基本信息
智慧農業：信息通信技術引領綠色發展
中國電 信智慧農業研究組 編著
ISBN 978-7-121-18775-9
2013年1月出版
定價：
356頁
16開
內容簡介
《智慧農業：信息通信技術引領綠色發展》一書分上下兩篇，共11 章。本書還重點從精準農業管理、農機定位調度、農產品溯源、農業病蟲害防治、農業信息互動平台等領域進行套用案例的介紹，帶領讀者漫步和體驗綠色、高效的智慧化農業。本書適合於從事物聯網、智慧農業以及行業信息化等相關領域的研究開發、管理及教學的專業人員參考。
目錄
上篇走進智慧農業
第1 章農業的未來與發展現狀.................................................. 2
1.1 未來信息化新農業展望.................................................. 3
1.2 農業信息化的發展歷程................................................ 4
1.2.1 世界農業信息化的歷程....................................5
1.2.2 中國農業信息化的歷程..................................10
1.3 中國農業信息化的挑戰與機遇......................................... 18
1.3.1 農業信息化的特點.......................................................19
1.3.2 農業信息化發展的難點.........................................20
1.3.3 中國農業發展的巨大潛力...........................21
第2 章信息技術助推農業智慧轉型........................................ 23
2.1 農業信息技術的概念............................................ 24
2.2 信息技術新進展............................................. 25
2.2.1 物聯網..............................................25
2.2.2 雲計算...............................................33
2.2.3 廣域無線通信.......................................................37
2.2.4 IPv6 和6LoWPAN 技術....................................42
2.2.5 感測器.............................................50
2.2.6 ZigBee 技術......................................................57
2.2.7 RFID 技術.....................................................62
2.2.8 條形碼技術...................................................70
2.2.9 定位技術................................................80
2.2.10 WebGIS 技術.....................................................85
第3 章智慧農業概述........................................... 90
3.1 智慧農業的內涵.......................................................... 91
3.2 智慧農業的整體系統架構.......................................... 92
3.3 智慧農業的典型套用場景........................................ 97
3.3.1 智慧型大棚/溫室/倉儲........................................97
3.3.2 農產品溯源和食品安全.................................98
3.3.3 農機管理和調度...........................................99
3.4 智慧農業的產業鏈分析..................................... 100
3.5 智慧農業的實施模式........................................ 103
3.5.1 “孤島式”架構...........................................103
3.5.2 “煙囪式”架構............................................104
3.5.3 “共性平台式”架構............................................105
第4 章國外智慧農業發展經驗........................................... 106
4.1 北美智慧農業發展....................................... 107
4.1.1 北美農業的特點............................................107
4.1.2 北美智慧農業的發展措施..................................109
4.2 歐洲智慧農業發展.............................................. 110
4.2.1 歐洲農業的特點................................................. 110
4.2.2 歐洲智慧農業的發展措施................................ 111
4.3 亞洲智慧農業發展................................................... 114
4.3.1 日本農業的特點........................................ 114
4.3.2 日本智慧農業的發展措施.......................... 115
4.3.3 韓國智慧農業的發展措施................................ 119
4.4 其他地區智慧農業發展.............................................. 120
