物聯網在渭南市智慧農業中的應用研究

彭 燕

(渭南師范學院物理與電氣工程學院，陜西渭南714099)

0 引言

我國是個農業大國，農業的發展、農民生活水平的提高和農村的穩定直接關系著國家的發展命脈，因此發展社會主義現代化農業就成為國民經濟建設的重要課題.隨著計算機技術、無線通信技術和物聯網技術的發展，我國的農業開始從粗放型農業逐步向數字農業、精準農業和智慧農業發展.渭南市是陜西省農業大市，如何通過綜合應用信息技術、傳感器技術和物聯網技術推進現代農業技術的發展，極大促進農業的轉型，對于以傳統農業為主的渭南市是機遇也是挑戰.

1 物聯網與智慧農業的內涵

1.1 農業物聯網

目前，物聯網比較嚴格的定義是通過射頻識別(RFID)、紅外感應技術、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡.物聯網技術被世界公認為是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的世界信息產業第三次浪潮，它是以感知為前提的人與人、人與物、物與物的全面互聯網絡.物聯網技術分為三層，即感知層、傳輸層和應用層，通過這三層間的協調工作可以將其應用到很多實際領域.農業物聯網把物聯網技術應用在農業生產、管理和流通過程中，具體講就是將各類感知設備廣泛應用在大田種植、設備園藝、獸禽水產養殖和農產品物流等過程，采集這些生產過程中的相關信息;通過無線網絡、電信網和互聯網實現農業信息的多維度傳輸;最后將獲取的數據進行融合處理并由智能化操作終端實現農業過程的監控和科學管理，進而實現農業生產的高產、優質、高效和生態的目標.

1.2 從智慧地球到智慧農業

IBM公司在2009年提出了“智慧地球”的概念，也可稱為智能地球，是將物聯網與互聯網進行整合，實現人類社會與物理系統的整合，美國政府積極響應該理念并將其作為國家戰略.同年，溫家寶總理相繼提出了“感知中國”的物聯網產業構想.“智慧農業”是物聯網產業“智慧地球”概念在我國農業領域的應用，是以物聯網為核心技術的一種現代農業形態.智慧農業是以高效率利用各種農業資源為前提，目標是最大限度地減少農業能耗和成本，最大限度地減少對農業生態環境的破壞并實現農業系統的整體最優.

2 渭南推進智慧農業發展的可行性分析

以傳統農業生產為主的渭南，正面臨農業產業轉型和升級.推進智慧農業的發展，是農業發展的重要課題.

2.1 渭南市設施農業初具規模

渭南市是陜西省果蔬、糧食生產重地，地域廣闊，農業人口眾多.目前在渭南地區以設施農業為主的現代化農業示范園區總數可達70個，其中省級現代農業園區7個，園區總面積達到9.87×107km2，新增標準設施農業面積近1.33×108km2，［1］涌現出了富平現代農業產業園、華縣鐘張蔬菜示范園、大荔國家級農業科技園、臨渭渭北葡萄產業園等一批典型示范園區，這些園區將優質農產品生產、農業新技術新品種試驗示范、農產品加工營銷、休閑農業旅游觀光、新型農村社區建設、小城鎮發展集為一體.另外農業示范園區建設呈現快速增長趨勢，產值收入增幅較高.引進先進的生產和管理模式推動現代農業產業園區的建設和改造，能夠有力地推動農業的專業化、規?；?、標準化和集約化.有一部分示范園區已經對農業物聯網技術應用進行了積極的探索，取得了初步成效.采用物聯網技術實現生產環境中溫度、濕度、光照等參數的采集和控制，確保作物生產過程智能化，實現“智慧農業”是產業發展的必然趨勢.

