物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

張長(zhǎng)利，沈維政

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030）

1999年MIT提出物聯(lián)網(wǎng)概念，即把所有物品通過射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。2008年末IBM提出了發(fā)展“智慧地球”的新概念，又進(jìn)一步被奧巴馬總統(tǒng)提升為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇的國(guó)家戰(zhàn)略。2009年8月7日，溫總理在無錫考察“中科院高新微納傳感網(wǎng)工程中心”時(shí)，提出“感知中國(guó)”的概念。面對(duì)后經(jīng)濟(jì)危機(jī)時(shí)代的挑戰(zhàn)，各國(guó)都在尋求新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)和著力點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)首當(dāng)其沖。

目前，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已被正式列為國(guó)家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。溫家寶總理在十一屆全國(guó)人大三次會(huì)議上作政府工作報(bào)告時(shí)指出，要大力培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用。

過去的十年間，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)取得巨大成功，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將成為推動(dòng)下一個(gè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的特別重要推手。

1 物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

歐洲智能系統(tǒng)集成技術(shù)平臺(tái)2009年提交的物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展報(bào)告中[1]，將物聯(lián)網(wǎng)的種類劃分為18大類。其中，“農(nóng)業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”是最重要的發(fā)展方向之一。報(bào)告中指出，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)分為三個(gè)層次:信息感知層、信息傳輸層和信息應(yīng)用層。信息感知層由各種傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過先進(jìn)傳感器技術(shù)，多種支持過程精細(xì)化管理的參數(shù)可通過物聯(lián)網(wǎng)獲取，如土壤肥力、作物苗情長(zhǎng)勢(shì)、動(dòng)物個(gè)體產(chǎn)能、健康、行為等信息。在信息傳輸層中，傳感器獲取各類數(shù)據(jù)通過有線或無線方式，以多種通信協(xié)議，向局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)發(fā)布。信息應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合、處理后用于制定科學(xué)的管理決策，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。

近十年來，美國(guó)和歐洲的一些發(fā)達(dá)國(guó)家相繼開展了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范研究，實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、資源利用、農(nóng)產(chǎn)品流通領(lǐng)域，物-人-物之間的信息交互與精細(xì)農(nóng)業(yè)的實(shí)踐與推廣，形成了一批良好的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用模式，推動(dòng)了相關(guān)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。同時(shí)還促進(jìn)了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與其他物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)，為建立無處不在的物聯(lián)網(wǎng)奠定了基礎(chǔ)。我國(guó)在農(nóng)業(yè)行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源、環(huán)境、生產(chǎn)過程、流通過程等環(huán)節(jié)信息的實(shí)時(shí)獲取和數(shù)據(jù)共享，以保證產(chǎn)前正確規(guī)劃以提高資源利用效率、產(chǎn)中精細(xì)管理以提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)本增效、產(chǎn)后高效流通，實(shí)現(xiàn)安全溯源等多個(gè)方面，但多數(shù)應(yīng)用還處于試驗(yàn)示范階段。

1.1 農(nóng)業(yè)資源利用

在農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測(cè)和利用方面，美國(guó)和歐洲利用資源衛(wèi)星對(duì)土地利用信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將其結(jié)果發(fā)送到各級(jí)監(jiān)測(cè)站，進(jìn)入信息融合與決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大區(qū)域農(nóng)業(yè)的統(tǒng)籌規(guī)劃。同時(shí)，在地面利用GPS定位設(shè)備，對(duì)地理位置進(jìn)行標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃。

近年來，我國(guó)將GPS定位技術(shù)與傳感器技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)資源信息的定位與采集；利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)資源信息的傳輸；利用GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)資源的規(guī)劃管理等。目前GPS技術(shù)己開始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)資源調(diào)查、土壤養(yǎng)分監(jiān)測(cè)和施肥、病蟲害監(jiān)測(cè)和防治等農(nóng)田信息采集和管理、農(nóng)業(yè)環(huán)境變化和農(nóng)業(yè)污染監(jiān)測(cè)等方面。精細(xì)農(nóng)業(yè)需要及時(shí)了解農(nóng)田狀態(tài)信息，如農(nóng)田中的肥、水、病、蟲、草、害和產(chǎn)量的分布情況，衛(wèi)星定位技術(shù)與農(nóng)田信息采集技術(shù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)采集、分析農(nóng)田狀態(tài)信息，生成農(nóng)田信息空間分布圖，指導(dǎo)生產(chǎn)者做出相應(yīng)的決策并付諸實(shí)施。

