物聯(lián)網(wǎng)在智能農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢研究

邢廣東　謝維維　張?jiān)铺?/p>

摘要：該文主要通過分析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)及我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展的不足，進(jìn)一步闡述了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值，包括智能監(jiān)控、降低成本、提升產(chǎn)量等方面;重點(diǎn)對當(dāng)前我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要功能架構(gòu)和在智能農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行研究。根據(jù)相關(guān)調(diào)研可知，我國仍處于物聯(lián)網(wǎng)智能農(nóng)業(yè)發(fā)展的初級階段，所以，結(jié)合我國智能農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展趨勢進(jìn)行歸納與總結(jié)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);智能農(nóng)業(yè);應(yīng)用現(xiàn)狀

中圖分類號：TP393? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）12-0252-02

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是集分布式存儲技術(shù)、信息處理技術(shù)、傳感器技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種技術(shù)于一身的綜合性、交叉性技術(shù)，有學(xué)者將它稱之為傳感網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的提出，主要用于實(shí)現(xiàn)自然世界中的物與物的鏈接，從微型傳感器設(shè)備中實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的傳輸，采用智能組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地到達(dá)使用用戶的終端，完成了智能設(shè)備、人、網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在新一代網(wǎng)絡(luò)傳輸中具有重要地位，具備信息采集方式多元化、信息感知多渠道性的特點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)最具有潛力的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念看，主要包括兩個(gè)層面：一是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是對互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的擴(kuò)展與延伸;二是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的對接終端延伸到物與物的信息交互兩部分。因此，物聯(lián)網(wǎng)被定位為綜合紅外傳感設(shè)備、射頻識別設(shè)備、信息定位設(shè)備等多種類終端設(shè)備，并設(shè)置相應(yīng)的傳輸協(xié)議，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)、設(shè)備與設(shè)備的連接通信，以實(shí)現(xiàn)信息交互、智能管理、智能監(jiān)控、信息定位、信息追蹤的一種智能化網(wǎng)絡(luò)。

1物聯(lián)網(wǎng)與智能農(nóng)業(yè)的契合點(diǎn)

1.1 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)

當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)技術(shù)正處于從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理向現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型的重要階段，要將現(xiàn)代化技術(shù)、有利的物質(zhì)條件及科學(xué)手段有效應(yīng)用于農(nóng)業(yè)發(fā)展中，仍然面臨著諸多挑戰(zhàn)，需要科技的支撐。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)是指利用農(nóng)業(yè)生態(tài)本身的系統(tǒng)來抵抗災(zāi)害、病蟲，依靠自然規(guī)律。目前，我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，主要以小面積種植的形式為主，通過使用肥料、精細(xì)耕作等方式，合理利用土地資源，提高土地平均產(chǎn)量。伴隨著時(shí)代的進(jìn)步，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)力的要求，同時(shí)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)逐漸向集體大規(guī)模生產(chǎn)經(jīng)營轉(zhuǎn)移。所以，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要科技依托。

1.2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)的實(shí)現(xiàn)，主要將具有不同作用的傳感器終端部署在農(nóng)作物生長環(huán)境中，包括溫度傳感器、濕度傳感器、CO2濃度探測傳感器等設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)的采集與檢測，并構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)展示在儀器示數(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)，利用網(wǎng)絡(luò)終端采用相應(yīng)智能算法對采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而預(yù)測當(dāng)前生物的生長狀態(tài)，計(jì)算植物需要的營養(yǎng)成分，運(yùn)用相關(guān)設(shè)備控制環(huán)境的環(huán)境，確保農(nóng)作物處于易于生長的適宜環(huán)境中。相關(guān)管理人員可以通過電腦端或者手機(jī)端在遠(yuǎn)程對農(nóng)業(yè)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相較于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，以科學(xué)算法對農(nóng)作物生長狀態(tài)的評估替代了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)對天然環(huán)境的依賴;以智能化設(shè)備的監(jiān)控代替了人力勞動的監(jiān)督;節(jié)省了勞動力的同時(shí)，提升了經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)及功能

智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)主要包括信息采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、智能分析系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)四部分。其中信息采集子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對農(nóng)作物的內(nèi)部光照、氧氣含量、土壤濕度、水分含量等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，不同種類的傳感器設(shè)備設(shè)有相應(yīng)的閾值，當(dāng)采集參數(shù)超過閾值時(shí)發(fā)出警告消息，可自適應(yīng)調(diào)節(jié)參數(shù);無線傳輸系統(tǒng)負(fù)責(zé)將傳感器設(shè)備采集的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸發(fā)送至服務(wù)器設(shè)備上;智能分析系統(tǒng)負(fù)責(zé)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析與存儲，運(yùn)用數(shù)學(xué)模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和決策，數(shù)據(jù)分析結(jié)果主要以折線圖或者場圖等形式呈現(xiàn)，充分反映月度、季度、年度的歷史數(shù)據(jù)情況;遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)地向用戶手機(jī)、電腦等終端進(jìn)行展示監(jiān)控結(jié)果，用戶也可以隨時(shí)訪問查詢。

