物聯(lián)網：傳感器改變農業(yè)“靠天吃飯”的傳統(tǒng)

　　從北疆到南陲，從東海到西防，中國復雜的地理、氣候環(huán)境，決定了農業(yè)也以不同的形態(tài)呈現(xiàn)出鮮明的地域特色，即便如北京這樣的政治、經濟、文化中心，亦有獨具個性的都市農業(yè)發(fā)展思路。這種多樣性給了ICT技術極大的用武之地，比如物聯(lián)網。

　　物聯(lián)網技術并非新生事物，早年的傳感網就是其雛形。近幾年來，無線通信技術和數(shù)據(jù)處理技術的發(fā)展，使得傳感網逐漸演進為今天的物聯(lián)網（Internet of Things）。經典的物聯(lián)網模型基本可以分為傳感、傳輸、存儲、計算四個環(huán)節(jié)，近兩年興起的移動互聯(lián)、云計算、大數(shù)據(jù)等概念和物聯(lián)網也密不可分。某種意義上，數(shù)據(jù)量的爆發(fā)式增長正是因為泛在的聯(lián)接，由此對傳輸、存儲和計算能力提出了新的要求。

　　當物聯(lián)網遇上農業(yè)，一般人首先想到的可能是用傳感器獲取溫度、濕度、光照、風力等數(shù)據(jù)進行作物監(jiān)控管理，或者在牛耳朵上打上RFID耳標進行動物溯源。但今天，看似簡單的物聯(lián)網技術對農業(yè)的滲透其實遠超常識，因為應用場景的不同，物聯(lián)網漸漸改變著古老農業(yè)“靠天吃飯”的傳統(tǒng)。

　　農機有“智慧”

　　我國重要的糧食主產地東北，是應用大型農機裝備的主要區(qū)域。在東北，糧食生產主要以農場為單位，比如黑龍江紅星農場、856農場、閆家崗農場等。由于耕地面積廣大，農場的生產經營與“一畝三分地”式的小農作業(yè)完全不同。

　　比如土地平整和起壟作業(yè)，一方面對拖拉機手的技術和經驗提出了很高的要求，因為這直接決定了作業(yè)質量如直線度、平整度；另一方面由于作業(yè)過程中需要注意力高度集中，造成勞動強度很大，非常需要拖拉機在作業(yè)過程中減少人為操作。

　　因此科研人員想到給拖拉機安裝傳感器、激光儀、導航設備等，賦予拖拉機“智慧”，使得拖拉機在導航狀態(tài)下自動走直；利用激光發(fā)收設備結合傳感器精確完成土地平整作業(yè)。

　　除了生產作業(yè)之外，農場的管理同樣需要借助物聯(lián)網。據(jù)黑龍江紅星農場技術負責人孫洪江介紹，基于精準農業(yè)和現(xiàn)代化大農業(yè)的發(fā)展趨勢，紅星農場近年引進了一套機車監(jiān)管服務系統(tǒng)。

　　孫洪江說，紅星農場屬于國營農場，行使國家土地管理職能。農場把土地承租給農戶，機車由農戶自己購買，農場實行統(tǒng)一管理，每輛機車在農場有編制。農場根據(jù)農戶的作業(yè)量進行結算。

　　以往每年耕種時節(jié)，是由農機統(tǒng)計員手工統(tǒng)計每個農戶的工作量，但因為耕種面積大，往往一塊地有3~5臺機車作業(yè)，有的車干得多，有的車干得少，統(tǒng)計員就偷懶取平均數(shù)，農戶吃大鍋飯。

　　因此，為了能準確獲取每個農戶每天的工作量，農場和國家農業(yè)智能裝備工程技術研究中心合作，給每臺機車上安裝一個傳感器和GPS定位，傳感器能實時獲取機車作業(yè)數(shù)據(jù)并傳送到機載終端，終端把數(shù)據(jù)發(fā)送到農場的系統(tǒng)平臺。

　　孫洪江說，就是這樣一套系統(tǒng)，一方面能讓農場管理者實時了解機車的田間位置、作業(yè)軌跡、農戶的作業(yè)量，系統(tǒng)自動生成日、月、年報表，給核算提供支持；另一方面由于機載終端可以自動生成作業(yè)報表，農戶自己也可以很清楚地知道每天干了多少活，產生了多少效益。

　　美國風河公司認為，利用物聯(lián)網等技術使農田與農機網絡化、為農場主提供決策支持是未來智能農業(yè)的發(fā)展趨勢。未來不管是火星上的探測車、空中的飛機還是田間的農機，都需要具備一些基本能力——物聯(lián)網中每一個終端設備都需要網絡互連性、可管理性和安全性。

