【国外农业物联网发展经验借鉴】 物联网与农业

2015-04-23 国农互联

各国农业物联网发展概况

美国

推进农业数据标准化。从长期来看，农业物联网需要的是可以相互识别的可 *** 作标准，这样不同设备才能在一起工作，否则不同设备传回的信息格式不能兼容。目前AgGateway和OADA正在研究农业数据标准化的问题。AgGateway是一家非营利性的商业联合组织，致力于推进电子商务在农业领域的发展和推动信息通信技术在农业的使用。OADA是一个帮助农民全面、安全获取数据的开放式项目。美国农业与生化工程师协会(ASABE)也在支持建立农业数据标准的工作。

大农场引领农业物联网应用。就农业物联网技术覆盖主体而言，大农场成为美国农业物联网技术的引领者，在农业物联网技术推广中起着示范作用。美国大农场采用物联网设备的数量相对更多，研究显示，美国大农场对技术的采用率高达80%。而对于小农场而言，由于设备的安装和维护成本高，它们使用物联网设备的数量相对较少，不过在大农场的示范作用带动下，也将会有越来越多的小农场采用物联网技术。

信息化基础设施奠定农业物联网发展基础。从美国农业物联网的发展现状来看，其信息化基础设施完备，为美国农业物联网的发展创造了优越的条件。美国政府每年用于农业信息网络建设方面的投资约为15亿美元，已建成世界最大的农业计算机网络系统AGNET，可以为美国农业物联网的发展提供强大的信息资源。同时，美国建立了农业技术信息数据库，如BISIS(生物科学情报社)、CAB(英联邦农业局)、AGRICOLA(美国国家农业数据库)和AGRIS(FAO农业情报体系)等。

日本

政府大力推动农业物联网发展。农业物联网在2004年被列入日本政府计划。当时日本总务省提出U-Japan计划，其核心是力求实现人与人、物与物、人与物之间的相连，在未来形成一个人或物均可互联、无处不在的网络社会，其中就包括农业物联网技术。目前，日本政府不断加强对智慧农业的扶持补助，通过一系列补助措施，到2020年日本农业信息技术化规模将达到580亿至600亿日元，计划在十年内以农业物联网为信息主体源普及农用机器人，预计2020年市场规模将达到50亿日元。

制造商推广农业物联网技术知识。日本农户在最初引进农业物联网时，由于成本过高、技术较难掌控等原因，物联网设备长时间处于停用状态。后来在制造商与当地农协工作人员的帮助下，逐渐接受并理解了物联网技术，比如在家里看看农作物的照片，并对比一下各类数据便可管理偌大的土地，并可较以前减少一半的工作量。

产、官、学协同研发农业物联网技术。近年来，日本农业物联网技术主要由NEC、富士通、日立等大型公司的IT部门牵头研发，并与三井物产等农用品开发商合作。日本非常注重引进和发展符合日本国情的精确农业。目前，日本产、官、学合作进行的农业物联网技术研究主要集中在两个方面:一是精确农业的基础研究，提供农业生产应用的作物生长模型数据库，可用于农业物联网的农业生产指导信息平台。二是精确农业机械的研究，提供农业物联网的智能化 *** 作终端。

英国

政府考核基于物联网的农业信息化。英国政府通过执行欧盟的单一补贴政策，把农业环境保护、农业产出与效益等很好地纳入补贴政策的考核指标，把农业机械的信息化程度作为重要考核指标予以支持，督促农业生产者广泛利用农业物联网，促进信息技术与生物技术等新技术融合，推动开展农业生产，从而推动农业物联网的发展，提高农业生产的智能化、精确化、高效化和自动化水平，实现环境保护、生产发展、效益提高、收入增加、资源节约等多重目标的均衡发展。

政府引导、多元市场主体拉动农业物联网建设。英国发展农业物联网主要依靠市场机制进行推动，政府主要是制定引导政策，采取扶持措施引导农业生产者，电信运营商、IT公司等农业物联网的主要建设者参与农业物联网建设。以政策为指引，以需求为导向，利用市场机制，按照有偿、自愿、效益的原则，鼓励各类市场主体开展信息技术的研发、推广和应用，大大提高了农业物联网技术的实用性、针对性、可持续性，能够较好地满足农业发展的需要。

