農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在種植業(yè)中的應用探析

官文

（江蘇省徐州市銅山區(qū)種子站，江蘇徐州221113）

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在種植業(yè)中的應用探析

官文

（江蘇省徐州市銅山區(qū)種子站，江蘇徐州221113）

在介紹農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)組成的基礎(chǔ)上，分析了物聯(lián)網(wǎng)在種植業(yè)不同領(lǐng)域的應用現(xiàn)狀，包括設(shè)施農(nóng)業(yè)、大田生產(chǎn)、精細灌溉以及農(nóng)業(yè)資源管理等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的多個領(lǐng)域，并展望了物聯(lián)網(wǎng)在種植業(yè)中的應用前景。

農(nóng)業(yè)；物聯(lián)網(wǎng)；種植業(yè)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最早是由美國的麻省理工大學（MIT）在1999年提出來這一概念。它在不同的國家有不同的稱呼，有的國家叫作無線傳感器網(wǎng)絡，或者泛載網(wǎng)，在我國叫作物聯(lián)網(wǎng)。它最初的目的是實現(xiàn)物品的智能化監(jiān)管。早在1999年，我國就已經(jīng)存在物聯(lián)網(wǎng)的應用，并且在世界傳感網(wǎng)領(lǐng)域，與德國、美國、韓國一起，成為國際標準制定的主導國之一。時至目前，物聯(lián)網(wǎng)的蹤跡已經(jīng)遍布人們的生活和工作的各個角落。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)就是通過無所不在的感知和智能化的控制，來實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精播、精施和精準控制，以達到高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、生態(tài)和安全的生產(chǎn)目標。農(nóng)業(yè)是個古老的產(chǎn)業(yè)，兼具地域性、季節(jié)性和多樣性，這就決定了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是一個復雜的聚系統(tǒng)。該研究對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在種植業(yè)中的應用進行探討，旨在為促進農(nóng)業(yè)發(fā)展提供借鑒。

1 物聯(lián)網(wǎng)組成

根據(jù)信息生成、傳輸、處理和應用的原則，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可以分為感知層、傳輸層和應用層。

1.1 感知層

感知層是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展和應用的基礎(chǔ)層，主要作用是以農(nóng)業(yè)傳感器、射頻識別、GPS、遙感、條碼等技術(shù)，采集各類物理量、身份標識、情境信息、音頻、視頻等數(shù)據(jù)，如農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)主要用于采集各個農(nóng)業(yè)要素信息，包括農(nóng)業(yè)水體信息傳感器、環(huán)境類傳感器、土壤類傳感器、植物理化傳感器等。而遙感技術(shù)則可以利用高分辨率傳感器采集地面空間分布的地物光譜反射或輻射信息，主要用于作物長勢、水分、養(yǎng)分、產(chǎn)量的監(jiān)測，從而實現(xiàn)對“物”的識別。

1.2 傳輸層

傳輸層是建立在現(xiàn)有的移動通訊網(wǎng)（通訊塔與農(nóng)網(wǎng)服務器等）和互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，具有大范圍的信息傳輸和廣泛的互聯(lián)功能。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通過各種接入設(shè)備（天線）與移動通訊網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)（手機上塔發(fā)出圈），將感知層獲取的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息，以多種通信協(xié)議，發(fā)布到局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)。

1.3 應用層

應用層面向終端用戶，是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的最終目的。它的主要作用是對數(shù)據(jù)進行融合，利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術(shù)，對海量的感知信息進行分析和處理，處理后制定科學的管理決策，從而實現(xiàn)智能化控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程。保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)前正確規(guī)劃以提高資源利用率，產(chǎn)中精細管理，以提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)后高效流通，實現(xiàn)安全溯源等多個方面，促進農(nóng)業(yè)的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)與安全。

2 物聯(lián)網(wǎng)在種植業(yè)不同領(lǐng)域的應用現(xiàn)狀

2.1 設(shè)施栽培

與養(yǎng)殖業(yè)有所不同，在種植業(yè)，主要是通過視頻監(jiān)控以及各種傳感器獲取農(nóng)產(chǎn)品的各種信息。就如同在蔬菜大棚里所看到的，攝像頭通過視頻采集的方式監(jiān)控大棚內(nèi)蔬菜的生長狀況，以及生產(chǎn)人員的管理操作；土壤傳感器、光照傳感器以及空氣溫濕度傳感器等大量的傳感器節(jié)點構(gòu)成了一張張功能各異的監(jiān)控網(wǎng)絡，實時采集與蔬菜生產(chǎn)相關(guān)的各種生產(chǎn)信息和環(huán)境參數(shù)。無論是監(jiān)控視頻，還是各種生產(chǎn)信息、環(huán)境參數(shù)，最終都會通過無線傳播的方式，實時上傳到物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心平臺。

