前言/Preface

当前，现代信息技术快速发展，为国民经济发展提供了新动力，“互联网+”已经成为不可阻挡的时代潮流，正在以前所未有的速度和广度重组产业体系，重构经济社会结构，重塑政府治理理念和方式，日益成为创新驱动发展的先导力量。党中央、国务院高度重视，在十八届五中全会、中央一号文件和“十三五”规划纲要及《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》（国发〔2015〕40号）中都作出了重点部署。

目前，我国农业正处在从传统农业向现代农业迅速推进的过程，与发达国家相比，我国的农业劳动生产率、土地产出率、资源利用率和农产品的国际竞争力都比较低，我国农业劳动力老龄化也很严重。只有改变传统的生产方式、经营方式、管理方式，走一条生产集约、产出高效、产品安全的现代农业发展之路，别无选择。《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》制订了11项行动计划，其中第2项就是“互联网+”现代农业行动计划，其根本目的就是通过新一代信息技术与农业产业的深度融合，提升农业生产、经营、管理和服务水平，促进农村一、二、三产业融合发展，根本解决生产方式粗放、组织形式分散、服务水平滞后、质量安全缺失的问题。

农业是“互联网+”的重点领域之一，也是“互联网+”需求最迫切、难度最大、战略重要性最强、融合特征最明显、产业链条最长、任务最重的领域。物联网、大数据、云计算、移动互联、空间信息技术、人工智能（以机器人为代表）等新一代信息技术浪潮的来临，为“互联网+”农业发展创造了前所未有的机遇，改造传统农业、发展现代农业，迫切需要运用上述六大技术对大田种植、设施园艺、畜禽养殖、水产养殖、农产品物流等农业行业领域的各种农业资源要素进行数字化设计、在线化处理、智能化控制、精准化运行和科学化管理，从而实现对各种农业要素的重新配置与优化，创新农业的生产方式、经营方式、管理方式和服务方式，使传统农业跃升到一种新的业态，达到高产、高效、优质、生态、安全的目标。

既然农业是“互联网+”的重点领域之一，它的基本理论框架是什么？它的技术基础和技术体系是什么？它的支撑体系又是什么？“加”什么？怎么“加”？如何快速稳步推进？随着全国各地“互联网+”行动的实施，很多地方政府和企业开展了大量的实践，涌现了一些鲜活的案例，也迫切需要全面、系统、客观和公正地回答上述问题。作为20年在农业信息化战线上不断探索的一员，深感有责任和义务对以上问题进行系统整理和总结，这正是本书出版的基本动因。

自1997年以来，作者一直致力于人工智能在农业领域的应用研究，最初开始研究农业资源高效利用专家系统，1998年开始重点研制鱼病诊断专家系统和农业病虫害远程诊断系统，2002年开始全过程水产养殖智能决策支持系统的研究，重点对水质管理、饲料投喂、疾病诊断的决策模型和系统开展了精细管理决策系统研究。这一阶段重点开展了农业推理、预测、预警、优化、决策方法和模型，以及农业知识库的建设，虽然当时没有物联网概念，但对农业信息处理做了大量的工作。2006年，作者考察了荷兰、德国、比利时等国家的渔场、猪场、奶牛场、辣椒温室和花卉温室，一个重要的启发就是软件和硬件必须一体化，信息采集、传输、处理、控制系统集成在一起才能实现农业的自动化，单靠专家系统与决策系统就像人只有神经系统没有运动系统，而不能行走。因此，2006年作者下决心开展传感器和无线传感网络的研究，开始组建智能系统团队，包括3个研究组：传感器与传感网络组、智能信息处理组和系统集成组。作者的博士生、硕士生研究方向也从原来的一个变为两个，并把传感器作为最重要的方向，同时以基础最好的水产养殖领域作为突破口，先后开展了水产养殖水体溶解氧、pH值、电导率、氨氮、叶绿素、浊度等传感器的研发，开始以电化学传感器为主，后过渡到光学传感器。刚好，2007年我们成功申请了国家“863”计划课题“集约化水产养殖数字化集成系统研究”，为我们自主开发了一系列拥有自主知识产权的水质传感器、采集器和控制器以及水产养殖环境监控管理平台，真正实现了水产养殖领域水体信息采集、无线传输和智能处理与控制的一体化，在当时国内还没有物联网概念的情况下，其实已经开展了水产养殖从传感器、无线传感网、信息处理一体化远程测控技术研究，也就是今天提及的水产养殖物联网的雏形。

2009年时任总理温家宝提出“感知中国”之后，物联网研究和应用在国内骤然升温，也适逢国家开始制定“十二五”发展规划，作者也很荣幸地参与了农业部《全国农业农村信息化发展“十二五”规划》、科技部农业与农村信息化专项规划及示范省建设、工业和信息化部中国农业农村信息化建设发展指南（2013 —2015年）、国家发改委农业物联网标准和示范工程建设规划等的起草和调研工作，对农业物联网的理解日渐全面和深刻。2010年，团队对农业传感器的研究也进行了进一步的拓展，从水体参数传感器向土壤和气象参数传感器拓展，从水产养殖向设施园艺和设施畜禽养殖拓展，并成功申请北京发改委先进农业传感北京工程中心和北京科委农业物联网工程技术研究中心，在两个中心的平台上团队的方向也日渐明晰，主攻传感器与传感网技术、智能信息处理技术、系统集成技术以及上述技术的产品化。