2.2 渭南市不斷完善的農業信息化建設

近些年，渭南市人民政府在農業信息化建設方面做了許多工作，用現代化信息技術武裝農業、富裕農民、激活農村.依托農業部的12316熱線，匯聚了一批科研院校和企業參與農業信息化建設，并獲得了六方面的工作成效:一是基層服務體系逐步建立，截至2013年底，全市39%的鄉鎮建立了信息服務站，22%的行政村設立了信息服務點，兼職信息員超過18萬人［2］;二是資源日漸豐富，全市各地在農業信息服務工作中，面向基層、農業信息服務工作，整合相關部門信息資源，積累了一些滿足個性化需求的信息資源;三是服務模式日趨多元，結合渭南實際情況，形成了一批有實效、接地氣的信息服務模式等等;四是信息化網絡服務領域不斷拓展;五是服務機制不斷完善，各地與電信運營商和有關企業開展合作，利用各自工作體系和資源，共同打造農業服務平臺.這些農業信息化體系，為物聯網技術在渭南農業中的發展提供了設施保障.

2.3 借鑒國內外智慧農業發展的經驗

全世界許多國家，在發展智慧農業上達成了共識，智慧農業技術已經在歐美國家的農業資源利用、農業生態環境的監測、農業生產精細管理領域和農產品安全溯源領域中得到廣泛應用，如美國加州大學洛杉磯分校建立了林業資源環境監測網絡，對林業進行統籌管理;［3］法國建立了完備的農業區域監測網絡，指導施肥、施藥收獲等農業生產過程;荷蘭建立了智能化的母豬管理系統;［4］加拿大肉牛自2001年起使用一維條形碼耳標，實現牛肉的安全溯源等等.

我國出臺了一系列政策，促進物聯網技術在農業發展中的應用.［5］許多省市開始發展智慧農業并出現了許多成功案例，如河南某移動運營商用3G手機管理種花大棚;南京某物聯網公司開發的物聯網技術應用案例，在某農場30個標準化大棚內，布滿了40個傳感器，傳感器采集數據，憑借這些數據，操作人員用手機或電腦對蔬菜進行實時了解和掌控;江蘇省宜興市采用物聯網技術監控幾十畝的水塘，實現智能化養殖.國內外這些成功案例為渭南市智慧農業發展提供了切實有效的依據和技術參考.

3 物聯網技術在渭南智慧農業中的應用

現階段物聯網技術在渭南智慧農業方面的發展可從以下模式［6］著手.

3.1 利用物聯網技術進行渭南農業的智慧生產

渭南已經具有相當規模的農業生產設施，從目前現代化農業的發展來看，這些設施需要進一步改進和完善.農業物聯網的應用環境主要包括現代化溫室、大棚和生態農業中的生產和控制環境.物聯網技術采用大規模農業傳感器感知作物生產環境中的光、溫、水、肥、氣等參數，在不同作物的生產期實施全面監測，操作工人根據作物生產環境參數實現精確有效快速生產，這使作物生產效率明顯提高，作物品質更加優質.目前，農業物聯網技術在渭南農業智慧生產中可實施的典型模式見圖1.這種模式將每個大棚作為一個監控區域，節點隨機分布在區域中的任意位置，節點采集到的環境參數通過路由節點傳送給匯聚節點，匯聚節點通過網關實現與互聯網或GPRS網絡互連，遠程用戶通過互聯網或GPRS網絡訪問環境參數，結合中科院網絡專家系統可以對不同階段生長的作物實現最優管理，使生產效率達到最佳.每個無線傳感器節點一般由傳感器單元、數據處理單元、通信單元和電源模塊構成，具體結構見圖2.

圖1 物聯網應用在智慧農業中的典型結構

圖2 無線傳感器節點結構示意圖

牲畜家禽生產在渭南農業生產中占據巨大份額，建設基于物聯網技術的智慧牲畜生產系統就成為渭南智慧農業發展的重要步驟.RFID電子標簽為牲畜進行跟蹤管理提供了一套切實可行的方法，電子標簽系統可以記錄動物的飼養、生長及疾病的防治等方面的信息，還可以對特殊對象進行特殊標識，從而實現動物及動物產品從飼養到最終銷售的可跟蹤管理.未來的生態農場管理模式是采用無線傳感器技術對牧場的土壤溫濕度、土壤肥力等參數實現實時高效監控，農戶根據這些參數進行操作使牧場能夠高產優質牧草;采用RFID技術實現牲畜的跟蹤管理，電子標簽可以記錄每個動物的各種信息，指導農民實現高效優質的牲畜生產.