杭州電子科技大學(xué)研究了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的濕地水環(huán)境數(shù)據(jù)視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它的主要功能是通過分布在濕地小水域的傳感器節(jié)點(diǎn)采集水環(huán)境參數(shù)，通過安放在水源入口、水體出口等重點(diǎn)區(qū)域的數(shù)據(jù)視頻基站將水環(huán)境參數(shù)和視頻信號(hào)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心，遠(yuǎn)程終端通過Internet實(shí)現(xiàn)對(duì)濕地全天候的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，并對(duì)污染等突發(fā)事件和環(huán)境急劇變化所影響的水域的水環(huán)境狀況實(shí)時(shí)報(bào)警。將整個(gè)濕地水域劃分為若干個(gè)子區(qū)域，在子區(qū)域中構(gòu)建基于ZigBee無線技術(shù)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點(diǎn)采集水溫、pH、濁度、電導(dǎo)率、溶解氧含量等多種水環(huán)境參數(shù)，每個(gè)子區(qū)域配置一個(gè)帶ZigBee網(wǎng)關(guān)和CDma視頻傳輸通道的數(shù)據(jù)視頻基站，對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并通過CDma無線網(wǎng)絡(luò)將子區(qū)域的水環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)傳送至監(jiān)測(cè)中心。

1.2 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)控

農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境是確保國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品安全、生態(tài)安全、資源安全的重要基礎(chǔ)。許多發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、法國(guó)和日本特別注重對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)和保護(hù)。一方面，加強(qiáng)立法等政策性保護(hù)措施；另一方面，綜合運(yùn)用高科技手段構(gòu)建先進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，通過利用先進(jìn)的傳感器感知技術(shù)、信息融合傳輸技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合其中，建立覆蓋全國(guó)的農(nóng)業(yè)信息化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，保證了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

在美國(guó)，己形成了生態(tài)環(huán)境信息采集—信息傳輸處理-信息發(fā)布的分層體系結(jié)構(gòu)。加州大學(xué)伯克利分校和大西洋學(xué)院聯(lián)合在大鴨島上部署了由43個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)上安裝有多種傳感器以監(jiān)測(cè)海島上不同類型的數(shù)據(jù)。在法國(guó)，利用信息技術(shù)對(duì)土壤環(huán)境進(jìn)行精確的數(shù)據(jù)分析，根據(jù)種植品種的具體需求，調(diào)節(jié)和改善種植環(huán)境。

我國(guó)在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，研制了地面監(jiān)測(cè)站和遙感技術(shù)結(jié)合的墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，己在貴陽、遼寧、黑龍江、河南、南京等地示范應(yīng)用，研制了大氣環(huán)境和水環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大氣中二氧化硫、二氧化氮等有害氣體、水溫、pH、濁度、電導(dǎo)率和溶解氧等水環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[1]。在環(huán)境監(jiān)測(cè)手段上，主要采用地面監(jiān)測(cè)站和遙感技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)。地面監(jiān)測(cè)站的信息監(jiān)測(cè)前期以人工測(cè)量為主，近年來在項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)資助下開展了不少基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)研究，開啟了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用。目前我國(guó)多個(gè)省市建立了墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)依靠傳感器技術(shù)和無線通信技術(shù)，是目前我國(guó)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用比較多的領(lǐng)域。

1.3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)管理

精細(xì)農(nóng)業(yè)是現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施與信息高新技術(shù)應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合。它集成了信息技術(shù)與3S空間信息技術(shù)，從信息采集、高效傳輸、信息處理、模型建立、決策分析、農(nóng)作管理等方面開展信息化技術(shù)研究。在美國(guó)，20%精細(xì)農(nóng)業(yè)中應(yīng)用了GPS、傳感器等物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)，己成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息獲取、生產(chǎn)管理、輔助決策、智能實(shí)施的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。

1.3.1 糧食生產(chǎn)

部分發(fā)達(dá)國(guó)家的大田糧食作物物聯(lián)網(wǎng)已形成雛形，并在實(shí)踐中日趨完善。2008年，法國(guó)建立了較為完備的農(nóng)業(yè)區(qū)域監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。在農(nóng)作物生長(zhǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)作物的苗情、長(zhǎng)勢(shì)信息、與作物生長(zhǎng)直接相關(guān)的環(huán)境信息進(jìn)行獲取，并將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送到農(nóng)業(yè)綜合決策網(wǎng)進(jìn)行處理，以指導(dǎo)施肥、施藥、收獲等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程。

