江艷華 , 李 杰
(1.成都市技師學(xué)院,四川 成都 611743;2.成都工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程學(xué)院,四川 成都 611743)
農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的推廣應(yīng)用是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要發(fā)展方向之一。2019 年中央一號(hào)文件明確指出,應(yīng)當(dāng)深入實(shí)施數(shù)字農(nóng)村戰(zhàn)略,擴(kuò)大現(xiàn)代農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)村領(lǐng)域的示范和應(yīng)用[1]。將農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上,能夠有效地提高種植、生產(chǎn)的效率,也能夠?qū)?zāi)害防治等信息進(jìn)行傳輸反饋,從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)科學(xué)調(diào)度以及設(shè)備的高效利用等目標(biāo),形成一個(gè)有效、全面的農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用管理機(jī)制與運(yùn)營機(jī)制[2]。然而,與其應(yīng)用潛力相比,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化中仍面臨一些重要問題和挑戰(zhàn),如安全與隱私問題、數(shù)據(jù)管理和分析問題等??梢酝ㄟ^加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全措施、優(yōu)化數(shù)據(jù)管理和分析方法、簡化技術(shù)使用和降低成本、提高系統(tǒng)適應(yīng)性和穩(wěn)定性、推進(jìn)教育和培訓(xùn)計(jì)劃等一系列解決方案,推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用。
農(nóng)業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用,但同時(shí)也引發(fā)了一系列安全與隱私問題。農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中涉及大量的敏感數(shù)據(jù),包括作物生長數(shù)據(jù)、灌溉計(jì)劃、施肥計(jì)劃等。數(shù)據(jù)在使用過程中會(huì)暴露于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,面臨著操作失誤、竊取、篡改、丟失等風(fēng)險(xiǎn)[3]。這些數(shù)據(jù)容易受到黑客攻擊和未經(jīng)授權(quán)的訪問,導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)從業(yè)人員的利益受到損害。農(nóng)業(yè)從業(yè)人員關(guān)于網(wǎng)絡(luò)安全的意識(shí)和知識(shí)水平相對(duì)較低,容易成為網(wǎng)絡(luò)攻擊的弱點(diǎn)。他們可能在使用弱密碼、未經(jīng)加密的網(wǎng)絡(luò)傳輸、未更新的軟件和操作系統(tǒng)以及未經(jīng)身份驗(yàn)證的設(shè)備等方面存在薄弱環(huán)節(jié)。由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量龐大且分散在不同的農(nóng)場和地理位置,設(shè)備的安全和管理變得復(fù)雜。這增加了設(shè)備遭受物理攻擊、濫用或竊取的風(fēng)險(xiǎn)。
農(nóng)業(yè)自動(dòng)化中的網(wǎng)絡(luò)安全,可以通過一些網(wǎng)絡(luò)安全措施進(jìn)行改善,例如:1)加密是保護(hù)數(shù)據(jù)安全的關(guān)鍵技術(shù)。通過在數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)過程中使用加密算法,保護(hù)敏感數(shù)據(jù)免受未經(jīng)授權(quán)的訪問。同時(shí),采用身份認(rèn)證技術(shù),確保只有授權(quán)人員可以訪問系統(tǒng)和數(shù)據(jù)。2)權(quán)限管理是確保系統(tǒng)只向授權(quán)人員開放的重要措施。建立嚴(yán)格的權(quán)限管理策略,包括用戶的身份驗(yàn)證、訪問控制和操作審計(jì)等,可以有效限制非授權(quán)人員的訪問和操作,并對(duì)關(guān)鍵操作進(jìn)行監(jiān)控和記錄。3)定期維護(hù)和更新設(shè)備與軟件也是確保網(wǎng)絡(luò)安全的重要步驟。包括及時(shí)應(yīng)用安全補(bǔ)丁、升級(jí)設(shè)備固件、更新密碼、限制不必要的功能和關(guān)閉未使用的服務(wù)等,以減少潛在的安全漏洞和攻擊面。
培訓(xùn)和意識(shí)教育是提高農(nóng)業(yè)從業(yè)人員對(duì)安全問題的認(rèn)識(shí)和防范意識(shí)的關(guān)鍵。該措施可以幫助他們了解常見的網(wǎng)絡(luò)攻擊類型、安全措施的重要性以及如何處理安全事件。培訓(xùn)內(nèi)容應(yīng)包括向農(nóng)業(yè)從業(yè)人員介紹物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本知識(shí),強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)安全的重要性等。培訓(xùn)計(jì)劃還應(yīng)涵蓋識(shí)別和避免常見的網(wǎng)絡(luò)攻擊,例如釣魚攻擊、惡意軟件和勒索軟件等。此外,農(nóng)業(yè)從業(yè)人員還應(yīng)了解如何創(chuàng)建和管理密碼、識(shí)別和報(bào)告安全漏洞,并進(jìn)行緊急情況的響應(yīng)和恢復(fù)。
除了培訓(xùn),持續(xù)的意識(shí)教育也是必要的。通過定期提供安全提示、發(fā)送安全通知和組織安全會(huì)議等活動(dòng),可以增強(qiáng)農(nóng)業(yè)從業(yè)人員對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全問題的關(guān)注和重視。通過加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全措施、嚴(yán)格的權(quán)限管理和培訓(xùn)與意識(shí)教育,可以有效應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化中的安全與隱私問題。這些措施將有助于保護(hù)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的敏感數(shù)據(jù),減少黑客攻擊和未經(jīng)授權(quán)的訪問風(fēng)險(xiǎn),并提高農(nóng)業(yè)從業(yè)人員在網(wǎng)絡(luò)安全方面的知識(shí)和技能水平。
