物聯(lián)網(wǎng)及其在智能農(nóng)業(yè)中的作用

王永強(qiáng)，孫樹莉，高 佳

（1.天津市農(nóng)業(yè)廣播電視學(xué)校，天津 300384；2.天津市農(nóng)村社會(huì)事業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，天津 300384）

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）的提出與發(fā)展掀起了一個(gè)幾乎可以跨越所有學(xué)科和工程技術(shù)門類的新浪潮（被稱為第三次浪潮），并在不同學(xué)科之間互相交叉與整合，從而形成了一個(gè)全球性的技術(shù)革命，從根本上改變了科學(xué)決策方法、生產(chǎn)效率、消費(fèi)理念、人與人之間的關(guān)系、人與物之間的關(guān)系以及生活方式。所謂物聯(lián)網(wǎng)，就是通過互聯(lián)網(wǎng)將包括人類、動(dòng)物、植物、商品、機(jī)器、儀器設(shè)備、溫度、壓力等物體或物理量通過音、像、味覺、嗅覺等傳感器進(jìn)行數(shù)字化處理，利用電腦、智能手機(jī)和各種智能信號(hào)采集系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中不計(jì)其數(shù)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、傳輸、存取、交流與決策。物聯(lián)網(wǎng)的概念最早是由凱文·艾什頓（Kevin Ashton）于1999年創(chuàng)造，但直到2005年國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）才正式確定了物聯(lián)網(wǎng)的概念及其內(nèi)涵。如今，物聯(lián)網(wǎng)已在網(wǎng)絡(luò)商務(wù)、智能家居（Smart Home）[1]、智能交通、智能醫(yī)療、智能物流、智能電網(wǎng)、智能家電、疾病防控、健康關(guān)懷、各種機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)控制等領(lǐng)域取得了成功。

1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)主要架構(gòu)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)感知層

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)主要適用于在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的整個(gè)過程中，包括從不同農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)地—生產(chǎn)環(huán)境—生產(chǎn)過程—收獲—加工—儲(chǔ)藏—運(yùn)輸—市場(chǎng)—消費(fèi)的全過程中應(yīng)用已有的和需要開發(fā)的信息采集系統(tǒng)，包括視頻、音頻、圖像、化學(xué)、光學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)分析和檢測(cè)儀器、儀表、傳感器等所測(cè)定的信號(hào)，經(jīng)過高通量信號(hào)采集系統(tǒng)進(jìn)行分析與存儲(chǔ)，通過專家系統(tǒng)對(duì)所采集的信息進(jìn)行智能化判斷，將調(diào)控指令發(fā)送給自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施的自動(dòng)化控制。物聯(lián)網(wǎng)最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)在于將這些數(shù)據(jù)接入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制、智能化控制和遠(yuǎn)程控制。與其他IoT相比，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)更復(fù)雜、更廣泛，涉及人類生活、食品安全、生存環(huán)境、生態(tài)監(jiān)控、氣候變化等方面，還包括以農(nóng)業(yè)為基礎(chǔ)的所有工業(yè)生產(chǎn)和市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)等方面。在科學(xué)技術(shù)層面上，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感層更加復(fù)雜，涉及更多學(xué)科領(lǐng)域，對(duì)生物技術(shù)和傳感器等領(lǐng)域的科技進(jìn)步與創(chuàng)新的依賴性更大。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層主要涉及WLAN、LAN、CDMA、5G或6G通訊技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地將數(shù)據(jù)從生產(chǎn)者傳輸?shù)戒N售者再到消費(fèi)者，所有環(huán)節(jié)的感知層所收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸至任何有需要的地方，如傳輸至管理層、生產(chǎn)者和消費(fèi)者手中。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層面向終端用戶，可針對(duì)不同用戶的不同需求建立相應(yīng)的操作平臺(tái)。這個(gè)操作平臺(tái)可根據(jù)用戶需求進(jìn)行改進(jìn)、創(chuàng)新、發(fā)展和完善。在網(wǎng)絡(luò)銷售平臺(tái)上，銷售者可以向生產(chǎn)者反饋銷售情況、市場(chǎng)、消費(fèi)者需求信息，從而使生產(chǎn)者能夠針對(duì)市場(chǎng)需求和自身?xiàng)l件調(diào)整產(chǎn)品類型，改進(jìn)生產(chǎn)方式，及時(shí)作出決策。利用物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層所提供的大數(shù)據(jù)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感知層獲取的信息進(jìn)行分析處理，從而對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品種類、生產(chǎn)過程、病蟲害防治、農(nóng)產(chǎn)品加工、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸、食品安全等根據(jù)國(guó)家和消費(fèi)者需求進(jìn)行決策、管理和控制；利用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品流通等過程中的大數(shù)據(jù)，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程控制、質(zhì)量控制、技能培訓(xùn)、生產(chǎn)效率、資源利用率的有效管理；還可利用區(qū)塊鏈對(duì)農(nóng)產(chǎn)品加工、儲(chǔ)藏、市場(chǎng)流通、銷售、產(chǎn)品溯源等環(huán)節(jié)進(jìn)行管理與控制，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)真正意義上的數(shù)字化、精準(zhǔn)化和智能化[2]。

2 智能化農(nóng)業(yè)

