0 引言
自美國麻省理工學院\\( MIT\\) 自動識別中心\\( Auto－ID Center\\) 教授凱文·艾什頓\\( Kevin Ashton\\) 于 1999首次提出物聯網\\( Internet of Things，IoT\\) 概念以來，美國、歐盟、日本、韓國和中國等國家和地區高度重視物聯網技術的發展和應用，紛紛將其納入產業發展規劃或政策支持范圍，并將其視為全球經濟新的增長點。
物聯網技術也從最初物流領域的應用逐步擴展到交通、醫療、工業、農業等領域，取得了明顯的進展。其在農業領域的應用也稱為農業物聯網，受到我國各級政府的高度關注，當前通過項目和基地示范建設的方式，取得了明顯的階段性成效。但當前學界對農業物聯網的研究還主要集中在技術實現和商業模式等領域的探討，而對農業物聯網自身社會經濟效益的研究較少。為此，通過對農業物聯網技術架構及其技術應用的解析，探討其技術應用所帶來的社會經濟效益。
1 文獻回顧
農產品的供給和安全事關人類基本生活質量和安全，世界各國都高度重視農業生產效率的提升和食品安全保障。近年來，信息技術尤其是物聯網技術為提高農業生產效率和保障食品安全提供了重要契機。
早期農業利用信息技術主要基于“3S”技術對農地定位、測量土地面積、監測土壤營養狀況和作物長勢、預測產量。發達國家除了注重“3S”技術的應用外，還加強了農業信息化體系建設，如專家系統、市場信息發布系統等。物聯網技術的發展為實現更加精確化、數字化和智能化的物聯網農業提供了條件。
不少學者在不同技術及其應用領域進行探索研究，如射頻識別技術\\( ＲFID\\)、傳感器件在現代化農機中的嵌入應用技術、智能生產監控技術、設施農業中的技術應用、作物營養無損感知和自組織網絡技術等。部分學者對農業物聯網技術應用情況做綜述類研究，還有部分學者對物聯網企業的商業模式展開研究。以上這些研究對于揭示農業物聯網的技術細節、可能的應用領域、關鍵技術及其難點、未來發展方向以及企業如何應用農業物聯網實現商業價值等方面具有積極意義; 但對農業物聯網技術如何給人類帶來社會經濟價值以及帶來哪些社會經濟價值缺乏系統解釋。
2 農業物聯網體系架構及其技術應用
2． 1 農業物聯網體系架構
在農業物聯網體系架構層次劃分上，大多學者采用物聯網技術通用架構層次劃分法，將其劃分為感知層、傳輸層和應用層 3 個層次。筆者認為，這種通用劃分法主要有兩個缺陷: 一是無法表征物聯網技術在各具體產業應用中的特色和差異; 二是無法體現具體用戶的特征和差異。為了克服這種缺陷，筆者將農業物聯網體系架構劃分為 5 個層次，即用戶層、應用層、傳輸層、感知層和對象層。其各層的功能、構成和邏輯關系如圖 1 所示。1\\) 用戶層。部分學者在對用戶層的認識上容易局限在農業生產者這一核心用戶范疇，而忽視產業中其他環節的用戶。筆者認為，農業物聯網的用戶不僅包括農業生產者，也包括系統管理員、遠程專家、物流運輸者、農產品加工者、經銷零售商、終端消費者等各個環節使用者，各環節用戶使用的技術類別和實現的技術功能有所差異。
2\\) 應用層。應用層主要包括 3 部分: 一是終端設備; 二是由各模塊集成的管理信息系統; 三是云端中心。其中，終端設備主要指農業物聯網各級用戶使用的各類網絡計算機、智能手機、其他手持終端以及其他身份識別標簽讀取設備。集成管理信息系統主要包括環境感知、無損感知、過程感知、災害感知、專家咨詢、安全溯源、視頻監控及專家系統等功能模塊。云端中心主要指提供云計算、云存儲、云服務和云應用的物聯網云端中心。