2010年，我们的传感器、采集器和控制器已经走出了实验室，但总体上还是小范围和小规模的试制与测试，2011年我们建立了中国农业大学宜兴实验站，并形成了江苏中农物联网科技有限公司，专门负责技术的熟化、产品研发和物联网系统运营和维护，在江苏无锡的宜兴市开展了4个乡镇1万亩水面的较大规模的水产物联网应用，开始了农业物联网技术的规模化应用探索。2011年团队迎来实施国家科技支撑计划“农业现场信息全面感知技术集成与示范”、农业部公益性行业（农业）科研专项“现代渔业数字化及物联网技术集成与示范”、国家发改委“养殖业物联网示范工程”三个重大课题实施的机遇，我们在全国12个省开展了较大规模的示范应用，尤其是对物联网中的传感技术、物联网运营平台和系统集成技术进行全方位的测试与应用，在应用中发现问题、解决问题中寻找本质的科学方法，改进后再到实践中验证，再发现问题，循环往复，不断深入。

2011年在一次国际会议上，作者听了一位专家关于大数据（Big Data）的报告，开始详细思考农业大数据的获取、存储、计算和挖掘及分析，并开始以我们的宜兴基地为试验场研究水产养殖物联网与大数据的关系，2011—2014年我们围绕水产养殖的实际需求，构建了系列基于物联网数据的模型，包括数据降维、去噪、分类、挖掘、预测、预警，越来越觉得物联网就是农业大数据，大数据分析是物联网智能化和实用化的保障，两者相得益彰。随着移动互联、云计算技术的发展，农户用手机的普及，大数据分析尤其对分散农户的农作指导和政府信息农村服务企业获取农户生产、消费行为等优势明显。随着我们团队在农业物联网与大数据领域研究的深入，越来越觉得大学作为研究机构开展理论和原型产品研发有优势，但产业化必须有产业支撑方能成功，于是2013年我们与福建上润精密仪器成立了农业物联网与智能装备研发中心，2015年与北京软通动力信息技术集团成立了农业互联网大数据联合研发中心，通过产业力量支撑物联网与大数据规模化应用成为可能。同时也深刻地体会到物联网、大数据、云计算给传统的人工智能插上了即时计算的翅膀，使人工智能、虚拟现实和智能制造经历了重生，农业智能机器人进入一个崭新时代，越发呈现出勃勃生机。

2015年，李克强总理提出了“互联网+”行动计划，“互联网+”马上成为本年度最为流行的一个术语，2015年7月4，国务院印发《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》部署11项行动计划。农业部也开始部署《“互联网+”现代农业三年行动实施方案》，作者有幸牵头起草该文件。这个机会也给作者一个压力，必须学习“互联网+”的思想精髓，必须考察“互联网+”的鲜活案例，必须想办法把“互联网+”理论体系建立起来，理论方可指导实践。加上近三年来作者也牵头《全国农业农村信息化“十三五”发展规划》起草工作，这样有很多机会与农业部及（各省自治区、直辖市）相关部门负责同志、专业大户、家庭农场、农民合作社、农业产业化龙头企业等新型农业经营主体与新型职业农民接触，参加了一系列学术会议和研讨会，做了大量的社会调研，这些工作都对本书的体系框架的形成很有启发。

“互联网+”农业的产生不是偶然的，是我国农业发展到一定历史阶段的必然产物，有其产生的必然历史背景，凸显在以下几个方面。

（1）我国农业劳动生产率、土地产出率、资源利用率低，农业资源约束趋紧，如何走资源节约、环境友好、产出高效的现代农业道路是摆在我们面前的基本问题。

（2）我国农产品成本、价格已全面逼近或超过国际农产品价格，补贴已趋近黄线，且农产品市场极不稳定，农民增收困难，如何促进农民增收不容忽视。

（3）农产品品质问题突出，如何客观面对，全面解决。

（4）我国农业劳动力老龄化问题凸显，年轻人不愿从事传统的农业生产，将来谁来种地？谁来养猪？这是我国农业发展迫在眉睫的问题。

（5）我国农产品市场波动很大，农产品价格一夜暴涨或一夜暴跌，“蒜你狠”“姜你军”时有发生，说明我们的市场信息体系不透明、不健全，迫切需要构建信息化的产供销体系。

因此，“互联网+”农业必须迎合这些需求，解决这些问题。

“互联网+”农业的本质是通过物联网、大数据、移动互联、云计算、空间信息和智能装备等新一代信息技术与农业资源要素（土地、水、劳动力、资金、信息等）的重新配置和深度融合，产生一个更高产、高效、优质、生态、安全的更具有竞争力的新业态，包括大田种植业、设施园艺、畜禽养殖和水产养殖，在新的业态下生产、经营、管理和服务要打通，实现全链条、全产业、全要素的在线化和数据化。这个跃升，需要六大支撑体系（基础设施支撑体系、产业支撑体系、科技支撑体系、人才支撑体系、环境支撑体系、市场及运营支撑体系）的合力推动，更需要一个政府、企业、高校科研院所、农户四大主体共建、共享、共赢的商业运行机制，确保“互联网+”农业进入一个稳健运行的新状态。