2.1 智能農(nóng)業(yè)感知層

通過智能化（Smart Agriculture）、精準(zhǔn)化（Precision Agriculture）、數(shù)字化農(nóng)業(yè)（Digitalization Agriculture）生產(chǎn)保證食品供應(yīng)已成為社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步急需解決的基本問題[3]。數(shù)字化城市必須由數(shù)字化農(nóng)業(yè)來保證，而數(shù)字化農(nóng)業(yè)則需要將各種需求信息與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)到一起，這個(gè)可以把生產(chǎn)、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸、市場(chǎng)流通和消費(fèi)者聯(lián)系在一起的網(wǎng)絡(luò)就是物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，生產(chǎn)者可將消費(fèi)者多樣化需求的海量信息進(jìn)行綜合分析并不斷優(yōu)化，及時(shí)作出生產(chǎn)決策。這個(gè)過程是基于云物聯(lián)網(wǎng)（Cloud IoT）實(shí)現(xiàn)端點(diǎn)對(duì)端點(diǎn)來解決，可完整地收集傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)信息和新型感知技術(shù)所獲得的數(shù)據(jù)，包括氣象資料、高分辨率衛(wèi)星資料（Very High Resolution satellite VHR）、無人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）、各種傳感器，特別是生物傳感器（biosensor），以及各種現(xiàn)代分析儀，包括高通量信息采集處理系統(tǒng)等，將所測(cè)定的信息經(jīng)過處理分析后通過邊界設(shè)備傳送到網(wǎng)絡(luò)層，通過網(wǎng)絡(luò)層人工智能技術(shù)（Artificial Intelligence Techniques）、區(qū)塊鏈技術(shù)（Blockchain Technologiesas）對(duì)這些資料進(jìn)行加工、建模，最后提供給智能應(yīng)用層（Intelligent Application Layer），按照“web”和移動(dòng)智能界面（如智能手機(jī)、筆記本電腦）的要求將這些信息以可視化（Visualization）的形式提供給應(yīng)用者。

多種傳感器平臺(tái)的應(yīng)用和集成系統(tǒng)包括：用來建立所有時(shí)空采集信息之間的相關(guān)性、動(dòng)力學(xué)、函數(shù)等的智能模塊和軟件組件；發(fā)現(xiàn)、校驗(yàn)并確認(rèn)IoT平臺(tái)可作為智能決策、支持系統(tǒng)以及各農(nóng)場(chǎng)或生產(chǎn)者的傳輸系統(tǒng)；為各種農(nóng)產(chǎn)品建立完善區(qū)塊鏈（Blockchain）、農(nóng)產(chǎn)品溯源以及智能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的系統(tǒng)。

2.2 智能農(nóng)業(yè)服務(wù)層

通過農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)使所有的服務(wù)環(huán)節(jié)符合各種用戶、各種服務(wù)功能的需求，同時(shí)還要保證各個(gè)模塊和本地云（the local cloud）的自身特性以及自身運(yùn)轉(zhuǎn)需求。該應(yīng)用系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象包括消費(fèi)者、生產(chǎn)者、管理者，具有儲(chǔ)存、整理、輸出大數(shù)據(jù)的功能。為實(shí)現(xiàn)不同功能物聯(lián)網(wǎng)的開放性、可擴(kuò)展性（scalability）、應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)安全性的挑戰(zhàn)，IoT的構(gòu)建框架必須具備開放源代碼系統(tǒng)（Open source system），需要一個(gè)IoT設(shè)備的登記服務(wù)構(gòu)架（Framework），允許異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)（Heterogeneous Systems）或部件之間的互相連接，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行和數(shù)據(jù)安全性。應(yīng)用這些參數(shù)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性、安全性、保密性和系統(tǒng)的自適應(yīng)性（self-adaptability），為智能機(jī)器人的使用和控制提供發(fā)展空間。

在畜牧業(yè)IoT研究方面，一個(gè)相似的系統(tǒng)已經(jīng)在內(nèi)蒙古自治區(qū)和山東省通過將傳感器嵌入動(dòng)物耳朵，對(duì)動(dòng)物進(jìn)行測(cè)試和研究，進(jìn)而更好地對(duì)動(dòng)物飼養(yǎng)進(jìn)行智能化管理。到2014年，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模已超過6 000億元人民幣。

針對(duì)農(nóng)業(yè)供需和發(fā)展日益全球化的趨勢(shì)，羅馬尼亞推出了智能農(nóng)業(yè)項(xiàng)目（Smart Agro），被稱為國(guó)家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)計(jì)劃（National Precision Agriculture Project）。該計(jì)劃主要通過數(shù)字化實(shí)現(xiàn)智能農(nóng)業(yè)，即通過將全球定位系統(tǒng)、云計(jì)算和IoT用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)智能化。該項(xiàng)目的目的在于發(fā)展一個(gè)帶有自重構(gòu)（Self-reconfigurability）和自診斷功能的遙測(cè)系統(tǒng)（Telemetry System），使其應(yīng)用于IoT/M2M通訊，實(shí)現(xiàn)在一定面積內(nèi)的全局移動(dòng)信號(hào)覆蓋。該遙測(cè)系統(tǒng)可應(yīng)用于所有類型的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，包括葡萄種植、水果生產(chǎn)、蔬菜生產(chǎn)、禾谷類作物栽培等。通過對(duì)這些作物的標(biāo)準(zhǔn)化監(jiān)控，可將上萬個(gè)相關(guān)站點(diǎn)的葡萄、蘋果、梨、土豆、小麥、玉米等置于視野內(nèi)，如葡萄的3種主要病害可分別通過專家智能管理系統(tǒng)軟件進(jìn)行有針對(duì)性的野外管理。該遙測(cè)系統(tǒng)可分別通過傳感器對(duì)降雨量、土壤濕度和土壤水分蒸發(fā)、蒸騰損失總量等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量、處理與儲(chǔ)存，作為自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的控制參數(shù)。該系統(tǒng)還可以提供其他重要數(shù)據(jù)，如日常接受到的熱量、植物累計(jì)生長(zhǎng)量、升溫/降溫時(shí)數(shù)以及對(duì)這些參數(shù)的日常統(tǒng)計(jì)、月/季統(tǒng)計(jì)。

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

本文根據(jù)研究現(xiàn)狀，構(gòu)建了智能農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)框架（Smart Agro Architecture）。

