山东省智慧农业生产中物联网技术应用的必要性分析及发展策略.pdf

2021年 5期 智慧农业导刊 JournalofSmartAgriculture 智慧农业 专论与综述 山东省智慧农业生产中物联网技术应用的必要性分析及 发展策略 王 德旗 山 东 省宁阳县万丰 种业 有 限 公 司 山 东 宁阳 271400 我国是农业 生产 大国 农业的 安 全 生产 是经 济 长 久 稳 定 发展 稳 定民 心 的 有 效保 障 1 2 自 20世纪 80年代 以来 中 共 中 央 发 布 的中 央 一 号文 件中 多 次 主题 涉 及 到 农业 农 村 农民 具体 部署 相关农 村 农业的 发展 由 此 可 知 中 共 中 央 高度重 视 农 村 地 区 农 村 经 济 的 发展 实 现农业的现 代化 标 准 化生产 任 重而 道 远 3 随着 科 技 水平 不断的 进 步 传 统 农业的 生产模式 已 不 适 应 新 时期农业 生产 的 需 求 需 要 勇 于 打 破 传 统 的 思 维 模式 在 快速 发展 的 互 联 网技术 带 动下 推进智 慧 农业 的 发展 4 智 慧 农业是农业 生产 的 高 级 阶段 代表 及 承 载 着 未 来农业 发展 的 方 向 主要是 指 将 互 联 网技术 在 传 统 农业中不断 推 广应 用 以 优化 创 新传 统 农业的 生产模 式 对我国农业 生产 的 转 型 比 较 有利 且 对农业 生产 管 理 体 系的 建立 完 善均 有 积 极 的 作 用 近 些 年随着 社 会 经 济 的快速 发展 物 联 网技术 在 各 行 各 业中 得 到 了 快速的应 用 对 当前 大 数据 时 代 的 到 来 起 到 了 积 极 的 推 动作 用 大大 提 高 了 人 们 的 生产生 活效 率 实 现 了 各 行 各 业的 智 能 化 高 效 化 在 我国 推 广 基 于 物 联 网技术的 智 慧 农业 发展 可 为 我国农业 生产 的 发展 注 入 新 的 活 力 加 快 其发展 的速 度 而智 慧 农业 生产 中 物 联 网技术的应 用 是一 项 长期的系 统性工程 需 要 在 较 长的一 段 时 间 采 取 多 样 化 的 方式逐渐 解决 发展 中面 临 的问题 4 6 山 东 省 是农业大 省 近 些 年 农业 生产 领域中 互 联 网 技术 等 应 用 范围 越 来 越 广 泛 智 慧 农业 在该 省 发展 已 经 初 具 规 模 基 础 较 为 扎 实 山 东 省 农业现 代化 规 划 2016 2020年 明 确 提 到 了 山 东 省 智 慧 农业的相关 发展 情 况 山 东 省政府办 公 厅印 发 的 关于 加 快 全省 智 慧 农业 发展 的 意 见 中 也提 到 了 到 2022年 时 智 慧 农业 发展 的 目 标 即为 数据 互 联 互 通 产 业 融 合发展 服务 高 效 便 捷 1 农业标准化生产引入物联网的必要性及功能分析 智 慧 农业 标 准 化生产 中 通过 应 用 物 联 网技术 可以 实 现对农业 生产 中相关 环 境因 子 的 远 程 收 集 包括湿 度 温 度 pH值 等 之后 开 展 相应的 比 对 分 析 结 合分 析 结果 做 出 指令 以 实 现对农业 生产 的自 动 化 管 理 包括 施肥 灌溉 等方 面 为 农 作 物的 生产 创 造 最 利 于 其生 长 发 育 的 环 境 条 件 6 一是 有 助 于 提 高 土 地 产 出 率 增 加 农 作 物对自 然 灾 害的 抵抗 能 力 在 农业 生产 中 重 视 标 准 化 生产 推进 物 联 网技术 对农业 生产实 现 了 标 准 化 数 字 化 管 理 确 保 农业 生产 各项 管 理 的 标 准 化 统 一 化 为 农 摘 要 在 当 前的 传统 农业 过 渡 到 现代 农业的关 键 时 期 亟 需 先进 的物 联网 等技术 的 应 用 在智 慧 农业的 发展 中物 联网 技 术 的 推 广 为 其 提 供 了 农业 发展 的 新思路 结 合 山东省 实 际 对 智 慧 农业生 