5G背景下物联网技术助推智慧农业建设模式研究_——以中小林果种植企业为例.pdf

2021年 5期 智慧农业导刊 JournalofSmartAgriculture 智慧农业 专论与综述 5G 背景下物联网技术助推智慧农业建设模式研究 以中小林果种植企业为例 孙 鲁青 1 李 婧 2 郭 公 浦 3 1 滨 州学院 机 电 工程 学院 山 东 滨 州 256600 2 中国 联 通有 限 公 司 滨 州 分 公 司 山 东 滨 州 256600 3 滨 州 市 惠 民 县 农业农 村 局 山 东 滨 州 256600 2020年 中国 已 正 式进 入 5G商 用 元 年 5G时 代 将 万 物 互 联 的 特性 彻 底 释 放 物 联 网 等 应 用设备 都 将 成 熟落 地 并 被实 现 普遍 化 商 用 现 代 农业的自 动 化 信 息 化 智 能 化 水平 显著 提 升 为 农业 生产 管 理 效 率 的 提 高 农 产 品 质 量 和 产 量 的 提 升 等 提供了 巨 大的 帮助 智 慧 农业是 指 在 物 联 网 大 数据 等 现 代信 息 技术 支 撑 下 的农业 生产模式 近年 来以 全 国农业现 代化 规 划 2016 2020年 和 中 共 中 央 国院关于 实 施 乡 村 振兴战 略 的 意 见 为 标 志 1 明 确 提 出 了 把 信 息 化 作 为 农业现 代 化 的 制 高点 以 建 设智 慧 农业 为 目 标 着 力 加 强 农业 信 息 基 础 设 施建 设 着 力 提 升 农业 信 息 技术 创 新 应 用 能 力 着 力 完 善 农业 信 息 服务 体 系 加 快 推进 农业 生产智 能 化 经 营 网络 化 管 理数据 化 服务 在 线 化 全 面 提 高 农业农 村 信 息 化 水平 让 广大农民 群众 在分 享 信 息 化发展成 果上 有 更 多 获 得 感 为 农业现 代化 取 得 明 显 进展 和 全 面 建 成 小 康 社 会 提供 强 大 动 力 因 此 探 索 新 时 代 下 智 慧 农业的 建 设 和 推 广 模式 对于 转 换 农业 发展方式 带 动 农业现 代 化进程 促 进 农民 增 产 增收 等方 面 起 着重 要的 作 用 智 慧 林 果 业 作 为智 慧 农业的 重 要 组 成 部 分 以 2013年 8月 第 三 届 全 国 林 业 信 息 化工 作会 议 的 召 开 和 国家 林 业 局 印 发 的 中国 智 慧 林 业 发展 指 导 意 见 为 标 志 拉 开 了 以 促 进 林 果 业 资源 管 理 生 态 系 统 构 建 绿 色 产 业 发展等 协 同化推进 实 现 生 态 经 济 社 会 综 合 效 益 最 大 化为 目 的的 林 果 业 创 新 发展 的大 幕 本 文 采用 以 需 求 为 导 向 的 思 路 与 林 果 产 业对 接 一 是 通过高 校 物 联 网技术 优 势 服务 林 果 种植 企 业的 案例 经 验和 实 施 路 径 依 据 农业可 持续 发展 的相关 理 论搭 建 智 慧 林 果 业 整 体 目 标框 架 二 是依 据 技术 创 新理 论搭 建 物 联 摘 要 文 章 准确 把握 农业物 联网 的相关 政 策 深入 分 析 生 产 管理方 式 转 变难 高 投 入 低 产出 个 性 化 需求 无 法 满足 人 员 素 质 无 法 适 应等 林 果 企 业 面临 的 一 系 列突 出 问题 以中 小 林 果 种植 企 业为 切 入 点 以 构 建 大数据 共享 下 的 林 果 产 业高质 量 发展 为 根本目 标 研究 如 何 抓住 5G网络下 农业 发展 机 遇 通过 构 建基 于 低 成 本 高 效率 的中 小 林 果 物 联网 体系 实现智 慧 林 果 业 由 离散 化 示范 化 向 连续 化 共享 化 的 转 变 推 动 林 果 产 业生 产 力 的不断 变革 和转 型 升 级 关键词 中 小 林 果 种植 企 业 农业物 