一般來說，智能農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)框架（圖1）包括：設(shè)備層（Device layer）、網(wǎng)絡(luò)層（Network layer）、智能農(nóng)業(yè)（Smart Agriculture）應(yīng)用層。智能農(nóng)業(yè)設(shè)備層一般需要遙感系統(tǒng)和一系列本地云作為基本構(gòu)件，針對(duì)不同需要加設(shè)其他檢測(cè)設(shè)備、傳感設(shè)備和其他智能信號(hào)采集、加工、處理、儲(chǔ)存等儀器設(shè)備。Smart Agro由一系列本地云組成，分別對(duì)應(yīng)特定的農(nóng)業(yè)作業(yè)單元（農(nóng)場(chǎng)、牧場(chǎng)、林場(chǎng)或農(nóng)產(chǎn)品加工生產(chǎn)線等）。每一個(gè)本地云又由下列子系統(tǒng)組成：（1）郵包（Parcel），郵包是代表本地云的一個(gè)元件單位，它大致對(duì)應(yīng)一個(gè)農(nóng)場(chǎng)，但有時(shí)也代表一組郵包，這依賴于實(shí)際應(yīng)用情況而定。每個(gè)郵包又由一系列層組成：①監(jiān)視設(shè)備和平臺(tái)層（platform layer），本層含有收集野外、田間或農(nóng)產(chǎn)品加工單元的原始數(shù)據(jù)（raw data）所必需的軟件、硬件，并進(jìn)行短期存儲(chǔ)，各種傳感器、專業(yè)遙測(cè)站等都可能應(yīng)用。②邊界網(wǎng)絡(luò)連接層（Edge layer），這個(gè)邊界層也被稱為基于傳感數(shù)據(jù)歸并和加工基礎(chǔ)上的決策單元（decisional unit），用于人工智能技術(shù)（AI techniques）決策的提交，這也是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)（Precision agriculture）極為重要的組成部分。（2）通訊層（Communication layer），也就是郵包和網(wǎng)關(guān)之間的通訊進(jìn)行地點(diǎn)，主要應(yīng)用低功率（low-power）和遠(yuǎn)程技術(shù)（long-range technologies）以適應(yīng)通過電池（組）供電傳輸數(shù)據(jù)，例如LoRaWAN模塊。（3）網(wǎng)關(guān)（Gateway），網(wǎng)關(guān)是智能農(nóng)業(yè)云平臺(tái)（Smart Agro cloud platform）的入口，是一個(gè)邏輯實(shí)體，位于本地云的中間位置。（4）本地存儲(chǔ)，是將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中（Database Management System，DBMS），同時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊mart Agro中樞云（Central cloud），是與Smart Agro云通訊屬于同一種基于MQTT代理（Mosquitto broker，MQTT broker）的發(fā)布/訂閱機(jī)制（publish/subscribe mechanism），從而實(shí)現(xiàn)云平臺(tái)內(nèi)部通訊。該組件的目的在于保證數(shù)據(jù)的持久性并減少場(chǎng)景延遲。（5）在線任務(wù)或加工處理，經(jīng)MQTT代理之后，數(shù)據(jù)傳輸引擎將取出并格式化（Format，或歸一化）來自不同傳感器的數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，通過決策支持組件將對(duì)之前加工、處理、分析過的結(jié)果作出決策。在本地云中，設(shè)備、資源管理服務(wù)器將在一定范圍內(nèi)被用來實(shí)施、發(fā)送、通知，并在信號(hào)設(shè)備發(fā)送失敗或發(fā)生故障時(shí)用來報(bào)警。

圖1 智能農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)框架

與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)相比，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)特別是大田作物栽培和田間管理系統(tǒng)，其能源保障是一個(gè)關(guān)鍵性問題，利用太陽能或風(fēng)能是一個(gè)合適的選擇。本文參考現(xiàn)有研究，構(gòu)建了以太陽能電池為動(dòng)力系統(tǒng)的田間物聯(lián)網(wǎng)框架（圖2），圖中（A）為農(nóng)業(yè)傳感器節(jié)點(diǎn)和太陽能電池，（B）為匯聚節(jié)點(diǎn)和執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)（Sink and actuator nodes），（C）為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和云計(jì)算[4]。

圖2 以太陽能電池為動(dòng)力系統(tǒng)的田間物聯(lián)網(wǎng)（field-based Internet of Things）框架

3 中外農(nóng)業(yè)的比較分析

3.1 從農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)成本分析我國(guó)農(nóng)業(yè)的比較優(yōu)勢(shì)

李大林和王西慶[5]對(duì)中外農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行了比較，認(rèn)為：一是中國(guó)主要糧食作物生產(chǎn)成本總體偏高，在國(guó)際上基本沒有價(jià)格與貿(mào)易競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。二是油料作物具有一定的成本優(yōu)勢(shì)，但食用成品油缺乏競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。雖然我國(guó)菜籽油成本低于國(guó)際市場(chǎng)價(jià)格，但由于菜籽油中含有高芥酸、高硫代葡萄糖苷，在國(guó)際貿(mào)易競(jìng)爭(zhēng)中也沒有優(yōu)勢(shì)。三是棉花生產(chǎn)資源配置缺乏效率，取消貿(mào)易保護(hù)使中國(guó)棉花處于更加不利的地位，已經(jīng)逐漸從世界棉花主要出口國(guó)變成棉花主要進(jìn)口國(guó)。四是蔬菜生產(chǎn)具有較大的成本優(yōu)勢(shì)。我國(guó)農(nóng)村勞動(dòng)力資源豐富，蔬菜種類繁多，不同地區(qū)、不同習(xí)俗、不同飲食文化背景的人群需求不同，人工投入較多，屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)品，而且蔬菜的儲(chǔ)藏運(yùn)輸受地理限制因素影響，導(dǎo)致這種優(yōu)勢(shì)具有一定的持續(xù)性。五是瓜果類生產(chǎn)具有較強(qiáng)的貿(mào)易競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。我國(guó)瓜果類產(chǎn)品的栽培和生產(chǎn)依賴于氣候條件、土壤類型、地理位置、栽培技術(shù)、瓜果品種等多樣化條件，使瓜果類產(chǎn)品總體上具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。六是畜產(chǎn)品具有較高的成本優(yōu)勢(shì)。七是水產(chǎn)品具有較高的成本優(yōu)勢(shì)。八是糖料作物生產(chǎn)具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，但需要提高制糖工藝水平。由于我國(guó)食糖加工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)落后、生產(chǎn)效率低、品種結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量不合理、市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)不規(guī)范等因素，制約了糖料作物生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。九是由于云、貴、川地區(qū)，特別是云南省得天獨(dú)厚的氣候優(yōu)勢(shì)，使得花卉類生產(chǎn)和貿(mào)易具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。十是其他如茶葉、中草藥等具有較大的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展空間，但依然需要面對(duì)日本和韓國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)。