在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中,涉及大量的數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)、處理和分析,這給數(shù)據(jù)管理和分析帶來了一系列挑戰(zhàn)。首先,農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)源多樣,包括傳感器收集的氣象數(shù)據(jù)、土壤條件數(shù)據(jù)、作物生長數(shù)據(jù)以及農(nóng)業(yè)從業(yè)人員的管理記錄等。這些數(shù)據(jù)可能來自不同的設(shè)備、不同的格式和不同的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),使得數(shù)據(jù)的收集和整合變得復(fù)雜困難。其次,農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)通常具有大容量、高速度和實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)。大量的數(shù)據(jù)需要高效的存儲(chǔ)和管理,而一些數(shù)據(jù)需要在實(shí)時(shí)性要求下進(jìn)行傳輸和處理,以支持及時(shí)的決策和操作。最后,農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)可能受到傳感器誤差、環(huán)境干擾等因素影響,導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)準(zhǔn)確性和一致性方面的問題。
為了解決農(nóng)業(yè)自動(dòng)化中的數(shù)據(jù)管理問題,可以建立合理的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。通過數(shù)據(jù)集中管理,將散亂的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和統(tǒng)一管理,確保數(shù)據(jù)的一致性和完整性。首先,數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)應(yīng)包括數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)、備份和恢復(fù)機(jī)制,以及數(shù)據(jù)權(quán)限管理和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制等功能。其次,數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)的實(shí)施和應(yīng)用是數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)化工作的重要環(huán)節(jié),涉及標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的規(guī)范性、可操作性和有效性等方面[4]。采用標(biāo)準(zhǔn)化通用的數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),有助于實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)源的集成和交互。這樣可以降低數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理的復(fù)雜性,提高數(shù)據(jù)的可重復(fù)性和共享性。此外,利用數(shù)據(jù)集中管理系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)查詢和分析功能,使得農(nóng)業(yè)從業(yè)人員能夠快速、方便地獲取所需的數(shù)據(jù),并進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查詢和分析,這將有助于農(nóng)業(yè)決策的制定和優(yōu)化。
為了更好地利用農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù),可以利用機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和挖掘,以發(fā)現(xiàn)其中的模式和規(guī)律,為農(nóng)業(yè)決策提供參考。機(jī)器學(xué)習(xí)可以應(yīng)用在農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的分類、預(yù)測和優(yōu)化等方面。例如,通過訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型來識(shí)別病蟲害、預(yù)測作物產(chǎn)量和優(yōu)化施肥方案等。而數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)隱藏在數(shù)據(jù)背后的關(guān)聯(lián)規(guī)則、趨勢和異常,為農(nóng)業(yè)管理和決策提供洞察和備選方案。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和挖掘的效果,需要整合、清洗和預(yù)處理農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù),以確保數(shù)據(jù)的質(zhì)量和正確性。此外,還需要選擇合適的算法和工具,并考慮數(shù)據(jù)隱私和安全的問題。
農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要目的之一是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息傳播[5]。為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理和分析,需要采用高效的數(shù)據(jù)傳輸和處理技術(shù),結(jié)合云計(jì)算和邊緣計(jì)算的概念。首先,數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)需要具備高速性和可靠性。在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化中,傳感器和設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量巨大,需要采用高速的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù),如高帶寬的無線網(wǎng)絡(luò)或光纖網(wǎng)絡(luò),以確保數(shù)據(jù)的及時(shí)性和完整性。其次,云計(jì)算可以用于處理大規(guī)模的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)。