4.5 國外智慧農業的發展模式分析..................................... 120
第5 章國內智慧農業發展現狀............................................ 122
5.1 我國農業的發展現狀.................................................... 123
5.2 農業領域的主要套用....................................... 123
5.2.1 智慧型農業育種/育苗........................................124
5.2.2 農業信息推送...................................................125
5.2.3 農業病蟲害監控.............................................125
5.2.4 糧倉監控.................................................126
5.3 林業領域的主要套用.............................................. 127
5.3.1 智慧林業的防火及參數監測............................127
5.3.2 智慧木材產銷系統............................................128
5.4 牧業領域的主要套用....................................................... 129
5.4.1 牧業食品安全溯源...................................................129
5.4.2 物聯網養殖技術.....................................................132
5.5 漁業領域的主要套用....................................................... 133
5.6 中國智慧農業發展特色分析..................................... 135
第6 章智慧農業產業鏈發展策略.............................................. 138
6.1 智慧農業發展的機遇與挑戰....................................................... 139
6.1.1 智慧農業發展的機遇.......................................................139
6.1.2 智慧農業發展的挑戰............................................147
6.2 智慧農業發展策略建議.................................. 151
6.2.1 產品策略.......................................................151
6.2.2 技術策略............................................154
6.2.3 平台策略...................................................156
6.2.4 平台建設模式.................................................158
下篇擁抱智慧農業
第7 章綠色高效率——精準農業生產管理系統........................... 162
7.1 概述....................................................... 163
7.1.1 現代農業生產遇到的三大問題.........................................163
7.1.2 精準農業生產管理的內涵...................................164
7.1.3 管理手段.................................................166
7.2 精準農業生產管理系統業務需求及功能...................................... 175
7.2.1 精準農業生產管理系統主要業務流程.......................175
7.2.2 精準農業生產管理系統主要的業務功能..............................................176
7.3 系統設計............................................ 178
7.3.1 設計原則.............................................179
7.3.2 系統架構.....................................................182
7.3.3 功能設計....................................................184
7.4 關鍵技術............................................................. 194
7.4.1 終端設備接入技術...........................................194
7.4.2 數據濾波和插值分析技術....................................195
7.4.3 農業現場網關的數據上報技術................................................196
7.5 套用案例....................................................................... 197
7.5.1 黑龍江某農墾溫室大棚套用.......................................................197
7.5.2 黑龍江某農墾精準灌溉套用.....................................................201
7.5.3 浙江寧波某漁場水產養殖套用....................................................204
第8 章運籌於帷幄——農機裝備定位和調度系統.............................. 208
8.1 概述.............................................................. 209
8.1.1 農機裝備定位和調度面臨的問題.....................................209
