设施农业物联网大数据平台构建与应用研究

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2026-05-26 17:38:00 来源：作者：liunanfang

摘要：结合河南省郑州市中牟县、惠济区等典型区域设施农业物联网大数据平台应用实践，从生产效率、资源节约、产业带动等维度系统梳理了平台构建的关键技术架构，分析了技术应用的成效。

摘要：结合河南省郑州市中牟县、惠济区等典型区域设施农业物联网大数据平台应用实践，从生产效率、资源节约、产业带动等维度系统梳理了平台构建的关键技术架构，分析了技术应用的成效。针对平台应用中存在的智能装备适配性不足、数据治理体系不完善、区域化模型缺失、推广机制不健全等问题，提出强化装备自主研发、完善数据标准规范、推进模型本地化、健全技术服务体系等优化路径，以期为设施农业提质增效提供实践参考。

关键词：设施农业；物联网；大数据平台；智能决策；应用成效；优化路径

1. 引言

设施农业是保障“菜篮子”供给的重要载体，郑州市在“十五五”期间将现代设施农业作为科技赋能农业生产的优先发展方向。针对传统设施农业依靠经验操作、环境调控滞后、水肥管理粗放等问题，以物联网、大数据等技术为基础的设施农业物联网大数据平台构建了“全面感知、可靠传输、智能处理、精准作业”的技术体系。2023 年郑州市在中牟县、惠济区等地开展平台应用示范，覆盖蔬菜、水果、花卉等主要品类。本文通过多渠道资料梳理区域平台建设与应用实践，分析技术路径、成效与存在的问题，提出设施农业优化路径，为设施农业智能化转型提供参考。

2. 郑州市设施农业物联网平台构建与应用实践

2.1 平台总体架构与技术路线

郑州市设施农业物联网大数据平台采用感知层、网络层、平台层、应用层四层架构。感知层部署环境传感器、土壤传感器、智能摄像头等终端设备，实现农业生产要素的实时采集。网络层依托 4 G、5 G 及物联网专用网络，保障数据传输的稳定与安全。平台层构建数据汇聚中心与智能决策引擎，提供数据存储、分析建模与算法调度服务。应用层面向种植户、农技推广部门及农业企业，提供环境监测、智能灌溉、病虫害预警、农事管理等业务功能。平台总体设计遵循开放性与可扩展性原则，支持不同厂商设备接入与多源数据融合 [1]。

2.2 智能感知与数据采集

平台构建的基础在于建立覆盖环境、土壤、作物、设备的智能感知网络。中牟县高标准农田示范区布设大型植物病虫害监测点，通过物联网技术实时采集虫情、孢子、温度、湿度、风力等数据，实现病虫害早期识别与定位。监测点配置自动诱虫灯与高清图像采集系统，虫情识别准确率达到 92 % 以上。惠济区八堡村黄河滩农田采用数字化管控模式，布设气象站、墒情传感器、作物长势监测设备，形成覆盖主要生产环节的数字化监测体系。墒情监测点密度达到每百亩 1 处，数据采集频率为每小时 1 次。

2.3 智能决策与精准作业

平台依托采集数据与作物生长模型生成精准作业指令。惠济区黄河滩农田应用农作物模型大脑，综合气象、墒情、作物长势等数据进行研判，形成标准化农时作业日历，通过智能控制中枢指导农事操作。该系统可自动生成灌溉、施肥、施药等作业方案，作业指令下发至智能设备执行。中牟县广泛应用智慧灌溉水肥机器人、智慧农机、植保无人机等装备。智慧灌溉系统根据土壤墒情与作物需水模型自动启停，灌溉决策准确率较人工经验提升 25 %。植保无人机搭载多光谱相机，根据病虫害监测数据实施变量喷洒，农药施用量较常规方式降低 18 %— 25 %。实地调研显示，通过病虫害监测系统实现提前预防后，农药施用次数由常规管理的 5 — 6 次减少至 2 — 3 次，作物产量与品质均有提升。

2.4 应用成效分析

平台在中牟县、惠济区、荥阳市的应用实践取得了初步成效。生产效率方面，中牟县智慧灌溉水肥机器人实现单人管理 200 亩以上，较传统管理方式节约劳动力 60 %。资源节约方面，惠济区黄河滩农田智能灌溉系统实现节水 25 %— 30 %，节肥 15 %— 20 %。产业带动方面，中原种业科技园作为国家级新品种展示评价基地，年培育试验品种超过 500 个，年生产蔬菜种子 20 吨，年产值达 5000 万元。

3. 技术应用存在的问题

3.1 智能装备适配性不足与自主研发能力有待提升

郑州市设施农业物联网装备呈现高端依赖进口、中端性能不稳、低端难以匹配的结构性特征。进口智能传感器单套价格在 5 — 15 万元区间，普通经营主体难以承受。国内生产的中端产品在稳定性与精度方面存在差距，土壤墒情传感器测量误差在 ± 5 % 左右，与进口产品 ± 2 % 的水平存在差距。低端产品缺乏精确控制能力，难以满足精准作业要求。同时，智能装备与本地农艺技术结合不够紧密，设备安装调试与后期维护成本较高，制约了技术的规模化推广 [2]。

3.2 数据治理体系不完善与标准规范缺失

数据治理体系不完善主要表现为数据标准不统一、共享机制缺乏、安全与隐私保护体系不健全。中牟县、惠济区等地的监测系统由不同主体建设，数据格式与接口各异，难以实现跨区域整合与共享。现有监测系统中，采用不同厂商数据协议的设备占比超过60 %，数据整合需要大量转换工作。数据所有权归属不清，农户参与数据共享的积极性不足。缺乏统一的数据质量评估标准，部分监测数据存在缺失值与异常值，影响了数据价值的有效释放。