3.2 從國(guó)際貿(mào)易分析我國(guó)農(nóng)業(yè)的比較優(yōu)勢(shì)

從近幾年出口的商品種類分析，我國(guó)具有明顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的農(nóng)產(chǎn)品種類依次為畜產(chǎn)品、水產(chǎn)品、蔬菜、肉類、水產(chǎn)品加工制造品等。從出口的商品價(jià)格優(yōu)勢(shì)來看，大宗農(nóng)產(chǎn)品如糧食、食用植物油價(jià)格比國(guó)際市場(chǎng)高，而園藝品、畜產(chǎn)品明顯具有成本優(yōu)勢(shì)。

3.3 中外農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化模式比較與分析

農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)的組織模式是指在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)一體化組織系統(tǒng)內(nèi)，各參與主體之間相互聯(lián)結(jié)和影響所構(gòu)成的一種一體化組織形態(tài)。農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的科學(xué)發(fā)展可以促進(jìn)資源的合理分配，降低交易風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)農(nóng)民增收。但由于我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展歷史較短，發(fā)展不平衡，尚存在不少問題，如農(nóng)戶與龍頭企業(yè)之間的關(guān)系比較緊張，組織化程度不高，財(cái)務(wù)管理制度不夠完善，企業(yè)之間往往存在惡性競(jìng)爭(zhēng)等問題，由此造成農(nóng)產(chǎn)品積壓或農(nóng)產(chǎn)品緊缺，嚴(yán)重挫傷農(nóng)民的積極性。而在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)組織化程度比較高，其組織模式也比較成熟穩(wěn)定。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化組織模式主要有3種：公司模式、合作社模式及合同生產(chǎn)模式。發(fā)達(dá)國(guó)家農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化組織模式已經(jīng)歷了一個(gè)由低級(jí)到高級(jí)、由分散到聯(lián)合的發(fā)展過程。為促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的健康發(fā)展，我國(guó)政府和研究人員研究提出了大量的改革方案，也取得了很大成效，但要真正實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化可持續(xù)發(fā)展并非易事，因?yàn)槲覈?guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)情況遠(yuǎn)比發(fā)達(dá)國(guó)家復(fù)雜，特別是面對(duì)復(fù)雜多變的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)、國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)以及復(fù)雜的民族、人文、地理、風(fēng)俗、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然環(huán)境等差異，尋求適合我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化可持續(xù)發(fā)展的道路困難重重，甚至不同專家和不同觀點(diǎn)之間也爭(zhēng)論不休。隨著農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)以及數(shù)字農(nóng)業(yè)的發(fā)展，為上述問題的解決提供了全新方案。利用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可將復(fù)雜的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品加工和監(jiān)控過程通過傳感器、感知層、攝錄設(shè)備等高通量檢測(cè)技術(shù)和信息采集系統(tǒng)，將所采集的海量數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給用戶和消費(fèi)者，逐漸形成一個(gè)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，將涉及的每一個(gè)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、每一個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者和消費(fèi)者囊括在內(nèi)。在這個(gè)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，消費(fèi)者可以訂購自己所需要的農(nóng)產(chǎn)品；生產(chǎn)者可以根據(jù)銷售市場(chǎng)所形成的大數(shù)據(jù)，計(jì)劃和調(diào)整自己生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品與數(shù)量；政府可以根據(jù)國(guó)家的整體發(fā)展規(guī)劃通過市場(chǎng)和金融手段進(jìn)行決策和監(jiān)控。隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、家用電器物聯(lián)網(wǎng)、運(yùn)輸和大眾健康物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟，通過物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行智能儀器、儀表、機(jī)器人、機(jī)械設(shè)施、智能手機(jī)等進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，預(yù)計(jì)會(huì)很快進(jìn)入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、采收、加工、儲(chǔ)藏、冷鏈、安全監(jiān)控等過程和環(huán)節(jié)中。換言之，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)顯然可以為我國(guó)智能農(nóng)業(yè)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展帶來千載難逢的跨越式發(fā)展機(jī)會(huì)。

4 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建、發(fā)展和完善是智能農(nóng)業(yè)的必由之路