3.2 利用農業物聯網實現農產品智慧銷售和流通

在農產品銷售環節，可以利用渭南市農產品電子商務平臺如陜西省渭南天然居電子商務平臺，客戶通過商務平臺實現農產品的預訂;商戶依據國家標準跟蹤產品的安全有機生產過程，根據產品預訂信息利用物聯網技術實現全程可跟蹤的貨物流通配送;客戶利用產品質量監督機構，監督產品進行安全生產，同時實現客戶全程可跟蹤的貨流配送.在農產品流通環節，用RFID技術建立自動識別技術的倉庫物流管理系統，實現收貨發貨、出庫入庫的智慧高效管理;通過RFID條碼技術為農產品加貼電子標簽，實現農產品的安全溯源.利用物聯網技術建立批發市場信息數據庫和管理信息平臺，實現客戶數據、業務數據等有效可靠管控，實現可跟蹤的配貨和存儲信息.目前，利用物聯網技術實現智慧配送流通還需要進一步加強，結合“智慧城市”理念，智慧銷售和流通的實現指日可待.

3.3 利用農業物聯網技術實現農業的智慧管理

利用地理信息系統(GIS)建立渭南市轄區內所有土地和水資源管理、土壤狀況數據、自然條件、生產條件、作物苗情、作物病蟲害等空間信息數據庫和進行空間信息的地理統計處理;利用農業專家系統(ES)，依靠專家系統中農業專家的知識和經驗，對需要解決的農業問題進行處理決策;利用農業決策支持系統(DSS)實現作物栽培、牲畜飼料配方優化、養殖場智慧管理、農業節水灌溉;利用智能控制技術(ICT)，包括模糊控制、人工神經網絡控制以及綜合智能控制技術，解決農業系統中傳統方法難以解決的控制問題，實現農業生產過程的智慧控制.這些信息管理系統的發展及其在農業環境中的應用，必將促進渭南智慧農業的管理水平提高.

4 結語

利用物聯網技術實現“智慧生產”“智慧流通”及“智慧管理”，把生產、流通和管理過程的網絡體系進行互聯便可以實現“智慧農業”概念.面對新時期現代農業發展的需求，渭南應該抓住“智慧城市”建設的浪潮，大力發展智慧農業，改進我市傳統農業的運作模式，努力提高渭南農業作物生產效率，為農民創造更大的經濟效益.

［1］渭南市人民政府研究室調研組.關于渭南市現代農業園區建設情況的調研報告［EB/OL］.(2012-06-26)［2014-03-01］.http://www.weinan.gov.cn/wzwn/wnjj/2012n/dlj/dcxj/195511.htm.

［2］張合成.農業信息化主題日:12316公益服務回顧與展望［EB/OL］.(2014-03-16)［2014-04-01］.中國農業信息網，http://www.farmer.com.cn/kd/201403/t20140318_947161.htm.

［3］Antonio Nunes，Mario Caetano.Forest Monitoring with Remote Sensing:A Web Application for the Common Users［C］.ASPRS 2006 Annual Conference，2006.

［4］葉娜，黃川.荷蘭Velos智能化母豬飼養管理系統在國內豬場的應用［J］.養豬，2009，(2):10-13.

［5］彭程.基于物聯網技術的智慧農業發展策略研究［J］.西安郵電學院學報，2012，17(2):94-98.

［6］朱興榮.物聯網在湖南智慧農業中的應用研究［J］.軟件工程，2013，(11):60-62.