　　孫洪江對這樣的趨勢看得很清楚，但多年的實踐也讓他深切體會到理論與現(xiàn)實的差距。他以精準農業(yè)中的變量施肥為例指出，困擾變量施肥的瓶頸在土壤取樣和化驗，雖然國外提供了土壤取樣機和快速化驗的設備，但誤差率高，所以精確的變量施肥依然沒有從技術上解決。

　　溫室與節(jié)水

　　如果說大型農場的物聯(lián)網技術還有些“粗獷”，那么對于溫室種植而言，物聯(lián)網加上自動控制技術，已經讓整個生產過程變得智能化。

　　在北京瑞正園種植部經理穆金星眼里，如今的草莓種植與十幾年前已完全不同。穆金星介紹，他手下的一位草莓技術員種了20多年草莓，來瑞正園之前一直在遼寧老家種?！?個棚五畝地，一天看三次，夫妻二人忙得沒時間扭秧歌?！蹦陆鹦切φf。

　　在草莓種植過程中，濕度控制很關鍵，所以農戶都會在大棚里放濕度計。“濕度不夠就要澆水，所以人得成天在棚里呆著?！?/P>

　　北京瑞正園成立于2008年，創(chuàng)始人張建國稱最初的想法就是讓家人吃上健康食物，養(yǎng)雞種菜。后來漸漸涉足有機蔬菜水果的種植，基地面積從最初的160畝發(fā)展到現(xiàn)在2000余畝，投資超過3億元。

　　2011年瑞正園和北京市農林科學院、國家農業(yè)信息化工程技術研究中心合作利用物聯(lián)網技術種植草莓，在大棚里裝上可以探測土壤和空氣溫度、濕度以及光照強度的傳感器，通過無線網絡把數(shù)據(jù)實時傳到監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)自動調節(jié)棚內的溫度、濕度和光照。

　　穆金星說，瑞正園的草莓一共156個大棚，技術管理員有52人，平均一個人管理三個棚，生產效率大為提高。

　　節(jié)水灌溉是農業(yè)生產中相當重要的技術熱點。在重慶忠縣柑橘種植過程中，智能灌溉控制系統(tǒng)圍繞“信息監(jiān)測—決策控制—系統(tǒng)集成”三個關鍵環(huán)節(jié)，根據(jù)柑橘種植特征，對不同海拔高度柑橘生理生態(tài)信息及本地氣象進行實時監(jiān)測，同時配套灌溉施肥系統(tǒng)，為柑橘生長提供了最優(yōu)的水肥保障。

　　柑橘園相關負責人表示，這套系統(tǒng)的運行實現(xiàn)了果園信息采集自動化，信息管理遠程化，生產經營決策智能化，大幅度提高了柑橘栽培與經營的效益，為柑橘產業(yè)現(xiàn)代化提供了基礎數(shù)據(jù)源。

　　嘗到甜頭的瑞正園，接下來還要把物聯(lián)網及自動控制技術引入到葡萄等其他水果蔬菜的種植中。但是穆金星也承認，目前有些工作機器仍然沒法替代人工，比如摘除老化的葉片、梳花梳果。

　　蜜蜂的啟示

　　把傳感器安裝在田間地頭并不困難，但要在動物身上放傳感器就不那么容易了。一個有趣的例子是在蜜蜂身上貼RFID標簽，這是倫敦大學Queen Mary學院的一項動物行為學研究。研究人員把實驗室的幾百只黃蜂貼上RFID標簽，當黃蜂尋蜜時，安裝在蜂箱或者假花里的閱讀器就可以獲取黃蜂的RFID數(shù)據(jù)。

　　獲取這些數(shù)據(jù)后就能更好地研究諸如“一個蜂房內可以容納多少只蜜蜂”、“蜜蜂可以連續(xù)在外活動多久”、“蜜蜂‘迷巢’現(xiàn)象的原因”等蜜蜂行為學的課題。這改變了傳統(tǒng)用顏料標識導致速度慢、精度差的弊端。

　　國內的RFID企業(yè)遠望谷(002161,股吧)在2009年與江西農業(yè)大學蜜蜂研究所合作建設了“基于RFID的蜜蜂研究信息平臺”，在國內尚屬首例。

　　給蜜蜂貼上RFID芯片的例子大大拓展了傳感器應用場景的想象空間，盡管這只是一項學術研究。在實踐中，除司空見慣的給牛羊貼RFID耳標外，日本富士通公司給韓國的牛蹄綁上計步器觀察“牛的發(fā)情行為學”，則產生了不小的商業(yè)價值。