3\\) 傳輸層。傳輸層主要指網絡傳輸層，具有兩種主要網絡傳輸類型: 一是無線網絡傳輸。包括無線傳感網 絡 \\( 如 Zigbee、WiFi、6LoWPAN、Bluetooth、3G、GPＲS 等無線網絡傳輸技術\\) 和衛星通信網絡\\( 如遙感技術\\) ; 二是有線網絡傳輸: 包括有線廣域網\\( WAN\\) 、局域網\\( LAN\\) 和個域網\\( PAN\\) 等網絡傳輸技術。具體傳輸過程主要是由傳感器件、遙感設備和身份識別技術標簽等獲取感知監測對象的各種數據信息，傳入無線傳輸網絡，經由其通過網關傳入有線網絡，由有線網絡傳入物聯網云端中心進行加工和存儲等。
4\\) 感知層。感知層是利用衛星遙感技術、射頻識別、二維碼、傳感器件、GPS 等技術實現對農業生產監測對象實施感知和監控的環節。遙感技術可以用來對土地資源的營養狀況、墑情、作物長勢等信息進行實時感知監測。射頻識別和二維碼技術可以將標識物的信息通過讀卡器傳入無線傳輸網絡。傳感器件\\( 如溫、濕、光、PH 值、光譜等傳感監測儀器\\) 通過對農業生產監測對象所處環境或其自身進行實時信息監測，以便于進行預警或施加影響，以適應其生長需要。
5\\) 對象層。對象層是指農業物聯網的作用對象，不同農業產業其具體作用對象不同。一般根據農業產業大類可以將作用對象分為 4 種: 設施農業、水產養殖、畜禽養殖和大田作物。其中: 在設施農業領域農業物聯網技術應用最為廣泛; 在水產養殖和畜禽養殖領域的應用近年發展較快; 在大田農業領域，除了智能灌溉技術外，其技術應用水平還較低，不少技術應用還處在探索階段。
綜上所述，農業物聯網技術應用作用原理可以總結如下: 農業物聯網應用射頻識別、二維碼、電子耳標等身份識別技術，以及衛星遙感技術、傳感器件技術和 GPS 等感知和監測技術對農業生產對象進行實時感知和監測，并將感知和監測信息通過傳輸層傳到物聯網云端中心進行加工和存儲。農業物聯網用戶借由各種終端設備使用集成管理信息系統各個模塊，訪問物聯網云端中心，獲取其所要感知和監測的數據，以達到實時感知和監測目標對象及其環境的目的; 并根據需要對環境或對象本身施加影響，從而使農業生產、流通和交換等各環節更加遠程化、智能化、數字化和可溯源化。
2． 2 農業物聯網技術應用
當前，農業物聯網技術主要應用于設施農業、水產養殖、畜禽養殖和大田作物 4 大領域。從其實現的技術功能來看，主要應用在 4 個方面: 一是農產品安全溯源; 二是精準化農業生產管理; 三是遠程、自動化農業生產管理; 四是農產品智能儲運。
1\\) 農產品安全溯源。使用射頻識別、二維碼和電子耳標等身份識別技術，可以對農產品進行身份標識，并對農產品的生產、加工、交換和流通等各環節進行全程跟蹤記錄，進而將記錄的數據信息存儲在農業物聯網云端中心的服務器上，供終端消費者實時驗證查詢。農業物聯網農產品安全溯源這一技術功能已在多個地方得到廣泛應用。例如，江蘇省宜興市應用二維碼技術對螃蟹、白菜等農產品進行安全溯源; 江陰市應用電子耳標技術構建“放心肉”安全信息追溯平臺，實現食品安全溯源功能。