在物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心平臺與大棚內(nèi)的控制設(shè)施聯(lián)接后，當大棚內(nèi)的溫度、濕度和光照等環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化時，在無人狀態(tài)下可以實現(xiàn)大棚遮陽、通風、噴灑裝置的自動控制，從而保持大棚內(nèi)最優(yōu)的生產(chǎn)環(huán)境。

2.2 大田生產(chǎn)

不僅設(shè)施栽培能實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品進行生產(chǎn)監(jiān)控，大田農(nóng)作物的生產(chǎn)，同樣也可以對大田的苗情、墑情、病蟲草鼠情和災情等實現(xiàn)實時監(jiān)控。高清攝像頭通過視頻與圖像信息的采集，以監(jiān)控大田農(nóng)作物苗情；農(nóng)田小型氣象站對農(nóng)田所處地理位置的風向、風速、空氣溫濕度以及光照強度進行實時監(jiān)測，而太陽能誘蟲燈則是通過對農(nóng)田害蟲的誘殺，獲取農(nóng)田的蟲口密度等信息。土壤肥力感知系統(tǒng)通過激光、紅外線等技術(shù)快速獲取土壤肥力信息。這套土壤肥力感知系統(tǒng)主要是利用激光技術(shù)和近紅外技術(shù)對土壤的要素進行全面感知，包括土壤中的重金屬，土壤中的全氮、全磷、全鉀，進行全面的信息獲取。

這一系列監(jiān)測設(shè)備獲取的信息，最終將匯總到農(nóng)業(yè)綜合決策中心進行處理，從而對農(nóng)作物的種植、病蟲害管理、水肥管理、收獲等工作進行科學的診斷、指揮和調(diào)度。如病蟲草害自動識別系統(tǒng)，農(nóng)民利用手機拍攝田間實時病蟲草害危害圖片，通過手機客戶端上傳到自動識別系統(tǒng)，經(jīng)過自動識別后，系統(tǒng)立即將病蟲草害對應的防治方法發(fā)送到手機客戶端，從而指導農(nóng)民合理用藥、科學防治病蟲草害。

2.3 精細灌溉

無論是設(shè)施栽培，還是大田生產(chǎn)，都離不開灌溉，只要在農(nóng)田中安裝數(shù)個或數(shù)十個土壤水分傳感器，同時，結(jié)合滴灌、噴灌等設(shè)備，什么時候灌溉、澆灌多少等便能夠輕松而精確地掌握。因為多個土壤水分傳感器組成了一個傳感器網(wǎng)絡，可以監(jiān)測到不同區(qū)域、不同深度的土壤水分含量，監(jiān)測到的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)字農(nóng)業(yè)專家平臺，經(jīng)過分析處理后，在專家的指導下，再通過手機或網(wǎng)絡的形式，實時向農(nóng)民發(fā)送田間灌溉作業(yè)的指令。甚至，當某一區(qū)域內(nèi)傳感器測到土壤水分低于設(shè)定的灌溉閾值時，灌溉監(jiān)測控制器可以自動開啟灌溉設(shè)備，對農(nóng)田進行澆灌，直到土壤水分超出設(shè)定灌溉閾值時，灌溉監(jiān)測控制器自動關(guān)閉灌溉設(shè)備，停止灌溉，從而準確控制田間的灌水量，這就是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的精準農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)灌溉上的應用，不僅起到了節(jié)水、省工的作用，而且實現(xiàn)了精細灌溉。

不僅如此，就連這稻田內(nèi)的水溫都可以實現(xiàn)人為控制。主要是利用這個探頭實時監(jiān)測稻田水溫，當水溫高于系統(tǒng)設(shè)定的適宜溫度后，系統(tǒng)就會自動發(fā)出命令，向田間注入新的水源以降低水溫，從而避免水稻發(fā)生高溫熱害。

