發(fā)展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化

趙龍中

發(fā)展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化

趙龍中

你只要有部（臺(tái)）智能手機(jī)、平板電腦，安裝一個(gè)終端軟件，無(wú)論在家里，還是上班路上，打開手機(jī)或電腦，就可以像玩“開心農(nóng)場(chǎng)”一樣照看你的菜園，還能第一時(shí)間吃到新鮮蔬菜。這是現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的一種情景。

1 我國(guó)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀

充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，已成為當(dāng)今世界各國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。我國(guó)農(nóng)業(yè)正處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型時(shí)期，全面實(shí)現(xiàn)這一新技術(shù)體系的轉(zhuǎn)變，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將發(fā)揮獨(dú)特而重要的作用，也為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了前所未有的機(jī)遇。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是將大量的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)各種傳感器采集信息，以幫助農(nóng)民及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并且準(zhǔn)確地確定發(fā)生問(wèn)題的位置，這樣農(nóng)業(yè)將逐漸地從以人力為中心、依賴于孤立機(jī)械的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式，從而大量使用各種自動(dòng)化、智能化、遠(yuǎn)程控制的生產(chǎn)設(shè)備。

截至2014年6月，我國(guó)共篩選出310項(xiàng)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)成果，包括148個(gè)硬件設(shè)備、80個(gè)軟件系統(tǒng)、39個(gè)應(yīng)用模式、43個(gè)市場(chǎng)化解決方案與典型案例，涉及農(nóng)作物設(shè)施農(nóng)業(yè)、“四情”監(jiān)測(cè)、畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)機(jī)作業(yè)調(diào)度、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全等行業(yè)和領(lǐng)域。目前，北京、黑龍江、江蘇、天津、上海、安徽、內(nèi)蒙古、新疆等8個(gè)省（區(qū)、市）承擔(dān)的國(guó)家物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)區(qū)域試驗(yàn)工程已先后啟動(dòng)實(shí)施，并取得了階段性成果。[1]

2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)主要有感知層、傳輸層和應(yīng)用層等三個(gè)體系構(gòu)成，如圖1所示[2]。

圖1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)總體框架圖

2.1 物聯(lián)網(wǎng)感知層

該層的主要任務(wù)是將現(xiàn)實(shí)世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各種物理量通過(guò)技術(shù)手段，將其轉(zhuǎn)化為可供處理的數(shù)字化信息。其涉及的技術(shù)有：二維碼標(biāo)簽和識(shí)讀器、RFID標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、GPS、傳感器、終端、傳感器網(wǎng)絡(luò)等。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)傳輸層

該層的主要任務(wù)是將采集到的數(shù)字化農(nóng)業(yè)信息，通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行傳輸。傳輸層是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞，是農(nóng)業(yè)信息傳遞和處理的中心。其涉及的技術(shù)包括有線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)管理中心、信息中心和智能處理中心等。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層

該層的核心功能圍繞兩個(gè)方面：一是“數(shù)據(jù)”，應(yīng)用層需要完成數(shù)據(jù)的管理與處理；二是“應(yīng)用”，應(yīng)用層需要將這些數(shù)據(jù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合。應(yīng)用層可以為用戶提供具體服務(wù)，與我們的關(guān)系最緊密，因此應(yīng)用層的未來(lái)發(fā)展?jié)摿艽蟆?/p>

3 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域

通過(guò)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣，設(shè)施蔬菜化肥施用量減少15%，節(jié)水20%，蔬菜單位面積產(chǎn)量提高30%，大幅降低勞動(dòng)強(qiáng)度；能有效提高畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)管理水平，減少畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)35%用工量，畜禽成活率提高5%以上，產(chǎn)量增加15%，經(jīng)濟(jì)效益增加10%以上，勞動(dòng)生產(chǎn)率提高1倍；溫室大棚實(shí)現(xiàn)綜合節(jié)能30%，節(jié)省勞動(dòng)力成本50%以上。[3]

3.1 設(shè)施農(nóng)業(yè)

大棚控制系統(tǒng)中，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的溫度傳感器、濕度傳感器、pH值傳感器、光傳感器、CO2傳感器等設(shè)備，檢測(cè)環(huán)境中的溫度、相對(duì)濕度、pH值、光照強(qiáng)度、土壤養(yǎng)分、CO2濃度等物理量參數(shù)，通過(guò)各種儀器儀表實(shí)時(shí)顯示或作為自動(dòng)控制的參變量參與到自動(dòng)控制中，保證農(nóng)作物有一個(gè)良好、適宜的生長(zhǎng)環(huán)境。隨著遠(yuǎn)程控制技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)人員在辦公室就能對(duì)多個(gè)大棚的生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)作物生長(zhǎng)的最佳條件為溫室進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，達(dá)到增產(chǎn)、改善品質(zhì)、調(diào)節(jié)生長(zhǎng)周期、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。如圖2[4]、3所示。