2\\) 精準化農業生產管理。傳統農業的生產管理主要基于感性經驗，不管是在生產投入、過程管理還是結果統計上，都呈現粗放型特征。農業物聯網技術的應用則可以實現生產投入、過程管理和結果統計三位一體的精準化生產管理。在生產投入上，農業生產者可以通過遙感、傳感器件等技術對生產作業的土地、水域、空間或養殖對象進行準確信息參數感知，進而精準確定水、肥、藥、食等要素的投入水平，實現投入精準化。江蘇省宜興市在水產養殖上采用農業物聯網技術，實時監控池塘內的溶解氧含量等水質參數，在溶解氧含量最佳的時候進行精確投喂，實現投入的精確化。在過程管理上，通過對生產對象及其環境的實時信息感知，對生產對象或環境施加影響，使生產對象處于精確優化的生長狀態，實現生產管理過程精準化。當前，不少地方的智能溫室大棚可以實時感知溫室內的溫度、濕度和光照，生產者可以根據精確數據信息及時調整環境參數; 通過使用光譜分析技術可以對作物的營養狀況實時感知，為生產過程中的營養投入決策提供科學依據。在結果統計上，借助“3S”和傳感器件技術可以精確測定農業生產的產出結果。例如，在農業收割機械上嵌入傳感器件，可以精確統計農產品的收成數據; 在奶牛擠奶收集設備上裝上計量傳感器，可以精確統計奶牛的產奶量。
3\\) 遠程、自動化農業生產管理。農業物聯網技術與信息控制、人工智能和自動化控制等技術結合，實現農業生產管理的遠程化和自動化。如在智能溫室大棚中，通過農業物聯網智能控制技術，可以實現智能自動打開、關閉遮陽板來調整光照強度，通過智能自動打開、關閉加熱設備或通風設備來調節溫度。江蘇省宜興市的智能水產養殖監控系統可以根據池塘水中溶解氧的含量自動或遠程增氧，甚至進行遠程自動化投喂。這種遠程、自動化生產管理方式使得生產者即使遠在外地，也可對生產對象進行遠程自動化管理。這種自動化還體現在對氣候或病蟲災害的智能化監測預警上; 而遠程化則體現在農業生產者可以借助農業物聯網實現遠程專家咨詢功能; 農業生產者通過農業物聯網系統立即將病蟲害等癥狀信息發給遠程專家，遠程專家就可以及時進行遠程診斷和處理。
4\\) 農產品智能儲運。智能儲運功能分為智能物流和智能存儲兩個方面。智能物流通過應用身份識別和 GPS 等技術對農產品進行遠程標識和跟蹤，實現對農產品的非接觸式物流管理，即無需手動掃描識別和搬運等，而借助于自動控制技術實現農產品的智能自動化分類、分揀、裝卸、上架、追蹤和銷售結算等。
智能存儲應用方面，由于農產品的存儲需要控制溫度、濕度、光照等條件，來實現保鮮和防腐。智能儲運一方面可以保障食品安全，另一方面也可以實現節約能源的目標。如冷凍食品運輸過程中，需要對食品進行冷凍降溫保存，溫度過低則會浪費電能，溫度過高則會造成食物腐敗，農業物聯網應用智能化溫度控制系統，采用精確智能的溫度控制，既節約了電能又實現了防腐的目標。
3 農業物聯網的社會經濟效益
農業物聯網技術實現了食品安全溯源、農業生產管理的精準化、遠程化和自動化及農產品智能儲運等技術應用功能，這些技術功能具有一定的社會經濟效益。在經濟效益方面，主要表現在其有利于提高生產效率、降低循環流轉成本、節約能源資源投入成本、增加農產品附加價值、帶動農業物聯網技術相關設備和軟件產業的發展等; 在社會效益方面，主要表現在其有利于保護生態環境、保障食品安全、節約能源資源、引導產業結構均衡發展和實現“人”的進一步“在場”解放。農業物聯網技術功能與社會經濟效益的邏輯結構和內在關系如圖 2 所示。
3． 1 經濟效益
1\\) 生產效率提升。農業物聯網實現了生產管理的遠程化、自動化以及智能物流運輸，生產管理和流通過程更加快速、高效，提高了單位時間的生產效率。同時，還實現了生產管理的精準化，提高了單位面積、空間或單位要素投入的產出比率，即提高了投入產出效率。
