物聯網在農業中的應用

黃敬

中圖分類號：F270 文獻標識：A 文章編號：1674-1145（2016）02-000-02

摘 要 物聯網是新的信息技術變革，被認為是繼計算機、互聯網之后的世界信息產業的第三次浪潮，代表了信息產業領域的新一輪革命。文章介紹了物聯網的概念、產生與發展及在農業中的應用現狀，重點分析了農業物聯網的發展趨勢和共性關鍵技術。最后，提出了農業物聯網應用發展策略。

關鍵詞 農業 物聯網 精細管理 智能農業

農業具有對象多樣，地域廣闊，偏僻分散，遠離都市社區，通信條件落后等特點，因此在多數情況下，農業數據信息的獲取非常困難，隨著電子技術，無線網絡催生了物聯網技術的發展，把通信信息關鍵技術應用搭建在一個農業物聯網智能化監控系統實現農業物聯網。

近年來，隨著智能農業、精準農業的發展，智能感知芯片、移動嵌入式系統等物聯網技術在現代農業中的應用逐步拓寬， 通過使用無線傳感器網絡可以有效降低人力消耗和對農田環境的影響，獲取精確的作物環境和作物信息，從而大量使用各種自動化、智能化、遠程控制的生產設備，足不出戶就可以監測到農田信息，實現科學監測、科學種植，促進了現代農業發展方式的轉變。物聯網應用于農業，農業物聯網技術的應用可以更好地控制農作物的生長環境，使之能夠更好地適應作物的生長，提高農作物的產量和品質，有利于實現農作物的高產穩產，提高土地的產出率，提高農業抗御自然災害的能力。

一、何為物聯網

物聯網是在計算機、互聯網的基礎上，利用RFID、無線數據通信等技術，構造一個廣發覆蓋可控產品的“Internet of Things”。在這個網絡中，物品（商品）能夠彼此進行“交流”，而無需人的干預。其實質是利用射頻自動識別（RFID）技術，通過互聯網實現物品（商品）的自動識別和信息的互聯與共享。

二、物聯網的應用領域

物聯網可以應用的領域頗為廣泛，實際上某些領域已經部分實現了物聯網的應用，只是還沒有進行大面積的推廣和系統總結。比如在物流領域，購買者已經可以通過條形碼實時追蹤物品動態。在消費領域，消費者可以通過手機了解商品的成分、產地、日期等信息。當然，物聯網更大的作用還在于應用到生產生活等系統領域。

第一，智能農業。

智能農業產品通過實時采集溫室內溫度、濕度信號以及光照、土壤溫度、CO2濃度、葉面濕度、露點溫度等環境參數，自動開啟或者關閉指定設備。可以根據用戶需求，隨時進行處理，為設施農業綜合生態信息自動監測、對環境進行自動控制和智能化管理提供科學依據。

第二，智能家居。

智能家居產品融合自動化控制系統、計算機網絡系統和網絡通訊技術于一體，將各種家庭設備（如音視頻設備、照明系統、窗簾控制、空調控制、安防系統、數字影院系統、網絡家電等）通過智能家庭網絡聯網實現自動化，通過寬帶、固話和3G無線網絡，可以實現對家庭設備的遠程操控。

三、物聯網在農業領域中的應用。

我們從農產品生產不同的階段來看，無論是從種植的培育階段和收獲階段，都可以用物聯網的技術來提高它工作的效率和精細管理。

第一，在種植準備的階段，我們可以在溫室里面布置很多的傳感器，分析實時的土壤信息，來選擇合適的農作物。

第二，在種植和培育階段，可以用物聯網的技術手段采集溫度、濕度的信息，進行高效的管理，從而應對環境的變化，保證植物育苗在最佳環境中生長。比如說通過采集設備，比如說降溫了，我可以給他在溫室里加熱。

第三，在農作物生長方面，可以利用物聯網實時監測作物生長的環境信息、養分信息和作物病蟲害情況。利用相關傳感器準確、實時地獲取土壤水分、環境溫濕度、光照情況，通過實時的數據監測和物定作物的專家經驗相結合，配合控制系統調理作物生長環境，改善作物營養狀態，及時發現作物的病蟲害爆發時期，維持作物最佳生長條件，對作物的行長管理有非常重要的作用。

第四，在農產品的收獲階段，我們也同樣可以利用物聯網的信息，把它傳輸階段、使用階段的各種性能進行采集，反饋到前端，從而在種植收獲階段進行更精準的測算。

第五，提高效率，節省人工，如果是幾千畝的農場，要對各大棚進行澆水施肥，手工加溫，手工卷簾，那要用大量的時間和人員來操作。如果應用了物聯網技術，手動控制也只需點擊鼠標的微小的動作，前后不過幾秒，完全替代了人工操作的繁瑣。

四、農業物聯網的幾個特征

第一，“感知”是基礎。物聯網農業之所以被認為對于傳統農業生產具有顛覆意義，重要一點就是改變了以往農業人員依靠有限農業知識對植物、土壤以及農業環境進行主觀判斷，傳統農業，澆水、施肥、打藥，農民全憑經驗、靠感覺，隨著時間的推移，經驗判斷有可能出現遺漏乃至斷層，而依靠感覺也會造成誤判，對于個體生產而言，這樣的失誤造成的損失不會太大，但是處于企業化的農業生產中，造成的損失的就大大增加了。所以，“感知農業”的優勢就在此時得以凸顯。“感知農業”通過室內傳感器"捕捉"各項數據，經數據采集控制器匯總、中控室電腦分析處理，結果即時顯示在屏幕上。這其中就包括溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等，中央計算機還會通過計算給出決策方案，農業人員只需根據方案進行澆水、施肥或者改善植物生長環境。