随着全国各地“互联网+”行动的实施，很多地方政府和企业开展了大量的实践，涌现了很多鲜活的案例，本书从全国选择了“蟹联网”“猪联网”“菜联网”“花联网”“机联网”“户联网”6个典型的案例，分别从背景、解决方案、机制模式、效益效果等方面进行了深刻剖析，力图给读者一个全面的了解和启发。虽然这些案例只是从“互联网+”农业的某个方面进行了探索，或者说还不是严格意义上的“互联网+”农业，但“第一个吃螃蟹的人”总是值得鼓励和表扬的，这些先进的做法代表了未来发展的方向。

本书从宏观的角度和战略的视野，对我国“互联网+”农业面临的战略问题、战略定位、战略思想、战略任务、战略部署、战略对策进行了系统分析，从另一个角度对我国“互联网+”农业发展的长期性、紧迫性、艰巨性进行了阐述。同时，也系统论述了“立足当前、面向未来、补充条件、提升层次”的基本工作思路。

本书的特色及创新之处主要表现在如下几个方面。

（1）系统性：本书系统地从农业资源、信息技术、现代农业、产业链条、支撑体系、运营机制与模式6个方面对“互联网+”农业进行了系统阐述，对各个组成部分之间的逻辑关系、地位和作用进行了详细论述。

（2）先进性：“互联网+”农业是一个崭新的话题和领域，本书的理论体系、技术体系、案例、战略都是首次提出的，都充分借鉴了国际、国内发展的经验。

（3）实用性：本书选择的“蟹联网”“猪联网”“菜联网”“花联网”“机联网”“户联网”6个典型的案例，是目前国内“互联网+”农业的先进代表，可以为“互联网+”农业实践者和建设者开展具体工作提供借鉴，也可对相关研究工作者提供思路，也希望可以指导各级农业管理部门、农业龙头企业、农业合作社开展相关建设工作。也希望本书能成为一本通俗的读物，能引起“互联网”爱好者共鸣。

本书凝聚了很多农业信息化领域科研人员的智慧和见解，首先要感谢我的导师中国农业大学傅泽田教授，他为我搭建了农业信息化领域的研究平台，多年来在科研教学工作中的教诲和指导让我受益良多。特别感谢国家农业信息化工程技术研究中心赵春江研究员、上海交通大学刘成良教授、浙江大学何勇教授，他们带领我在农业信息化领域努力进取，他们兄长般的关爱和帮助使我不断成长。特别感谢汪懋华、孙九林、罗锡文院士，王安耕、梅方权等老专家在历次农业农村信息化会议上的指导和建议，他们的许多观点令我茅塞顿开。感谢农业部余欣荣、屈冬玉副部长，唐珂、张合成司长，王小兵、张辉、陈萍副司长，张国、王松、宋代强处长，农业部信息中心张兴旺主任，杜维成、吴秀媛副主任，刘桂才总工程师在历次农业信息化研讨会议上的指导与建议，对“互联网+”农业理论框架的深化和形成有很大促进作用，也对许多不清楚的理论问题进行了更深入的探讨。感谢电子工业出版社董亚峰先生的大力支持，没有他的鞭策和鼓励，本书不会这么快与大家见面。

“互联网+”农业是一个复杂的系统工程，涉及电子、通信、计算机、农学、工程、管理等若干学科和领域，这些学科的交叉和集成决定了写好这样一本书并不是容易的事情。除了理论、技术和方法外，还有工程实施和运行机制，在实际应用中遇到的问题就更多了，加上“互联网+”是一个新生事物，理论、方法、技术、案例都不成熟，深感出版此书的责任和压力巨大，本书从下定决心写、理论框架和思路形成到成稿只有8个月的时间，写作分工如下：陈英义（第9章）、孙龙清（第18～第20章）、段青玲（第6章）、位耀光（第12章）、李振波（第15章）、孙明（第13章）、杨卫中（第14、第16章）、刘利永（第4、第10章）、张彦军（第11章）、袁晓庆（第7、第8章）、沈立宏（第5、第17章）、刘晓倩（第1章）、董政祎（第2章）、文洪星（第3章）参加了撰写和历次初稿修改的讨论，我的研究生于辉辉、杨昊、包建华、乔曦、王聪、李震等参与了本书的文字勘误工作，之后我又进行了若干轮的修订和统稿。由于作者水平有限、时间紧，书中错误或不妥之处在所难免，诚恳希望同行和读者批评指正，以便改正和完善，如有任何建议和意见，欢迎与我联系。

2016年12月于中国农业大学