联网 高质 量发展 中图分类号 S126 文献标志码 A 文章编号 2096 9902 2021 05 0009 04 Abstract InaccordancewiththerelevantpoliciesoftheInternetofThingsinagriculture thispapermakesanin depth analysisofaseriesofoutstandingproblemsfacedbyforest and fruitenterprises suchasdifficultyintransferringproduction managementmode highandlowoutput thusunabletomeetpersonalizedneedsandadapttopersonnelquality Taking small andmedium sizedforest and fruitplantingenterprisesasthestartingpoint withtheconstructionofhigh qualitydevel opmentofforest and fruitindustrysharedbybigdataasthefundamentalgoal thispaperstudieshowtoseizetheopportunity ofagriculturaldevelopmentunderthe5Gnetwork Throughtheconstructionofsmall andmedium sizedforest and fruitInter netofThingssystembasedon lowcostandhighefficiency wecanrealizethetransationofsmartforest and fruitin dustryfrom discretizationanddemonstration to continuationandsharing soastopromotethecontinuousre transfor mationandupgradingoftheproductivityoftheforest and fruitindustry Keywords small andmedium sizedforest and fruitplantingenterprises agriculturalInternetofThings high qualityde velopment 基 金项目 2020年 度 滨州市社会科 学 规划课题 编号 2021 SKGH 58 2019年 度 滨州 学 院 双服务 项目 编号 BZXYSFW201914 作者简介 孙 鲁青 1984 男 硕士研究 生 副教授 机 械电子 教研 室主任 研究方向 农业物 联网 技术 9 2021年 5期 智慧农业 专论与综述 智慧农业导刊 JournalofSmartAgriculture 网 体 系 实 现 框 架 三 是依 据 农业 产 业 组 织 理 论 构 建 智 慧 农业 发展模式 框 架 这 对于 丰 富 新 视 角 下 林 果 产 业 高 质 量 发展研究具有 较 高 的学术 价 值 和较大的应 用 价 值 1 关于智慧农业的 研究和 发展现状 1 1 智慧农业发展的 政策和理论研究 中国 工程 院院 士汪懋华 2 从 核 心 技术 标 准 体 系 治 理数据基 础 农业 全 产 业应 用等方 面 提 出 了 建立 农业 高 质 量 发展 的 智 慧 治 理 体 系和 创 新 发展 的 冷 思 考 中国 工 程 院院 士赵春江 3 分 析 农 村 信 息 化 本 质 内 容 内 涵 之 间 关系 从 突 破 理 论 方法 和 共 性 关 键 技术 等方 面 提 出 了 建 设智 慧 农业的 五 步 策 略 农业农 村 部 规 划 设 计 研究 院 院长 张辉 4 指 