物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用模式分析

劉國杰

（1.山東省聊城市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 聊城 252000；2.聊城市農(nóng)村改革和農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟服務(wù)中心，山東 聊城 252000）

智慧農(nóng)業(yè)就是將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)積極融入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，不僅包括農(nóng)業(yè)種植，還涵蓋了物流管理、食品溯源、休閑農(nóng)業(yè)、電子商務(wù)等更大的范疇，能夠全面提升農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的科技含量，實現(xiàn)智能化、自動化、無人化管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一系列科學(xué)技術(shù)的集合，對于打造智慧農(nóng)業(yè)具有較強的可行性，因此加強理論研究和實踐應(yīng)用是十分必要的。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)內(nèi)涵解析

1.1 概念解讀

物聯(lián)網(wǎng)，顧名思義，就是實現(xiàn)人與物、物與物之間的相互聯(lián)通，利用信息傳感器、全球定位系統(tǒng)、射頻識別技術(shù)、激光掃描器、紅外感應(yīng)器等技術(shù)裝備，能夠獲取各種物體的信息，并實現(xiàn)智能化識別和控制。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在用戶端可以擴展到現(xiàn)實中存在的物品，使物品之間能夠進行信息交換和通信，實現(xiàn)隨時隨地的人、機、物互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是新一代信息技術(shù)的重要組成，引起了世界各國的廣泛關(guān)注，并將成為發(fā)展科技、振興經(jīng)濟的重要突破口。

1.2 體系架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)主要包括應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層。其中，感知層相當(dāng)于人體的皮膚和五官，通過各種傳感器，采集識別物體信息，因此數(shù)據(jù)獲取成為關(guān)鍵所在，通過攝像頭、掃描儀、傳感器等設(shè)備設(shè)施，都可以進行廣泛的數(shù)據(jù)采集，感知層是物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的基礎(chǔ)，為后續(xù)的信息傳遞和處理決策提供了有力支持。網(wǎng)絡(luò)層相當(dāng)于人類的大腦中樞，主要負責(zé)信息的傳遞和處理，包括各種計算機應(yīng)用平臺、網(wǎng)絡(luò)管理中心、信息處理中心，等等，隨著5G移動通信技術(shù)的不斷成熟，能夠為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提供更好地網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。應(yīng)用層主要負責(zé)信息的處理和決策，更好地獲取有價值信息，并得到有效利用，應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)與各行各業(yè)的深入結(jié)合，比如，智慧農(nóng)業(yè)、智能家居、公共安全、工業(yè)監(jiān)測、城市管理等[1]。

1.3 關(guān)鍵技術(shù)

1.3.1 信息感知技術(shù)

現(xiàn)階段，物聯(lián)網(wǎng)的信息感知技術(shù)主要包括傳感器技術(shù)、射頻識別技術(shù)、坐標(biāo)定位技術(shù)等。作為物聯(lián)網(wǎng)的基本構(gòu)成單元，傳感器已經(jīng)成了不可或缺的存在，不但能夠獲取信息，而且還可以識別物體狀態(tài)，并作出及時反應(yīng)，發(fā)出信號，傳感器技術(shù)具有智能化、數(shù)字化、微縮化、系統(tǒng)化等諸多優(yōu)點，為物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用提供了支持。射頻識別技術(shù)廣泛應(yīng)用于停車場、防盜器、超市等，比較常見的存在形式如感應(yīng)卡、電子條碼、電子標(biāo)簽、門禁。坐標(biāo)定位技術(shù)主要利用了衛(wèi)星空間定位，具有高動態(tài)性、高判斷力、高精確度的特點，廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航、測繪等相關(guān)行業(yè)。

1.3.2 信息通信技術(shù)

信息通信技術(shù)包括了有線信息傳播技術(shù)、無線信息傳播技術(shù)、光纖通信技術(shù)、交換技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)等。隨著5G移動技術(shù)的推廣，應(yīng)用無線傳輸技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)更加便捷的信息傳遞，推動著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)持續(xù)向前發(fā)展。光纖通信技術(shù)也至關(guān)重要，最大程度地滿足了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確、高效、實時要求，為提供高性能的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境奠定了基礎(chǔ)。交換技術(shù)主要指的是軟交換技術(shù)，有利于解決傳統(tǒng)通信業(yè)務(wù)和新型多媒體業(yè)務(wù)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)問題，實現(xiàn)更高效、便捷的數(shù)據(jù)交換。組網(wǎng)技術(shù)主要包括以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)和ATM局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)，以太網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用廣泛，通過多種物理介質(zhì)和拓撲結(jié)構(gòu)，使組網(wǎng)更為靈活。