目前，我國(guó)農(nóng)業(yè)正處于從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要階段，面臨著農(nóng)業(yè)用地減少、農(nóng)田水土流失、土壤生產(chǎn)力下降、大量使用化肥導(dǎo)致土壤板結(jié)、水體富營(yíng)養(yǎng)化、生態(tài)環(huán)境污染、極端化天氣的發(fā)生與發(fā)展等問題。針對(duì)這些問題，我國(guó)科技人員積極開展生態(tài)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)、智能農(nóng)業(yè)等方面的研究，并在物聯(lián)網(wǎng)的提出和呈現(xiàn)出一定的發(fā)展前景之初即開始了智慧農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的研究與構(gòu)建工作。經(jīng)過近10年的努力，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)取得了較大進(jìn)展，充分展示了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)中的重要作用，初步證明了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可以將分散而復(fù)雜的農(nóng)戶、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者、個(gè)體戶及大、中、小、微農(nóng)業(yè)企業(yè)通過感知層進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)層，通過服務(wù)層將全國(guó)甚至全球的生產(chǎn)者、消費(fèi)者、相關(guān)科技工作者的海量信息聯(lián)接在一起，為農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新、新技術(shù)示范與推廣等提供巨大的便捷性。隨著農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的精細(xì)農(nóng)業(yè)理念被賦予了更深刻的內(nèi)涵，改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，迫切需要將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于大田種植、設(shè)施園藝、畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品物流、食品質(zhì)量、安全監(jiān)控與溯源等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素如土壤、環(huán)境、水資源、投入品的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)動(dòng)植物生產(chǎn)過程的精細(xì)化管理，對(duì)農(nóng)副產(chǎn)品生產(chǎn)加工的全過程監(jiān)控，對(duì)食品安全的追溯管理，對(duì)大型農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)服務(wù)的優(yōu)化調(diào)度，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全”的發(fā)展要求。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用將為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造前所未有的機(jī)遇。

面對(duì)復(fù)雜的農(nóng)業(yè)土壤環(huán)境、氣候環(huán)境、作物栽培、良種選育與推廣、大眾多樣性且不斷變化的營(yíng)養(yǎng)需求，面臨人們不同的健康狀況、年齡層次、口味嗜好、供求市場(chǎng)等眾多因素交織在一起的挑戰(zhàn)，要實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策除了需要海量的數(shù)據(jù)以外，遇到的幾乎都是非線性的復(fù)雜體系，只有通過分布在世界各地的計(jì)算機(jī)或智能通訊設(shè)備所形成的通訊網(wǎng)絡(luò)——互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，才能快速、準(zhǔn)確、及時(shí)地解決存在的問題。通過物聯(lián)網(wǎng)，人們可以不斷積累和完善數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化解決方案，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、市場(chǎng)、貿(mào)易、生產(chǎn)、消費(fèi)的全球化信息交流，甚至把整個(gè)世界變成一個(gè)“地球村”。目前，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為一種數(shù)學(xué)方法、思維方式和非線性復(fù)雜體系的解決通道，被廣泛應(yīng)用于解決醫(yī)藥學(xué)、生命科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域的非線性復(fù)雜問題，并取得了巨大成功。

5 我國(guó)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新和發(fā)展取得的重要進(jìn)展

5.1 食品質(zhì)量與安全監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)大平臺(tái)已初步建成

我國(guó)早在2012年即開始致力于推進(jìn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新研究與建設(shè)，國(guó)家科技部將“農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與食品質(zhì)量安全控制體系研究”列入國(guó)家“十二五”和“863”項(xiàng)目予以資助。該項(xiàng)目在開放、可擴(kuò)展、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的食品安全物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)和應(yīng)用服務(wù)支撐平臺(tái)方面取得了重要突破，實(shí)現(xiàn)了“異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通”，在黃河三角洲、陜西省咸陽市楊凌區(qū)等多個(gè)地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)與加工、質(zhì)量與安全管理等方面進(jìn)行集成和應(yīng)用，建立了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)從政府推動(dòng)到市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的商業(yè)模式，構(gòu)建了食品信息溯源物聯(lián)網(wǎng)大平臺(tái)。

5.2 物聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈相結(jié)合實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品精確溯源

農(nóng)產(chǎn)品特別是食品質(zhì)量與安全問題始終是大眾關(guān)注的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的農(nóng)產(chǎn)品溯源體系往往缺少公信力，面臨監(jiān)管困境和擴(kuò)展性問題。隨著物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，其分布式、去中心化、安全性、透明性、可追溯、不可篡改性等特性使其在食品和農(nóng)產(chǎn)品安全溯源方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。李天明等[6]綜述了物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)，探討了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者將區(qū)塊鏈技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)框架融合應(yīng)用到農(nóng)產(chǎn)品溯源中的應(yīng)用技術(shù)，闡述了利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和區(qū)塊鏈技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品溯源所具有的安全性、可靠性、透明性等優(yōu)勢(shì)，討論了應(yīng)用該技術(shù)溯源所面臨的可擴(kuò)展性、效率以及資源利用等面臨的挑戰(zhàn)。

農(nóng)產(chǎn)品特別是食品質(zhì)量與安全監(jiān)控并不能僅僅依賴于一般意義上的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)就能夠徹底解決問題，目前雖然物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈在軟件和平臺(tái)建設(shè)上已經(jīng)日趨成熟，但在感知層層面上還面臨諸多科學(xué)和技術(shù)問題需要突破，如食品質(zhì)量與安全檢測(cè)系統(tǒng)需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抽樣檢測(cè)、實(shí)驗(yàn)室快速檢測(cè)，最好是在線檢測(cè)。顯然傳統(tǒng)的儀器分析設(shè)備與檢測(cè)方法不適合物聯(lián)網(wǎng)感知層的構(gòu)建，需要大力開發(fā)相應(yīng)的傳感器和高通量設(shè)備、快速檢測(cè)技術(shù)以及與之相配套的信息采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

5.3 供水與灌溉物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)

農(nóng)村供水問題異常復(fù)雜，農(nóng)田灌溉水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，水土流失嚴(yán)重，呈現(xiàn)點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣，傳統(tǒng)監(jiān)控手段難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控等問題。此外，農(nóng)業(yè)用水過程中大水漫灌的現(xiàn)象依然存在，用水矛盾時(shí)有發(fā)生，供水系統(tǒng)跑、冒、滴、漏現(xiàn)象嚴(yán)重，供水保障率差等問題突出。針對(duì)這些問題，張恒飛等[7]提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)全鏈條覆蓋的監(jiān)控體系，針對(duì)其特點(diǎn)提出了自動(dòng)化運(yùn)行控制策略。在獲取海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用滑動(dòng)平均算法，結(jié)合殘差平均誤差中位數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差，實(shí)現(xiàn)水資源大流量漏損檢測(cè)預(yù)警。針對(duì)上述問題，王猷智和周杰[8]提出了構(gòu)建滴灌物聯(lián)網(wǎng)的水分灌溉利用系統(tǒng)。