2\\) 循環流轉成本降低。這里的循環流轉成本主要指物流成本、交易成本和代理成本。借由農業物聯網技術，農產品具有了身份標識，其生產、管理、交換、加工、流通和銷售等各環節的產品信息實現無縫對接，可以實現農產品的自動歸類、分揀、裝卸、上架、跟蹤以及自動購買結算等，降低了物流成本。不僅如此，農業物聯網技術的應用還實現了農業各循環流轉環節的遠程化、數字化和智能化，使得農產品信息發布和對接更加便利，甚至可以實現農業生產與電子商務的直接對接，既為減少其循環流轉環節提供了重要契機，也為降低循環環節中信息的不對稱性提供了有力保障，從而為農產品交易成本、代理成本的降低提供了較大空間。
3\\) 能源資源的成本節約。過去基于感性經驗的農業生產和管理方式，能源資源浪費較為普遍，農業灌溉、施肥、用藥、喂食過度等行為產生了能源資源的浪費問題，增加了能源資源投入成本。物聯網技術的應用使精準化農業生產管理方式得以實現，能源資源投入成本得以節約。智能存儲技術也為流通環節的能源節約提供了巨大空間; 而生產管理的遠程化和智能化減少了農業從業者到達現場的必要性，為降低基于人的實體流動而產生的能源資源消耗提供了條件。
4\\) 農產品經濟附加值的增加。農業物聯網技術下，農業生產和管理精確可控，肥料和農藥、飼料添加劑等用量精確科學可控，其殘留率可得到有效控制。智能儲存技術在流通環節為農產品的保鮮和防腐提供了技術支撐，而食品安全溯源技術為農產品安全的全程溯源提供技術保障，從而農產品質量安全得到保障，經濟附加值得到提高。
5\\) 帶動農業物聯網技術設備及相關產業經濟發展。農業物聯網技術除了提升農業產業自身的發展外，還可以帶動其相關物聯網技術設備和軟件產業的發展。
3． 2 社會效益
1\\) 保護生態環境。農業物聯網技術改變了過去基于感性經驗的農業生產管理方式，通過精確、科學的數字化控制手段進行農業生產和管理，可以有效避免用藥、施肥、灌溉等行為的過度化和濫用，從而避免對生態環境的破壞，起到保護生態環境的目標。藥物的濫用會導致對農業生態系統中其他生物的生存帶來危機，肥料的濫用會帶來土壤結構失衡和環境污染，過度灌溉則會導致土壤的板結和鹽堿化?；诰_數字化控制的物聯網農業技術的應用，可以避免和減少這種生態環境破壞問題。
2\\) 保障食品安全。農業物聯網技術的應用實現了農業生產管理的精準化，可以有效控制投入的化肥、農藥和飼料添加劑等危害健康的物質殘留問題。流通環節的智能儲運技術為農產品的保鮮和防腐提供了技術支持，而食品安全溯源技術更是為食品安全監控提供了保障。所以說，農業物聯網技術的應用可以有效保障食品安全。
3\\) 節約能源資源。農業物聯網技術所帶來的能源資源節約除了具有節約經濟成本的經濟效益外，從能源和資源保護的視角看，也具有積極的社會效益。
4\\) 精確農業產出的預測和統計，引導農業產業結構平衡發展。農業物聯網技術通過應用遙感技術進行產量預測，通過將傳感器件集成到機械裝備上可實現精確測產，使得農業產業產量預測和精確測產技術得以廣泛應用，有助于引導產業結構平衡發展，避免因信息不對稱所導致的產業結構失衡，進而引發農民增產不增收等問題。
5\\) 實現“人”的“在場”解放。農業物聯網技術實現了農業生產管理的遠程化和自動化，減少了農業從業者到生產現場進行作業的必要性; 而農產品智能儲運技術也使流通環節的從業者的“在場”參與必要性大大降低?！叭恕钡靡詮摹霸趫觥钡氖`中得到進一步松綁。這里的“人”既包括農業生產管理者，也包括提供咨詢診斷服務的專家，還包括物流搬運人員以及銷售終端的結算人員等。這種“人”的進一步解放對于人類突破改造自然活動的實體“在場”限制具有極其重大的社會價值和意義。