产 中物 联网 技术应 用的 必 要性 面临 的问题 进行阐 述 提 出 物 联网 技术应 用 于智 慧 农业中的 发展 策略 为 该省 现代 农业的 发展 提 供理论参考 关键词 智 慧 农业 物 联网 技术 必 要性 问题 策略 山东省 中图分类号 S126 文献标志码 A 文章编号 2096 9902 2021 05 0005 04 Abstract Inthecriticalperiodofthetransitionfromtraditionalagriculturetomodernagriculture thereisanurgentneed fortheapplicationofadvancedtechnologiessuchastheInternetofThings IoT ThepromotionofIoTtechnologyprovidesa newideaforagriculturaldevelopmentinthedevelopmentofsmartagriculture BasedontherealityofShandongProvince this paperexpoundsthenecessityandproblemsoftheapplicationofInternetofThingstechnologyinsmartagriculturalproduction andputsforwardthedevelopmentstrategyoftheapplicationofInternetofThingstechnologyinsmartagriculture soastopro videtheoreticalreferenceforthedevelopmentofmodernagricultureintheprovince Keywords smartagriculture InternetofThingstechnology necessity problem strategy ShandongProvince 作者简介 王 德旗 1975 男 大 专 中 级 农 艺师 研究方向 农业 技术推 广 5 2021年 5期 智慧农业 专论与综述 智慧农业导刊 JournalofSmartAgriculture 产 品 的 产 量 及 品 质 提供了 较 好 的 保 障 二 是 有利 于对农 产 品 信 息 建立起 监 控追踪 系 统 在 农业 生产 中 推进智 能 化 的物 联 网技术 有利 于对农 产 品 生产 及 销售 过程 中的 相关 信 息 进行 监 控 建立起 追踪 系 统 确 保 农 产 品 从 生 产到 最后 食 用 阶段 全 程信 息 的 透 明 化 让 消费 者更 加 放 心 对 降低 农 产 品 的 食 品安 全 事故非 常 有 效 三 是 有利 于 新 的农业 信 息 化生产模式 的 形 成 在 农业 生产逐渐 向 智 能 化生产 的 过程 中 新 一 代 各项 先 进信 息 技术 包括 移 动 物 联 网 大 数据 等 的 推 广 可以 促 进 新 的农业 信 息 服务 模式 的 产生 在 农业的 智 能 化 标 准 化生产 中物 联 网技术的应 用 具备 的 功 能可以 从 以 下 几 个 方 面 分 析 7 8 一是 采 集 农业 生产 中的 各项 数据 农业 生产 中相关 环 境因 子 的 指标 包括湿 度 条 件 光 照 强 度 及时 间 温 度 条 件 土 壤 中的 含 水 量 土 壤 中农 药残留 情况 等 通过 应 用 物 联 网技术 后 可以 实 现 智 能 化 监 控 采 集 二 是 实 时 开 展 视 频 的 传 输 农 作 物的 生产 中 物 联 网技术应 用 后 可 通过 一 些 高 清 的 数 字 摄 像 头 对 实 时 视 频 数据 进行 收 集 为 后 期专家系 统 做 出 分 析 提供 足够 的 资料 三 是对农业 生产 中的 环 境 条 件 等进行 控制 农 作 物的 品 种不 同 生 长 阶段 不 同 对 环 境因 子 有着 不 