我國(guó)在糧食作物生產(chǎn)管理的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主要圍繞著精細(xì)農(nóng)業(yè)示范工程的實(shí)施展開。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在大田農(nóng)作精細(xì)管理中的應(yīng)用研究，主要涉及田間環(huán)境/土壤信息獲取、聯(lián)合收獲機(jī)械自動(dòng)測(cè)產(chǎn)、農(nóng)田作物產(chǎn)量空間差異分布圖自動(dòng)生成和農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)監(jiān)控等三個(gè)主要領(lǐng)域。

1.3.2 設(shè)施農(nóng)業(yè)

在設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境調(diào)控方面，Serodio等開發(fā)了一個(gè)近似分布式的無線數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，用于管理一組溫室[2]。Mizunuma等配置了一個(gè)農(nóng)田和溫室的無線局域網(wǎng)（WLAN）用于監(jiān)控作物的生長(zhǎng)，并實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，研究結(jié)果認(rèn)為這種遠(yuǎn)程控制策略模型能夠有效的改善生產(chǎn)力并減少人力需求[3]。在設(shè)施農(nóng)業(yè)灌溉施肥方面，Digital Sun公司研發(fā)了自動(dòng)化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。澳大利亞的CSIRO研究中心于2005年2月采用十個(gè)微氣候節(jié)點(diǎn)用于昆士蘭大學(xué)的溫室育苗過程管理，傳感器節(jié)點(diǎn)測(cè)量空氣和土壤溫、濕度，光合作用有效輻射等信息，最終采用Fleck的控制功能來控制噴霧等設(shè)備，優(yōu)化作物生長(zhǎng)環(huán)境。

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)發(fā)所研發(fā)的基于GPRS和Web技術(shù)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和信息發(fā)布系統(tǒng)方案[4]，首先通過RS485總線與數(shù)字傳感器連接，并與PC監(jiān)控計(jì)算機(jī)構(gòu)成溫室現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)；其次，通過GPRS無線通訊技術(shù)建立現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的連接，將實(shí)時(shí)采集信息發(fā)送到Web數(shù)據(jù)服務(wù)器。系統(tǒng)軟件采用MS VB-net和ASP-net開發(fā)，構(gòu)建了基于B/S的“瘦客戶”模式，只要通過瀏覽器不僅可實(shí)時(shí)瀏覽監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，而且能進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)的查詢。

1.3.3 畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖

發(fā)達(dá)國(guó)家的畜禽、水產(chǎn)精細(xì)化養(yǎng)殖監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)己經(jīng)初具規(guī)模，集成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、精細(xì)養(yǎng)殖、產(chǎn)品溯源、專家管理于一體的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用得到快速發(fā)展。歐美的一些奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)，自上世紀(jì)70年代后期起，就開發(fā)應(yīng)用了無源奶牛編號(hào)自動(dòng)識(shí)別器，支持按奶牛個(gè)體產(chǎn)出率和生理、健康特征信息實(shí)施精細(xì)化節(jié)本增效的養(yǎng)殖管理。隨著RFID產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，大量RFID標(biāo)簽和動(dòng)物個(gè)體信息特征微小型傳感器己迅速進(jìn)入奶牛、肉牛、養(yǎng)豬場(chǎng)等的精細(xì)化管理。其中RFID標(biāo)簽不僅用于動(dòng)物身份識(shí)別，還可對(duì)動(dòng)物個(gè)體每天的飲水量、進(jìn)食量、運(yùn)動(dòng)量、健康特征、發(fā)情期等重要管理信息進(jìn)行記錄與遠(yuǎn)程傳輸，同時(shí)開始用于動(dòng)物疫情預(yù)警、疾病防治及精細(xì)化養(yǎng)殖管理。