圖2 設(shè)施農(nóng)業(yè)模型

圖3 種植智能化控制應(yīng)用

3.2 畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖

在養(yǎng)殖場(chǎng)安裝環(huán)境監(jiān)控、牲畜或水產(chǎn)品生長(zhǎng)全程監(jiān)控、溫室環(huán)境監(jiān)控、專家服務(wù)系統(tǒng)、智能化管理服務(wù)、視頻監(jiān)控、企業(yè)遠(yuǎn)程管理服務(wù)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)裝備，管理人員即使出差在外，每天都可以通過(guò)手機(jī)了解養(yǎng)殖場(chǎng)養(yǎng)殖情況，適時(shí)調(diào)控養(yǎng)殖場(chǎng)喂料給水、通風(fēng)增氧等。如圖4所示。

圖4 養(yǎng)殖智能化控制應(yīng)用

3.3 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制管理

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)業(yè)在線監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)，集成了設(shè)施環(huán)境實(shí)時(shí)采集、視頻監(jiān)控、環(huán)境參數(shù)智能優(yōu)化、病蟲害輔助診斷等功能，可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理和決策提供幫助。

通俗地講，這個(gè)系統(tǒng)在農(nóng)作物大棚內(nèi)安裝有空氣溫濕度、土壤水分等傳感器，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與管理者的終端（電腦、手機(jī)等）實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連接。大棚里的溫度、濕度、土壤水分含量等數(shù)據(jù)，甚至現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)畫面，都能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳到用戶的終端上。監(jiān)測(cè)到異常環(huán)境，比如下雨，或者大棚內(nèi)的溫度超過(guò)植物正常生長(zhǎng)的上限或下限，系統(tǒng)都會(huì)主動(dòng)向用戶發(fā)出短信警告。平時(shí)，用戶也可以方便地了解農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)，及時(shí)做出調(diào)整。如圖5所示。

圖5 手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制管理

3.4 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全管理以農(nóng)業(yè)企業(yè)檔案數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，圍繞“生產(chǎn)、庫(kù)存、銷售”三條主線，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)活動(dòng)、銷售狀況實(shí)施電子化管理。信息化、智能化、可視化等是基于物聯(lián)網(wǎng)的物流運(yùn)輸管理的特征，采用最新的紅外、激光、無(wú)線、編碼、識(shí)別、定位、傳感器、RFID等高新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物流運(yùn)輸安全。

為了使消費(fèi)者充分了解農(nóng)產(chǎn)品的種源情況、生產(chǎn)基地環(huán)境質(zhì)量、生產(chǎn)操作過(guò)程、用料用藥情況、加工銷售過(guò)程等各個(gè)環(huán)節(jié)，結(jié)合目前先進(jìn)的條碼技術(shù)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的流通進(jìn)行編碼，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)全程追溯管理。

通過(guò)安全的RFID標(biāo)簽，可實(shí)現(xiàn)對(duì)供應(yīng)市場(chǎng)農(nóng)產(chǎn)品的溯源，對(duì)蔬菜的種植、用藥、采摘、檢驗(yàn)、運(yùn)輸、加工等各環(huán)節(jié)進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)管，可快速、準(zhǔn)確地確認(rèn)供給農(nóng)產(chǎn)品的來(lái)源和合法性，加快了查驗(yàn)速度和效率，提高了查驗(yàn)的準(zhǔn)確性。如圖6所示。

圖6 農(nóng)產(chǎn)品安全追溯流程[5]

3.5 農(nóng)機(jī)作業(yè)質(zhì)量監(jiān)控與調(diào)度指揮系統(tǒng)（農(nóng)機(jī)通——農(nóng)業(yè)機(jī)械遠(yuǎn)程控制管理服務(wù)系統(tǒng)）

在拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)上安裝農(nóng)機(jī)監(jiān)管系統(tǒng)終端，通過(guò)農(nóng)機(jī)作業(yè)計(jì)量終端、作業(yè)視頻終端、數(shù)據(jù)接收服務(wù)器和客戶端軟件，可實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)作業(yè)的實(shí)時(shí)定位、視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控、農(nóng)機(jī)作業(yè)精確計(jì)算、費(fèi)用自動(dòng)核算、農(nóng)機(jī)作業(yè)進(jìn)度自動(dòng)匯報(bào)。提高了農(nóng)機(jī)作業(yè)效率，也提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的信息化、智能化和科學(xué)化水平，在“三夏”農(nóng)機(jī)作業(yè)中可實(shí)現(xiàn)跨區(qū)調(diào)度指揮。