1.3.3 信息處理技術(shù)

信息處理技術(shù)需要對信息進行及時有效的處理，維護系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，主要包括中間件、數(shù)據(jù)挖掘、智能技術(shù)等。中間件主要負責(zé)系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的連接，能夠使多臺機器上的多個軟件進行交互，實現(xiàn)無障礙的信息交換。數(shù)據(jù)挖掘是通過各種算法從海量數(shù)據(jù)中尋找有價值的信息，從而加以針對性的開發(fā)利用。智能技術(shù)涵蓋了智能信號處理、智能控制、人機交互等方面，能夠顯著提高信息處理質(zhì)量和效率[2]。

1.3.4 信息安全技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)具有開放性、匿名性等特點，雖然能夠提升操作便利性，但是也容易形成許多安全漏洞，為了保證物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的信息安全，必須加強信息安全技術(shù)的研究應(yīng)用，保護用戶隱私，提升用戶黏性。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全相比，物聯(lián)網(wǎng)的信息安全技術(shù)具有一定的特殊性，除了能夠借鑒部分互聯(lián)網(wǎng)安全機制外，還需要根據(jù)相關(guān)特征，完善認證機制、加密機制等方面工作，滿足信息的保密性、真實性、完整性要求。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用模式分析

2.1 農(nóng)情監(jiān)測

農(nóng)情監(jiān)測在智慧農(nóng)業(yè)中占據(jù)著舉足輕重的地位，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以全面采集農(nóng)作物生長區(qū)域的地理信息，包括土壤類型、有機質(zhì)含量、pH值、地下水分布等，通過科學(xué)分析判斷，能夠?qū)r(nóng)作物進行定位定量的灌溉施肥。如果將農(nóng)業(yè)機械設(shè)備連入到物聯(lián)網(wǎng)中，還可以實現(xiàn)更大規(guī)模的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高對突發(fā)事件的應(yīng)對能力，下面以土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)為例，簡要分析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)情監(jiān)測中的有效應(yīng)用。

土壤墑情管理水平直接影響著農(nóng)作物的生長狀況，而水肥管理是其中的重要內(nèi)容。建立土壤墑情系統(tǒng)，可以自動采集土壤含水量、降雨量、地下水位等相關(guān)信息，通過信息處理，獲得最佳的灌溉時間和用水量，從而實現(xiàn)節(jié)約農(nóng)業(yè)用水、提高作物產(chǎn)量的目標(biāo)。土壤墑情系統(tǒng)主要由硬件平臺和軟件平臺組成，涵蓋了數(shù)據(jù)采集、信息傳輸、數(shù)據(jù)接收與存儲、數(shù)據(jù)分析挖掘、遠程監(jiān)控管理等主要功能模塊。數(shù)據(jù)采集模塊需要對土壤數(shù)據(jù)進行實時采集和監(jiān)控，分析土壤含水量，該模塊應(yīng)該滿足監(jiān)測范圍、數(shù)據(jù)精度等方面的要求。數(shù)據(jù)發(fā)送模塊可以利用移動通信網(wǎng)絡(luò)、ADSL、無線節(jié)點等多種網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，保證數(shù)據(jù)傳遞的安全性、穩(wěn)定性、可靠性，實現(xiàn)遠程的數(shù)據(jù)傳輸和共享。數(shù)據(jù)接收與存儲模塊主要負責(zé)接收發(fā)送模塊傳遞來的數(shù)據(jù)信息，并將其存儲到數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)分析挖掘模塊主要作用在于從海量數(shù)據(jù)中檢索出有效數(shù)據(jù)，形成土壤墑情分析報告，為灌溉決策、施肥時機、旱澇分析提供科學(xué)依據(jù)，并且可以根據(jù)土壤墑情變化預(yù)測農(nóng)作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)。監(jiān)控管理模塊是數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕K端，通過電子屏幕、移動產(chǎn)品、計算機等設(shè)備，將數(shù)據(jù)信息可視化展示給用戶，提供數(shù)據(jù)查詢、調(diào)用等功能，為相關(guān)決策提供有力支持[3]。