出 要 加 强 智 慧 农业 理 论 技术 装 备研究 及 集 成 应 用 统 筹 推进 乡 村 信 息 化 基 础 设 施 和 智 慧 乡 村 建 设 农业 信 息 化重点实 验 室 张 国 锋 5 从 物 联 网 升 级 标 准 化 引 领 新 技术 落 地及 保 障 农业 安 全四 个 方 面对 智 慧 农业 发展 提 出 了 建 议 1 2 部 分省 市 的实 践与探索 河北 省 按 照 统 一 标 准 共建共 享 互 联 互 通 原则 构 建起 资源 数据 中 心 立 体 感 知 智 慧 网 站群 一 体化发展 模式 6 甘肃 省 采 取 弯 道 换 道 超车 借势 发展 思 路 建立 了 一 带 一 路 林 业 数据 资源 协 同 共 享 平 台 在 路 线 机 制 和 标 准 等方 面 取 得了 阶段 性成 果 7 江苏 省 近年 来 创 建 了 一 批 现 代 农业应 用 示 范 基 地 依 托 物 联 网 人 工智 能技术 涌 现出 东 山 模式 同 里 模式 董浜 模式 阳 澄 湖 模式 等 典 型 8 浙江 省余 杭 市 通过 农 机 装 备 数 字 化 转 型 培 育 数 字 化 农技 服务公 司 为 农业 增 效节本 提供了 云 保 障 和 智 慧 脑 9 1 3 典 型发 达国家 智慧农业发展模 式 的 启示 美 国 模式 即 大 规 模 经 营 及 智 能 化精 准农业 模式 形 成 了 农业 资 本 相对 充 足 且各 类 涉 农 资源 高度 市场 化 的 智 慧 农业 整 体发展 路 径 日 本 模式 即 集 约 化精 耕 智 慧 农业 模式 采 取 工 厂 化生产 与 自 动 化生产 协 调 发展 以 补 其 农业 资源 供给 缺 乏 的 短 板 法 国 模式 即 规 模 自 动 化智 慧 农业 模式 采用 以 工 哺 农 方式 达 成 资 本 要 素 和人 才 要 素 的 协 同 效 应 提 高 土 地 生产 效 率 和农 户 劳 动 生产 的 整 体 效 率 10 这 些 经验 为研究 适 合 中国国情的 具有 中国 特 色 智 慧 农业 发展模式 提供了 良 好 的 借 鉴 目前 智 慧 农业 研究 的不 足 主要 表 现 在 一是大 多 数 聚焦 在 技术应 用 但 对于 如 何 推 动 技术 实 施 的 机 制 和 模 式研究 不 够 深 入 二 是 研究 领域 细 分化程度 不 够 对于 林 果 种植业的 研究 案例 少 三 是 研究 对 象 侧 重 于 示 范 型 大 企 业 面 向 中 小 型 企 业以及 个 体 农 户 的 研究 尚 处 空 白 2 智慧农业发展中 亟待解决 的 突出 问 题 2 1 破解物联网 人工智能等技术无法在中小企业落地 生根的窘境 中 小 林 果 种植 企 业是 指 区 别于国家 级 高 新 示 范 园 及依 托 大 型 企 业 建 设 的 林 果 种植 园 个 人出 资 建 设 的 林 果 种植 园 农民 合 作 社 及相应的 林 果 企 业 目前 农业物 联 网 工程 仍然集 中 在 资 金 资源 丰 厚 的 大 型 企 业中 而 大 多 数 中 小 型 林 果 种植 企 业以及 小 农 户 依 然 采用 传 统 的 生产 管 理 方式 其 主要 有 物 联 网 体 系 高 投 入 低 产 出 个 性化 需 求 无 法 满足 人员 素 质 无 法 适 应 等 原 因 因 此 研究 如 何 以 需 求 为 导 向 真 正 实 现 降低 人 工成 本 和 提 高产 出 效 益 是关系 到智 慧 农业能 否 在 中 小 企 业 开花 结果 的 前提 2 2 智慧农业要由过去的 面子工程 向 惠民工程 进 行转变 随着 5G网络 商 用 的 到 来 依 托 5G技术的 硬 件和 软件 资源 越 来 越 丰 富 成 本 不断 降低 现 代通信 网络 将 实 现 更 广 阔 范围 内 的 高 速 数据传 输 成为 可能 过 去 中 小 林 企 和 个 体 农 户 