ICT在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用與展望

謝海軍

摘要：為了解決中國的農(nóng)業(yè)問題、糧食問題，改善中國人多地少和資源短缺等現(xiàn)狀，保障人民糧食安全，“精細(xì)農(nóng)業(yè)”應(yīng)運而生，ICT作為精細(xì)農(nóng)業(yè)發(fā)展的核心，對于精細(xì)農(nóng)業(yè)來說極其重要。本文將以此為題，簡要論述ICT和精細(xì)農(nóng)業(yè)的含義及作用，ICT在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用與展望，并預(yù)測未來ICT在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：ICT；精細(xì)農(nóng)業(yè)；應(yīng)用；展望

精細(xì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)成為我國農(nóng)業(yè)目前的首要目標(biāo)，它能保證國家糧食問題、土地問題、農(nóng)業(yè)問題等得到有效解決。精細(xì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要先進的科學(xué)技術(shù)支撐，我國近年來飛速發(fā)展的科技和3S技術(shù)取得的巨大成功恰巧為精細(xì)農(nóng)業(yè)提供了技術(shù)支持。ICT同精細(xì)農(nóng)業(yè)緊密結(jié)合，推動精細(xì)農(nóng)業(yè)順利進行，它在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

1 ICT和精細(xì)農(nóng)業(yè)的概述

1.1 ICT概述

ICT是信息與通信技術(shù)的簡稱，是一種能對信息進行訪問、儲存、加工等操作的技術(shù)服務(wù)。ICT就是一系列的電子技術(shù)在經(jīng)過新的機構(gòu)組合之后擁有了一定的可塑性，加強了信息技術(shù)同通信技術(shù)之間的聯(lián)系，讓人們可以通過不同的設(shè)備來進行信息的收集、管理、分享等活動，是信息技術(shù)和通信技術(shù)之間相融合的新模式。

從ICT目前的應(yīng)用領(lǐng)域來看，它在教育領(lǐng)域和商業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用推廣較少，但隨著農(nóng)業(yè)問題、糧食問題的出現(xiàn)以及通信技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)ICT在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用是必然的結(jié)果。在信息技術(shù)和通信技術(shù)出現(xiàn)之初，兩者都是相對獨立的概念，信息技術(shù)指通過計算機等設(shè)備對信息進行收集、利用、儲存等作業(yè)，通信技術(shù)指通過電子手段來進行信息傳遞，但在社會的發(fā)展和進步之下，加上人們生產(chǎn)活動的需求，信息技術(shù)和通信技術(shù)之間的界限逐漸被打破，兩者在應(yīng)用結(jié)合上越走越近，逐漸實現(xiàn)寬帶化，慢慢地融合起來，形成了新的ICT模式，讓信息資源不再是簡單被匯集到一起，而是能通過ICT對信息進行收集、組織、整合、利用等工作，讓信息資源充分被利用和傳播。ICT可以劃分為軟件和硬件設(shè)施，其中軟件設(shè)施有電子郵件、電子期刊、論壇、微信等應(yīng)用程序，硬件設(shè)施有計算機網(wǎng)絡(luò)、儲存器、手機、計算機等設(shè)備，軟硬件之間的相互組合配合才能讓信息實現(xiàn)更好的管理、傳播和利用。

1.2 精細(xì)農(nóng)業(yè)概述

精細(xì)農(nóng)業(yè)是在日益嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)問題、糧食問題下應(yīng)運而生的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)理念，它指在進行田間管理過程中更加精細(xì)的管理，即按照田間農(nóng)作物和土壤不同的特性進行有針對性的施肥工作和給予不同的施肥量[1]。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)管理中，對于農(nóng)作物的施肥、澆水等工作都是采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進行，忽略了不同農(nóng)作物之間肥量的不同需求和對施肥澆水時間的不同要求，使得資源被浪費，在肥沃土地上過量使用的肥量就會流入地下水，造成環(huán)境污染。對此，為了更好的獲得收成，減少農(nóng)作物種植過程中的資源不合理并做到保護環(huán)境的目的，精細(xì)農(nóng)業(yè)應(yīng)運而生，根據(jù)田間農(nóng)作物和田間土壤的不同和差異性來決定各項農(nóng)作物的管理工作，以達到提高農(nóng)作物的收成，降低種植成本，保護農(nóng)田環(huán)境，實現(xiàn)種植業(yè)長期可持續(xù)發(fā)展[2]。

