参数超标，系统将出现阈值(Threshold Value)告警，并自动控制相关设备进行智能调节。
实现农产品加工环节自动化
物联网技术将进一步渗透到农产品的深加工技术与设备中，使农产品的深加工设备朝着自动化和智能化方向发展。在品质分级阶段，计算机视觉和图像识别技术可用于农产品的品质自动识别和分级方面，如种蛋、谷粒表面裂纹检测。梨、苹果等农产品表面缺陷和损伤的检测。根据大小、形状和颜色对黄瓜、土豆、苹果、玉米和辣椒等果蔬进行自动分级，从而实现农产品加工过程的自动远程控制，实现降低成本、提高生产效率和产品品质的目标。
实现农产品流通环节信息化
在农产品运输阶段，可对运输车辆进行位置信息查询和视频监控，及时了解车厢内外的情况和调整车厢内温湿度。还可对车辆进行防盗处理，一旦发现车锁被撬或车辆出现异常，自动进行报警。在存储阶段，通过将粮库内温湿度变化的感知与计算机或手机的连接进行实时观察，记录现场情况以保证粮库内的温湿度平衡，为粮食的安全运送和存储保驾护航。在农产品销售阶段，农产品可以实现网络展示于交易，瞬间完成信息流、资金流和实物流的交易，农产品电子商务已不再仅仅是产品供求交易的操作平台，而是前延至产前订单，后续至流通配送等一体化的综合平台，即紧紧围绕产业链环节，在信息化管理的平台上实现信息共享、管理对接和功能配套。
实现农产品消费环节可溯化
由集成应用电子标签、条码、传感器网络、移动通信网络和计算机网络等构建农产品和食品追溯系统，可实现农产品质量跟踪、溯源和可视数字化管理，即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，及农产品安全信息在不同供应链主体之间进行无缝衔接，大大提高了农产品质量。消费者购物时，只需根据商家提供的EPC(产品电子代码)标签，就可以通过电脑、手机、电话及扫描查询机等各种终端设备快捷方便地查询到农产品从原料供应、生产、加工、流通到消费整个过程的信息(见图2)，从而作出适当的购买决策，满足了消费者的安全权、知情权、选择权和监督权。
展望未来，国家和政府已经明确提出了发展物联网“感知中国”的宏伟战略目标，这也为构建农业物联网“感知农业”指明了方向。物联网在农业上的应用必将越来越广泛和重要，一批关键农业信息感知技术和新兴产业培育问题也可望实现突破。预计未来物联网技术在农业领域的重点是朝着低成本、可靠性、节能型、智能化和环境友好型等五大方向发展。
应用物联网技术是现代农业发展的需要，也是衡量现代农业发展水平的一个重要标志。随着今后农业物联网技术的不断成熟和普及，预计物联网技术对农业增加值的贡献率将从2010年的17%增长到2015年的28%左右。物联网技术源源不断产出的技术成果，为农业的全产业链升级提供了必要的技术手段，将不断提升农业的竞争力。
张皋庄物联网农业示范区的成功实践表明，中国农业要走出传统粗放式经营的“红海”，探寻精细化经营的“蓝海”，离不开农业技术的创新。随着物联网时代的到来，我国农业有望通过与物联网技术的融合，逐步实现农业的现代化转型和产业链升级。
传统农业产业已陷入“红海”
纵观世界农业的发展历史，农业产业链最早产生于19 世纪50 年代的美国，之后迅速传入西欧、日本、加拿大等发达国家，充分显示了农业产业链给农业乃至整个国民经济带来的积极作用。
所谓农业产业链是指与农业初级产品生产密切相关、具有关联关系的产业所组成的结构。根据农业生产的时间顺序，农业产业链可分为为农业生产做准备的科研、农资等前期产业部门，农作物种植、畜禽饲养等中间产业部门和以农产品(16.20,-0.28,-1.70%)为原料的加工业、储存、运输、销售等后期产业部门。同时，可根据农业生产的关联顺序分为五个环节：生产资料生产→农产品种养→农产品加工→农产品流通→农产品消费。
近50年来，中国农业走过了一条高投入、高产出、高速度和高资源环境代价的道路。目前，我国农业水平和以生产效率高、经济效益好、技术密集与可持续发展等为主要标志的现代农业相比，存在较大的差距。整个农业产业链的现状是“两高两低”，即：产量高、消耗高、效率低、品质低。
生产资料生产环节的可持续发展能力弱。
在科研、农资等生产资料生产环节，可持续发展技术水平不高，重复建设严重。例如，除草剂、塑料薄膜等给农业生产带来短期效益的同时也造成土壤板结、明显酸化、养分减少等恶果。俗话说“庄稼一支花，全靠肥当家”，化肥等土壤肥料的过度使用不仅提高了农民的种植成本，而且导致农用物资的利用率降低。据测算，我国农业生产化肥利用效率仅为35%，有65%左右的化肥被白白浪费。
农产品种养环节的生产经营模式粗放。