5.4 物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)構(gòu)建

李智全等[9]針對(duì)海南省熱帶農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)，構(gòu)建了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，目的是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的集成與管理，對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境、檢測(cè)數(shù)據(jù)、視頻資料、專家?guī)鞌?shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)管理。其設(shè)計(jì)框架為：從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、病蟲害防治、決策方面集成開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)軟硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)作物栽培環(huán)境的溫度、光照、濕度等環(huán)境信息的即時(shí)傳感、采集、處理、存儲(chǔ)與傳輸，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)匯總和網(wǎng)絡(luò)查詢。基于GIS地圖，集中展示農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)參數(shù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集提供等多維統(tǒng)計(jì)分析，為農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供海量數(shù)據(jù)支撐。該系統(tǒng)包括視頻監(jiān)控、氣象數(shù)據(jù)、墑情監(jiān)測(cè)、預(yù)警管理、統(tǒng)計(jì)分析、專家系統(tǒng)、管理系統(tǒng)等。該系統(tǒng)基于J2EE研發(fā)，前臺(tái)采用Jquery及JavaScript技術(shù)，后臺(tái)采用Spring+SpringMvc+MyBatis框架，由數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、通訊層、設(shè)備層組成。數(shù)據(jù)層由分類數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，其信息資源可以實(shí)現(xiàn)整合與共享；服務(wù)層也就是該平臺(tái)的技術(shù)支撐層，包含統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)表、數(shù)據(jù)倉庫組件等服務(wù)引擎，服務(wù)層可提供不同用戶接口，可以實(shí)現(xiàn)信息查詢、交互通訊等功能；通訊層支持多種數(shù)據(jù)傳輸方式和交互數(shù)據(jù)通道；設(shè)備層的軟件能夠掛接多種終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)各種格式數(shù)據(jù)的交互與轉(zhuǎn)換。該系統(tǒng)已在多個(gè)示范基地進(jìn)行示范推廣應(yīng)用，面積達(dá)到1 000 hm2以上。

5.5 農(nóng)業(yè)害蟲測(cè)報(bào)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建

農(nóng)業(yè)植物保護(hù)和病蟲害測(cè)報(bào)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建與發(fā)展可使農(nóng)業(yè)病蟲害測(cè)報(bào)更加準(zhǔn)確、及時(shí)、高效。包曉敏和汪靜波[10]介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)害蟲測(cè)報(bào)方面的研究現(xiàn)狀、進(jìn)展、關(guān)鍵問題與展望。應(yīng)用于農(nóng)業(yè)害蟲測(cè)報(bào)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涵蓋了傳感器技術(shù)、信息采集與處理技術(shù)、通訊技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、Web開發(fā)等諸多技術(shù)，通過這些技術(shù)的集成與應(yīng)用，可真正實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)害蟲測(cè)報(bào)的自動(dòng)化、精準(zhǔn)化、即時(shí)化檢測(cè)與處置。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)依賴于農(nóng)業(yè)信息的感知和信息采集以及智能化處理技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)感知層可以把各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素包括環(huán)境、生產(chǎn)工具、農(nóng)作物耕種、栽培、施肥、植物保護(hù)、收獲、采后加工以及生產(chǎn)者和管理者緊密聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)控與處置的高效管理。目前，我國(guó)在蟲情測(cè)報(bào)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)構(gòu)建方面已經(jīng)取得了較大進(jìn)展，針對(duì)農(nóng)業(yè)害蟲測(cè)報(bào)的特定場(chǎng)景和特殊要求，農(nóng)業(yè)害蟲測(cè)報(bào)物聯(lián)網(wǎng)分為4層結(jié)構(gòu)，即感知層、傳輸層、服務(wù)層、應(yīng)用層，包括數(shù)據(jù)采集終端、無線通信網(wǎng)絡(luò)、云平臺(tái)、可視化軟件等。農(nóng)業(yè)害蟲測(cè)報(bào)物聯(lián)網(wǎng)的重要特點(diǎn)在于感知層的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集與農(nóng)業(yè)害蟲有關(guān)的原始數(shù)據(jù)，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)—傳輸層將數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)平臺(tái)層，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)；應(yīng)用層的用戶可通過互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)頁、手機(jī)APP等實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)害蟲測(cè)報(bào)結(jié)果的查詢；農(nóng)業(yè)管理系統(tǒng)可根據(jù)害蟲測(cè)報(bào)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行決策與處置。農(nóng)業(yè)害蟲測(cè)報(bào)物聯(lián)網(wǎng)的核心是其感知層對(duì)害蟲的識(shí)別與計(jì)數(shù)，因此與害蟲識(shí)別和計(jì)數(shù)相關(guān)的傳感器、音、像及其識(shí)別和計(jì)數(shù)系統(tǒng)是感知層的關(guān)鍵。值得注意的是昆蟲往往通過信息素，特別是性信息素控制其繁衍和群體聚集，造成蟲災(zāi)。針對(duì)害蟲信息素的研究已有很多，但針對(duì)害蟲信息素進(jìn)行測(cè)定的傳感器的相關(guān)研究則直到近年來才取得較大進(jìn)展，通過研發(fā)出農(nóng)業(yè)害蟲信息素的電化學(xué)型傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)害蟲的快速測(cè)定。通過對(duì)農(nóng)業(yè)害蟲的在線傳感和蟲情的即時(shí)預(yù)報(bào)，使物聯(lián)網(wǎng)感知層的構(gòu)建更加高效。

