物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用與展望

唐浩強(qiáng)

摘 要 農(nóng)業(yè)是我國(guó)的立國(guó)之本，在我國(guó)占據(jù)核心的地位。當(dāng)前，智慧農(nóng)業(yè)已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的主要趨勢(shì)。其中，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)可以實(shí)現(xiàn)智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理，不僅能提高我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，而且能使水肥等各項(xiàng)資源得到優(yōu)化配置?；诖?，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)中的架構(gòu)與應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要論述，展望未來(lái)發(fā)展方向，以期促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);智慧農(nóng)業(yè);應(yīng)用

中圖分類號(hào)：S274;S126 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.21.089

隨著社會(huì)的發(fā)展，信息技術(shù)被廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域。為加快我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展步伐，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)智能化管理，應(yīng)積極運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)加快智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)，縮短我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家在這方面的差距。未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)就是發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)模式，引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可促使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理模式的轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化。

1 智慧農(nóng)業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念

1.1 智慧農(nóng)業(yè)

智慧農(nóng)業(yè)是指在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中引入相關(guān)智能技術(shù)，借助計(jì)算機(jī)、移動(dòng)設(shè)備等對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行智能化控制的一種先進(jìn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式[1]。智慧農(nóng)業(yè)涉及很多前沿信息技術(shù)，包括大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，將這些技術(shù)融入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息的自動(dòng)化采集，并通過(guò)計(jì)算機(jī)處理后做出相應(yīng)的智能化決策。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的定義目前尚無(wú)統(tǒng)一定論，從字面意思可知，它是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。此處含義主要有兩層：1）物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)和核心是互聯(lián)網(wǎng)，這是依托互聯(lián)網(wǎng)而形成的一種新型網(wǎng)絡(luò);2）物聯(lián)網(wǎng)的用戶端可以擴(kuò)展到任何物品，實(shí)現(xiàn)物品間的信息交換與通信。2005年，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）將物聯(lián)網(wǎng)命名為“the Internet of Things”，并對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的定義進(jìn)行了補(bǔ)充，它是指任何時(shí)間與任何場(chǎng)所，任何物體間的互聯(lián)[2]。

2 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)主要架構(gòu)分析

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要包括智能監(jiān)管設(shè)備、自動(dòng)調(diào)控設(shè)備、信息采集器、智能網(wǎng)關(guān)等硬件設(shè)施。信息采集器搜集與環(huán)境有關(guān)的信息后處理成模擬信號(hào)，然后通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將其處理為數(shù)字信號(hào)，再借助無(wú)線傳輸設(shè)施把信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁波[3]。其中，無(wú)線傳輸設(shè)施采用了具有能耗小，建網(wǎng)活動(dòng)空間大，可以多終端接入等優(yōu)點(diǎn)的zigbee技術(shù)。智能網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面處理，將信號(hào)傳輸至監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心對(duì)獲取的信息進(jìn)行分析與存儲(chǔ)。與此同時(shí)，通過(guò)專家系統(tǒng)對(duì)采集信息進(jìn)行智能判斷，將調(diào)控指令發(fā)送給自動(dòng)控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施的自動(dòng)化控制。此外，現(xiàn)場(chǎng)圖像信息可傳輸至監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)感知層

RFID設(shè)備、傳感器、視頻監(jiān)控設(shè)備是構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)感知層的主要構(gòu)件，主要作用是收集數(shù)據(jù)信息。利用zigbee節(jié)點(diǎn)、CAN節(jié)點(diǎn)等由通訊模塊將搜集的信息傳輸給物聯(lián)網(wǎng)對(duì)應(yīng)的智能網(wǎng)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)測(cè)驗(yàn)與采集。應(yīng)用系統(tǒng)位于上層，所傳達(dá)的指令可通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)傳輸給繼電器，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)設(shè)備開關(guān)的調(diào)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的智能化調(diào)控。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層主要涉及WLAN、LAN、CDMA、4G等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠即時(shí)準(zhǔn)確地傳輸農(nóng)田生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息與控制指令。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層可以將感知到的相關(guān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)高速、高安全、無(wú)障礙地傳輸至任何需要的地方，使數(shù)據(jù)在世界范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、大范圍的通信。

2.4 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層

應(yīng)用層是面向終端用戶的，屬于智慧農(nóng)業(yè)的最高層，可按用戶的不同需求建立各自操作平臺(tái)。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層中存在數(shù)個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，可以對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、過(guò)程、病蟲害進(jìn)行辨識(shí)。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層可將物聯(lián)網(wǎng)感知層獲取的信息進(jìn)行分析做出相應(yīng)處理，從而完成對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)地的自動(dòng)化管理與調(diào)控[4]。此應(yīng)用層的用途主要是實(shí)時(shí)采集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品流通等過(guò)程中的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，讓工作人員做出更合理的決策，提升資源利用效率與生產(chǎn)效率。同時(shí)，還能加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)后流通、安全溯源、多渠道銷售等相關(guān)環(huán)節(jié)的管控，從而推動(dòng)農(nóng)業(yè)朝著高效、高產(chǎn)、綠色、安全、優(yōu)質(zhì)的方向發(fā)展。

3 智慧農(nóng)業(yè)中物聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用

3.1 應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域

灌溉屬于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵一環(huán)，灌溉是否合理關(guān)系到農(nóng)作物能否正常生長(zhǎng)，有利于節(jié)約水資源。在田地中安裝不同類型的傳感器，搜集作物生長(zhǎng)中的溫度、濕度、光照等環(huán)境因素，圍繞農(nóng)作物不同生長(zhǎng)階段的水肥需求給出有效的灌溉方案，之后利用物聯(lián)網(wǎng)給出灌溉指令，自動(dòng)完成灌溉操作。不僅極大提升了灌溉效率與精準(zhǔn)性，利于農(nóng)作物生長(zhǎng)，而且提高了農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，有效節(jié)約水資源。