2.2 安全溯源

俗話說，“民以食為天，食以安為先”。然而，食品安全依然是最突出的民生難題之一，與人民群眾的生命健康、經(jīng)濟發(fā)展的質(zhì)量水平、社會生活的和諧穩(wěn)定息息相關(guān)，如何讓口號成為現(xiàn)實，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用提供了有力支撐。在食品監(jiān)管體系中，可以分為種植養(yǎng)殖、生產(chǎn)加工、市場流通、餐飲消費4個主要環(huán)節(jié)，由于部門分管體系的原因，存在著許多監(jiān)管漏洞，難以明確劃分權(quán)責(zé)。建立食品安全溯源系統(tǒng)，能夠打破部門之間的壁壘，實現(xiàn)從生產(chǎn)端到消費端的全過程監(jiān)管，下面以肉類產(chǎn)品溯源系統(tǒng)為例展開分析，探討研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各環(huán)節(jié)的有效運用。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的肉類安全溯源系統(tǒng)可以分為政府聯(lián)合監(jiān)督系統(tǒng)和供應(yīng)鏈用戶業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，政府聯(lián)合監(jiān)管系統(tǒng)涵蓋了農(nóng)業(yè)委員會監(jiān)管、商務(wù)部門監(jiān)管、工商部門監(jiān)管、質(zhì)量監(jiān)督部門監(jiān)管、衛(wèi)生部門監(jiān)管，各相關(guān)政府職能部門通過相應(yīng)的子系統(tǒng)就可以實現(xiàn)肉類質(zhì)量聯(lián)合管控的目標(biāo)。而供應(yīng)鏈用戶業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)應(yīng)該包括養(yǎng)殖、屠宰、批發(fā)、零售、加工、消費等主要環(huán)節(jié)，在養(yǎng)殖子系統(tǒng)，收錄著養(yǎng)殖戶、免疫防疫、喂養(yǎng)診療、出欄死亡等信息；在屠宰子系統(tǒng)，記載了收購登記、品質(zhì)檢驗、無害化處理等相關(guān)信息；在批發(fā)子系統(tǒng)，主要涵蓋銷售信息統(tǒng)計、銷售商管理、外地肉檢測等方面信息；在零售子系統(tǒng)，應(yīng)該包括攤位信息、巡檢記錄等方面信息；在加工及消費子系統(tǒng)，主要管理各相關(guān)單位的臺賬及信息。在整個流通環(huán)節(jié)，信息的感知和采集都至關(guān)重要。養(yǎng)殖階段，需要為仔豬佩戴 RFID標(biāo)簽，里面應(yīng)該存儲著該個體飼料、用藥、防疫等情況信息，并且將數(shù)據(jù)信息上傳到數(shù)據(jù)庫，形成完整的養(yǎng)殖檔案；屠宰階段，通過物聯(lián)網(wǎng)可以將達到出欄標(biāo)準(zhǔn)的禽畜就近分配到合適廠區(qū)，同樣需要建立屠宰檔案，記錄收購信息、檢疫信息，檢疫合格后才能開具證明，綁定電子標(biāo)簽，然后流入市場；在批發(fā)、零售、加工、消費環(huán)節(jié)，肉類電子標(biāo)簽持續(xù)傳遞和完善，消費者和食品安全監(jiān)管人員可以通過二維碼、電話等多種方式進行信息溯源。對于信息不完善的情況，消費者可以積極舉報，相關(guān)部門要嚴肅處理，杜絕違法違規(guī)行為。溯源數(shù)據(jù)中蘊藏著巨大的價值，通過建立省級信息管理平臺，不但能夠查詢食品安全、加強監(jiān)督管理，而且可以根據(jù)價格波動供求變化進行市場預(yù)測，生產(chǎn)者可以及時采取應(yīng)對措施，減少不必要的損失，政府相關(guān)部門可以提前制定宏觀調(diào)控政策，維護市場穩(wěn)定，保障人民群眾的基本生活需求[4]。