1.4 智能農(nóng)業(yè)的優(yōu)點(diǎn)

智能農(nóng)業(yè)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了對農(nóng)業(yè)資源的合理利用，通過充分對土壤成分、濕度等參數(shù)的分析，確定土地適合種植的具體農(nóng)作物，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效益的最大化;實(shí)現(xiàn)了對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的精細(xì)化管理，智能農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)了對生產(chǎn)階段各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)控，并應(yīng)用高新技術(shù)準(zhǔn)確獲取與監(jiān)控信息，基于此，對作物生長狀態(tài)加以智能化調(diào)節(jié);實(shí)現(xiàn)了對農(nóng)業(yè)生態(tài)的監(jiān)控，基于物聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對農(nóng)業(yè)生態(tài)的動態(tài)監(jiān)控，為實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了保證。智能農(nóng)業(yè)的發(fā)展能夠推動我國農(nóng)業(yè)信息化的發(fā)展進(jìn)程，通過搭建集多種傳感器設(shè)備、無線傳輸終端于一身的信息化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備信息的自動獲取，加強(qiáng)了農(nóng)民和農(nóng)作物之間的遠(yuǎn)程關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息共享。

2應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

近些年發(fā)達(dá)國家通過產(chǎn)業(yè)模式的方式相繼將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中。然而對我國來說，作為農(nóng)業(yè)大國，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用有廣闊的市場需求，其發(fā)展前景良好。同時(shí)也面臨很多的挑戰(zhàn)，如，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用仍處于初級發(fā)展階段。

2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，通過政府部門的倡導(dǎo)，相關(guān)科研機(jī)構(gòu)的鼓勵(lì)，很多地方逐步對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行推廣，并取得了較好的應(yīng)用效果。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)不僅是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的主要組成單元，也是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的走向，以智能化手段為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)依托。

（1）基于大棚的室內(nèi)控溫技術(shù)

該技術(shù)通過對大棚內(nèi)溫度的自動控制與調(diào)節(jié)，保障農(nóng)作物處于適宜的生長溫度。在我國甘肅、河南等地區(qū)，通過將溫度傳感器、光照采集傳感器等設(shè)備部署在蔬菜種植大棚內(nèi)，對蔬菜生長的全過程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，有效掌握了蔬菜成長各階段的數(shù)據(jù)信息，并通過智能控制手段，確保蔬菜處于有機(jī)化的生長環(huán)境中。因此實(shí)現(xiàn)了在反季節(jié)培育、種植有機(jī)蔬菜，有效地緩解了我國蔬菜季節(jié)性的供應(yīng)壓力。

（2）基于大田種植的信息化技術(shù)

在我國的河南和黑龍江等地區(qū)，生產(chǎn)大量的大豆、玉米等農(nóng)作物，對大面積的田地使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對農(nóng)作物生長各個(gè)階段的土壤參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，可以在農(nóng)作物生長的適當(dāng)時(shí)期進(jìn)行施肥，當(dāng)農(nóng)作物發(fā)生異常生長時(shí)，可以在遠(yuǎn)程端對農(nóng)作物當(dāng)前的問題進(jìn)行診斷。采用信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對大田種植品質(zhì)和產(chǎn)量的提升。

（3）基于農(nóng)業(yè)灌溉的應(yīng)用

在我國新疆、河南等省份，由于對農(nóng)業(yè)用水的供應(yīng)不及時(shí)或不充分等問題，易引起農(nóng)作物的災(zāi)病，通過運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用智能化的計(jì)量系統(tǒng)，根據(jù)農(nóng)田面積計(jì)算合理的灌溉水平，降低了農(nóng)民灌溉用水的費(fèi)用支出，同時(shí)也節(jié)約了水資源，保證農(nóng)作物在適宜水分環(huán)境中產(chǎn)生最優(yōu)的產(chǎn)量。農(nóng)業(yè)用水的示范區(qū)域在我國新疆、北京等地相繼開啟，使得農(nóng)業(yè)灌溉用水的合理性大大加強(qiáng)。

（4）促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)品及時(shí)對接供應(yīng)