在我國(guó)，河南省建立了畜禽飼養(yǎng)地理分布定位網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以自然村為基點(diǎn)單位，涵蓋全省所有畜禽飼養(yǎng)和規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)、畜產(chǎn)品加工廠、飼料廠、獸藥廠及畜禽交易市場(chǎng)的地理分布情況。系統(tǒng)大大提高了對(duì)重大動(dòng)物疫情控制的應(yīng)急能力和指揮能力，更有利于科學(xué)實(shí)施畜產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)區(qū)域布局開發(fā)，促進(jìn)畜牧業(yè)持續(xù)穩(wěn)定健康發(fā)展。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)建立了蛋雞健康養(yǎng)殖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通過對(duì)蛋雞的品種、飼料、環(huán)境進(jìn)行科學(xué)管理，使經(jīng)濟(jì)動(dòng)物的遺傳潛力得以發(fā)揮，在產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后均有詳細(xì)的生產(chǎn)記錄，從養(yǎng)殖的各環(huán)節(jié)上控制了重大疫病的發(fā)生，最終生產(chǎn)出對(duì)人體無不良影響，符合人體營(yíng)養(yǎng)需要的雞蛋產(chǎn)品。蛋雞健康養(yǎng)殖管理信息系統(tǒng)主要包括員工服務(wù)、人事管理、文檔管理、飼料管理、蛋雞管理、視頻監(jiān)控、雞病查詢、雞蛋查詢、系統(tǒng)維護(hù)等9個(gè)功能模塊[5]，涉及到了雞蛋的產(chǎn)前、產(chǎn)中和售后服務(wù)，為消費(fèi)者提供雞蛋的安全紀(jì)錄和健康信息，為蛋禽企業(yè)提供遠(yuǎn)程管理和輔助決策等技術(shù)支持。

1.4 農(nóng)產(chǎn)品安全溯源

1998～2001年法國(guó)、德國(guó)、意大利、荷蘭、葡萄牙和西班牙聯(lián)合實(shí)施了家畜電子標(biāo)識(shí)（IDEA）項(xiàng)目，涉及這6個(gè)國(guó)家100萬頭家畜；加拿大肉牛自從2001年起使用一維條形碼耳標(biāo)，從2005年1月1日～2006年9月將逐步過渡到使用電子耳標(biāo)；在美國(guó)，一個(gè)大約由70多個(gè)協(xié)會(huì)、組織以及政府機(jī)構(gòu)的100余名畜牧獸醫(yī)專業(yè)人員組成的家畜標(biāo)識(shí)開發(fā)小組（USAIn），共同參與制定并建立家畜標(biāo)識(shí)工作計(jì)劃，其目的是在發(fā)現(xiàn)外來疫病的情況下，能夠在48 h內(nèi)確定所有涉及與其有直接接觸的企業(yè)，對(duì)于不同的畜種有不同實(shí)施計(jì)劃，該計(jì)劃按不同畜種分步驟逐步采用RFID電子標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)對(duì)畜產(chǎn)品生產(chǎn)過程的追溯[6]。

我國(guó)2003年設(shè)立了“飼料和畜禽產(chǎn)品數(shù)字化安全監(jiān)控體系研究”專題，研究了追溯碼編碼、打印控件生成、多平臺(tái)溯源等關(guān)鍵技術(shù)，并應(yīng)用到蔬菜、水產(chǎn)等產(chǎn)品的追溯中；提出了基于豬肉安全生產(chǎn)的物質(zhì)流與信息流的跟蹤與溯源流程，開發(fā)了集約化養(yǎng)豬場(chǎng)及散養(yǎng)模式下養(yǎng)殖、屠宰與銷售環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，以及面向政府監(jiān)管和消費(fèi)者查詢的公共網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。在農(nóng)產(chǎn)品流通體系技術(shù)監(jiān)管方面，浙江大學(xué)、北京市農(nóng)業(yè)信息中心等單位，研究開發(fā)了車載端冷鏈物流信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括兩部分:車廂內(nèi)通過構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)溫度、濕度等環(huán)境信息的實(shí)時(shí)采集，無線發(fā)送到駕駛室；駕駛室通過在車載電腦集成GPRS、GPS、RFID模塊構(gòu)建車載配送終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)采集環(huán)境信息的立體顯示及色調(diào)預(yù)警。

圖1 未來的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)Fig.1 Future agricultural internet of things

2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

未來的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將如圖1所示，大到一頭牛，小到一粒米都將擁有自己的身份，人們可以隨時(shí)隨地通過網(wǎng)絡(luò)了解它們的地理位置、生長(zhǎng)狀況等一切信息，實(shí)現(xiàn)所有農(nóng)牧產(chǎn)品的互聯(lián)。要實(shí)現(xiàn)上圖所示的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)就必須解決如下問題:一是農(nóng)業(yè)傳感設(shè)備必須向低成本、自適應(yīng)、高可靠、微功耗的方向發(fā)展；二是農(nóng)業(yè)傳感網(wǎng)必須具備分布式、多協(xié)議兼容、自組織和高通量等功能特征；三是信息處理必須達(dá)到實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、自動(dòng)和智能化等要求。集成傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)和分布式智能信息處理技術(shù)于一體，具有易于布置、方便控制、低功耗、靈活通信、低成本等特點(diǎn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)己成為實(shí)踐“農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”的迫切應(yīng)用需求。

