國外農業物聯網技術發展及對我國的啟示

□唐 珂

(接上期)

四、農業物聯網取得了廣泛應用

在國外，農業物聯網的應用主要集中在農業資源監測和利用、農業生態環境監測、農業生產精細管理和農產品安全溯源等方面。

（一）農業資源監測和利用領域。在農業資源監測和利用領域，利用各種資源衛星收集國土資源情況，利用先進的傳感器、信息傳輸和互聯網等綜合化信息監測、傳輸、分析平臺實現區域農業的統籌規劃和資源監測。如美國加州大學洛杉磯分校建立的林業資源環境監測網絡，通過對加州地區的森林資源進行實時監測，為相應部門提供實時的資源利用信息，為統籌管理林業提供支撐。歐洲主要利用資源衛星對土地利用信息進行實時監測，其中，法國利用通信衛星技術對災害性天氣進行預報，對病蟲害進行測報。

（二）農業生態環境監測領域。在農業生態環境監測領域，主要利用高科技手段構建先進農業生態環境監測網絡，利用無線傳感器技術、信息融合傳輸技術和智能分析技術感知生態環境變化。如美國加州大學伯克利分校的研究人員通過無線傳感器網絡對大鴨島上海燕的棲息情況進行了9個月周期性的環境監測，采用區域化靜態MICA傳感器節點部署，實現了無人侵、無破壞的對敏感野生動物及其棲息地的監測。美國、法國和日本等一些國家主要綜合運用建立覆蓋全國的農業信息化平臺，實現對農業生態環境的自動監測，保證農業生態環境的可持續發展。

（三）農業生產精細管理領域。在農業生產精細管理領域，將光、溫、水、氣、土、生物等傳感器布局于大田作物生產、果園種植、畜禽水產養殖等方面，實現不間斷化感知、實時化決策、精細化生產。如2002年英特爾公司率先在美國俄勒岡州建立了世界上第一個無線傳感器網絡葡萄園。通過采用Crossbow公司的Mote系列傳感器，每隔一分鐘采集一次光照、土壤溫濕度等數據，實時監控葡萄生長環境的細微變化，確保葡萄的健康生長；2004年美國佐治亞州的兩個農場使用了與無線互聯網配套的遠距離視頻系統和GPS定位技術，分別監控蔬菜的包裝和灌溉系統。荷蘭VELOS智能化母豬管理系統，能夠實現自動供料、自動管理、自動數據傳輸和自動報警。泰國初步形成了小規模的水產養殖物聯網，解決了RFID技術在水產品領域的應用難題。

（四）在農產品安全溯源領域。在農產品安全溯源領域，利用條碼技術和RFID技術等來跟蹤、識別、監測農產品的生產、運輸、消費過程，保證農產品的質量安全。例如2001年起，加拿大肉牛使用一維條形碼耳標之后又過渡電子耳標；2004年日本基于RFID技術構建了農產品追溯試驗系統，利用RFID標簽，實現了對農產品流通管理和個體識別。近年來，RFID的應用更加廣泛并由此形成了自動識別技術與裝備制造產業。據美國市調公司ABIresearch2007年度第一季報告顯示，2006年全球RFID市場為38.12億美元，其中亞太地區已躍為全球最大市場，規模為14.07億美元。

（五）農業物聯網云服務領域。在云存儲、云計算和云分析等方面建立了平臺化服務。2007年Google第一次提出“云計算”概念，2008年微軟推出Windows Azure操作系統，力圖在互聯網架構上搭建新的云計算平臺。亞馬遜使用彈性計算云（EC2）和簡單存儲服務（S3）為企業開展云計算和存儲服務，美國政府推出了包括美國農業部在內的各大部委主要數據的大型數據開發平臺USA.gov，并且開發了第一個云計算成果Apps.gov網站。日本從2009年5月開始，致力于建設Kasumigaseki Cloud系統，打造國家云計算戰略部署。將云技術遷移到農業領域可以更好地促進農業物聯網的發展，在農業云平臺上，云存儲通過在線存儲、網絡硬盤等方式解決了農業信息資源分散、行業條塊分割和涉農信息與資源整合不夠的問題；云計算針對農業也逐步完善基礎設施即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）、軟件即服務（SaaS）的架構模式，“平臺上移、服務下延”的模式變得更加泛在云服務使得農業物聯網的發展變得更加及時、方便和泛在。