要想精細(xì)農(nóng)業(yè)能得到有效的開展，就需要依靠現(xiàn)代技術(shù)進行支撐，利用3S技術(shù)獲得田間數(shù)據(jù)，為農(nóng)作物的生產(chǎn)管理決策制定提供技術(shù)支撐，通過信息技術(shù)設(shè)備收集到的多種數(shù)據(jù)可以做出更精準(zhǔn)、更科學(xué)的決策，讓田間農(nóng)作物生長的差異性得到滿足，產(chǎn)量得到提升。

2 ICT的組成和發(fā)展

2.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)

無線傳感網(wǎng)絡(luò)是ICT的重要組成部分之一，它能讓人們在位于任何時間、地點、環(huán)境的情況下獲取自己想要的信息并對信息加以利用。在科學(xué)技術(shù)發(fā)展推動下，這種具有智能獲取、處理信息的無線傳感網(wǎng)絡(luò)得到了極大的發(fā)展機會，并在各個領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用，對人們?nèi)粘Ｉ畎l(fā)展帶來了極大的好處。無線傳感網(wǎng)絡(luò)在20世紀(jì)90年代末得到了飛速發(fā)展，此時正是現(xiàn)代傳感器、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)、無線通信技術(shù)等飛速發(fā)展的時期，各類新興技術(shù)的發(fā)展融合和新技藝的出現(xiàn)為無線傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)展提供了機會，傳感技術(shù)開始朝著無線化、智能化方面發(fā)展，各類具有感知、通信等功能的微型傳感器被研發(fā)出來，通過布置在各個區(qū)域節(jié)點的微型傳感器形成一個巨大的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，為信息收集傳播提供良好的條件。通過組成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)能實現(xiàn)實時的信號采集、檢測、信息傳播、利用，讓人們在無線傳感網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍內(nèi)進行所需信息的獲取和應(yīng)用。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)同無線傳感網(wǎng)絡(luò)一樣，是ICT組成應(yīng)用中不可缺少的部分之一，它通過感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層之間的相互聯(lián)系應(yīng)用來實現(xiàn)信息技術(shù)和行業(yè)專業(yè)技術(shù)之間的融合，針對行業(yè)需求提供信息服務(wù)。目前的物聯(lián)網(wǎng)還未建立起一個標(biāo)準(zhǔn)、開放的體系構(gòu)架，只是簡單的被劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三個層面，在感知層中主要是解決信息的感知、識別問題，以RFID標(biāo)簽、傳感器網(wǎng)絡(luò)、攝像頭等讀取設(shè)備來感知信息、采集信息。而在網(wǎng)絡(luò)層中主要進行信息傳輸，在信息傳輸過程中利用通信網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等融合網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對信息的管理和處理，從而實現(xiàn)感知層和應(yīng)用層的連接服務(wù)。在應(yīng)用層中實現(xiàn)最終的信息技術(shù)、通信技術(shù)和行業(yè)需求、專業(yè)技術(shù)要求的有效結(jié)合應(yīng)用，完成信息決策，為行業(yè)需求提供特色化的服務(wù)。

2.3 云計算和云服務(wù)

在ICT中，云計算和云服務(wù)對其來說十分重要，它依靠公開的標(biāo)準(zhǔn)和互聯(lián)網(wǎng)作為運行中心來運行，為用戶提供更安全的云計算服務(wù)，實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)信息儲存；云服務(wù)則讓用戶實現(xiàn)不必儲存、上網(wǎng)即可操作的快捷服務(wù)，對用戶使用的計算機配置要求不高，給予用戶價格更低廉的信息服務(wù)體驗；利用云計算和云服務(wù)組成的ICT依靠這一特性可以更好地滿足精細(xì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的信息需求[3]。

云計算與云服務(wù)的架構(gòu)可以分為三個層次，即基礎(chǔ)架構(gòu)、平臺服務(wù)架構(gòu)、軟件服務(wù)架構(gòu)?；A(chǔ)架構(gòu)指各類虛擬的服務(wù)器和軟件，利用這些虛擬的服務(wù)器和軟件可以對數(shù)據(jù)庫的信息進行補充。平臺服務(wù)架構(gòu)就是讓用戶在虛擬的服務(wù)器中實現(xiàn)程序運行，不需要去考慮對運行系統(tǒng)的維護。而軟件服務(wù)架構(gòu)則是為用戶提供了傳統(tǒng)應(yīng)用程序的基本功能，解決了用戶在程序應(yīng)用過程中的基本需求[4-5]。

