物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在中國設施農(nóng)業(yè)中的應用與發(fā)展

李婭娜

摘 要 設施農(nóng)業(yè)是集種植、農(nóng)業(yè)裝備等多領域為一體的系統(tǒng)工程，是指在人為可控環(huán)境下進行的高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的一種，目前，它具有成套的生產(chǎn)技術(shù)、完整的設施設備和生產(chǎn)規(guī)范。近幾年，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸被應用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科研中，這是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)依托新型信息化應用的一次進步。基于此，明確提出了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國設施園藝中的發(fā)展思路及政策措施，以促進我國設施農(nóng)業(yè)的科學發(fā)展。

關鍵詞 設施農(nóng)業(yè)；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

中圖分類號：S316；TP391.44；TN929.5 文獻標志碼：C 文章編號：1673-890X（2014）11-0-2

設施農(nóng)業(yè)是集種植、農(nóng)業(yè)裝備等多領域為一體的系統(tǒng)工程，是在人為可控環(huán)境下進行的高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的一種。它是采用特定結(jié)構(gòu)設施、改善或創(chuàng)造局部環(huán)境，在一定程度上擺脫了對自然環(huán)境的依賴而進行有效生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)，是典型的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，具有經(jīng)濟、社會和生態(tài)綜合效益。目前，是世界各國用以提供農(nóng)產(chǎn)品的主要技術(shù)措施[1]。我國設施農(nóng)業(yè)研究始于20 世紀 80 年代后期，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，到2012年我國設施農(nóng)業(yè)面積達到了386.4萬hm?，農(nóng)業(yè)部規(guī)劃2020年我國設施農(nóng)業(yè)面積將達到500萬hm? [2]，盡管取得了一點成績，但與設施農(nóng)業(yè)起步較早、發(fā)展較快的國家相比差距仍然較大，主要表現(xiàn)在：結(jié)構(gòu)設計簡單，抗御自然災害的能力相對較弱；機械化生產(chǎn)比重較小，生產(chǎn)效率低；設施農(nóng)業(yè)管理技術(shù)不配套、缺乏量化指標造成大量人力、財力的浪費；在技術(shù)應用和生產(chǎn)上存在不規(guī)范性操作，致使設施農(nóng)業(yè)沒有發(fā)揮其最大的效益。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展以及在設施農(nóng)業(yè)中的應用現(xiàn)狀

最近幾年，隨著微電子、計算機網(wǎng)絡信息技術(shù)在各個領域的崛起，以互聯(lián)網(wǎng)為基礎的“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)正在興起。1995年，比爾蓋茨在《未來之路》中提及過物聯(lián)網(wǎng)的概念，業(yè)界認為，“物聯(lián)網(wǎng)”是繼計算機、移動通信網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)之后，被業(yè)界稱之為第三次信息技術(shù)革命[3]。“物聯(lián)網(wǎng)” 已經(jīng)成為未來高科技領域國際競爭的熱點，尤其是歐美等發(fā)達國家紛紛將物聯(lián)網(wǎng)應用于農(nóng)業(yè)研究。目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設施農(nóng)業(yè)中的應用主要是通過使用無線傳感器網(wǎng)絡有效掌握設施內(nèi)環(huán)境信息，進行人工干預，有效控制作物生長，達到生產(chǎn)預期效果。因此，設施農(nóng)業(yè)中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將朝著自動化、智能化、便捷化和網(wǎng)絡化方向迅速發(fā)展完善，它也將成為拉動科技創(chuàng)新，促進社會經(jīng)濟增長不可缺少的一部分[4]。

20世紀末，我國中科院在傳感網(wǎng)的研究方面取得了一些科研成果，并進行了規(guī)模性應用。2009 年 8 月， 溫家寶總理曾經(jīng)提出建立中國傳感信息中心的戰(zhàn)略設想，為發(fā)展 “農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)” 提供了機遇。黨中央、國務院在“十二五”時期規(guī)劃中，明確了我國未來設施農(nóng)業(yè)發(fā)展方向是基本實現(xiàn)農(nóng)機化[5]，這為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設施農(nóng)業(yè)的應用與發(fā)展提供了大好的機遇。

1.1 設施農(nóng)業(yè)基礎設施落后

我國設施農(nóng)業(yè)按形式基本上分為連棟溫室、日光溫室、塑料大棚、小拱棚（遮陽棚）四類，設施結(jié)構(gòu)陳舊老化比較嚴重，由于設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境相對封閉，因此，設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在水肥灌溉、土壤連作障礙等問題，高溫、高濕的環(huán)境，給病菌的繁殖和害蟲的生長提供了有利的環(huán)境條件，這不僅造成了大量水肥、農(nóng)藥等資源浪費，也降低了農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量。因此，改善和提高我國設施農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備，是滿足作物良好的生長環(huán)境必不可少的條件之一。

1.2 加快技術(shù)研發(fā)步伐，提高科技含量

根據(jù)設施農(nóng)業(yè)總體狀況和實際生產(chǎn)需要，找準設施農(nóng)業(yè)技術(shù)方向，不斷增強配套能力，包括育苗播種機械、耕作收獲機械、灌溉施肥植保機械、傳感執(zhí)行機械、加溫通風設備、預冷儲藏設備、包裝分級機械、運輸機械、基質(zhì)消毒設備等實現(xiàn)關鍵技術(shù)的突破；并且根據(jù)不同的設施結(jié)構(gòu)類型進行標準細化，規(guī)范其栽培標準、設施環(huán)境標準、土壤特性演變、肥水管理、專用品種的選育等多個方面的系統(tǒng)研究，形成完整的栽培技術(shù)體系。