五、國外農業物聯網技術發展對我國的啟示

西方發達國家和周邊國家在農業物聯網技術的研究和應用方面巳取得了很大的成就，與之相比，我國農業物聯網技術發展還存在著一定的差距。

（一）農業精細化、自動化程度較低，物聯網應用環境不完善。近年來，一些發達國家已開始大面積推廣精細化、自動化的農業生產技術，對農作物的生長環境進行監測，并針對作物生長需要進行生長環境、農業機械的自動控制，因此物聯網技術可以無縫接入，應用環境較為完善。而我國在農業生產精細化、自動化方面還比較薄弱，現有的農業監測及動控制技術普及率較低，物聯網應用環境還不完善，制約了農業物聯網應用的發展。

（二）物聯網傳感器實用化程度較低，管理不方便。與國際先進的物聯網傳感器技術相比，我國的物聯網傳感器還存在著設備體積大、功耗高、感知數據精度低、設備在惡劣自然環境下不穩定等問題。由于農田環境下傳感器電源不易更換、損壞檢修困難，傳感器的上述問題給傳感器管理帶來了不便，阻礙了傳感器在農業生產環境下的廣泛部署。

（三）物聯網數據傳輸可靠性較差，數據收集不穩定。農業生產環境的自身特點和傳感器低功耗的技術需求給農業物聯網數據傳輸提出了更高的要求。我國在低功耗下的網絡傳輸安全性技術抗干擾技術、自動動態組網技術等方面相比國際先進水平還存在一定的差距，網絡傳輸的不穩定給后端數據處理和智能分析帶來了一定的困難。

作為一個農業大國，我國應該努力學習國外先進技術，結合我國實際情況研究開發出適合我國國情的農業物聯網技術和設備，努力擴展農業物聯網技術在我國的試點應用。

1. 發展微型化傳感器。努力發展微型化傳感器。微型傳感器可以有效地節約資源、降低制造成本、減少能源消耗，同時微型傳感器更加便于使用，可以減少傳感器占用的空間。目前發達國家已在相關方面開展了大量的研究，我國應加快腳步，在微型傳感器領域進行更力深入的研究。

2. 尋求系統節能策略。無線傳感器網絡應用于特殊場合時，電源不可更換，因此功耗問題顯得至關重要。目前國內外在節點的低功耗問題上已取得了很大的研究進展，提出了一些低功耗的無線傳感器網絡協議，未來將會取得更大的進步。

3. 努力降低傳感器成本。由于傳感器網絡的節點數量非常大，往往是成千上萬個。要使傳感器網絡達到實用化要求每個節點的價格翻在1美元以下，而現在每個傳感器節點的造價大約在80美元左右。如果能夠有效地降低節點的成本，將會大大推動傳感器網絡的發展。

4. 著手解決傳感器網絡安全性問題和抗干擾問題。與普通的網絡一樣，傳感器網絡同樣也面臨著安全性的考驗，即如何利用較少的能量和較小的計算量來完成數據加密、身份認證等。在破壞或受干擾的情況下可靠地完成執行的任務，也是一個重要的研究課題。

5. 研究節點的自動配置問題。未來將著重于研究如何將大量的節點按照一定的規則組成一個網絡。當其中某些節點出現錯誤時，網絡能夠迅速找到這些節點并且不影響到網絡的正常使用。配置冗余節點是必要的。

我們相信，在學習了國外先進的農業物聯網技術后，我國必將在農業物聯網領域研究出更加先進和實用的農業物聯網應用，并使之服務于我國的農業生產和流通領域，為提髙我國農業的快速可持續發展做出貢獻。