4 結語
農業物聯網通過應用射頻識別、二維碼、電子耳標等身份識別技術對農業生產對象進行身份標識，通過傳感器件實時感知和監測生產對象及其環境，繼而根據感知和監測結果手動或自動對生產對象及其環境施加影響，以使農業生產、管理、加工、流通和銷售等各循環流轉環節更加智能化、數字化和遠程化，使傳統基于感性經驗的農業生產作業方式逐步向智能精確的方向發展。農業物聯網技術的應用提高了生產效率，降低了循環流轉成本，節約了能源資源，提高了農產品經濟附加值，帶動了農業物聯網相關技術設備和軟件業的經濟發展，產生了明顯的經濟效益。同時，農業物聯網技術的應用還有利于實現農業領域的生態環境保護、食品安全保障、能源資源節約、農業產業結構平衡以及實現“人”的進一步解放等社會效益。
本研究有助于深化人們對農業物聯網技術架構體系、技術應用及其社會經濟效益的認識，對加強我國農業物聯網技術的宣傳和推廣工作、推動其從示范走向普及、加速實現我國農業現代化具有積極價值和意義。
但也要看到，農業物聯網社會經濟效益的充分實現和發揮還有賴于農業生產經營的規?；图s化，這也是農業物聯網技術推廣普及中有待進一步研究和解決的問題。
參考文獻:
［1］ 程一松，胡春勝． 高光譜遙感在精準農業中的應用［J］． 農業系統科學與綜合研究，2001\\( 3\\) : 193－195．
［2］ 何勇，方慧，馮雷． 基于 GPS 和 G IS 的精細農業信息處理系統研究［J］． 農業工程學報，2002\\( 1\\) : 145－149．
［3］ 趙元鳳． 發達國家農業信息化的特點［J］． 中國農村經濟，2002\\( 7\\) : 74－78．
［4］ 徐剛，陳立平，張瑞瑞，等． 基于精準灌溉的農業物聯網應用研究［J］． 計算機研究與發展，2010，47\\( S\\) : 333－337．
［5］ 勞鳳丹，余禮根，滕光輝，等． 設施農業3G+ VPN 遠程監控系統的設計與實現［J］． 中國農業大學學報，2011\\( 2\\) : 155－159．
［6］ 屈赟，楊捧． ＲFID 技術在農業物聯網中的應用現狀［J］．河北農業科學，2011\\( 2\\) : 94－95．
［7］ 趙璐，楊印生． 農業物聯網技術與農業機械化發展［J］． 農機化研究，2011，33\\( 8\\) : 226－229．
［8］ 柳平增，畢樹生，薛新宇，等． 基于物聯網的農業生產過程智能控制系統研究［J］． 計算機測量與控制，2011\\( 9\\) :2154－2156．
［9］ 閻曉軍，王維瑞，梁建平． 北京市設施農業物聯網應用模式構建［J］． 農業工程學報，2012\\( 4\\) : 149－154．
［10］ 聶鵬程． 植物信息感知與自組織農業物聯網系統研究［D］． 杭州: 浙江大學，2012．
［11］ 何勇，劉飛，聶鵬程． 數字農業與農業物聯網技術［J］． 現代農機，2012\\( 1\\) : 8－10．
［12］ 李道亮． 物聯網與智慧農業［J］． 農業工程，2012\\( 1\\) : 1－7．
［13］ 謝范雄． 基于生態鏈的農業物聯網應用商業模式研究［D］． 上海: 復旦大學，2011．
［14］ 歐陽桃花，武光． 基于朗坤與聯創案例的中國農業物聯網企業商業模式研究［J］． 管理學報，2012\\( 3\\) : 336－346