2.4 農(nóng)業(yè)資源管理

物聯(lián)網(wǎng)不僅在田間、溫室、養(yǎng)殖場等小范圍內(nèi)可以實現(xiàn)物與物、人與物的“對話”，而且，通過近地遙感、高空探測、衛(wèi)星遙感、地理信息系統(tǒng)等傳感手段，還能宏觀地獲取各種農(nóng)業(yè)資源的信息：利用遙感技術(shù)進行大面積、大規(guī)模、實時、動態(tài)的土地利用狀況監(jiān)測，監(jiān)測到的信息能清晰地顯示各種土地利用類型的特征與分布；通過農(nóng)作物遙感識別，能準確識別土地覆蓋類型，不僅如此，借助高光譜信息，還可以及時估算、預測農(nóng)作物的生物量、葉面積指數(shù)、葉綠素等生理參數(shù)，甚至病蟲為害情況；通過設(shè)置在天上、地下的各種傳感器，能夠直接觀測或測量水資源的總量、地下水位深度等數(shù)據(jù)。無論是對土地資源的監(jiān)測還是水資源以及生物資源的監(jiān)測，獲取的農(nóng)業(yè)資源信息最終都將被進行融合處理，從而實現(xiàn)對作物種植種類和面積、土地變化及利用情況、水資源情況及氣象氣候等的宏觀監(jiān)控，為相關(guān)部門提供決策參考，指導農(nóng)業(yè)發(fā)展和資源的可持續(xù)利用。如種子物聯(lián)網(wǎng)，利用傳感器、射頻識別、條形碼、全球定位系統(tǒng)等現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將種子選育單位、種子產(chǎn)地、種子企業(yè)、種子銷售商、種植農(nóng)戶、監(jiān)管單位、包裝種子、種子庫等相關(guān)元素通過互聯(lián)網(wǎng)連接起來，在農(nóng)作物種業(yè)形成一個農(nóng)作物品種種子“選育→保護→審定→繁殖→生產(chǎn)→流通→銷售”的信息追溯鏈條和全程的多功能服務網(wǎng)絡體系。

3 物聯(lián)網(wǎng)在種植業(yè)中的應用前景

3.1 種子物聯(lián)網(wǎng)

種子物聯(lián)網(wǎng)利用傳感器、射頻識別、條形碼、全球定位系統(tǒng)等現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將種子選育單位、種子產(chǎn)地、種子企業(yè)、種子銷售商、種植農(nóng)戶、監(jiān)管單位、包裝種子、種子庫等相關(guān)元素通過互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接起來，在農(nóng)作物種業(yè)形成一個農(nóng)作物品種種子“選育→保護→審定→繁殖→生產(chǎn)→流通→銷售”的信息追溯鏈條和全程的多功能服務網(wǎng)絡體系。

3.2 土壤肥力感知系統(tǒng)

土壤肥力感知系統(tǒng)主要是利用激光技術(shù)和近紅外技術(shù)對土壤的要素進行全面感知，包括土壤中的重金屬，土壤中的全氮、全磷、全鉀，進行全面的信息獲取。

土壤肥力感知系統(tǒng)主要利用激光技術(shù)和近紅外技術(shù)對土壤的要素進行全面感知，實現(xiàn)土壤中全氮、全磷、全鉀和多種重金屬的實時檢測，有效地解決大面積、低成本的土壤肥力信息的快速獲取問題，為精準施肥和有效保護土壤環(huán)境提供技術(shù)支持和保障。

3.3 病蟲草害自動識別系統(tǒng)

農(nóng)民在田間通過手機拍攝田間實時病蟲草害為害圖片，通過手機客戶端上傳到自動識別系統(tǒng)后，經(jīng)過自動識別，系統(tǒng)立即將病蟲草害對應的防治方法發(fā)送到手機客戶端，從而指導農(nóng)民合理用藥、科學防治病蟲草害。

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（責任編輯 張楊林）

Analysis on Applications of IOT in Farming

GUAN Wen(Tongshan District Seed Station in Xuzhou City of Jiangsu Province,Xuzhou,Jiangsu 221113)

Based on introducing the parts of IOT,the application status of IOT in different areas of farming, including agriculture,field production,fine irrigation and agricultural resource management and others were analyzed.Moreover,the prospects of IOT in farming were looked up.

Agriculture;Internet of things;Farming

S126

A

2095-0896（2014）02-060-03

官文（1968-），女，江蘇銅山人，計算機信息處理技師，從事計算機信息處理研究，E-mail：455102627@qq.com。

2014-01-19