2.4 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是全球的四大衛(wèi)星定位系統(tǒng)之一，它是中國自行研發(fā)的區(qū)域性衛(wèi)星定位系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的出現(xiàn)為通信技術(shù)提供了強有力的支持，讓導(dǎo)航系統(tǒng)覆蓋性得到提升，更加獨立自主，它能夠為用戶提供開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)兩種服務(wù)形式，用戶可以根據(jù)需求來選擇應(yīng)用哪一種服務(wù)形式，開放服務(wù)讓用戶能在服務(wù)區(qū)內(nèi)實現(xiàn)定位、授時等服務(wù)，而授權(quán)服務(wù)則是為用戶提供更準(zhǔn)確和安全的定位、授時等服務(wù)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用能為農(nóng)業(yè)提供更高效安全的導(dǎo)航定位服務(wù)，并保證其系統(tǒng)信息的完好性和安全性，做到農(nóng)作物的有效田間管理工作。

2.5 IPv6

IPv6是為了解決地址空間問題而生的，它是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的第六版，我國目前正處于IPv4向IPv6過渡的過程，為了實現(xiàn)下一代高速網(wǎng)的互聯(lián)工作。同IPv4相比，IPv6采用32位二進制作為地址的編碼，地址空間比IPv4更廣，其在ICT中的應(yīng)用能為信息存儲傳播提供更廣的空間。

3 ICT在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用與展望

3.1 精細(xì)農(nóng)業(yè)中物聯(lián)網(wǎng)和無線傳感的應(yīng)用與展望

ICT中的物聯(lián)網(wǎng)以及無線傳感在精細(xì)農(nóng)業(yè)中應(yīng)用最多、最廣，它能讓精細(xì)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)管理人員和技術(shù)操作者獲取相關(guān)的農(nóng)業(yè)種植信息，根據(jù)獲取的信息進行農(nóng)作物種植，并對農(nóng)作物的種植情況進行實時的監(jiān)督，預(yù)測農(nóng)作物在生長過程中可能遇到的問題，科學(xué)防治農(nóng)作物病災(zāi)蟲害。物聯(lián)網(wǎng)和無線傳感在精細(xì)農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)中的應(yīng)用是依靠農(nóng)田中部署的環(huán)境監(jiān)測節(jié)點、通信系統(tǒng)等來實施，它能在農(nóng)田內(nèi)構(gòu)成無線傳感網(wǎng)絡(luò)，對農(nóng)田的情況、氣候變化、農(nóng)作物生長情況等進行信息的收集和監(jiān)視，并將這些信息經(jīng)由各類傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叫畔⒈O(jiān)控中心，信息監(jiān)控中心能對傳送的信息進行接收和分析，對信息進行可視化的處理，為精細(xì)農(nóng)業(yè)種植提供決策參考，實現(xiàn)合理科學(xué)的精細(xì)農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)[6-7]。目前，國家和政府已經(jīng)為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)提出了明確的方向，制定了合理的戰(zhàn)略目標(biāo)。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)要根據(jù)國家和政府的指示進行，將農(nóng)業(yè)發(fā)展和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)同國情和技術(shù)結(jié)合起來，穩(wěn)步進行。我國在建設(shè)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和無線傳感時，除了做好基礎(chǔ)的頂層設(shè)計之外，還要對實際的應(yīng)用進行管理改進，讓基礎(chǔ)的頂層設(shè)計工作和實際的應(yīng)用工作能滿足精細(xì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際需求，促進物聯(lián)網(wǎng)和無線傳感在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用和發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需要實現(xiàn)物和物之間的聯(lián)系，達到這一目的除了要求物與物之間有不同類型的傳感器之外，還要求每一個物有自己的IP地址，讓物聯(lián)網(wǎng)用戶可以通過IP地址實現(xiàn)對任何一個物的訪問。所以物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展還需要大量的地址空間為物構(gòu)建IP，而我國目前正在轉(zhuǎn)型過渡的IPv6正好能滿足物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的地址空間需求，為物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建發(fā)展提供技術(shù)支撐，因此我國必須加快IPv6的轉(zhuǎn)型應(yīng)用。