通過采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和銷售的及時(shí)對接，由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對農(nóng)作物生長的全過程進(jìn)行監(jiān)控，很好保障了農(nóng)作物的質(zhì)量安全，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品根源的質(zhì)量跟蹤，便于產(chǎn)品經(jīng)營銷售。目前在我國蘭州等地區(qū)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立了由生產(chǎn)基地、配送基地、運(yùn)營超市直接相連的一體化經(jīng)營模式，在節(jié)約成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)作物生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的公開透明，保障了產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)化，且可以及時(shí)滿足市場供應(yīng)需求。

當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國智能農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研究已經(jīng)有了初步成就，已經(jīng)具備了發(fā)展的初級條件，但在更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域仍然與實(shí)際需求有一定的距離。因此，物聯(lián)網(wǎng)在智能農(nóng)業(yè)的應(yīng)用，需要加強(qiáng)對農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)安全、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)信息化水平、對農(nóng)民操作培訓(xùn)、農(nóng)產(chǎn)品生長階段科學(xué)管理等方面共同完善。如何在農(nóng)村推行以較低成本實(shí)現(xiàn)智能化終端接入，也是一個(gè)重要的現(xiàn)實(shí)問題。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)在農(nóng)作物生長的過程中第一時(shí)間獲取生長信息，并能夠及時(shí)、定量的施肥料等，都是有待解決的問題。

2.2 發(fā)展趨勢研究

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將農(nóng)業(yè)發(fā)展帶入新的發(fā)展階段，綜合以上對智能農(nóng)業(yè)領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的分析，結(jié)合我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢可能朝著以下方面發(fā)展：

（1）降低建設(shè)成本

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中包含的傳感器設(shè)備、無線網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、射頻識別設(shè)備等在我國的應(yīng)用，仍處于發(fā)展的初級階段，相較于發(fā)達(dá)國家仍有一定的差距，因此導(dǎo)致該類設(shè)備的研發(fā)成本較大，技術(shù)耗材價(jià)格高昂，在合理的經(jīng)濟(jì)成本內(nèi)無法大規(guī)模建設(shè)。由于我國農(nóng)業(yè)面積廣闊，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的全面監(jiān)控需要的傳感器設(shè)備的數(shù)量、種類都較為龐大，在復(fù)雜的地勢、廣闊的面積上大量安裝傳感器設(shè)備大大地增加了農(nóng)業(yè)投入，因此降低物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)的建設(shè)成本成為智能農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要前提條件，也是能否大規(guī)模普及農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵。

（2）實(shí)現(xiàn)從初級向普及的轉(zhuǎn)變

當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要應(yīng)用于小面積的環(huán)境監(jiān)控和部分大田育秧階段，在全方位自動監(jiān)督方面，仍與最先進(jìn)的國家有差距，需要政府的政策鼓勵(lì)。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可促進(jìn)我國建立農(nóng)作物生長環(huán)境監(jiān)測站，對部分地區(qū)的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，為農(nóng)民提供精細(xì)化管理的依據(jù)。從現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用看，其應(yīng)用潛力無限，但必須突破技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)合理控制建設(shè)成本。從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的初步應(yīng)用，到普及應(yīng)用，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與農(nóng)業(yè)有機(jī)結(jié)合的重要趨勢。

（3）培養(yǎng)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的科技人

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一門多學(xué)科交叉的技術(shù)，對人才的專業(yè)性要求較高，所以，需要高素質(zhì)復(fù)合型的專業(yè)人才，而綜合性的網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人才成為智能農(nóng)業(yè)發(fā)展的核心人才。因此對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)這一門專業(yè)性要求高、難度較大的學(xué)科建設(shè)而言，需要加大力度培養(yǎng)專業(yè)的科技人才，建設(shè)包含智能傳感器技術(shù)、智能分析算法、RFID技術(shù)、無線通信技術(shù)等專業(yè)知識在內(nèi)的專業(yè)課程，加大對專業(yè)人才的培養(yǎng)力度。只有培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的專業(yè)技術(shù)人才，才可以為推動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能農(nóng)業(yè)應(yīng)用進(jìn)程創(chuàng)造良好的人才與技術(shù)條件。

3結(jié)束語

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)智能農(nóng)業(yè)的實(shí)現(xiàn)，有利于通過高新技術(shù)手段和科學(xué)監(jiān)管方式，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，加快現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)建設(shè)的發(fā)展進(jìn)程。由以上分析可以看出，伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營模式不斷成熟，新時(shí)代的農(nóng)業(yè)信息技術(shù)將會不斷應(yīng)用推廣，智能終端設(shè)備普及應(yīng)用及智能分析技術(shù)不斷優(yōu)化，智能農(nóng)業(yè)的發(fā)展不斷推進(jìn)，將顯著提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平和效率，為我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展指明正確的發(fā)展方向，同時(shí)，有利于促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的良性發(fā)展。

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