物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能精確農(nóng)業(yè)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能精確農(nóng)業(yè)

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱叫“TheInternetofthings”。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物體與物體之間，進行信息交換和通信（M2M：Machine toMachine）。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是：通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的精確農(nóng)業(yè) （Precision Agriculture）是當(dāng)今世界農(nóng)業(yè)發(fā)展的新潮流。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的模式已遠不能適應(yīng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要，產(chǎn)品質(zhì)量問題，資源嚴(yán)重不足且普遍浪費，環(huán)境污染，產(chǎn)品種類需求多樣化等諸多問題使農(nóng)業(yè)的發(fā)展陷入惡性循環(huán)，而精確農(nóng)業(yè)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了一條光明之路，精確農(nóng)業(yè)與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比最大的特點是以高新技術(shù)和科學(xué)管理換取對資源的最大節(jié)約。它是由信息技術(shù)支持的根據(jù)空間變異，定位、定時、定量地實施一整套現(xiàn)代化農(nóng)事操作技術(shù)與管理的系統(tǒng)，其基本涵義是根據(jù)作物生長的土壤性狀，調(diào)節(jié)對作物的投入，即一方面查清田塊內(nèi)部的土壤性狀與生產(chǎn)力空間變異，另一方面確定農(nóng)作物的生產(chǎn)目標(biāo)，進行定位的“系統(tǒng)診斷、優(yōu)化配方、技術(shù)組裝、科學(xué)管理”，調(diào)動土壤生產(chǎn)力，以最少的或最節(jié)省的投入達到同等收入或更高的收入，并改善環(huán)境，高效地利用各類農(nóng)業(yè)資源，取得經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

在實現(xiàn)精確農(nóng)業(yè)的道路上，現(xiàn)有的基于有線的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)依然存在著諸多問題，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，基于無線傳感網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)精確農(nóng)業(yè)系統(tǒng)將精確農(nóng)業(yè)從概念化轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)化，無線網(wǎng)絡(luò)具有較高的傳輸帶寬、抗干擾能力強、安全保密性好，而且功率譜密度低。

智能精確農(nóng)業(yè)取代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然，更是符合我國國情的選擇，智能精確農(nóng)業(yè)可以促進農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，可以實現(xiàn)高效利用各類農(nóng)業(yè)資源和改善環(huán)境這一可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，不但可以最大限度提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)實生產(chǎn)力，而且是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)的有效途徑。

一、建設(shè)背景

設(shè)施農(nóng)業(yè)是利用現(xiàn)代工程技術(shù)和工業(yè)化生產(chǎn)方式，為動、植物提供適宜的生長環(huán)境，充分發(fā)揮土壤、氣候和生物潛能，在有限的土地上使用較少的勞動力，以獲得較高的產(chǎn)量、品質(zhì)和經(jīng)濟效益的一種現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。其中設(shè)施環(huán)境控制依托現(xiàn)代工程技術(shù)和生物技術(shù)，將植物置于人為調(diào)控之下，最大程度地滿足和協(xié)調(diào)植物生長對光、熱、水、氣和營養(yǎng)物質(zhì)的需要，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，實現(xiàn)綠色生產(chǎn)，保障農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

在我國耕地資源日益減少、水資源嚴(yán)重短缺、人口不斷膨脹、需求快速增加、環(huán)境問題日益突出的大背景下，要保障糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，使農(nóng)業(yè)產(chǎn)量及品質(zhì)與農(nóng)業(yè)投入同步匹配增長，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)“高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、生態(tài)、安全”的協(xié)調(diào)發(fā)展目標(biāo)，必須依靠科技進步，大力發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，努力提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)裝備水平，進而大幅度提高農(nóng)業(yè)單產(chǎn)水平、生產(chǎn)效率和資源利用效率，確保我國可持續(xù)的農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力。其中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深入應(yīng)用將會成為設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要推動力。

二、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組成及功能

（一）設(shè)計原理

1.易用性原則

易用性是指系統(tǒng)使用的方便程度。由于本系統(tǒng)的使用者比較多：上到職能主管部門，下到應(yīng)用企業(yè)的工作人員。使用者的行業(yè)知識水平、對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的了解程度都大不相同。這就要求系統(tǒng)界面需要盡量簡潔易懂，使系統(tǒng)使用者能夠在短期內(nèi)接受、了解、熟知并應(yīng)用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)。