通過將農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云平臺(tái)中,可以利用云計(jì)算資源進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析,以提高數(shù)據(jù)處理的效率和準(zhǔn)確性。最后,云計(jì)算還可以為農(nóng)業(yè)系統(tǒng)提供彈性和可擴(kuò)展性,根據(jù)需求動(dòng)態(tài)分配計(jì)算資源。同時(shí),邊緣計(jì)算可以用于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和邊緣分析。邊緣計(jì)算將計(jì)算能力和存儲(chǔ)資源移到離數(shù)據(jù)源更近的位置,可以減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t和網(wǎng)絡(luò)擁堵。通過在邊緣設(shè)備上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析,可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行即時(shí)響應(yīng),提供實(shí)時(shí)的決策支持和反饋。
在改善農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與提升其安全性方面,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)均表現(xiàn)出了良好的效能,在質(zhì)量安全追溯階段,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能打造出高水平的技術(shù)體系,該體系主要由信息采集、傳送及查找三部分構(gòu)成[6-7]。一方面,在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化中,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用較為復(fù)雜、成本高昂。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用實(shí)踐,很大程度上依賴于來自傳感器的精密感知,但是傳感器的準(zhǔn)確度和分辨率越高,其成本也會(huì)越高[8]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用涉及多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的綜合,包括傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)等。農(nóng)業(yè)從業(yè)人員需要具備一定的專業(yè)知識(shí)和技術(shù)技能,才能夠理解和操作這些復(fù)雜的技術(shù)。另一方面,物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)的采購、部署及維護(hù)成本較高。農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中需要大量的傳感器、控制設(shè)備和通信設(shè)備,而這些設(shè)備的價(jià)格較高。此外,設(shè)備的安裝和調(diào)試、系統(tǒng)的集成和配置等都需要專業(yè)的技術(shù)支持和人力成本。
為了應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化中的技術(shù)復(fù)雜性和成本問題,可以通過使用簡化技術(shù)和技術(shù)集成,降低農(nóng)業(yè)從業(yè)人員的技術(shù)門檻,提高技術(shù)的易用性。例如,提供用戶友好的界面和操作指南,簡化設(shè)備的安裝和配置過程。將不同的技術(shù)整合到一個(gè)集成的系統(tǒng)中,減少不必要的復(fù)雜性和操作步驟,有助于農(nóng)業(yè)從業(yè)人員更好地理解和應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),降低技術(shù)的使用門檻。
開源硬件和軟件也是降低農(nóng)業(yè)自動(dòng)化成本的重要途徑。開源硬件和軟件具有更低的成本,并且具有廣泛的社區(qū)支持和貢獻(xiàn)。通過采用開源硬件和軟件,農(nóng)業(yè)從業(yè)人員可以降低設(shè)備和系統(tǒng)的采購成本,并且可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行自定義和定制,提高系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。此外,開源社區(qū)中的開發(fā)者和用戶可以共享經(jīng)驗(yàn)和技術(shù),提供幫助和支持,進(jìn)一步降低技術(shù)使用的門檻和成本。通過開源社區(qū)的參與和合作,可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新。
在農(nóng)機(jī)設(shè)備中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),可以全方位掌握農(nóng)作物的生長情況,主要包含生長地區(qū)土壤溫濕度、水分、pH 值、光照強(qiáng)度等信息,并可以依據(jù)這些信息,確定農(nóng)作物最理想的生長條件,進(jìn)而增加農(nóng)作物產(chǎn)量[9]。
在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中,適應(yīng)性和可靠性是關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。農(nóng)業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變,涉及不同類型的農(nóng)作物、土壤條件、氣候變化等因素,因此,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)需要具備適應(yīng)不同場景的能力。
1)不同農(nóng)業(yè)場景對(duì)傳感器和設(shè)備的需求不同。例如,有些農(nóng)作物需要監(jiān)測土壤濕度和氣溫,而其他作物可能需要監(jiān)測光照和CO2濃度。因此,需要選擇適合不同農(nóng)業(yè)場景的傳感器和設(shè)備,以滿足不同需求和環(huán)境條件。
2)農(nóng)業(yè)環(huán)境中存在許多不可控因素,如惡劣氣候、自然災(zāi)害等,這可能影響物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行。因此,需要構(gòu)建具有彈性和容錯(cuò)能力的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),以適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和設(shè)備的異常情況。這可以包括備用網(wǎng)絡(luò)通信通道、設(shè)備冗余和自動(dòng)故障切換等機(jī)制,以保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