同 的要 求 物 联 网技术应 用 后 可 结 合具体 需 求标 准 特 征 参 数 等 指标 控制 相关 环 境 条 件 自 动 对 控制 系 统 中相关 数据 监 控 的 启停 进行 调 控 实 现 智 能 化 管 理 图 1 四 是 建立起 农业 生产 的专家系 统 基 于 先 进 的物 联 网技术 建立起 虚拟 专家系 统 在 计 算 机 中 将 相关农 作 物的病害情况 防治 手段 等 输 入 通过 虚拟 专 家对 这 些 数据 及 视 频 等信 息 开 展 抽象 处理 以 做 出是 否 需 要 采 取 措 施 调 控 如 何 采 取 措 施 等 决 定 图 1智 能 化管理下 的 大 棚 黄 瓜 生 长情 况 我国农 作 物 产 品 质 量 问题的出现主要 原 因 在 于 使用 农业 投 入品 加工等 环 节 的 标 准 体 系 执 行 不 到 位 加 上 农 业 生产 者 多 数 以家 庭 为 单 位 难 以 有 效 地 推 广农业 生产 的 标 准 化 在 农 作 物的 标 准 化 种植 过程 中 智 慧 农业 通过 物 联 网技术的应 用 对 各 环 节 进行 了 统 一 化 管 理 包括 土 壤 整理 种 子 选 择 及 处理 播 种 方法 管 理 收 获 等 期 间 结 合实 际 需 求 合 理 地 进行 各 相关 参 数 的 调 整 促 使 农业 生产 的自 动 化 智 能 化 管 理 降低 农业 生产 对人 力 环 境 等 条 件的 过多 依 赖 降低 农业 生产 的 风险 9 2 物联网技术应用于山东省农业生产中的现状及实例 分析 山 东 省 是我国农业 生产 大 省 农业 生产方式 较 为 传 统 先 进 的 机 械 化 技术 推 广 水平 不 高 农民 在 农业 生产 中的 信 息 化 意 识不 强 应对农业 生产 中 变 化多 端 的 气候 条 件能 力 不 足 不 利 于农 作 物的 安 全 生产 以 山 东 省 的 西南 地 区 为 例 当 地 在 夏季 时 节 主要种植的 作 物 为 大 豆 种植 规 模 每 年 稳 定 在 6 67万 hm 2 以 上 当 地的 降雨 量 每 年 均 有 不 同程度 的 差 异 比 如 2013年 8 9月 时 很 少 温 度高 大 豆 出现 了 大 幅 度 减 产 进 入 2014年 9月 后 降雨 量 又 较 2013年 增 加 土 壤含 水 量 过多 农 户 应 对能 力 欠缺 大 豆 生产 中 同 样 出现 减 产 由 此 可 知 农 户 对 土 壤含 水 量 难 以 有 较 好 的 把握 主要 凭借 自 身 积 累 的 经验 存 在 很 大的 盲 目 性 无 法 及时 精 准监测 到 农 作 物 的 实 际 需 求 无 法 及时 调 控 2015年 山 东 省济阳县 某 镇 在生产 中 推 广 了 物 联 网技术 针 对 小 麦 玉米 生产 开 展 四 情 信 息 方 面的监 测 精 准 施肥 喷药 大大 降低 了 这 些 农业 投 入品 的 使用 量 在 降低劳 动 力 及物 资 成 本 的 同 时 在 降低 农业面 源 污 染 等方 面 发 挥 出 了 积 极 的 作 用 通过 物 联 网技术对农 田 的监测 体 系 实 现 远 程 监 控 获 得 的 数据 可以 为 田 间 生 长 动态 病虫害 发生 趋势 等 的 预 测 提供 第一 手 资料 相 对于人 工 监测 方式 其 效 率更 高 监测 信 息 更 为精 准 山 东 省临 朐 县 某 镇 的 鲜 桃基 地中 物 联 网技术应 用 后 对 桃 园 的 管 理 实 现 了 现 代化 智 能 化 信 息 的 采 集 实 现 了 远 程化 控制 物 联 网技术 将 施肥 与灌溉结 合 起 来 推 广 滴 灌 技术 图 2 不 仅节约 肥水 资源 而 且 利 于农 产 品 产 量 及 品 质 的 提 高 此外 物 联 网技术 还 在 山 东 省 设 施 农业中 得 到 了 广 泛 的 推 广 山 东 省 农业 科 学院 在 蔬 菜 生产 大 棚 内 运用 了 物 联 网 