中国工程院院士汪懋华指出，由于耕地环境质量问题严重，经营规模小，集约化、规模化、机械化、标准化生产水平低等因素，使我国农业一直持续粗放式增长。千百年来的农业生产，都是以地区或田块为基础，在区域或田块的尺度上，把耕地看作是具有均匀生长条件的对象进行管理，在区域尺度上进行品种选择、土肥检测。实际上，即使在同一农田内，地表上下也存在影响农作物生长条件和产量的明显时空分布差异。据统计，农业的粗放式经营造成我国劳动生率极为低下，我国每个劳动力平均只能生产粮食1,320kg，仅够养活1.66个人。而美国，每个农业劳动力生产粮食为11,746kg，可以养活83.6个人；在德国，2%-3%的人口就养活了整个国家。
农产品加工环节的产品附加值较低。
中国农产品主要是以初级产品的形式进入国内外市场，资源消耗高，产品附加值低，经济效益差。对农业产业链影响最大的是农产品加工业，目前中国农产品下游产业发展滞后，大量的农产品没有经过精加工和深加工就进入市场，没有实现相应的附加价值，农民和农业企业处于国际农业产业链“微笑曲线”的中低端，自动化程度非常低。
农产品流通环节的运行效率低下。
由于受环境条件和存储要求的限制，农产品流通环节的交易成本居高不下，严重影响了流通各环节的效率。例如，因缺乏技术含量较高的产业配套和链接，加之中间环节较多，导致农产品运输、储藏、销售中的腐烂浪费损失严重。据统计，发达国家食品和鲜活农产品的冷藏运输率达到80%-90%，中国仅有10%左右；发达国家的鲜活农产品损耗率在5%左右，而我国高达25%，每年我国农产品的损耗约700-900亿元人民币。如果有针对性地开发相应的技术体系，完全有可能把损耗降下来，平均每位农民可望增收100元。
农产品消费环节的安全问题层出不穷。
目前我国农产品安全问题层出不穷，产业链风险几近失控。从2008年受三聚氰胺污染的“毒奶粉”事件到2011年河南“瘦肉精事件”，无不凸显出农产品安全问题的危害性、严重性和广泛性。究其原因，从育种到初级产品再到加工，农业产业链的各环节都伴随着严重的资源浪费与环境污染，加上农业分散落后的经营方式，不能有效地形成完整可追溯的农业安全产业链，导致对全民的安全健康造成伤害。
西方正加速农业技术创新
西方各国均把大力推进科技进步和创新作为优化农业产业链，促进农业发展的战略举措。从农业生产要素角度来看，国际农业发展方式可分为：一是美国和俄罗斯等人少地多的国家，大力发展以机械技术为依托的劳动力替代技术，走劳动力节约的发展道路；二是日本和荷兰等人多地少的国家，大力发展资源替代技术，利用生物、化学技术弥补土地的不足，走资源节约的道路；三是英国和德国等人地比例中等的国家，既用机械替代劳动力，也用生物、化学技术弥补土地的不足，走综合提高土地生产率和劳动生产率的道路。
无论哪种发展形式，各国无一例外地把科技进步和创新作为提高农业产业链竞争力水平的重要战略，采取一系列积极有效的政策措施积极推进。自2009年美国总统奥巴马将“物联网”提升为美国的国家战略方向后，以射频识别(RFID)、传感器、二维码、网络互连和智能信息处理为代表的物联网技术正加速应用于西方农业生产领域。
党的十七届三中全会通过的《中共中央关于推进农村改革发展若干重大问题的决定》强调，要想在愈益变小的资源空间上生产出越来越多和越来越好的农产品，就必须依靠农业科技进步与创新。只有通过不断的科技进步，才能提高土地产出率、资源利用率和劳动生产率，增强农业抗风险能力、国际竞争能力和可持续发展能力。
研究和实践也表明，现代经济竞争已不是单个生产环节和单独产品的竞争，而更多地表现在整个产业链之间的竞争。中国农业的发展应从产业链角度来提升竞争力，这就需要借助科技对农业全产业链进行升级转型。
物联网助力农业驶向“蓝海”
2009年11月，温家宝总理提出，要着力突破传感网、物联网关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级、迈向信息社会的“发动机”。这拉开了全面建设中国物联网的序幕，也为物联网在农业领域的应用提供了契机和动力，现代农业可望迎来新的春天。
物联网(The Internet of Things)是通过各种信息传感设备，如传感器、RFID、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个庞大网络。
物流网不是一项全新的技术，而是在计算机、通讯技术、传感技术、网络技术以及信息处理技术发展到今天而产生的集成性创新技术。农业物联网核心是通过物联网技术实现农产品生产、加工、流通和消费等信息的获取，通过智能农业信息技术实现农业生产的基本要素与农作物栽培管理、畜禽饲养、施肥、植保及农民教育相结合，提升农业生产、管理、交易、物流等环节智能化程度。