5.6 通過農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)耕地土壤肥力的精準(zhǔn)監(jiān)管

土壤中富含氮、磷、鉀無機(jī)元素和多種有機(jī)物質(zhì)，這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)決定了土壤肥力的高低，可通過檢測(cè)土壤養(yǎng)分含量來決定作物施肥量，避免過度施肥造成土壤污染。土壤養(yǎng)分的檢測(cè)通常采取現(xiàn)場(chǎng)取樣、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)的化學(xué)檢測(cè)方法，對(duì)檢測(cè)人員要求較高，并且耗時(shí)長(zhǎng)、成本高。智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要通過各種傳感器對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量以及生命元素進(jìn)行傳感測(cè)定，將所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、上傳、存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤養(yǎng)分以及土壤生物的實(shí)時(shí)監(jiān)控與及時(shí)處置。王鈺瀅等[11]對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)如何實(shí)現(xiàn)土壤肥力的精準(zhǔn)監(jiān)管提出了對(duì)策建議，但目前仍僅為通過種植現(xiàn)場(chǎng)安裝的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控?cái)z像頭進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的收集，安裝pH、氮、磷、鉀離子傳感器用來采集土壤數(shù)據(jù)，所能采集到的土壤數(shù)據(jù)相當(dāng)有限。要真正實(shí)現(xiàn)通過農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)土壤肥力的精準(zhǔn)監(jiān)管，雖然其主體框架可以比照工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和商業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行構(gòu)建，但需研發(fā)各種定量化檢測(cè)傳感器，以方便對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、無機(jī)元素、水分、微生物區(qū)系等參數(shù)進(jìn)行快速和定量化檢測(cè)。要實(shí)現(xiàn)高通量、快速、在線、實(shí)時(shí)的土壤養(yǎng)分檢測(cè)，需要使用傳感器特別是電化學(xué)型傳感器替代傳統(tǒng)的化學(xué)儀器分析檢測(cè)方法。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各個(gè)階段，通過感知層獲取數(shù)據(jù)，利用物聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，再通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)和數(shù)據(jù)共享。生產(chǎn)者、用戶、消費(fèi)者都可以在不同地點(diǎn)、層次、場(chǎng)所獲取相應(yīng)的土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)，通過相應(yīng)的手機(jī)App軟件進(jìn)行操控和決策。研究表明，可利用近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)測(cè)定土壤中的氮元素含量，利用土壤反射光譜特性測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量，經(jīng)上述檢測(cè)獲得的土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)可通過網(wǎng)絡(luò)共享，實(shí)現(xiàn)對(duì)肥料投入比例及用量的嚴(yán)格控制，從而減少過度施肥對(duì)環(huán)境造成的污染，如土壤面源污染、水體富營(yíng)養(yǎng)化及其所帶來的人與動(dòng)物的健康風(fēng)險(xiǎn)等。

5.7 蔬菜基地物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建

溫室和塑料大棚是我國(guó)設(shè)施蔬菜種植的主要形式，也是城鎮(zhèn)居民蔬菜供應(yīng)的主要來源。但目前大部分設(shè)施蔬菜的種植和管理依賴于傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)重制約了蔬菜的科學(xué)化種植和管理，甚至造成巨大的物價(jià)波動(dòng)和浪費(fèi)。如能利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)施蔬菜智能化種植、智能化管理、智能化銷售，將極大地促進(jìn)蔬菜生產(chǎn)與消費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)化管理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)銷一體化，促進(jìn)農(nóng)民增收。孫杰[12]以蔬菜種植基地為研究對(duì)象，搭建了適用于蔬菜基地控制與管理的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，該管理平臺(tái)系統(tǒng)可針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感知層所采集的環(huán)境信息以及蔬菜的生長(zhǎng)參數(shù)進(jìn)行管理。感知層所采集的信息經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和歸一化后傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)層，生產(chǎn)者和管理者可通過應(yīng)用層的各項(xiàng)參數(shù)來進(jìn)行生產(chǎn)、監(jiān)控、管理、冷鏈運(yùn)輸、儲(chǔ)存、銷售。該物聯(lián)網(wǎng)感知層依靠RFID技術(shù)作為信息采集系統(tǒng)，相關(guān)傳感器將生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)所采集的數(shù)據(jù)匯集在感知層，進(jìn)行信息識(shí)別、分類、參數(shù)運(yùn)算。網(wǎng)絡(luò)層通過移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)搭建起感知層之間、感知層與應(yīng)用層之間的通訊聯(lián)系。應(yīng)用層為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)踐層，通過物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用層對(duì)蔬菜種植過程進(jìn)行監(jiān)控和管理，從而實(shí)現(xiàn)蔬菜種植過程中相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)采集、分析、傳輸及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

李寒[13]針對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)蔬菜大棚智能控制系統(tǒng)的具體需求，設(shè)計(jì)了整體物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，分為信息采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、設(shè)備控制層、遠(yuǎn)程監(jiān)控層，層間以LoRa 無線通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。硬件部分由主控制器、傳感器、信息采集系統(tǒng)、LoRa、Wi-Fi 模塊以及GPRS 模塊組成。該系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)施蔬菜大棚內(nèi)的環(huán)境信息、數(shù)據(jù)記錄查詢與管理等功能。服務(wù)層可為大棚用戶提供手動(dòng)和自動(dòng)控制2種模式，方便對(duì)設(shè)施蔬菜大棚進(jìn)行管理。通過對(duì)該系統(tǒng)整體和各部分的主要功能、穩(wěn)定性、LoRa無線通信性能、Web信息管理系統(tǒng)的測(cè)試表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查看、遠(yuǎn)程控制以及管理等。