数据 系 统 对大 棚 内 的 生产 环 境 进行智 能 化 监 测 实 现 了蔬 菜 生产信 息 采 集 的 便 捷 化 并 就 蔬 菜 的 质 量 建立 了 质 量 追溯 系 统 山 东 省济 南 市莱 芜 区 某 镇 在 番 茄 的 温 室栽培 大 棚 中 推 广 运用 了 物 联 网技术 对大 棚 内 的 温 度 二 氧 化 碳 湿 度等 环 境 参 数 建立起 实 时监测 体 6 2021年 5期 智慧农业导刊 JournalofSmartAgriculture 智慧农业 专论与综述 系及 远 程 监 控 系 统 结 合实 际 精 准 施 策 大大 节约 了 成 本 生产 出来的 产 品 相对于大 田 番茄 品 质 更 高 且 可 追 溯 的 质 量 保 证赢 得了更 多 消费 者 的 信 赖 市场 上 销售 情 况 良 好 供 不应 求 3 基于物联网技术的智慧农业发展中存在的问 题 目前 山 东 省 智 慧 农业 生产 中应 用 物 联 网技术 还 存 在 以 下 问题 3 1农业产业化的 水平 不 高 建 设智 慧 农业 早 期 统 筹 规 划 方 面 缺 乏 不少 部 门 都 参 与 进 来 存 在 投 入 重 复 信 息 建 设分 散 设备利用 率 不 高等 问题 与当前 农业农 村 经 济 快速 发展 的 实 际 需 求 不相 适 应 很 多 部 门 收 集 的 数据 信 息 处 于 碎 片 化 状 态 难 以 有 效 整 合 信 息 共 享 机 制 不 完 善 智 慧 农业 在发展 中 涉 农 方 面的 信 息 数据 无 法 充 分 整 合 及 提供 有 效 支撑 3 2缺乏专 业 人才 与传 统 的农业 生产进行 比 较 智 慧 农业 有着 很 高 的 技术 含 量 对农业 生产 者也提 出 了更 高 的要 求 目前 山 东 省 农业 生产多 数 以家 庭 为 单 位 农业 生产 者 的 整 体 教 育 程度 不 高 在 现 代 农业的技能 等方 面的 培 训 能 力 不 足 不 利 于农业的现 代化发展 物 联 网技术的应 用 3 3政策方 面的引 导力 度不 够 目前 为 了 实 现农业 生产 的现 代化 山 东 省 各 地 政府 结 合 各 地 实 际制 定出 台 了 一系 列 的 政 策 并 逐 步 推 广 为 各 地 智 慧 农业的 发展 物 联 网技术的应 用 提供 政 策 方 面 的 支撑 但 是由于一 直 以来 缺 乏 长 效 机 制 农业 生产 的 环 境 条 件 恶劣 很 多 物 联 网技术应 用 中 需 要的 设备 暴露 在 风雨 中 影响 了 其 稳 定 性 导致 频 繁 发生 故 障 而 且 目 前 不少 智 慧 农业 生产 基 地 建 在 远 离城市 的农 村 地 区 维 护 的 难 度 变 大 时 效 性 难 以 保 障 不 仅 大大 增 加 了 应 用 的 成 本 还降低 了 其 应 用 的 效 果 3 4资金投 入 相对 不足 智 慧 农业的 建 设 中 引 入 现 代化 的物 联 网 等设备 及 技术 人 才 建立 信 息 平 台 在 农业的现 代化发展 道 路 上 起 到 了 积 极 的 作 用 但 是 前 期的 建 设 运 营 需 要 巨 大的 资 金 投 入 且 在 短 期 内 不 会 取 得 经 济 效 益 在 政府 资 金 有 限 融 资 渠 道 不 完 善 的情况 下 智 慧 农业 发展 中物 联 网技术的 推 广 难 以 持续 推进 尤 其 是对于 当前 山 东 省 很 多 区 域农业 生产 中物 联 网技术 还 处 于 建 设 阶段 规 模 不 大 且 分 布区 域 分 散 一 些 关 键 性 的 设备 技术 产 品 批 量 生产 难 度 大 加 上 农业 生产 所 处 的 环 境 较 工 业 生产 更 为 恶劣 对 传 感 器 等 关 键 性 部 件的 稳 定 性 要 求 更 高 造 价 也 就 更 高 3 5科 技 水平 不 够 缺乏创新 性 智 慧 农业的 发展 需 要 强 大的 科 技 支撑 目前 在智 慧 农业 生产 中物 联 