3.2 精細(xì)農(nóng)業(yè)中云計算和云服務(wù)的應(yīng)用與展望

ICT中的云計算和云服務(wù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)中應(yīng)用能為精細(xì)農(nóng)業(yè)提供較為完善便捷的信息平臺，解決農(nóng)業(yè)信息分散性、滯后性的問題，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域信息的高效共享，為精細(xì)農(nóng)業(yè)提供更科學(xué)合理的參考依據(jù)，實現(xiàn)按照農(nóng)作物特性進行生產(chǎn)的目的，提高資源利用率，減少農(nóng)作物生長資源的浪費，讓農(nóng)田綜合效益得到高度的提升。我國農(nóng)業(yè)信息技術(shù)水平不高，農(nóng)業(yè)信息的數(shù)量和質(zhì)量都無法滿足精細(xì)農(nóng)業(yè)科學(xué)生產(chǎn)、種植、管理的需求，云計算和云服務(wù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用就是為了解決這一問題，以農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫的建立來為農(nóng)業(yè)種植提供精細(xì)的信息資源，加快農(nóng)業(yè)領(lǐng)域信息技術(shù)的云信息化。同時，精細(xì)農(nóng)業(yè)中云計算和云服務(wù)的應(yīng)用能為用戶減少軟硬件的維護成本和應(yīng)用成本，讓用戶以低廉的價格獲得高效的服務(wù)。

要想云計算和云服務(wù)能在精細(xì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到有效的應(yīng)用，首先需要逐漸完善精細(xì)農(nóng)業(yè)各項資源共享的標(biāo)準(zhǔn)，對精細(xì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理進行規(guī)范，加強精細(xì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)同其他相關(guān)行業(yè)之間的信息聯(lián)系，做到在更大范圍內(nèi)獲取信息，以精細(xì)農(nóng)業(yè)資源信息的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化來為信息資源共享做構(gòu)建準(zhǔn)備。而后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建成本低但使用靈活方便的云服務(wù)商公有云模式，或者相對獨立完整、針對性強的私有云模式，以及既獨立靈活又共享的混合云模式，依據(jù)精細(xì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際情況選擇云模式進行構(gòu)建，創(chuàng)建操作簡單的云服務(wù)平臺進行用戶接入，為用戶提供相應(yīng)的云服務(wù)。

3.3 精細(xì)農(nóng)業(yè)中北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用與展望

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在精細(xì)農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的一個主要目的是為了獲取農(nóng)田土壤采樣標(biāo)本的坐標(biāo)信息，讓農(nóng)業(yè)機械在對農(nóng)田進行相關(guān)作業(yè)時可以自動鎖定作業(yè)位置，進行作業(yè)定位、精確施工；了解農(nóng)田地形的情況和農(nóng)作物情況以及相應(yīng)的農(nóng)田坐標(biāo)信息，為精細(xì)農(nóng)業(yè)的農(nóng)田管理提供準(zhǔn)確位置[8]。為了更好達到精細(xì)農(nóng)業(yè)的精確生產(chǎn)施工，精細(xì)農(nóng)業(yè)施工機械需要借助于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進行工作，讓精細(xì)農(nóng)業(yè)施工機械在進行田間施工的過程中可以隨時進行定位，獲取田間作業(yè)信息，收集田間地形起伏的信息，并將這些信息傳輸?shù)劫Y源平臺上，在后續(xù)的播種、施肥過程中可以依據(jù)這些信息進行精準(zhǔn)播種和肥料輸送工作，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中水肥藥的浪費，提升農(nóng)田種植的綜合效率，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能為用戶提供更安全、精準(zhǔn)的定位服務(wù)，在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用能極大的推動精細(xì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目的的實現(xiàn)；同時，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在精細(xì)農(nóng)業(yè)應(yīng)用中還能促進北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和推廣[9-10]。

4 結(jié)語

ICT在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用能實現(xiàn)精細(xì)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)目的，為精細(xì)農(nóng)業(yè)構(gòu)建可參考的信息系統(tǒng)模型，提供高效服務(wù)的信息資源獲取平臺，通過信息感知層收集信息，利用信息管理層來進行精細(xì)農(nóng)業(yè)的云計算和物聯(lián)網(wǎng)管理，讓用戶能滿足差異性精細(xì)農(nóng)業(yè)信息需求，為用戶提供可視化的服務(wù)，促進精細(xì)農(nóng)業(yè)的有效開展。

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