3.2 應(yīng)用于農(nóng)業(yè)監(jiān)管領(lǐng)域

農(nóng)業(yè)監(jiān)管工作包括2個(gè)層面：1）加強(qiáng)對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的監(jiān)管;2）加強(qiáng)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)與安全性監(jiān)管。農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境決定著農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和安全[5]，利用物聯(lián)網(wǎng)獲取農(nóng)田的主要環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)，由系統(tǒng)進(jìn)行分析后評(píng)估農(nóng)田生態(tài)環(huán)境情況，然后給出科學(xué)合理的環(huán)境改善方案。

3.3 應(yīng)用于農(nóng)業(yè)病蟲害防治領(lǐng)域

病蟲害是為害農(nóng)作物生長(zhǎng)的主要因素，加強(qiáng)病蟲害防治管理是確保農(nóng)作物豐產(chǎn)的主要措施?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化精準(zhǔn)噴施農(nóng)藥，從而提升農(nóng)藥的利用率，減少農(nóng)藥用量，減輕農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥的殘留量，節(jié)省農(nóng)藥支出成本。借助物聯(lián)網(wǎng)及時(shí)獲取農(nóng)作物各生長(zhǎng)時(shí)期的病蟲害數(shù)據(jù)，可以了解病蟲害的發(fā)生時(shí)段、為害部位、藥劑類型等，在此基礎(chǔ)上制定科學(xué)的防治方案，再經(jīng)物聯(lián)網(wǎng)完成農(nóng)藥的自動(dòng)噴施操作，實(shí)現(xiàn)智能化的病蟲害防治。

3.4 應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品銷售領(lǐng)域

當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)在線銷售正成為農(nóng)產(chǎn)品銷售的主要渠道。利用物聯(lián)網(wǎng)在電商平臺(tái)上展示農(nóng)產(chǎn)品整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，讓消費(fèi)者對(duì)農(nóng)產(chǎn)品有更全面的認(rèn)識(shí)，提高消費(fèi)者對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全的信任度，從而增加購(gòu)買意向，而且也能獲得良好的口碑。因此，在智慧農(nóng)業(yè)中運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)。對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的農(nóng)產(chǎn)品或運(yùn)輸包裝過(guò)程中農(nóng)產(chǎn)品貼上RFID電子標(biāo)簽，同時(shí)，在運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、銷售等不同環(huán)節(jié)及時(shí)更新數(shù)據(jù)信息，從而建立起農(nóng)產(chǎn)品安全溯源系統(tǒng)。通過(guò)該系統(tǒng)可以對(duì)農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸?shù)戒N售整個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行共享與透明化管理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品全過(guò)程的可追溯性管理。

4 推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的建議

為更好地推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智慧農(nóng)業(yè)的有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，提出下列建議。1）加大對(duì)農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)的補(bǔ)貼優(yōu)惠。將與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)有關(guān)的產(chǎn)品與設(shè)施納入農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼范圍，并出臺(tái)相關(guān)鼓勵(lì)措施，鼓勵(lì)科研院校、科技涉農(nóng)企業(yè)、電信運(yùn)營(yíng)商等社會(huì)力量積極參與，從而逐步形成以政府為主導(dǎo)，多方力量共同參與的局面。2）加大對(duì)農(nóng)業(yè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用。加強(qiáng)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自主創(chuàng)新，重點(diǎn)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)農(nóng)業(yè)應(yīng)用技術(shù)加以研究，攻克相關(guān)技術(shù)難點(diǎn)，研發(fā)出更多適合我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的軟件產(chǎn)品與農(nóng)用智能終端產(chǎn)品等。3）加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，做好農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究，組織專家團(tuán)隊(duì)參與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定，掌握話語(yǔ)權(quán)。

5 結(jié)語(yǔ)

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入農(nóng)業(yè)領(lǐng)域符合智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)的需要，智慧農(nóng)業(yè)作為我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的高級(jí)階段，是我國(guó)農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的主要目標(biāo)。由于我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展比較遲，在推廣與應(yīng)用過(guò)程中面臨著不少困難，但伴隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的加快，智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展也必將提速。今后農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物生產(chǎn)全過(guò)程的精準(zhǔn)管理，水肥藥的自動(dòng)化控制、病蟲害的智能監(jiān)控與預(yù)警、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管與追溯等。其中，應(yīng)重點(diǎn)構(gòu)建更為完善的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模型，比如，病蟲害預(yù)警模型、氣候?yàn)?zāi)害預(yù)警模型、不同農(nóng)作物生長(zhǎng)模型等。同時(shí)，探尋云計(jì)算技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展深度融合的路徑，重點(diǎn)研究農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)模式，建設(shè)從農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)中心到手持移動(dòng)終端設(shè)備的數(shù)據(jù)交換寬帶，以農(nóng)村“三網(wǎng)融合”為契機(jī)推動(dòng)智慧農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展。

總之，隨著科技的進(jìn)步與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域必將發(fā)揮出更大的作用，也必將成為打造智慧農(nóng)業(yè)的主要基礎(chǔ)。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)屬于一個(gè)新興研究領(lǐng)域，需要相關(guān)學(xué)者、專家、農(nóng)技人員的繼續(xù)努力，根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)與需要不斷優(yōu)化農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高效率、高精度的智能化控制。

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（責(zé)任編輯：劉昀）