实现生产资料生产环节智能化
利用智能传感器可实现农业生产环境信息的实时采集，组织智能物联网可以对采集数据进行远程实时报送。采用不同的传感器节点构成无线网络来测量土壤湿度、土壤成分、pH 值、降水量、温度、空气湿度、气压、光照度和CO2浓度等物理量参数，同时将生物信息获取方法应用于无线传感器节点，通过各种仪器、仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，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，还可以提高水资源、化肥等农业投入品的利用率和产出率，从而实现生产资料生产的智能化、科学化及集约化。
实现农产品种养环节精细化
精细农业(Precision Agriculture)是利用3S，即全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、遥感(RS)的差异对地块水平精确到平方厘米的一整套综合农业管理技术，实现农田操作的自动指挥和控制。在土壤检测阶段，通过采用高精度土壤温湿度传感器，依据土壤墒情和作物用水次第施行精准灌溉，不但能有效提高农业灌溉用水使用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，并且为作物提供了更好的生长环境，充分发挥现有节水设施的作用，优化调度，提高效益，使灌溉更加简约有效；在环境监测阶段，有线或无线网络可以将温室内温度、湿度、光照度、土壤含水量等数据传递给数据处理系统，如果传感器上报的参数超标，系统将出现阈值(Threshold Value)告警，并自动控制相关设备进行智能调节。
实现农产品加工环节自动化
物联网技术将进一步渗透到农产品的深加工技术与设备中，使农产品的深加工设备朝着自动化和智能化方向发展。在品质分级阶段，计算机视觉和图像识别技术可用于农产品的品质自动识别和分级方面，如种蛋、谷粒表面裂纹检测。梨、苹果等农产品表面缺陷和损伤的检测。根据大小、形状和颜色对黄瓜、土豆、苹果、玉米和辣椒等果蔬进行自动分级，从而实现农产品加工过程的自动远程控制，实现降低成本、提高生产效率和产品品质的目标。
实现农产品流通环节信息化
在农产品运输阶段，可对运输车辆进行位置信息查询和视频监控，及时了解车厢内外的情况和调整车厢内温湿度。还可对车辆进行防盗处理，一旦发现车锁被撬或车辆出现异常，自动进行报警。在存储阶段，通过将粮库内温湿度变化的感知与计算机或手机的连接进行实时观察，记录现场情况以保证粮库内的温湿度平衡，为粮食的安全运送和存储保驾护航。在农产品销售阶段，农产品可以实现网络展示于交易，瞬间完成信息流、资金流和实物流的交易，农产品电子商务已不再仅仅是产品供求交易的操作平台，而是前延至产前订单，后续至流通配送等一体化的综合平台，即紧紧围绕产业链环节，在信息化管理的平台上实现信息共享、管理对接和功能配套。
实现农产品消费环节可溯化
由集成应用电子标签、条码、传感器网络、移动通信网络和计算机网络等构建农产品和食品追溯系统，可实现农产品质量跟踪、溯源和可视数字化管理，即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，及农产品安全信息在不同供应链主体之间进行无缝衔接，大大提高了农产品质量。消费者购物时，只需根据商家提供的EPC(产品电子代码)标签，就可以通过电脑、手机、电话及扫描查询机等各种终端设备快捷方便地查询到农产品从原料供应、生产、加工、流通到消费整个过程的信息(见图2)，从而作出适当的购买决策，满足了消费者的安全权、知情权、选择权和监督权。
展望未来，国家和政府已经明确提出了发展物联网“感知中国”的宏伟战略目标，这也为构建农业物联网“感知农业”指明了方向。物联网在农业上的应用必将越来越广泛和重要，一批关键农业信息感知技术和新兴产业培育问题也可望实现突破。预计未来物联网技术在农业领域的重点是朝着低成本、可靠性、节能型、智能化和环境友好型等五大方向发展。
应用物联网技术是现代农业发展的需要，也是衡量现代农业发展水平的一个重要标志。随着今后农业物联网技术的不断成熟和普及，预计物联网技术对农业增加值的贡献率将从2010年的17%增长到2015年的28%左右。物联网技术源源不断产出的技术成果，为农业的全产业链升级提供了必要的技术手段，将不断提升农业的竞争力。