8.1.2 農機裝備定位和調度的內涵.................................................210
8.1.3 農機裝備定位和調度的分類...................................................212
8.2 農機裝備定位和調度系統業務需求及功能.......................................... 217
8.2.1 農機裝備定位和調度系統主要業務流程..............................................217
8.2.2 農機裝備定位和調度系統主要業務功能..............................................219
8.3 系統設計................................................................. 221
8.3.1 設計原則.....................................................221
8.3.2 系統架構.............................................222
8.3.3 功能設計..............................................225
8.4 關鍵技術....................................................... 236
8.4.1 GPS 定位原理及定位方法................................236
8.4.2 空間數據的存儲技術.........................................238
8.5 套用案例..................................................... 239
8.5.1 黑龍江某農墾農機定位套用............................239
8.5.2 中國電信“漁信E 通”套用...............................241
第9 章安全有保障——農產品溯源系統............................ 245
9.1 農產品溯源概述............................................... 246
9.1.1 農產品溯源的背景.............................................246
9.1.2 農產品溯源的內涵....................................247
9.1.3 農產品溯源的分類..........................................248
9.1.4 農產品溯源與供應鏈....................................250
9.1.5 農產品溯源的實施流程....................................251
9.2 農產品溯源中的標識技術..................................... 252
9.2.1 溯源標識的作用.............................................252
9.2.2 標識技術選擇依據..........................253
9.2.3 標識綁定對象的確定..................................................254
9.2.4 標識的設計實現.....................................254
9.2.5 RFID 標識讀取設計...........................................257
9.3 農產品溯源中的編碼體系及方案.................................. 259
9.3.1 多環節分段式需求.....................................259
9.3.2 國際EAN·UCC 編碼方案....................................260
9.3.3 國內編碼方案......................................................265
9.3.4 農產品溯源中編碼方案的使用..............................268
9.4 農產品溯源中的信息技術................................ 272
9.4.1 物聯網技術.....................................................272
9.4.2 雲計算技術..............................................273
9.4.3 SOA 技術.................................................274
9.5 系統設計及實現................................................ 275
9.5.1 農產品溯源的基本系統架構..................................276
9.5.2 典型的農產品溯源流程....................................277
9.5.3 系統網路結構及部署方案.............................280
9.6 套用案例........................................................ 281
9.6.1 某市“放心肉”工程——豬肉溯源系統......................................281
9.6.2 某公司“綠色有機蔬菜”項目...................................290
第10 章防患於未然——農業病蟲害防治系統..................................... 297
10.1 病蟲害防治的手段....................................................... 298
10.1.1 病蟲害綜合防治的概念..................................298
10.1.2 病蟲害綜合防治的幾個觀點..................................298
10.1.3 植物病蟲害綜合防治技術..................................299
10.2 病蟲害防治理論................................................. 302