2.經(jīng)濟實用性原則

系統(tǒng)使用的經(jīng)濟實用性是指系統(tǒng)使用成本經(jīng)濟，并且在使用功能上能夠滿足實際工作要求。在系統(tǒng)開發(fā)時，需要對系統(tǒng)進行合理規(guī)劃，確保系統(tǒng)在滿足用戶的業(yè)務(wù)要求的同時，以簡單、方便、快捷、經(jīng)濟實用為目標(biāo)，面向具體的工作應(yīng)用需求。在系統(tǒng)使用技術(shù)上，使用成熟、經(jīng)濟的技術(shù)，而不是單純考慮技術(shù)的先進性；在系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示深度上，根據(jù)實際需要確定，而不是越深越好，應(yīng)該注重實用性。

3.穩(wěn)定性原則

系統(tǒng)穩(wěn)定性是指系統(tǒng)保持正常運行的能力。由于系統(tǒng)一旦建立，將嵌入到日常農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，將會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理活動造成很大的影響。因此系統(tǒng)配置的各類硬件設(shè)備必須安全、穩(wěn)定、可靠。系統(tǒng)應(yīng)該采用容錯性設(shè)計，使得系統(tǒng)局部出現(xiàn)問題不會影響到整個系統(tǒng)的使用。

4.安全性原則

系統(tǒng)安全性是指保護系統(tǒng)內(nèi)重要機密信息不泄露，防御外部惡意攻擊的能力。此系統(tǒng)設(shè)計時需要考慮使用多重的安全體系，對于數(shù)據(jù)的安全和保密應(yīng)該進行相應(yīng)的處理，提高系統(tǒng)對于惡意攻擊的防護能力，并保證與其它應(yīng)用系統(tǒng)或異構(gòu)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽亢鸵恢滦?，確保不會有非授權(quán)操作和意外的非正常的操作，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全完整。

5.可擴展升級原則

可擴展升級是指系統(tǒng)在使用過程中、隨著實際的需要進行進一步功能擴展或升級的能力。一是隨著系統(tǒng)覆蓋面的擴大，參與企業(yè)數(shù)量增加，系統(tǒng)在信息存儲計算能力上的擴展升級；二是隨著農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要求的發(fā)展，此工程可能會承擔(dān)更多的管理功能，因此在系統(tǒng)功能上需要進一步擴展。數(shù)據(jù)量的增加和服務(wù)功能的擴展，都需要硬件和系統(tǒng)軟件的升級或增加，為了保證用戶的原有系統(tǒng)平臺在系統(tǒng)升級過程中能夠平滑過渡，就要求系統(tǒng)在最初設(shè)計時就考慮系統(tǒng)軟硬件的可擴展性。

6.先進性原則

采用先進的設(shè)計思想，選用先進的軟硬件設(shè)備，保證項目整體在未來一定時期內(nèi)的技術(shù)領(lǐng)先性。

7.開放性原則

所提供的軟硬件提供開放協(xié)議。

8.差異化原則

系統(tǒng)硬件選材充分考慮到西北地區(qū)的冬夏溫差大的特點以及大棚內(nèi)濕度高的原因，所選設(shè)備都具有良好的耐高溫高濕以及耐低溫性能。

（二）物聯(lián)網(wǎng)組成部分

溫室種植智能監(jiān)控系統(tǒng)由以下子系統(tǒng)組成：

A.環(huán)境信息采集子系統(tǒng)（氣象、土壤）

B.環(huán)境信息傳輸子系統(tǒng)

C.遠程視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

D.溫室設(shè)施智能控制子系統(tǒng)

E.中央控制室（設(shè)施農(nóng)業(yè)監(jiān)控信息平臺）

F.智慧農(nóng)業(yè)手機操控軟件

（三）功能

A.基地氣象信息監(jiān)測

B.基地土壤墑情監(jiān)測

C.種植基地土壤養(yǎng)分（氮磷鉀）及有機質(zhì)的快速監(jiān)測

D.水肥一體化控制

E.農(nóng)業(yè)專家遠程咨詢

F.基地生產(chǎn)管理

G.農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全全流程追溯

H.手機查看數(shù)據(jù)、視頻、遠程調(diào)控農(nóng)業(yè)設(shè)施

（四）物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)圖

甘肅銀財供稿