网技术的应 用 各 地 区 没 有 既 定的 模式 和经验 缺 少 先 进 的 科 学技术 指 导 建 设过程 都 处 于不 断 探 索 的 阶段 因 此 整 个 智 慧 农业的 推进 步 伐 相对 缓 慢 农业 龙 头 企 业 农业 合 作 社 等 与 科 研 院 校 技术 交流 较少 无 法实 现 智 慧 农业 共 性 关 键 核 心 技术 突 破 新 技 术 也 无 法 得 到 快速的 示 范 应 用 4物联网技术在智慧农业中应用的 策略 4 1加大对新 技术的 研 发 力 度 随着 社 会 经 济 的快速 发展 物 联 网技术的 水平 不断 提 高 智 慧 农业 生产 必须 重 视 物 联 网技术的应 用 加 大 对技术的 研发 注 重 技术的 创 新 以 提 高 物 联 网技术人 员的专业 素 质 水平 4 2对 现 有 的 相 关 法律法规予以完善 完 善 的 法 律 法 规 可 为智 慧 农业的 发展 物 联 网技 术的应 用 提供 强 大的 政 策支撑 作 为 农业 生产 大国 我国 必须 重 视 农业经 济 的可 持续 发展 给 予 完 善 的 政 策 保 障 可 结 合 各 地 实 际 对 智 慧 农业 生产 物 联 网技 术的应 用等方 面的 项 目给 予 政 策倾斜 并 给 予 大 力 的 支持 4 3加大对专 业 人才 的 培养 智 慧 农业 生产 的 根 本 在 于人 才 目前 我国经 济 正处 于 转 型 关 键 期 农业 生产逐渐 由 传 统生产模式过 渡 到 适 合 新 时期要 求 的现 代 农业 模式 此过程 中人 才 发 挥 着 不 可 替 代 的 作 用 政府 部 门 要 加 大对人 才 的 培养 在 农业 发展 中 重点推 广 智 慧 农业 这 就 对物 联 网专业技术人员 需 求 更 大 因 此 可 与 高 校 之 间 开 展合 作 培养 出 更 多 专 业技术 水平 高 愿意 投 身 到 现 代 农业 发展 建 设 中的专业 人 才 7 9 4 4加大资金投 入 目前 智 慧 农业 生产 中应 用 物 联 网技术面 临 的较大 问题 即为 资 金 的 缺 乏 可 结 合 山 东 省 各 地 实 际 探 索 多 样 化 的 融 资 渠 道 10 11 物 联 网技术应 用在 农业 生产 中是 一 项 长期的系 统工程 涉 及 到 的 内 容 比 较 多 前 期 需 要 图 2农业 设 施 大 棚 内 的 滴灌 设 备 7 2021年 5期 智慧农业 专论与综述 智慧农业导刊 JournalofSmartAgriculture 的 投资 额巨 大 因 此 除 了 政府 投 入 以 外 还 可以 通过 相 关 政 策 的 完 善 鼓励 更 多 的 企 业 参 与 进 来 在 农业 生产 与 企 业 发展 共 用 的 基 础 上 逐渐推 广物 联 网技术 不断 构 建 并 完 善 智 慧 农业的 信 息 共 享 平 台 整 体 来 说 要 建 立起 以 财 政 投资 为 主的 机 制 降低 农业 生产 者 面 临 的 风险 为 物 联 网技术快速应 用 于 智 慧 农业中 提供 资 金 方 面的 保 障 12 13 参考 文献 1 宋成秀 褚 德 峰 宋成香 等 物 联网 技术在 山东省 农业生 产 中的 应 用 J 现代 园 艺 2020 7 107 109 2 窦 家 勇 基 于 物 联网 的 智 慧 农业 科技 园区创 新方 案 研究 与 山 东 滨州国 家农业 科技 园区 对 接 为 例 J 滨州职 业 学 院 学 报 2014 1 8 11 3 孙志刚 张璇 孙 丽 英 等 智 慧 农业 助 力寿光蔬菜 产 业 转 型 升 级 J 中 国蔬菜 2018 9 1 4 4 毛 向 明 山东省 智 慧 农业 发展 情 况与 对策 建言 J 农 村经济与 科技 2019 30 12 226 227 5 高 群 基 于 物 联网 的 智 慧 农业 J 农业知识 致富与 农 资 2018 11 37 38 6 刘 长 文 山东 移 动 打造 智 慧 农业 探 出 高 效 富 农 