注重涉农人员信息化水平的提高。英国政府十分重视涉农人员的信息化技能和知识的培训与教育，从上世纪90年代开始实施农村教育信息化计划。政府制定政策，把信息技术课列为全国中小学必修课程，并拟定了具体考核标准，采取了有效措施加强农村信息技术教师队伍建设，建设了各种网络学校和培训中心，开展了适宜于农村地区的各种网络或者视频远程教育，一些地方政府在教育经费的投入中要求不低于6%用作计算机和网络费用，一些农村制定了学生和计算机、图书馆的具体比例等，这些措施有效促进了信息化知识和技术在农村的普及，涉农人员的知识水平得到很大提高，这对农业物联网的发展至关重要。

以色列

以农业产业化、规模化促进农业物联网发展。农用土地有效集中和生产经营组织化是以色列农业物联网发展的基础。以色列945%的土地为国家所有，私人土地仅占55%。农业生产经营主要采取较为独特的集体农场(基布兹)和农业合作社(莫沙夫)两种形式。应运而生的是由多家集体农场和农业合作社联合组建的区域合作组织，它使整个农业生产经营有了较高的组织化程度，这些农业经营主体更加关心并追求农业生产经营的质量和效益，对应用农业物联网技术的愿望更加强烈，并且可以为应用农业物联网技术提供必要的资金和技术支撑。

农业科技创新服务体系支撑农业物联网发展。高度发达的农业科技和完善的农业服务体系是以色列农业物联网发展不可比拟的优势。以色列农业增产的96%靠科技，其高度发达和集约化的农业是以强大的农业科研、教育和推广体系作为后盾和支柱的。政府每年用于农业科研与技术推广方面的经费高达数亿美元，占GDP的比例位居世界前列。目前，以色列已建立一整套由政府部门、科研机构和农业合作组织紧密配合的农业研究和推广体系。以色列鼓励科研人员和推广人员结合自身的专业特长，开办或联办私人示范农场、科技型开发企业、推广型的培训示范基地等。

滴灌推动物联网技术的应用。滴灌在一般人印象中，就是布设大量打上微小孔洞管线的一种节水浇灌方式，但以色列人运用物联网技术把它做到了极致。以一个深埋地下的简单喷嘴为例，它凝聚了大量的高科技，它由电脑控制，依据传感器传回的土壤数据，决定何时浇水、浇多还是浇少，通过物联网技术，不仅节约了宝贵的水资源，而且节约了人力成本。铺完管线以后，未来大量农田的灌溉将由少数几个农民通过智能设备来控制。

国外农业物联网发展经验对我国的启示

政府力推农业物联网建设

无论是美国这样的农业强国，还是以色列这样的农业资源匮乏的国家，在他们农业物联网的发展过程中，政府都十分重视农业物联网发展的战略规划、农业物联网技术的研发和农业技术信息数据库的建设，并以此加快农业物联网技术的采纳和应用，从而推动农业现代化进程。因此，我国政府应强化农业物联网发展的顶层设计，促进农业物联网技术的研究开发。此外，政府在推动城镇化发展的同时，大力引导农业生产的产业化也是农业物联网推广应用的重要动力。

以农业信息化基础设施建设为基础

农业信息化基础设施是指农业信息的收集、传输、反馈、检测、控制、存储的载体、执行机构、数据库和管理软件等。例如，农业信息化基础设施的完备为美国农业物联网的发展创造了极其优越的条件，因此，大力促进农村宽带网络建设，建设和完善农业信息化专家系统和管理软件，配置性能完善的控制系统、通信传输、电力供给等信息化元器件，这一系列农业信息化基础设施的建设是我国发展农业物联网的重要基础。

以农业产业化、规模化为动力

从美国、以色列等国家农业物联网发展状况来看，农业产业化、规模化为农业物联网的发展注入了强大动力。农业产业化将变革农业组织管理结构，实现农业组织管理的现代化。专业大户、家庭农场、农业经济合作社和龙头企业等新型农业组织会涌现出来，相比传统分散经营的农户而言，这些新型农业经营主体更加关心并追求农业生产经营的质量和效益，对应用信息技术的愿望更加强烈，这些新型农业生产组织必然会推动农业物联网技术的应用。因此，我国应大力推动农业产业化，在农业产业化进程中，龙头企业、专业大户、农业经济合作组织等新型农业组织必将凭借在技术、人才、资金等方面的优势，提高农业物联网的应用水平。

以农业物联网科技创新服务体系建设为保障

日本、以色列等进入农业现代化的国家都拥有高度发达的农业科技创新服务体系。建设农业物联网科技创新服务体系，可以促进农业物联网技术的研发、推广和应用。因此，我国应加大农业物联网科技创新服务体系建设，比如从培养、引进、使用三个环节加强农业物联网人才队伍建设，可以引进海外人才，培养农业物联网研究领域的学科带头人及人才团队，制定高层次创新人才培养计划等。同时，加强农业科技创新与研发平台建设，加快推进以农业物联网研究为立足点的重点实验室等知识创新平台建设; 重点实施科技“110”综合信息服务工程、专家大院工程、企业和农村科技特派员创业工程、科技入户工程四大示范服务与推广工程，强力推进农业物联网技术服务推广体系建设。