2 設施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展趨勢

21世紀是信息化科技飛速發(fā)展時期，我國農(nóng)業(yè)正處于這個關鍵的時期，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造升級提供了巨大的動力，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟和普及，要想使“電腦上種地”的愿望可以實現(xiàn)，就必須加快網(wǎng)絡信息化技術(shù)發(fā)展的步伐，為現(xiàn)代設施農(nóng)業(yè)發(fā)展提供必要的基礎。

2.1 傳感器種類繁多，功能相近，將向細化其發(fā)功能的方向發(fā)展

目前，應用的傳感器產(chǎn)品都能夠達到對環(huán)境監(jiān)測的目的，并能夠形成簡單的系統(tǒng)，但是功能不完整，擴展性和升級能力相對較差，性價比不高，沒有取得較好的推廣效果。無線傳感器技術(shù)的發(fā)展使農(nóng)業(yè)傳感器將朝著微型化、低功耗、高可靠性的方向發(fā)展，能否降低構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡的成本，降低傳感器的功耗，延長傳感器網(wǎng)絡的生命周期是傳感器網(wǎng)絡能否在農(nóng)業(yè)中得到廣泛應用的關鍵。同時，發(fā)展可靠性高的更為先進的身份識別技術(shù)以及設施與機械化技術(shù)的功能定位，引進精準農(nóng)業(yè)技術(shù)、智能化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等高新技術(shù)，提高設施農(nóng)業(yè)機械化、自動化、信息化水平。

2.2 網(wǎng)絡傳輸管理系統(tǒng)建設滯后，無線通信技術(shù)將獲廣泛應用

設施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)需要一個穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和通用性上均衡發(fā)展的管理系統(tǒng)或管理平臺，設施農(nóng)業(yè)綜合管理系統(tǒng)大多還處于試驗研究階段，價格昂貴，真正能夠大面積推廣的產(chǎn)品還很少。此外，如何提高傳感器網(wǎng)絡的可靠性也將是研究的重心。現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡空間范圍查詢處理算法能量消耗較大，且當節(jié)點失效時查詢處理過程易被中斷，無法返回查詢結(jié)果。wifi技術(shù)因其組網(wǎng)靈活、易維護、易拓展和豐富的配套設備等優(yōu)勢將在設施農(nóng)業(yè)中得到更廣泛的應用；同時，通過對農(nóng)作物溫室內(nèi)的溫度、濕度信號以及光照、土壤溫度、土壤含水量、二氧化碳濃度、葉面濕度、露點溫度等環(huán)境參數(shù)進行實時采集，自動控制指定設備。同時在設施現(xiàn)場布置攝像頭等監(jiān)控設備， 用戶通過電腦或G4手機實時采集視頻信號， 收集設施內(nèi)生長環(huán)境數(shù)據(jù)進行分析，從而達到遠程控制智能調(diào)節(jié)指定設備，為作物生長信息實現(xiàn)自動監(jiān)測、自動控制和智能化管理提供科學依據(jù)。

2.3 人才匱乏，技術(shù)不完善，應用推廣范圍較小

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的建設需要國家鼓勵和加大對物聯(lián)網(wǎng)的物資投資和人才投資，給予資金技術(shù)支持；需要國家加強農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)專門人才的培養(yǎng)，提高他們的創(chuàng)新能力以及應用能力；需要專業(yè)的設施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)服務。各物聯(lián)網(wǎng)設備開發(fā)企業(yè)，圍繞這個平臺和標準，開發(fā)相應的配套產(chǎn)品設備，不再投入大量精力開發(fā)基礎的軟硬件，可以節(jié)省人力、物力，增加設施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的產(chǎn)品種類，加快設施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)綜合技術(shù)的推廣應用。

3 結(jié)語

設施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為多種學科技術(shù)的綜合應用，融合了現(xiàn)代的傳感技術(shù)、自動化、智能化通訊技術(shù)、計算機技術(shù)以及植物科學等多種技術(shù)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用，把所有的技術(shù)聯(lián)系在一起，從而達到對農(nóng)作物生長進行精細化管理，有效降低農(nóng)業(yè)成本，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，加強環(huán)境保護，促進農(nóng)業(yè)發(fā)展的信息化、標準化、智能化。

參考文獻

[1]高峰，俞立，盧尚瓊，等.國外設施農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].浙江林學院學報，2009，26（2）：279 -285.

[2]朱德文，陳永生，程三六.我國設施農(nóng)業(yè)發(fā)展存在的問題與對策研究[J].農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2007，33（1）：5-7.

[3]閆敏杰，夏寧，萬忠，等.物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應用[J].中國農(nóng)學通，2011，27（8）：464-467

[4]姚世鳳，馮春貴，賀園園，等.物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領域的應用[J].農(nóng)機化研究，2011（7）：190-193.

[5]農(nóng)業(yè)部辦公廳.農(nóng)業(yè)部辦公廳關于印發(fā)全國農(nóng)業(yè)機械化專項發(fā)展規(guī)劃的通知-全國設施農(nóng)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃（2011-2015年）[Z].2011.

（責任編輯：趙中正）endprint