3)對(duì)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的定期維護(hù)和監(jiān)控也是至關(guān)重要的。定期維護(hù)包括設(shè)備的檢查、清潔和保養(yǎng),以確保其正常工作。同時(shí),對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,可以及時(shí)檢測和修復(fù)潛在的問題,避免系統(tǒng)故障和數(shù)據(jù)丟失。由于農(nóng)業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行對(duì)農(nóng)業(yè)從業(yè)人員工作和農(nóng)作物生長具有重要影響,所以確保系統(tǒng)的可靠運(yùn)行對(duì)于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量至關(guān)重要。
智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展離不開高素質(zhì)、有文化的新型農(nóng)業(yè)人才[10]。農(nóng)業(yè)從業(yè)人員通常缺乏物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí),因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)技術(shù)涉及傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信協(xié)議、云計(jì)算等復(fù)雜且新穎的概念和原理。如果沒有提供相應(yīng)的培訓(xùn)和教育,他們就無法理解和應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。因此,應(yīng)通過教授這些基本概念和原理,幫助學(xué)員建立起對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)理解。
此外,農(nóng)業(yè)從業(yè)人員還需要掌握實(shí)際應(yīng)用技能。為了滿足他們的實(shí)際需求,需要制定有針對(duì)性的培訓(xùn)計(jì)劃和課程。這些培訓(xùn)課程應(yīng)側(cè)重于培養(yǎng)實(shí)際應(yīng)用技能,包括設(shè)備的安裝和調(diào)試、系統(tǒng)的配置和集成、數(shù)據(jù)的采集和分析等。通過實(shí)際操作訓(xùn)練,學(xué)員可以掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化中的具體應(yīng)用。
為了提高培訓(xùn)效果,可以與專業(yè)機(jī)構(gòu)、農(nóng)業(yè)技術(shù)供應(yīng)商和研究機(jī)構(gòu)合作,共同開展培訓(xùn)和教育活動(dòng)。通過整合資源,可以提供更全面、系統(tǒng)、專業(yè)的培訓(xùn)內(nèi)容,以滿足不同學(xué)員的不同需求。
設(shè)立專門的咨詢機(jī)構(gòu)或提供專家咨詢服務(wù),對(duì)農(nóng)業(yè)從業(yè)人員學(xué)習(xí)和應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)起到重要的支持和指導(dǎo)作用。專家咨詢能夠提供針對(duì)特定問題的解決方案和實(shí)施建議,幫助農(nóng)業(yè)從業(yè)人員克服技術(shù)難題和挑戰(zhàn)。此外,專家咨詢還可以通過電話、電子郵件或在線會(huì)議等方式提供遠(yuǎn)程支持,解答問題。這樣的服務(wù)能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)從業(yè)人員提供持續(xù)的專業(yè)支持和指導(dǎo),使他們能夠更好地學(xué)習(xí)和應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。
在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,促進(jìn)合作與共享對(duì)于教育和培訓(xùn)能夠起到積極的作用。這種合作可以涵蓋資深專家與初學(xué)者之間的合作、資源的共享以及經(jīng)驗(yàn)的交流等。通過參觀其他先進(jìn)的農(nóng)業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目,農(nóng)業(yè)從業(yè)人員可以分享彼此的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),共同提高技術(shù)水平。此外,建立行業(yè)組織或網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),推動(dòng)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的研究和教育,也可以促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的合作與共享。
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷演進(jìn)和創(chuàng)新,未來可以探索更高效、可靠、節(jié)能的傳感器和設(shè)備,以滿足不同農(nóng)業(yè)環(huán)境的需求;可以進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的智能化水平和數(shù)據(jù)分析能力,通過深度學(xué)習(xí)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法,實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的農(nóng)作物生長預(yù)測、病蟲害監(jiān)測和災(zāi)害預(yù)警等功能,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量;可以進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)自動(dòng)化的可持續(xù)性,通過整合可再生能源和節(jié)能技術(shù),減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴,并降低農(nóng)業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的能耗及其對(duì)環(huán)境的影響。
綜上所述,農(nóng)業(yè)自動(dòng)化中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景。通過解決技術(shù)復(fù)雜性與成本、適應(yīng)性與可靠性、教育與培訓(xùn)等問題,可以推動(dòng)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。