存 在 思 想 认 识 上 的 偏 见 认 为智 慧 农业 就 是面 子 工程 自 己 不 想 用 也 不 会 用 依 旧 采 取 粗 犷 式 生产模式 管 理 效 率 低 因 此 探 讨 如 何 将 物 联 网 云 计 算 等 技术 从 过 去 资源 相对 集 中的 群 体 向更 广 泛 的 群 体 覆 盖 形 成 以 点 带 面 更 具有 一 般 通用性 的 发展模式 是关 系 到智 慧 农业 从 离散 化 示 范 化 向 连续 化 共 享 化 转 变 的关 键 2 3 解决智慧农业建设过程中运行机制不畅的突出 问题 目前 政府 高 校 农 企 智 慧 农业 提供 商 网络 运 营 商 农 户 普遍 缺 乏 有 效 衔 接 机 制 仅 从 各 自 角 度 出 发 获 取 利 益 必须 加 强 以大 数据 为 纽 带 的 沟 通 协 作 桥梁 建 立 合 作 共 赢 的长 效 运行模式 因 此 利用 系 统 论 观 点 从 各 利 益 相关 方 的 角 度 入 手 分 析 过 去 各 方 单 打 独斗 形 式 主 义严 重 的 深 层次 原 因 重点 构 建 以 多方 参 与 的农业 科 技 创 新联 盟 为 依 托 完 善 以 数据 支撑 为 核 心 的 林 果 产 业 链 运行体 系 真 正 实 现 政府管 理 科 研 转 化 农民 增收 等多 元 主 体 互 惠 互 利 的长 效 运行 机 制 3探索和 实 施政府 高校 企 业 运营商 四位一 体 的发 展模 式 本 文 以中 小 林 果 企 业和 林 果 产 业 为研究 对 象 围 绕 构 建 什么 服务 什么 带 来 什么 为 主 线 展 开 研究 破 解 10 2021年 5期 智慧农业导刊 JournalofSmartAgriculture 智慧农业 专论与综述 物 联 网 人 工智 能技术和大 数据 共 享 中 存 在 的主要问 题 积 极 探 索 适 合 中 小 林 果 种植业 数 字 化 智 慧 化发展 的 新 模式 和 实 现 路 径 构 建 利 益 方 四位 一 体 的 运行 机 制 如 图 1所 示 主要 包括 以 下 3个 方 面的 内 容 3 1 以高校服务 中小 林果企 业 数字 化 建 设 为 例 提 出 了 以 需求 为导向 的智慧 林果 业 建 设 方 案 高 校 在 服务 中 小 型 林 果 企 业现 代化发展过程 中 要 面 向 区 域 林 果 种植 特点 和 实 际 发展 需 要 按 照 低 成 本 高 效 率 的 设 计理念 进行 科 研合 作 和 成 果 转 化 以 滨 州 学院 服务 黄 河 三 角 洲 林 果 高 效 发展为 例 经 过多 项 服务 地 方 项 目 的 实 施 构 建 了 包括 果蔬 园 区 智 能 化 管 理 系 统 基 于 RFID的植 株 精 准 数据 采 集 终 端 水肥 一 体化 智 能 灌溉 系 统 等 拥 有 自主 知 识 产 权 的物 联 网系 统 助 推 部 分 中 小 林 果 种植 企 业 获 批市 级 农业现 代 示 范 园 和 山 东 省 果 树 标 准 化 种植 基 地 年 人 工成 本 减 少 60 平 均 投 入 产 出 比 达 1 6 5 逐渐走 出 了 一 条 区 域 特 色 落 地 生 根 的 智 慧 林 果 建 设 之 路 3 2 以 点带 面 以 网络 带 数 据 探索 大数 据 支撑 下的 林果 产业 群 高 质量 发展模 式 智 慧 的 驱 动 来 源 于 数据 要 在 现 有 的 基 础 上 进 一步 发 挥 大 数据 的 指 导 意 义 探 索 政府管 理数据 平 台 林 果 全 产 业 链 信 息 平 台 消费 者 终 端安 全平 台 三 者之 间 的 有 效 衔 接 探 索 如 何 对 接 高 层次 高 级 别 管 理数据 平 台 打 造 服务 下 游 林 果 加工 业 消费 者之 间 相 互 支撑 的 产 业 群 着 力 构 建 以 5G网络 下 的物 联 网 硬 