之 路 J 山东 经济 战 略研究 2014 4 29 32 7 山东省 人 民政府办公厅 山东省 人 民政府办公厅 关 于 开 展 智 慧山 东 试点 工作 的 意见 J 信 息 技术 与 信 息 化 2013 1 9 10 8 王丽 萍 基 于 物 联网 技术 的 智 慧 农业 发展 策略研究 J 农 民致富之 友 2021 11 245 9 邱祥凤 我国 智 慧 农业的 发展 情 况 现实 问题 及战 略 分 析 J 中 国 科 技 投资 2021 12 45 46 10 赵云 山 基 于 农业物 联网 技术 的 智 慧 农业 研究进 展 J 农 村经济与 科技 2020 31 10 322 323 11 田福忠 王 宜磊 王 德信 等 物 联网 和 人工智 能 技术在智 慧 农业 中的 应 用 J 农 村经济与 科技 2020 31 5 14 16 12 孙培帅 房施峰 张顺 等 新 农 科 背景 下 智 慧 农业 研究 热点 分 析 J 现代 农业 科技 2020 20 218 222 13 李 道 亮 田婕 李 宝 等 济 南市 智 慧 农业 发展现 状 及建 议 分 析 J 中 国 果 菜 2020 40 10 75 78 积 核 来 捕捉细 节 变 化 VGGnet使用 所 有 3 3卷 积 核 与 Alexnet使用 3 3大 小 的 池 核 相 比 VGGnet网络 都 使用 2 2大 小 的 池 核 这 样 VGGnet可以 获 得更 详 细 的 原 始 图像信 息 另 外 采用 最 大 池 化方法 更 容 易 捕捉 图像 和 梯 度 的 变 化 使图像 局 部 特 征 信 息 变 化 更 大 可 以 更 好 地 描述 纹 理 信 息 等 细 节 其 中 VGG 16是 卷 积 神 经网络中 分 类 性 能 优 良 的 网络 之 一 VGG 16卷 积 神 经网络 模 型结 构 参 数 图 如 图 12所 示 图 12VGG 16卷积神 经 网络 结 构参 数图 网络 结 构 有 13个 卷 积 层 和 3个 全 连接 层 在 网络 开 始 时 输 入 一 幅 224 224的 RGB图像 并淡 化 了 21 然后 对 图像 卷 积一 个 3 3的 卷 积 核 步长 为 1像 素 空 间 填充 为 1像 素 池 化 层 执 行 最 大 池 化 设 置 窗口 大 小 为 2 2 步长 为 2像 素 网络 最 终 由 三 个 全 连接 层 组 成 前 两 个 全 连接 层 有 4096个 通 道 第 三 个 全 连接 层 包 含 1000个 通 道 实 现 1000种 图像分 类 5未来 发展 方向 最 大 化利用 现 有 的 数据 资源 库 建立起 一 个 高 效 并 且 准确的农业领域专家 知 识 库 以及识别 机 制 使 之 具有 应时 性 针 对现 有 的 训练 数据集 进行 扩充 和 整理 尽 可能 引 入 不 同 来 源 效 果 方 面的 数据集 使 之 训练 数据得 以 增 强 或 尝试 更 多 的 增 强 方法 如 引 入 对 抗 学 习 因 素 扩 展 图像训练 维 度等等 优化深度 学 习算法模 型 实 现 其高 效 性 的 特点 尝 试 不 同 的网络 架构 寻 找 最 优 的 训练 参 数 如 学 习 率 迭 代 次 数 批 量 大 小等 参考 文献 1 任 丽 锦 基 于深度学习 的农 林 害虫识 别 方 法 研究 D 杭 州 浙江 农 林 大学 2019 2 VerdhanV VGGNetandAlexNetNetworks J 2021 3 姜梦洲 基 于深度学习 的农业害虫 图像智 能识 别系统 的 研究 与 实 现 D 杭 州 浙江 理 工大学 2019 4 李 淼 王 敬贤 李 华龙 等 基 于 CNN和 迁 移 学习 的农 作 物病害识 别 方 法 研究 J 智 慧 农业 2019 1 3 46 55 5 魏超 范自柱 张 泓 等 基 于深度学习 的农 作 物病害 检测 J 江苏 大 学学 报 自 然科学 版 2019 40 2 190 196 上接 4页 8