3 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用急需解決的共性關(guān)鍵技術(shù)

3.1 感知層共性問題分析

在感知層，需開發(fā)基于多種不同應(yīng)用目標(biāo)的高可靠、低成本的農(nóng)業(yè)資源、環(huán)境、作物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)信息獲取傳感器和動(dòng)物行為信息傳感器，研究突破一些特種農(nóng)用傳感器產(chǎn)品開發(fā)的瓶頸性科學(xué)技術(shù)難題，研究開發(fā)對(duì)空間分布設(shè)置的微小型傳感器能源自激供給技術(shù)與節(jié)能控制模式。

3.2 傳輸層共性問題分析

在傳輸層，需要解決農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)自組織網(wǎng)絡(luò)和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)感知節(jié)點(diǎn)合理部署等共性問題。

①農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)自組織網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。針對(duì)農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)的不同應(yīng)用情況，研究農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，解決節(jié)點(diǎn)信息的可靠傳輸與遠(yuǎn)程擁塞控制；研究物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的位置管理模型、能量管理模型、時(shí)間管理模型、安全管理機(jī)制等技術(shù)，設(shè)計(jì)適用的無線局域網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)和因特網(wǎng)等渠道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；②農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)感知節(jié)點(diǎn)部暑模型。針對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品加工儲(chǔ)藏、農(nóng)產(chǎn)品流通環(huán)境的不同特點(diǎn)，研究感知節(jié)點(diǎn)與控制中心全維度空間部署模型，構(gòu)建低成本、全覆蓋、實(shí)時(shí)監(jiān)控的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)物理層拓?fù)浼軜?gòu)。

3.3 應(yīng)用層共性問題分析

①農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息融合與優(yōu)化處理技術(shù)。研究遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)、航拍數(shù)據(jù)、傳感器、基礎(chǔ)地理信息、農(nóng)業(yè)歷史資料數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)模型、農(nóng)業(yè)知識(shí)等信息融合模型，多模態(tài)數(shù)據(jù)挖掘與聚類方法，融合信息中特征數(shù)據(jù)的提取方法等，實(shí)現(xiàn)多源信息的集成應(yīng)用與智能處理；②農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)集成服務(wù)平臺(tái)。改進(jìn)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)信息平臺(tái)系統(tǒng)框架，采用新型軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法，研究基于終端簇/服務(wù)群模式的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)集成服務(wù)平臺(tái)，通過物聯(lián)網(wǎng)集成服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的農(nóng)產(chǎn)品動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和管理；③農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)規(guī)范。由于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展具有區(qū)域性、野外部署等特點(diǎn)，需要解決骨干網(wǎng)絡(luò)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)的問題。因此，需要研究農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，主要包括自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)范、有線/無線統(tǒng)一服務(wù)網(wǎng)絡(luò)接入規(guī)范、感知節(jié)點(diǎn)部署規(guī)范、數(shù)據(jù)融合技術(shù)規(guī)范、網(wǎng)絡(luò)嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建規(guī)范、物聯(lián)網(wǎng)跨層數(shù)據(jù)訪問與交換技術(shù)規(guī)范等。

4 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展策略

促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展，應(yīng)遵循“自主創(chuàng)新、集成應(yīng)用、培育產(chǎn)業(yè)”的發(fā)展模式。一是緊緊圍繞發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重大需求，重點(diǎn)突破農(nóng)業(yè)專用傳感器瓶頸性科學(xué)技術(shù)難題與新產(chǎn)品開發(fā)、農(nóng)業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能化農(nóng)業(yè)信息處理等一批重大共性關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建適于推廣應(yīng)用的重大技術(shù)、產(chǎn)品和應(yīng)用系統(tǒng)示范原型；二是集成信息技術(shù)領(lǐng)域已有共性關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域多年來積累的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究成果，著力開展面向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的示范試驗(yàn)研究，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用模式；三是培育一批農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)新興產(chǎn)業(yè)，提供產(chǎn)業(yè)技術(shù)支撐，加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，提高土地產(chǎn)出率、資源利用率、勞動(dòng)生產(chǎn)率，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力和可持續(xù)發(fā)展能力。

5 結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)是全球信息化發(fā)展的新階段。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的信息化、產(chǎn)業(yè)化提供了前所未有的機(jī)遇。同時(shí)，農(nóng)業(yè)也為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了最為廣闊的應(yīng)用平臺(tái)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，將是實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的助推器和加速器，也將為培育物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)應(yīng)用相關(guān)新興技術(shù)和服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供無限商機(jī)。

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