4 應(yīng)用案例

4.1 案例1

位于浙江省杭州市余杭區(qū)良渚鎮(zhèn)新港村的 “智慧農(nóng)場(chǎng)”示范基地，面積58.7 hm2，首期拿出4.7 hm2做“智慧農(nóng)場(chǎng)”，有30來(lái)個(gè)大棚，將種植西紅柿、松花菜、水果型黃瓜、西瓜等蔬菜瓜果。每個(gè)大棚長(zhǎng)40 m、寬8 m，分隔成48個(gè)單元，每個(gè)單元約5 m2。各單元會(huì)裝上溫濕度及土壤水分傳感器、滴灌設(shè)備，連棟大棚還會(huì)裝通風(fēng)設(shè)備、照度傳感器和攝像頭。采集來(lái)的數(shù)據(jù)，將通過(guò)無(wú)線方式，傳遞到后臺(tái)服務(wù)器處理終端分析比對(duì)，再傳輸給智能手機(jī)、平板電腦、計(jì)算機(jī)，并自動(dòng)控制每一個(gè)監(jiān)控區(qū)內(nèi)的空調(diào)、風(fēng)機(jī)、電磁閥的開啟與關(guān)閉。[6]

平時(shí)，你進(jìn)入手機(jī)遠(yuǎn)程終端平臺(tái)，系統(tǒng)就會(huì)顯示你種的是什么菜、生長(zhǎng)周期；看到相關(guān)數(shù)據(jù)后，如果覺(jué)得水分不夠了，觸摸一下手機(jī)界面，給蔬菜澆澆水吧；如果想看到蔬菜瓜果最新長(zhǎng)勢(shì)，劃一下屏，系統(tǒng)會(huì)將自動(dòng)采集到的圖片呈現(xiàn)給你。收獲季節(jié)，“智慧農(nóng)場(chǎng)”工作人員會(huì)通知你采摘時(shí)間，如果你想和其他菜農(nóng)交換蔬菜等，系統(tǒng)還將開發(fā)物物置換功能，將你想要的蔬菜快遞上門。都市白領(lǐng)如果想來(lái)“智慧農(nóng)場(chǎng)”種菜，掃一下“二維碼”，將客戶端下載到手機(jī)，登錄后你可以申請(qǐng)種植每個(gè)大棚中的一個(gè)或幾個(gè)單元，付完一定費(fèi)用后，在技術(shù)人員指導(dǎo)下，種上喜愛的蔬菜。

4.2 案例2

近年來(lái)，安徽省桐城市投入300多萬(wàn)元，建成了綜合服務(wù)平臺(tái)、指揮調(diào)度中心、水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控中心和8個(gè)應(yīng)用示范點(diǎn)，覆蓋了大田生產(chǎn)、設(shè)施蔬菜、肉雞飼養(yǎng)、鱖魚養(yǎng)殖、農(nóng)作物育苗、苗木種植等生產(chǎn)領(lǐng)域。在市指揮調(diào)度中心的大屏幕上，通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，示范點(diǎn)的農(nóng)作物“四情”、養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)都被自動(dòng)檢測(cè)出來(lái)，運(yùn)用編好的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析，最后進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，為政府決策、農(nóng)業(yè)技術(shù)指導(dǎo)和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)提供了全方位的信息服務(wù)。

2014年，該市農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)綜合服務(wù)平臺(tái)已采集記錄數(shù)據(jù)信息32種，指導(dǎo)生產(chǎn)者開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)1 000次。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，建成運(yùn)行的8個(gè)應(yīng)用點(diǎn)中種植類增產(chǎn)12%，畜牧水產(chǎn)類增產(chǎn)9%，生產(chǎn)成本平均下降10%，綜合效益平均提高25%。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，“農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等各種通信網(wǎng)路交互傳遞，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)世界的感知。作物在不同生長(zhǎng)周期曾被“模糊”處理的問(wèn)題，都由信息化智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)定量“精確”把關(guān)，農(nóng)民只需按個(gè)開關(guān)，就能種好菜、養(yǎng)好花，動(dòng)物飼養(yǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷、自動(dòng)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)環(huán)境、實(shí)時(shí)定量供食供水。“農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”將成為推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的“千里眼、順風(fēng)耳”。

[1]新華社.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)助力設(shè)施農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)高效[N].四川經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)：2014-10-28（3）

[2]大唐移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)：智慧農(nóng)業(yè)的普及和應(yīng)用[EB/OL]. (2011-04-28)[2015-04-20]http://www.c114.net/m2m/2493/ a598611.html

[3]江蘇省農(nóng)業(yè)委員會(huì),江蘇省財(cái)政廳 .關(guān)于發(fā)布2014年全省農(nóng)業(yè)重大技術(shù)推廣計(jì)劃的通知[EB/OL].（2014-3-18）[2015-04-20]http://www.jsagri.gov.cn/search/show. asp?id=604351

[4]南京物聯(lián).智慧農(nóng)業(yè)Zibgee無(wú)線智能解決方案[EB/OL]. [2015-04-20]http://www.iot-online.com/xingyeyingyong/ sn/2011/1003/11971.html

[5]揚(yáng)州市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)流程圖[EB/OL].[2015-04-20]http://www.yzseed.com/news_view.asp?newsid=682

[6]潘一峰,劉偉.當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)“嫁接”到農(nóng)業(yè)中：農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化前景很美妙[N].杭州日?qǐng)?bào),2013-3-31（1）

作者信息：副校長(zhǎng)、工程師，安徽省桐城市農(nóng)機(jī)校，231400