5.8 設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建

我國(guó)在設(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè)方面做出了巨大努力，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造了條件。農(nóng)業(yè)機(jī)械和設(shè)施的自動(dòng)化是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售、安裝、調(diào)試與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程緊密相連，又與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)具有一定的相似性，所以設(shè)施農(nóng)業(yè)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中得到優(yōu)先發(fā)展。武麗萍和張興波[14]對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)設(shè)計(jì)了初步的總體構(gòu)想，提出通過采集農(nóng)業(yè)機(jī)械制造、銷售、購買、安裝、調(diào)試、使用及維修等完整過程的數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、處理，與互聯(lián)網(wǎng)銜接構(gòu)建農(nóng)機(jī)物聯(lián)網(wǎng)；通過采集生產(chǎn)環(huán)境以及設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程的數(shù)據(jù)，構(gòu)成設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)；通過網(wǎng)關(guān)的可連接性，保障農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)銷售與設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程之間的互聯(lián)互通。農(nóng)機(jī)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管平臺(tái)包括監(jiān)控平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫共享平臺(tái)、決策平臺(tái)、管理平臺(tái)等。通過對(duì)農(nóng)機(jī)物聯(lián)網(wǎng)和設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建、數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用整合，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、管理、倉儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化。

5.9 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)電子商務(wù)

洪軻[15]調(diào)研了江蘇省常州市、溧陽市農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合其資源特色，搭建了基于物聯(lián)網(wǎng)+現(xiàn)代農(nóng)業(yè)電子商務(wù)的特色平臺(tái)。通過該平臺(tái)可將農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、銷售完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)休閑農(nóng)業(yè)、鄉(xiāng)村旅游、農(nóng)產(chǎn)品網(wǎng)上銷售、流通、溯源、運(yùn)輸配送等服務(wù)一體化。該平臺(tái)將農(nóng)產(chǎn)品溯源與電子商務(wù)相結(jié)合，不僅可以使消費(fèi)者了解整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，而且可進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品溯源，使消費(fèi)者心明眼亮、放心購買。該平臺(tái)軟件架構(gòu)分為3層：支撐層、服務(wù)層、應(yīng)用層，支撐層主要由軟硬件組成，支持分布式集群部署；服務(wù)層由開發(fā)平臺(tái)和公共核心構(gòu)件組成，為服務(wù)的客戶提供基礎(chǔ)支撐，主要包括數(shù)據(jù)和日志訪問、第三方支付等功能；應(yīng)用層主要包括O2O網(wǎng)購系統(tǒng)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全溯源系統(tǒng)、企業(yè)ERP管理系統(tǒng)。

5.10 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高原特色農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

劉加練等[16]對(duì)云南省高原地區(qū)特色農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用情況進(jìn)行調(diào)查分析與展望，調(diào)查了花卉、蔬菜、果樹、畜禽養(yǎng)殖等領(lǐng)域共73家企業(yè)、種植大戶、合作社，了解農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用情況。調(diào)查顯示：（1）在露天蔬菜種植過程中，主要利用傳感器檢測(cè)土壤溫度、濕度、鹽分、水分；對(duì)空氣中的溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速進(jìn)行檢測(cè)；通過攝像裝置采集農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育數(shù)據(jù)和農(nóng)業(yè)災(zāi)害發(fā)生情況；通過圖像識(shí)別軟件進(jìn)行蟲情測(cè)報(bào)，實(shí)施誘捕殺蟲及其成效分析；利用水肥一體化設(shè)備進(jìn)行澆水和施肥控制。設(shè)施蔬菜種植主要是通過傳感器和監(jiān)控?cái)z像頭觀察并測(cè)定溫室、大棚中的土壤溫度、濕度、氮、磷、鉀含量、pH及空氣溫度、濕度、二氧化碳含量、光照強(qiáng)度、蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育等信息，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，部分溫室、大棚可進(jìn)行自動(dòng)控制生產(chǎn)，較露天種植自動(dòng)化程度高、針對(duì)性強(qiáng)。（2）在花卉種植過程中，通過傳感器和監(jiān)控?cái)z像頭對(duì)溫室、大棚中的土壤和空氣溫度、濕度、水分、營(yíng)養(yǎng)、光照強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過數(shù)據(jù)處理、分類、儲(chǔ)存、傳輸、共享，用戶可以根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制其灌溉系統(tǒng)、加熱或降溫設(shè)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)花卉生產(chǎn)全過程的精確調(diào)控。（3）上述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)同樣可在草莓種植和中草藥種植中應(yīng)用。（4）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在果樹種植中的應(yīng)用主要為：通過終端監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備對(duì)果樹的土壤和空氣溫度、濕度、光照強(qiáng)度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過分類和處理后再通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)層，技術(shù)人員可通過服務(wù)層獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析和決策。（5）將生產(chǎn)、加工、儲(chǔ)運(yùn)、銷售等環(huán)節(jié)的信息應(yīng)用于果蔬質(zhì)量與安全的監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)果蔬生產(chǎn)的智能化管理。（6）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在畜禽養(yǎng)殖中的應(yīng)用主要是通過射頻和條形碼技術(shù)，采集畜禽飼養(yǎng)環(huán)境、生長(zhǎng)發(fā)育數(shù)據(jù)等，將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)層，方便飼養(yǎng)管理人員實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)控和管理。

6 總結(jié)與展望

改革開放以來，我國(guó)農(nóng)業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展，我國(guó)用全球約7%的耕地面積養(yǎng)活了全球約22%的人口。隨著物聯(lián)網(wǎng)科技的不斷創(chuàng)新、積累、推廣和完善，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將全面應(yīng)用于智能農(nóng)業(yè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)化農(nóng)業(yè)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展、市場(chǎng)化運(yùn)行等方面更加智能、高效，對(duì)我國(guó)鄉(xiāng)村振興以及農(nóng)民增收將起到積極的促進(jìn)作用。