　　據(jù)韓國首爾韓暢牧場社長金希澈解釋，對于畜牧農戶而言，通過牛的發(fā)情期來支配懷孕、分娩的管理方法是直接影響銷售的關鍵。

　　牛的發(fā)情周期為21天，其中可孕時間僅有16個小時。如果錯過這一時間段，就必須再等21天。在傳統(tǒng)管理模式下，為了觀察牛的發(fā)情征兆，牧場工作人員需要隨時確認牛的狀態(tài)。而牛的發(fā)情時間主要在夜晚和凌晨，即使安裝有攝像頭，依然難以有效觀察。實際上，即便是經驗豐富的工作人員，在肉眼觀察時，平均發(fā)現(xiàn)率也只有58%。

　　相比肉眼直接觀察，富士通牛步系統(tǒng)使用計步器能準確掌握牛的生理周期。事實上，有發(fā)情征兆的牛步伐數(shù)會比平時增加。安裝計步器后，每頭牛的步伐數(shù)信息會通過發(fā)射器搜集到牛棚一邊的接收器上。每隔一小時，接收器所采集的信息會傳輸?shù)礁皇客ǖ钠脚_進行分析，得到的分析結果又傳送給牧場管理員。

　　金希澈說，牛步系統(tǒng)大幅降低了牧場的工作量，為工作人員贏得了更多時間。而最重要的收獲是：發(fā)情發(fā)現(xiàn)率達到幾乎100%，大大提高了繁殖率，增加了銷售額。

　　天安樣本

　　很多從事農業(yè)生產經營的管理者一直存有某種觀念，認為物聯(lián)網等ICT技術只是農業(yè)生產管理某一環(huán)節(jié)的“錦上添花”，但在北京天安農業(yè)副總經理劉雁飛看來，ICT技術已經全方位滲透到了農業(yè)全產業(yè)鏈的所有環(huán)節(jié)，舊有的農業(yè)模式正在被顛覆。

　　天安農業(yè)始建于1984年，其前身為北京市農業(yè)局組建的小湯山特菜基地，2006年成立了北京天安農業(yè)發(fā)展有限公司，主要從事蔬菜的生產、加工和銷售。據(jù)劉雁飛介紹，公司目前以有機蔬菜種植為主，全北京約有基地3000畝，140多家合作商超，并配備了自有物流。

　　劉雁飛認為，傳統(tǒng)的農業(yè)生產與市場銷售是基本脫節(jié)的，農民的種植完全根據(jù)經驗，“供不應求”或者“菜賤傷農”的現(xiàn)象經常發(fā)生。天安打破了這一模式，按照工業(yè)生產方式“以銷定產”，由公司搜集市場需求，繼而指導農戶種植。

　　“比如我預計今年需要提供1000斤黃瓜給市場，那我就會根據(jù)這個指標換算成具體每個種植單元的種植面積，然后與農戶簽訂合約。同時我要對農戶的生產全程管控，保證食品安全。”劉雁飛說，“這就需要依靠信息技術?！?/P>

　　為此，天安農業(yè)引入了多個信息管理系統(tǒng)，如生產管理系統(tǒng)、銷售管理系統(tǒng)、ERP管理系統(tǒng)、溫室管家系統(tǒng)、二維碼追溯系統(tǒng)、配送管理系統(tǒng)等。據(jù)天安農業(yè)信息工程部經理李長春介紹，公司每年沉淀的數(shù)據(jù)量已經從4年前的40G提升到現(xiàn)在的100G，“老的SQL Server數(shù)據(jù)庫已經跑不動了?！?/P>

　　為此，天安將上馬SAP公司新推出的基于內存計算技術的高性能實時數(shù)據(jù)計算平臺HANA，這也是HANA在SAP Business One平臺的首次應用。劉雁飛回憶，2008年，天安在考察了用友、金蝶等軟件企業(yè)之后，決定采用SAP Business One系統(tǒng)，天安也成為SAP中小企業(yè)中的經典用戶。

　　“一旦走上了信息化這條路就沒有退路，只能前行?！眲⒀泔w開玩笑稱，“現(xiàn)在沒有系統(tǒng)不知道怎么干活了?！?/P>

　　天安模式下，一切都是數(shù)據(jù)：蔬菜水果品類、銷售價格利潤、農戶種植面積、溫室環(huán)境因子、消費者購買行為……這些數(shù)據(jù)如何關聯(lián)分析產生商業(yè)價值，不光對天安，對所有的致力于農業(yè)信息化的企業(yè)，都是未來的課題。

　　劉雁飛說，農業(yè)是一個看起來很美，做起來很累，沉下去又覺得樂在其中的行業(yè)。