2.3 物流管理

大多數(shù)農(nóng)產(chǎn)品保質(zhì)期都比較短，因此對存儲環(huán)境、運輸條件等方面的要求比較高，很容易出現(xiàn)不新鮮或者腐爛變質(zhì)等問題?，F(xiàn)階段，物流行業(yè)已經(jīng)有了突飛猛進的發(fā)展，但是，對于農(nóng)產(chǎn)品物流管理而言，依然存在許多不足之處。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對物流業(yè)發(fā)展具有積極的推動作用，通過射頻識別、定位系統(tǒng)、傳感網(wǎng)絡(luò)、信息交互等技術(shù)應(yīng)用，能夠建立起更為高效的物流管理系統(tǒng)，簡化物流管理環(huán)節(jié)，降低物流管理成本，促進物流管理的信息化、智能化發(fā)展。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的物流管理系統(tǒng)可以對出入庫、存儲、盤點、配送等各個環(huán)節(jié)進行自動控制，有效避免了管理制度不嚴、人為操作誤差等方面產(chǎn)生的負面影響，而且能夠加快庫存周轉(zhuǎn)，改善業(yè)務(wù)流程，提高資源利用率，下面主要以基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能倉儲系統(tǒng)展開分析。該系統(tǒng)集合了射頻識別技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、GPS定位技術(shù)、紅外視頻監(jiān)控技術(shù)、圖像監(jiān)控技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化的出入庫、分配位置、盤點庫存、信息管理等工作內(nèi)容，主要采用了設(shè)備層、進程管理層、遠程管理層三層結(jié)構(gòu)。設(shè)備層主要負責(zé)系統(tǒng)運行及數(shù)據(jù)采集傳輸，進程管理層負責(zé)監(jiān)控設(shè)備層及倉庫狀況，遠程管理層負責(zé)遠程監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)。在各系統(tǒng)設(shè)施及功能模塊上，智能倉庫系統(tǒng)的硬件設(shè)施主要包括堆垛機控制系統(tǒng)、地面操控臺系統(tǒng)、RFID系統(tǒng)，另外，還包括顯示系統(tǒng)、警示系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等。堆垛機控制系統(tǒng)負責(zé)貨物的出入庫工作，主要采用了可編程邏輯控制器作為控制核心，同時，安裝了傳感器，可以感知倉位、測量尺寸重量等相關(guān)數(shù)據(jù)。地面操控臺系統(tǒng)能夠控制堆垛機系統(tǒng)，二者可以實現(xiàn)信息雙向傳遞，保證系統(tǒng)運行的安全性和準(zhǔn)確性。RFID系統(tǒng)負責(zé)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳到計算機，完成信息存儲和獲取工作。智能倉儲系統(tǒng)的軟件設(shè)施主要包括紅外視頻監(jiān)控、RFID聯(lián)網(wǎng)控制、物資配送、車輛管理、身份認證等多種功能子系統(tǒng)，能夠盡可能提高自動化水平，減少人力資源需求量。紅外視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以通過多個位置的紅外高清攝像頭檢查倉庫情況，保證倉儲安全。RFID聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)可以利用RFID射頻器讀取電子標(biāo)簽信息，隨時隨地可以進行出入庫管理和貨物盤點。物資配送系統(tǒng)實現(xiàn)了配送管理、倉儲管理、運輸管理、數(shù)據(jù)分析的有效整合，有利于打造一體化、信息化的物資調(diào)送管理平臺。車輛管理系統(tǒng)充分利用了GPS技術(shù)，根據(jù)相關(guān)信息，自動生成最佳配送方案。身份認證系統(tǒng)可以對出入庫人員、管理人員進行有效識別監(jiān)管，自動記錄相關(guān)人員的出入庫信息，防止出現(xiàn)管理不善的問題，減少人為因素產(chǎn)生的不良影響[5]。

3 結(jié)束語

綜上所述，本文首先闡述了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念和體系架構(gòu)，著重分析了幾種關(guān)鍵技術(shù)，然后從農(nóng)情監(jiān)測、安全溯源、物流管理等方面出發(fā)，研究了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展中的典型應(yīng)用模式。希望能夠起到積極的現(xiàn)實意義，充分認識物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)越性，把握智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢，通過先進技術(shù)應(yīng)用，促進傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，以求實現(xiàn)更好的綜合效益。