3.3 区域化适配技术不完善与模型本地化不足

现有物联网技术多源于对国内外成熟技术的引进与改造，针对郑州本地气候特征、种植习惯的区域化适配技术尚不完善。智能决策模型对黄河滩区特殊土壤条件与气候特征的适用性有待提升。郑州地区小麦生育期与黄淮海其他区域存在 10 — 15 天差异，现有作物模型未针对这一特征进行参数调整。模型本地化需要长期数据积累与持续算法优化，但缺乏稳定的研发投入支撑，导致决策精准度与可靠性不足。部分模型在郑州本地应用时，产量预测误差达到 15 % 以上。

3.4 配套体系与推广机制不健全

技术推广机制不健全主要体现在推广体系不完善、运维服务能力不足、农户接受度参差不齐等方面。基层农技推广部门对物联网技术掌握有限，具备智能装备维护能力的农技人员占比不足 20 %。设备厂商运维服务覆盖面不全，设备故障响应时间平均在3 — 5 天。部分农户对新技术存在成本与操作顾虑，推广中需要大量宣传培训与示范引导。农户对智能装备的接受度与年龄呈负相关，50 岁以上农户接受度不足 30 %，制约了技术的快速扩散 [3]。

3.5 基础设施支撑能力有待加强

平台运行需要稳定电力供应、可靠网络覆盖与完善配套服务作为基础保障。郑州市部分设施农业区域网络信号覆盖不足，数据传输稳定性受到影响。中牟县部分基地偶发 4 G 信号不稳定问题，数据传输中断率在 5 % 左右。部分农田电力设施老化，无法满足智能设备长期运行需求。缺乏专业技术维护人员，设备故障后维修周期较长，制约了平台的持续稳定运行。

4. 技术装备升级与优化路径

4.1 强化智能装备自主创新与适配优化

加大自主研发投入，以国产替代、降本增效为方向，重点研发适用于郑州设施农业特点的智能传感器与控制器。依托河南农业大学、河南省农业科学院、中原种业科技园等科研平台，加强产学研合作，攻克低成本高精度传感器、边缘计算网关、智能控制终端等核心技术。设定技术目标为国产土壤墒情传感器连续运行 1 年，测量误差控制在 ± 5 % 以内，单套成本降至 3 万元以下。针对郑州主要设施类型，开发自适应调节的智能控制设备，增强装备稳定性与可靠性，提升与本地农艺技术的融合深度 [4]。

4.2 完善数据治理体系与标准规范

建立郑州市设施农业物联网数据标准体系，统一数据采集、传输、存储、交换的格式与协议。制定《郑州市设施农业物联网数据接口规范》，明确数据编码规则与接口标准。依托郑州市政务数据共享平台，建立农业数据资源目录，推动跨部门、跨区域数据共享。建立健全数据安全与隐私保护机制，明确数据所有权归属，设立数据质量评估机制，定期发布数据质量报告，确保数据的准确性、完整性与时效性，打破数据孤岛。

4.3 推进区域化适配技术与模型本地化

针对郑州气候特征与种植习惯，开展本地化作物生长模型研究，积累长期观测数据，持续优化智能决策算法。依托惠济区黄河滩农田数字化管控成功经验，建立沿黄区域智慧农业技术规范。联合中原种业科技园、河南中远有机农业研究所等平台，加强产学研协同创新，开发适合郑州本地条件的智能决策模型。设定模型产量预测误差降至 10 % 以内的技术目标，通过 3 年以上连续观测数据积累，提升决策精准度与区域适配性。

4.4 健全配套服务与推广机制

构建技术研发、试验示范、培训指导、运维服务一体化的技术推广链条。依托郑州市各级农技推广站，建立市、县、乡三级智慧农业技术服务中心，提供设备安装、操作培训、故障诊断等一站式服务。强化基层农技人员与种植大户的技术培训，设定年度培训目标为农技人员 200 人次以上、种植大户 500 人次以上，注重理论联系实际，增强实用性与可操作性。借鉴中牟县病虫害智能化监测点成功经验，扩大智能监测网络覆盖面。参考惠济区黄河滩农田数字化管控模式，建设智慧农业示范基地 10 处以上，以点带面扩大应用规模。

4.5 加强基础设施支撑与政策保障

持续推进 4 G 与 5 G 网络向设施农业区域延伸覆盖，确保数据传输稳定性。协调电力部门对设施农业区域电网进行升级改造，保障智能设备持续供电。设立郑州市智慧农业专项发展资金，对购置智能装备、建设物联网平台的经营主体给予不超过设备购置费用30 % 的补贴。鼓励金融机构开发智慧农业信贷产品，提供设备购置贷款支持，贷款额度最高可达 100 万元，贷款期限为 3 — 5 年。选择中牟县、惠济区等代表性区域建立智慧农业示范基地，通过示范效应提升农户对新技术的认知度与接受度。

5. 结束语

设施农业物联网大数据平台通过智能感知、数据传输与智能决策技术的集成应用改变了传统设施农业依赖经验管理的模式，实现了农业生产全过程的精准管控，有效提升了资源利用效率与产出效益。郑州市在中牟县、惠济区、荥阳市等地的应用实践表明，该技术为设施农业增产增效提供了可行路径。未来，在郑州市建设都市农业强市的战略部署下，应着力破解装备适配、数据治理、模型本地化与推广机制等方面的瓶颈，推动设施农业物联网大数据平台从示范应用向规模化推广应用转变，使其成为都市农业高质量发展的核心技术支撑。