第二，“鏈條”是重點。在通過傳感器以及GPRS和地理信息系統采集了視頻、溫度、濕度、光照和土壤等數據之后，還要通過一系列的系統實施操作，例如進行精準施肥、施藥、灌溉以及光照，在實施完成之后，還可收集反饋信息以做進一步的判斷。從收集信息--作出決策--實施操作--后續反饋，這是一個完成的“鏈條”，如果缺少其中任何一個環節，都難以稱之為智能農業。除此之外，在作物生長周期內，從播種到收割，以致倉儲，都需要相應的科技裝備支撐，這樣才能大幅高效地提升農業生產效率。

第三，產品是關鍵。農業物聯網的產品即農業生產解決方案。以小湯山國家精準農業示范基地為例，基地就安裝了綠地自動化灌溉系統，這套系統主要采用噴灌灌溉方式，控制4個電磁閥開啟，檢測的主要有風速和空氣溫濕度信息。自動控制系統與上位機通過485方式進行通訊，用戶還可以通過手機短信進行控制。

只有裝備了匹配的系統，農業才可能逐漸地從以人力為中心、依賴于孤立機械的生產模式轉向以信息和軟件為中心的生產模式，從而大量使用各種自動化、智能化、遠程控制的生產設備，才能使得物聯網在農業領域運行的更加流暢和高效。

五、農業物聯網發展現狀

第一，農業物聯網應用尚處于試點階段。筆者以為農業物聯網發展的路徑應該是：概念的提出——產品的研制——試點實驗——小范圍部分領域推廣——大面積推廣——萬物互聯，而我國農業物聯網發展剛剛步入起步時期的試點實驗階段，在這一階段，雖然產品以及技術的問題已經基本解決，但是仍然面臨著找到推廣捷徑以及如何降低推廣成本的問題。由于農業物聯網概念并未誕生于本土以及發自農民實際自身的需求，雖然它是未來農業的發展方向，但是如果農民沒有近期的實際的需求，其大范圍推廣使用就面臨不小的困難。僅以物聯網發展走在前沿的江蘇為例，首先出現的農業物聯網網試點也處于經濟效益增長較快以及有實際需要的水產養殖領域。所以農業種植方面應用物聯網恐怕還需要走不短的路程。

第二，農業物聯網應用尚處于部分環節。按照目前的設想，最終農業物聯網將會實現從種植到出售乃至產品追溯全產業鏈的應有。也是就從田間地頭到餐桌冰箱，全程實現互聯和信息共享，任何節點都可實現順查、倒查以及智能操控。而目前我們的農業物聯網主要應用領域還是出現例如農產品流通、農產品質量追溯等部分環節。其中最為典型的就是全國豬肉質量安全追溯體系的建設和推廣以及政府大力推進的“農超對接”。這種部分環節的物聯網應用可能也是打開物聯網應用局面的一個突破口，但是，同時也說明了距離萬物互聯的真正農業物聯網還有差距。

第三，農業物聯網應用投資主體不明確。投資是一個產業得以起步、發展、興盛的初始動力。而目前為止，我們尚沒有看見農業物聯網產業形成清晰的投資格局，很大一部分原因就是因為沒有一個自發、持續、雄厚的投資主體。政府的投資雖然具有帶動效應，但是如果沒有對市場底層的觀察的深刻體會，極易造成投資的浪費和泡沫。企業在農業物聯網的投資也只是一些試點的建設，示范作用大于實際意義。作為農業生產的主體——農民，龐大的農業物聯網基礎設施建設是他們無力承擔的，同時也沒有迫切的投資動力。

最后，農業物聯網目前的發展除過以上問題之外，例如還有農業領域各個參與者如何合作、企業和農民如何加強信息溝通、農業物聯網軟件環境如何形成以及收益如何分成等等問題。問題的存在恰恰是一個行業處于發展階段和面臨發展機遇的標志。而看清農業物聯網發展所具備的條件就是抓住機遇的關鍵。

六、物聯網在農業中應用的意義

目前，我國大多數水果生產主要依靠人工經驗盡心管理，缺乏系統的科學指導。設施栽培技術的發展，對于農業現代化進程具有深遠的影響。設施栽培為解決我國城鄉居民消費結構和農民增收，為推進農業結構調整發揮了重要作用，溫室種植已在農業生產中占有重要地位。要實現高水平的設施農業生產和優化設施生物環境控制，信息獲取手段是最重要的關鍵技術之一。作為現代信息技術三大基礎（傳感器技術、通信技術和計算機技術）的高度集成而形成的無線傳感器網絡是一種全新的信息獲取和處理技術。網絡由數量眾多的低能源、低功耗的智能傳感器節點所組成，能夠協作地實時監測、感知和采集各種環境或監測對象的信息，并對其進行處理，獲得詳盡而準確的信息，通過無線傳輸網絡傳送到基站主機以及需要這些信息的用戶，同時用戶也可以將指令通過網絡傳送到目標節點使其執行特定任務。

我國是農業大國，而非農業強國。近30年來果園高產量主要依靠農藥化肥的大量投入，大部分化肥和水資源沒有被有效利用而隨地棄置，導致大量養分損失并造成環境污染。我國農業生產仍然以傳統生產模式為主，傳統耕種只能憑經驗施肥灌溉，不僅浪費大量的人力物力，也對環境保護與水土保持構成嚴重威脅，對農業可持續性發展帶來嚴峻挑戰。針對上述問題，利用實時、動態的農業物聯網信息采集系統，實現快速、多維、多尺度的果園信息實時監測，并在信息與種植專家知識系統基礎上實現農田的智能灌溉、智能施肥與智能噴藥等自動控制。突破果園信息獲取困難與智能化程度低等技術發展瓶頸，實現農業應用中的智能互聯形成農業物聯網，是十分必要的。