件 为 依 托 以人 工智 能 推 动下 的大 数据 为 支撑 服务 林 果 产 业 群 的 数 字 经 济 模式 挖掘 数据 的 指 导 意 义 和 增 值 效 果 促 进 林 果 产 业 群 的 高 质 量 发展 形 成 以 典 型 示 范 带 动 应 用 普 及的 建 设 思 路 和 发展 策 略 3 3 促进成 果 转 移 转化 构 建企 业 高校 管 理部 门 运 营商相 协 作的 运 行机制 要 深 入 分 析 影响 制 约 物 联 网 建 设 和 推 广不 畅 的主 要 因 素 及 原 因 运用 系 统 论 观 点 摆脱 单 兵 作 战 的 发展 模式 和 形 式 主 义 思 想 有 效 进行 资源 配 置 和 优 势 发 挥 明 确 各 利 益 方 各 环 节 在推 动 智 慧 农业 实 施 中的 作 用 构 建 以 企 业 需 求 为 主 导 高 校 科 研为载体 政府管 理部 门 为 指 导 网络 运 营 商 为 支撑 的 四位 一 体 运行 机 制 保 障 物 联 网 人 工智 能 等 数 字 化 技术 在 中 小 型 企 业中 落 地 生 根 实 现 政府管 理 科 研 转 化 网络 运 营 农民 增收 等多 元 主 体 的 互 惠 互 利 4结 论 从 2016年 开 始 山 东 滨 州学院 聚焦 中 小 林 果 种植 业 通过 科 研合 作 和 成 果 转 化 研发 了 包括 果蔬 园 区 智 能 化 管 理 系 统 基 于 RFID的植 株 精 准 数据 采 集 终 端 水肥 一 体化智 能 灌溉 系 统 等 拥 有 自主 知 识 产 权 的物 联 网系 统 年 人 工成 本 减 少 60 平均 投 入 产 出 比 达 1 6 5 科 技 研发成 果 被 较广 泛 的应 用到 区 域的农业 生产 管 理 中 获 得了 较 高 的 社 会 评 价 逐渐走 出 了 一 条 面 向 中 小 林 果 种植业的 智 慧 林 果 建 设 之 路 1 以 低 成 本 高 效 率 的 建 设 思 路 实 现 了 农业物 联 网 从 过 去 的 高高在 天 转 变 到 扎 实 落 地 推 动 实 现 了 智 慧 林 果 业由 离散 化 示 范 化 向 连续 化 共 享 化 的 产 业 升 级 转 变 和 落 地 生 根 2 通过 探 索 四位 一 体 的 建 设 思 路 归 纳 出一 条 适 合 中 小 农业 企 业 尤 其 是 缺 乏 资 金 投 入 的 企 业 如 何 抓 住 5G带 给 农业 科 技 发展 的 机 遇 集 中 资源 配 置 逐 步 图 1中 小 林 果 种植 企 业 智 慧 农业 发展模式 和 实现 路 径 下转 15页 11 2021年 5期 智慧农业导刊 JournalofSmartAgriculture 智慧农业 专论与综述 迈 向 智 慧 农业的 发展模式 和 实 现 路 径 3 以 滨 州学院 服务 区 域中 小 林 果 种植 企 业 为 例 开 展 了 对物 联 网 方 案 建 设 与 模式 策 略 有 效 性 的 检 视 研究 增 强 了 研究 的 科 学 性 同 时 利用 积 累 的 数据 丰 富 了 研究 内 涵 研究 效 果 具有 较 高 的 理 论 和 实 践 推 广 价 值 参考 文献 1 国 务 院 全 国 农业 现代 化规 划 2016 2020年 国 发 2016 58号 Z 2016 2 汪懋 华 关 于智 慧 农业 释义 与创 新 驱 动 发展 的 思考 J 农业 信 息 化 2018 7 24 28 3 赵 春 江 人工智 能 如 何 应 用 于 农业 分 五 步 J 农业 机 械 化 2019 12 126 4 张 辉 发展智 慧 农业 助 力 农业农 村 现代 化 J 农业 信 息 化 2019 9 21 5 张国 锋 肖宛昂 大 力 推 进 人工智 能 在 农业生 产 中的 应 用 J 中 国国 情 国力 2020 4 6 8 6 周 子 晴 焦卫 东 大数据时代 