10.3 植物病蟲害的調查統計及預測預報....................... 304
10.3.1 植物病蟲害調查的內容......................................305
10.3.2 植物病蟲害調查的取樣方法..................................306
10.3.3 植物病蟲害調查的記載方法........................................307
10.3.4 植物病蟲害調查統計.....................................307
10.3.5 植物病蟲害預測預報.....................................308
10.3.6 我國病蟲害預測預報體系....................................310
10.4 病蟲害防治的需求分析........................................... 312
10.5 病蟲害防治系統及案例............................................. 314
第11 章智慧農業其他常用系統.......................................... 317
11.1 種農信息互動平台系統....................................... 318
11.1.1 概述..................................................318
11.1.2 業務需求及功能.....................................319
11.1.3 系統設計......................................................321
11.2 農產品批發信息化管理系統....................................... 324
11.2.1 概述...........................................................324
11.2.2 業務需求及功能............................................325
11.2.3 系統設計...........................................................328
11.3 農產品電子商務系統...................................... 329
11.3.1 概述..........................................................330
11.3.2 業務需求及功能.................................................331
11.3.3 系統設計..............................................332
參考文獻....................................................... 336
精彩節摘
改革開放以來的三十年，是當代我國社會一個最重要的歷史轉型期，人口大量湧入城市，城市化進程越來越快，“十二五”期間，中國的城市化率將首次超過50%，城市化明顯地促進了國民經濟和社會的進步。與此同時，近年來人口膨脹、環境污染、資源短缺、交通阻塞等城市病的影響已經開始呈現，並成為制約我國城市發展的主要難題。
城市要合理髮展，就必須有科學的城市治理，正如諾貝爾經濟學獎獲得者斯蒂格利茨所言，“在21 世紀初期，影響世界最大的兩件事，一是新技術革命，二是中國的城市化”。要把握時代發展的脈搏，實現城市的可持續繁榮發展的目標，就必須讓新技術革命和城市化發展趨勢相結合，就迫切需要找出一條遵循城市發展客觀規律的綜合解決之道。在此情形下，智慧城市成為我們的必然選擇，也是城市未來的發展之路。
中國電信積極回響國家“十二五”規劃，順應信息技術、信息套用和信息市場新的發展形勢，期望讓用戶更好地盡情享受信息新生活。為此，我們將深化企業戰略轉型，向“智慧型管道的主導者、綜合平台的提供者、內容和套用的參與者”的目標邁進，實現規模發展再上新台階。2011 年，中國電信全面啟動“寬頻中國· 光網城市”工程並加快3G 移動網建設，為智慧城市發展構建有線無線相結合的寬頻網路和以“雲計算”為核心的綜合業務平台，期待通過這些城市信息化基礎設施的建設與運營，為智慧城市發展貢獻力量。中國電信以時不我待、只爭朝夕的使命感，以奮發有為、頑強拼搏的創新精神，抓住智慧城市的發展機遇、勇擔責任，為推動“十二五”信息化和工業化深度融合，打造國家新興戰略產業做出應有的貢獻。
為此，我們組織公司長期從事相關工作的專家團隊編寫了“智慧城市叢書”，將團隊的研究成果和有益探索與關注中國智慧城市建設的各界讀者分享。我們熱切地希望通過這套“智慧城市叢書”的陸續出版，為中國的智慧城市發展不斷提供新的思路，借鑑與參考。
王曉初
中國電信集團公司董事長
致 謝
本書即將交付出版，作為中國最早從事信息技術農業套用研究的一批通信人，我們頗感欣慰，同時又有些激動和期待。近些年，國家連續9 年一號檔案涉及農業，充分強調了依託科技發展農業的決心，而物聯網技術亦經歷了快速突破發展的三年，社會環境和技術環境都給智慧農業的萌芽和發展提供了良好的條件。在這種大環境下，我們非常有幸親身經歷了諸多行業創新事件，對於物聯網和智慧農業的認知也在實踐中不斷前進。農業是國家第一產業，其重要性和發展意義毋庸置疑。通過本書，我們總結了過去幾年中行業同仁為提高農業生產力、改善農業生產環境和管理的各種努力，期望這種總結性的敘述能為閱讀本書的各位讀者帶來價值。對於本書的出版，我們要感謝許多領導和同事。
首先，要感謝中國電信集團公司和中國電信北京研究院的領導們在我們研究和探索智慧農業套用的過程中提供的良好科研環境，給我們的研究工作和本書的編寫提供了大力支持和指導。我們通過研發智慧農業平台，部署各類物聯網試驗和演示環境，突破一個個技術難題，直至滿足實用需求，並最終得以實現大量的項目部署驗證。通過這些項目研發，我們對物聯網以及智慧農業的各層面技術有了深入了解，積累了豐富的技術知識。
其次，要感謝中國電信湖南分公司、黑龍江分公司、浙江分公司、山東分公司、陝西分公司、北京分公司等各級省公司和本地網的同仁們，他們在一線積極進行智慧農業套用的推廣，為平台的持續完善提出了眾多好的需求和建議，讓我們的技術和業務研究成果能夠在現實網路環境和生產現場中得到檢驗和套用，積累了寶貴的實踐經驗。
第三，要感謝業界的領導、專家、學者以及技術人員，他們無私奉獻了專業知識和經驗。通過與他們的溝通、交流，我們學到了很多知識，加深了對物聯網和智慧農業的理解。
同時，還要感謝電子工業出版社的領導和劉皎、李利健編輯，以及為本書付出辛勤勞動的出版社朋友們。
最後，要感謝我們的家人。本書的幾位作者日常的科研工作和任務都很繁重，主要利用業餘時間完成書稿的寫作，沒有家人的理解和支持，本書很難順利付印。
作 者