加大对涉农人员农业信息科技教育

日本、英国等国家在推进农业物联网发展的过程中，都涉及对相关人员进行农业信息科技方面的教育，这不仅有利于涉农人员事先对农业物联网技术进行评估，提高他们应用先进信息技术的积极性，而且有利于他们在具体应用农业物联网技术时能够得心应手，从而推动农业物联网技术的传播。我国农民数量众多，农村教育水平较低，农民整体文化水平不高，国家即使研发出高科技的农业物联网技术，虽然能够转变农业生产方式，提高农业生产效率，但在落后的农村很难推广应用，我国涉农人员的信息科技水平严重阻碍了农业科技的推广。所以，我国要通过农村信息服务站、“阳光培训”工程、专题培训班、网络学校、远程教育等多种方式，开展多层次、全方位的农民信息化知识和技能培训，提高涉农人员的信息科技水平，为我国农业物联网的发展提供最基本的保障。

推动农业现代化发展。

发展智慧农业，将先进技术及理念运用到农业生产上，具有重要意义。一是有利于提高农业生产效率。二是有利于实现农业绿色发展。

智能系统＋智慧平台，实现大棚一键管理

智慧温室大棚全部安装现代农业科技智能大棚系统，采用5G物联网自动控制中枢，配套土壤＋气象监测、农产品溯源、水肥一体化智慧灌溉、自动放风等子系统。

通过传感器自动采集棚内湿度、温度、虫情孢子等各种数据，设定报警阈值。数据采集后，智能系统自动与提前设置的环境阈值进行比对，当实际值超出环境阈值时，采取相应措施，如自动进行灌溉、通风、开关天窗等 *** 作。

5G农业创新意义

5G技术因其具有超高速率、超低时延、超大连接等特性，可以满足高清视频、虚拟现实等大数据量传输的实时应用。

同时，因流量密度和连接数密度大幅度提高，以5G技术为基础建立的农业物联网平台，在系统协同化、智能化上的水平大大提升，可以实现多用户、多点、多天线、多摄取的协同组网以及网络间灵活地自动调整。

智慧农业专业学什么

智慧农业专业学习的课程主要有作物生产学、作物育种学、植物保护学、神经网络与深度学习、大数据框架与模式、Pytho语言程序设计、生物统计学、机器学习、生物信息学、模式识别、单片机原理与应用、农业遥感、农业生产机械化、物联网工程电气控制基础与可编程控制器、农业推广学。

智慧农业专业简介和介绍

智慧农业是将物联网技术运用到传统农业中去，运用传感器和软件通过移动平台或者电脑平台对农业生产进行控制，使得农业生产过程更为科学高效，提高农业经济效益。

1、全球智慧农业发展历经三个阶段

全球智慧农业的发展主要经历了三个阶段，分别为萌芽期、快速发展期和规模应用期。

萌芽期：从20世纪70年代末开始，美国为代表的欧美国家率先开始农业信息化、智能化的应用研究，以农业专家系统（运用新型技术、结合农业知识和专家经验等，为农业生产经营者提供相关咨询服务）为代表的农业信息化应用开始在农业生产领域萌芽。我国在20世纪80年代，也逐步启动了农业专家系统的研制，主要涵盖作物耕种、病虫害防治、生产管理和节水灌溉等方面。

快速发展期：20世纪90年代，农业信息技术快速发展，计算机视觉技术发展迅猛，使农业机器人成为了新的发展方向。“中国863电脑农业”是该项技术应用示范的典型工程，不仅推动了中国农村的发展和农业现代化进程，还为世界范围内各个发展中国家提供了先进经验和典型参考模式。

规模应用期：进入21世纪，各国工业化、城镇化不断发展，农村劳动力短缺，全球面临结构失衡和老龄化等问题，为农业机器人、精准农业等领域快速发展提供空间。在此期间，采摘机器人和计算机视觉技术的结合使水果自动分拣系统得到广泛应用，无人机植保技术也得到发展。新技术的不断应用，推动了智慧农业的发展，形成新的农业发展形态。从社会环境方面来看，农业劳动力不断向其他产业转移，结构性短缺和老龄化趋势已成为全球问题，另外，世界主要国家地区的政府和组织相继推出了数字农业农村发展计划。美国搭建人工智能战略实施框架，提出智慧农业研究计划；欧盟出台《地平线2020》，提出利用对地观测技术为小农户搭建智慧服务平台；欧洲农机协会提出以现代信息技术与先进农机装备应用为特征的农业40；德国发布《有机农业-展望战略》等。全球的宏观环境也展现了全球智慧农业已经步入规模运用期。