的 河北 林 业 信 息 化 建 设 之我见 J 河北 林 业 2018 8 16 17 7 李 世 东 抓住 重大 机 遇 实现智 慧 超 越 在 甘肃 省 林 业 信 息 化 建 设 现 场会 上的 讲 话 Z 2018 10 18 8 徐元 明 实 施 互 联网 现代 农业 的 技术支 撑 基 于 江苏 省 农业 物 联网 示范 应 用的 调查 J 现代 经济探 讨 2016 5 49 53 9 胡豹 顾 益 康 数 字 乡 村建 设 乡 村 振兴 示范 省 建 设 的 主 引 擎 J 浙江 经济 2019 24 40 41 10 蒋 璐 闻 梅燕 典 型发 达 国 家 智 慧 农业 发展模式 对 我国 的 启 示 J 经济 系统 论 坛 2018 5 158 164 而实 现农业监 控 智 能 化 专业 化 3 2 智慧农业 系统 在农业 环境 数 据可视 化 管 理 中的应用 将 农业 环 境 监 控 系 统 中 采 集 到 的 各 种 环 境 数据 进 行 汇总 统 计 以及 分 析 是 智 慧 农业系 统 的 重 中 之 重 智 慧 农业系 统 中的 智 慧 农业 平 台 即 可以 实 现对 采 集 到 的 环 境 数据 进行统 计 同 比 分 析 环 比 分 析 的 功 能 还 可以 实 时监测 采 集数据 对 比 农 作 物 植物的 适 宜 生 长 条 件 判 断 当前环 境 是 否 适 合 作 物 生 长的 最 佳 条 件 并 给 出 调 整 意 见 3 3智慧农业 系统 在实 践 教 学中的应用 团队设 计 的 智 慧 农业系 统 是 基 于 云 计 算 人 工智 能 物 联 网 等 技术 建 设 了 农业 生产 环 境 监 控 智 能 节 水 灌溉 云 平 台 等 系 统 系 统 可以 转 换 为 农业物 联 网 教 学 设备 将 团队 自主 研发 的 多 网 融 合 数据传 输 技术中 涉 及 的 知 识 点 转 换 为 教 学 案例素 材 加深高 校 学 生 对于 智 慧 农业系 统 的应 用 与理解 4 结束语 综 上 所 述 智 慧 农业系 统在多方 面 多 角 度 都 提 高 了 农业 生产 的 效 率 在 一定 程度 上解决了 农业的可 持续 发 展 问题 具有 一定的 社 会效 益 和经 济 效 益 未 来 也将 有 广 阔 的 发展 空 间 值 得 我 们 不断 研究 与探 索 参考 文献 1 杭 州职 业 技术学 院 基 于 农业病虫害 图像 采集 识 别 防治装置 CN201921759908 5 P 2019 10 16 2 胡 泽林 基 于 无 线 传感 的 精 准 农业物 联网 关 键 技术 与 原 型系统 研 究 D 北京 中 国 科学 院 大学 2012 3 哈尔 滨 市 启 动 农业 信 息 化 平台 建 设 J 农业 工程技术 2016 36 36 77 4 李 兆伟 物 联网 智 能 温 室 控 制系统 分 析 与 设计 D 北京 北京邮 电 大 学 2015 5 李 波 谢箭 罗永 利 等 基 于 无 线 传感 网 技术 的 智 能 畜 牧 管理 系统 J 探 索 科学 2019 9 71 72 6 张 松茂 现代 农 场 智 慧 农业 系统 建 设研究 以 盐城 市 七星 农 场 项 目 为 例 D 南 京 南 京邮 电 大学 2013 7 青 岛港湾 职 业 技术学 院 一 种 GPRS物 联网 接 入系统 及 方 法 CN201910316379 X P 2019 4 17 8 王 东 海 昆仑海岸 基 于 物 联网 的农业 信 息 监 控 系统 J 自 动化 博 览 2014 3 34 36 9 冯森 微 型 ROV结 构设计 与 运 动 稳定 性 分 析 D 天津 天津 科技大 学 2019 10 山东 冠 华 蛋白 有限 公 司 一 种 大 豆乳 品 蛋白复 合 物 及 其制 备 方 法 CN200910017198 3 P 2009 8 4 上接 11页 15