媒體評論
一粒種種改變一個世界。關鍵時候，一粒小小的種子能絆倒強大的國家！當前農產品市場的競爭在某種意義上講，可以認為就是良種的競爭。目前，現代信息技術已逐步滲透到農業生產的各個領域，農業信息化是未來一個不可逆轉的趨勢。我相信，信息技術在農業中的套用將對促進農業科研的創新，加速農業科研成果的轉化，農作物的種值、加工、商貿、物流等起到越來越重要的作用。
袁隆平
“世界雜交水稻之父”，中國工程院，美國科學院院士
2012 年11 月
“食為人天，農為正本”是千百年來對農業重要地位的高度概括。隨著中國經濟和社會的高速發展，一方面，人們對食品的質量安全、農業的可持續發展提出了更高的期待，而另一方面農業現代化已經成為中國現代化的一塊短板。中國農業高層管理專家明確指出，我國的農業已到了必須更加依靠科技進步促進現代農業發展的新階段，科技進步已成為最重大、最關鍵、最根本的出路和措施。
“信息通信技術讓農村生活更美好！”是2011 年世界電信和信息社會日的主題，聯合國希望藉助信息通信技術讓農村社區生活更加美好，突出的是有必要充分利用信息通信技術的潛力，造福世界農村人口。在建設以現代裝備為基礎、現代科技為支撐、現代經營為特徵、現代農民為主體的中國現代農業體系中，信息通信技術是現代精細農業可持續發展的核心技術之一，我國農業農村信息化發展“十二五”規劃中也積極鼓勵引導包括電信運營商在內的各種社會力量參與，形成推進中國農業農村信息化發展的合力。
本書的年輕作者們致力於中國智慧農業的產業發展，在梳理國內外現代農業中信息通信技術套用案例的基礎上，結合自身多年實踐，總結了以物聯網技術為代表的各類信息通信技術如何在我國農業不同生產環節中進行套用的探索心得，可以為有志於現代農業與信息通信業跨行合作的讀者提供有益的借鑑。
張繼平
中國電信集團公司副總經理
2012 年10 月
農業現代化是中國城市化的重要組成部分。轉型中的電信業正以信息通信技術為手段積極服務於包括農業在內的重點行業和領域的物聯網先導套用和發展，作為通信行業技術標準化組織的中國通信標準化協會（CCSA）也通過與對口行業的合作致力於重點行業套用相關物聯網技術標準的制定工作。本書作者將國家戰略性新興產業的發展與傳統產業的轉型升級進行有機的結合，將其在智慧農業領域的技術研究、套用實踐和標準制定等方面的多維度、深層次的思考與讀者分享。該書是國內智慧農業領域跨行業合作的成果結晶和難得力作。
劉 多
工業和信息化部電信研究院副院長
中國通信標準化協會泛在網技術工作委員會主席
“兩化融合”是國家產業戰略，在“兩化融合”的大環境下，對於農業這個極具特殊性質和重要地位的行業，探索農業信息化的發展道路，是我國信息化需要面對和解決的問題。本書系統性地探討了如何採用信息化技術構建智慧型農業體系，對拓展物聯網套用以及深化農業的轉型升級都具有很好的借鑑作用。
張 平
泛在網技術與發展論壇秘書長
泛網無線通信教育部重點實驗室主任
國家基礎研究發展計畫（973 計畫）“認知無線網路基礎理論與關鍵技術研究”項目首席
科學家
前言
《中共中央關於制定國民經濟和社會發展第十一個五年規劃的建議》提出“推進現代農業建設”的戰略；胡錦濤總書記在2010 年兩院院士大會上指出，要大力發展現代農業科學技術，推進農業信息化、數位化、精準化；《中共中央關於制定國民經濟和社會發展第十二個五年規劃的建議》提出要加快發展現代農業，推進農業科技創新，促進農業生產經營專業化、標準化、規模化、集約化；中共中央、國務院2012 年印發中央1 號檔案《關於加快推進農業科技創新持續增強農產品供給保障能力的若干意見》指出，要進一步通過加強農業科技創新支撐現代農業建設。現代農業的建設離不開信息化技術的支持，物聯網、雲計算、移動通信等技術的發展為現代農業提供了數位化和信息化技術的重要支撐手段，是實現農業集約、高產、優質、高效、生態、安全的重要支撐，同時也為農業農村經濟轉型、社會發展、統籌城鄉發展提供“智慧”支撐。
回顧我國的農業和農村信息化發展路線，大體可以分為三個階段。第一個階段是最早開始實施的“村通工程”，通過“村通工程”實現了覆蓋農業生產和農村地區的大規模信息基礎設施的建設；第二個階段是搭建各種涉農的綜合信息服務平台，例如，中國電信的“信息田園”平台、中國移動的“農信通”服務，等等，可以提供大量的涉農信息以及電子商務服務等；第三個階段是藉助物聯網、雲計算等新興技術實現智慧生產和運營的發展模式，大量的感測器節點構成了一張張功能各異的監控網路，通過各種感測器採集信息，可以幫助農民及時發現問題，並且準確地捕捉髮生問題的位置。這樣一來，農業逐漸從以人力為中心、依賴於手工、孤立機械的生產模式轉向以信息和軟體為中心的生產模式，從而可以大量使用各種自動化、智慧型化、遠程控制的生產設備，進一步提高了生產效率，促進了農業發展方式的轉變。
目前，我國一些農業信息化比較發達的地區已經陸續建立了一些小型化的利用物聯網技術的農業生產和管理監測實驗示範網路，這些實驗性的物聯網網路正用於農作物種植、農產品養殖、農業機械的智慧型管理調度、農作物病蟲害防治以及農產品安全溯源等各類智慧農業信息化套用中，同時為進一步提升農業生產決策的智慧型性，還有一些套用與基礎地理信息、農業歷史資料數據等信息與知識集成系統，以實現智慧型化處理和特徵數據的提取，為農業生產提供更高層次的智慧型決策支持。
對比國內外智慧農業的發展情況，不難發現我國在智慧農業的發展方面仍然處於起步階段，目前國內更多的是示範工程和項目，還比較缺少能夠形成產業的套用項目。另外，在技術和標準方面，缺少統一的協定和標準，因此，大量的套用都是小規模的孤島式套用。但隨著雲計算和物聯網等新興技術的發展、中國小城鎮化建設戰略以及人們對廣域化、移動化工作的需求增加，原有的多種局域化、孤島式以及小規模的智慧農業套用逐步向公共的共性服務平台遷移，逐步形成了一些具有一定規模以及相對規範的業務和套用。
本書較全面和系統地梳理了智慧農業的國內外發展現狀，同時對一些智慧農業的典型套用和案例進行了重點介紹。通過閱讀這本書，我們期待讀者能對智慧農業的發展趨勢和業務形態有所了解，為智慧農業套用的開發和項目實施提供一定的指引。
本書部分內容和案例來自作者的研究成果和實踐經驗，本書的寫作也得到了中國電信集團公司、中國電信北京研究院、中國電信黑龍江分公司、中國電信湖南分公司、中國電信浙江分公司等領導和專家的大力支持，另外，還參考了大量來自業界的研究成果和相關技術資料，在此一併表示感謝！本書由中國電信集團公司靳東濱、馮明統稿，由中國電信北京研究院智慧農業項目組編寫，其中江志峰負責全書的策劃及第6 章的編寫，高歆雅負責第1、4、5 章的編寫，孫向輝負責第2、3、9 章的編寫，封順天負責第7、8、11 章的編寫，周開宇負責第10章的編寫，陳曉益和劉波編寫了第2 章的部分套用案例。另外，在編寫過程中，中國電信北京研究院的李志剛、趙慧玲、王曉平、張成良、王建秀、陳運清、解衝鋒，以及中國電信和省公司的孫健、孫軍濤、李成波、劉謙、龔劍、管繼剛、趙佳強、楊慧、王達、渠德軍、宋革聯、王茂華等多位領導和專家提出了很多有益的建議，使本書的內容得以不斷完善。
智慧農業作為一種領域和學科交叉融合性套用，涵蓋的知識範圍較廣，同時各種技術仍在快速發展和演進的過程中。由於作者水平有限，書中難免存在謬誤，懇請讀者批評、指正。
作 者