2、需求拉动传统农业向智慧农业转型

根据联合国的计算，到2050年，世界上将有97亿人口，比2020年增加约20亿人口。根据联合国粮食及农业组织的说法，2010年至2050年间全球农业产量的增长为69%才能满足所需。由于城市迁移和人口老龄化，农业劳动力变得越来越稀缺。日益加剧的气候变化正在以难以预测的方式改变生长条件，地球的资源和生物多样性正在减少。所以，在接下来的几十年里，农业将变得非常重要，它必须能满足不断增长的人口需求。此外，食品行业目前占世界能源消耗的30%和温室气体排放的22%。因此，挑战不仅在于生产更多的食物，而且在于可持续地生产。这就是农民和农业综合企业转向物联网和智能农业技术以改进分析和提高生产能力的原因。智慧农业正在成为优化和保护人力和自然资源的一种日益必要的方式，全球各国都在加快智慧农业布局，加深人工智能、大数据、云计算等技术在农业领域的应用。

根据联合国粮食及农业组织最新统计数据，2017-2020年全球农业产值呈现增长态势。2020年，全球农业产值达398万亿元，其中亚洲提供了将近一半的农业产值。前瞻根据往年全球农业产量数据，初步统计2021年全球农业产值超过4万亿。

从数字经济农业渗透率来看，中高收入国家大数据、云计算等新一代信息技术运用较广，传统产业数字化转型程度较深。2020年，高收入国家数字经济农业渗透率达125%，中国数字农业经济渗透为89%，离高收入国家还有一定差距。2021年，全球数字经济第一产业渗透率为839%。

3、中国智慧农业相关专利最多

通过智慧芽专利网搜索“智慧农业”、“农业物联网”等关键词，搜索范围包括专利标题、摘要和权利要求，全球共有6514项相关专利。其中，中国是相关专利申请数量最多的国家，申请数量高达4679项，占全球申请数量的718%。其次，申请数量较高的国家为印度，共申请598项，占比92%。

4、智能技术拉动全球智慧农业市场增长

智慧农业已成为当今世界现代农业发展的大趋势，世界主要国家地区的政府和组织相继推出了数字农业农村发展计划。美国搭建人工智能战略实施框架，提出智慧农业研究计划。欧盟出台《地平线2020》，提出利用对地观测技术为小农户搭建智慧服务平台。欧洲农机协会提出以现代信息技术与先进农机装备应用为特征的农业40。德国发布《有机农业-展望战略》，明确基于“工业40”的基本理念发展智慧农业。荷兰《数字化战略》明确数字化技术在开放式耕种、精准农业、温室园艺、畜牧养殖、食品质量安全以及生产链各环节的应用。日本发布“机器人新战略”，启动基于智能机械+IT的“下一代农林水产业创造技术”。

智慧农业市场在过去的几年里出现了显著增长，这主要是由于人工智能、物联网等技术在智慧农业中的进步和实施，以及由于人口的快速增长，粮食供应系统面临的压力不断增加，现代农业技术和养殖监测技术越来越受到重视。根据BIS research发布的研究数据，2020年全球智慧农业市场规模约为124亿美元，2021年增长至147亿美元。预计未来全球智慧农业市场将继续保持高增长趋势，至2027年，全球智慧农业市场规模有望超过400亿美元。

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国智慧农业发展前景预测与投资战略规划分析报告》

无线局域网对智慧农业的重要性：
智慧农业就是将物联网技术运用到传统农业中去，运用传感器和云平台，对农业生产进行远程控制，使传统农业具有“智慧”。
基于LoRa物联网技术的智慧农业解决方案既考虑农作物的生长阶段，又考虑土壤状况和天气情况，提高灌溉的精细化程度，为农业从事者带来更大的收益、同时更节水、更节力。该方案不依赖运营商网络，结合用户需求，基于用户自身的网络覆盖，将标准化种养殖的技术带到农业生产之中，为农业生产提供精准化种植、智能化决策。
发展智慧农业符合创新、协调、绿色、开放、共享的理念，智慧农业技术的创新与应用不仅改变农业生产经营管理与服务，还会影响到人的生活与生态环境。

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