農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

劉杰

摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的至關(guān)重要的領(lǐng)域。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，農(nóng)作物生產(chǎn)的影響因素也十分的繁雜。因此，物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用難度是很大，并且物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)具有很明顯的集成性的特征。本文對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展做出了簡要的闡述，并且對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)過程中的應(yīng)用進行了分析。總結(jié)了物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)、信息傳輸、信息處理等在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，并針對當(dāng)前應(yīng)用現(xiàn)狀提出相關(guān)應(yīng)用過程中的問題。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)； 傳感器；射頻識別；信息處理

中圖分類號：F124.3 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20161032065

隨著經(jīng)濟的發(fā)展及計算機技術(shù)的應(yīng)用擴展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)從傳統(tǒng)的人工種植，發(fā)展到現(xiàn)在的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)代化設(shè)施智能農(nóng)業(yè)。現(xiàn)代化的物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)是市場化、集約化、智能化、國際化的必然農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)形態(tài)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)賦予了生命的氣息和人類的智慧。

物聯(lián)網(wǎng)是一種由多種信息技術(shù)融合而成的新型技術(shù)體系，繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后的第3次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)融合了射頻識別技術(shù)、無線傳感技術(shù)、全球定位等技術(shù)，將物與物進行互聯(lián)、相關(guān)信息的交換、監(jiān)控、管理，并通過定位系統(tǒng)智能識別和追溯。因此，物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，加強了人類與農(nóng)業(yè)的信息溝通，在動態(tài)的生產(chǎn)過程中，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有更加精細的認知、管理并控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各要素，加強人類對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的調(diào)控及突發(fā)事件的處理。我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)與農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量具有十分重要的地位，因此對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的研究也十分重視，因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為新興的技術(shù)，在多個領(lǐng)域的應(yīng)用都取得了良好的成果。因此對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用進一步推進了農(nóng)業(yè)的發(fā)展，并且已經(jīng)成為我國農(nóng)業(yè)信息領(lǐng)域發(fā)展的重要手段。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，減少了勞動力，提升了農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，使得農(nóng)業(yè)從傳統(tǒng)的人工種植，轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝А⑾冗M的現(xiàn)代化種植方式，提升了農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是個復(fù)雜、難度極大的領(lǐng)域，生產(chǎn)過程中的各種因素都可能影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量及質(zhì)量。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究的一個非常重要的部分，從種植業(yè)、到養(yǎng)殖業(yè)等都受到了世界的關(guān)注，對其研究也日益深入。本文結(jié)合當(dāng)今農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)在關(guān)鍵環(huán)節(jié)的應(yīng)用做出了闡述。

1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用，在互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字技術(shù)以及傳感技術(shù)的發(fā)展帶動下，新工藝的傳感器不斷涌現(xiàn)。逐漸向嵌入式、智能化、集成化且微型化發(fā)展。目前，在傳感器技術(shù)和制造工藝方面，美、日、德處于國際領(lǐng)先地位[1]。農(nóng)業(yè)傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，專業(yè)化程度越來越高。農(nóng)業(yè)傳感器的生產(chǎn)包含了土壤傳感器、氣象傳感器、水體傳感器、植物傳感器等，隨著人們對土壤重金屬含量的關(guān)注，隨之產(chǎn)生了土壤重金屬檢測傳感器。各種精準的傳感器的生產(chǎn)，越來越符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的復(fù)雜環(huán)境，各種檢測的傳感器，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集提供了強大的支持。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了無線自組織數(shù)據(jù)傳輸，與RS485總線結(jié)合，是無線和有線數(shù)據(jù)傳輸有效融合，保證數(shù)據(jù)的遠程傳輸?shù)谋憬菪裕€(wěn)定性。在智能控制方面，物聯(lián)網(wǎng)的核心控制芯片研發(fā)取得了優(yōu)異的進展。核心芯片融合了無線傳感、控制、通信及數(shù)據(jù)處理等能力。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的實時檢測方面，20世紀70年代，國外開始對農(nóng)作物生長監(jiān)測進行研究并取得一定的成果，特別是歐美發(fā)達國家，如美國、荷蘭等實現(xiàn)了機械化。歐美等國家利用衛(wèi)星對大田種植進行精準作業(yè)、監(jiān)測及水肥等智能監(jiān)測，同時也建立了完善的生產(chǎn)過程。美國的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用最為領(lǐng)先。大農(nóng)場的構(gòu)建采用了精準的農(nóng)業(yè)模式，可以實現(xiàn)自動的雜草識別、精準施肥，大型的精準噴灌等。美國有15%以上的農(nóng)戶在農(nóng)業(yè)設(shè)備上安裝GPS系統(tǒng)，實現(xiàn)精準的定位。信息技術(shù)的發(fā)展推動著發(fā)達國家對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的健全和完善，在監(jiān)測和智能管理的基礎(chǔ)上，融合了人工智能技術(shù)，提升了傳感器采集來的數(shù)據(jù)的利用，通過人工智能技術(shù)實現(xiàn)預(yù)測等功能，將農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、在監(jiān)測和控制的基礎(chǔ)上結(jié)合了專家系統(tǒng)，有助于種植者的種植經(jīng)驗的提升和作物的精準管理。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，在很大程度上推動了農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

1.2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中存在的問題

我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和技術(shù)處于初級階段，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，由于大田等開放式農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的復(fù)雜性，因此在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用過程中，仍然存在一些問題。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的信息感知技術(shù)仍有待提高。在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用過程中，信息感知技術(shù)是智慧農(nóng)業(yè)中非常重要的組成部分。在傳感器的種類上有待增加。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，農(nóng)作物在種植、生長等過程中受到各種因素影響，現(xiàn)今比較成熟的傳感器主要有光照、溫濕度、pH值等傳感器，而對于作物的生理生態(tài)信息、植株形態(tài)等的傳感技術(shù)還不夠完善[2]。在傳感技術(shù)方面，傳感器設(shè)備種類不夠全面，不能夠滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，精準度還有待提高。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)安全方面也待提升，在完善傳感設(shè)備、感知技術(shù)的同時，注重網(wǎng)絡(luò)安全的管理。在信息處理方面，大量數(shù)據(jù)的采集和管理及分析也成為日后專家系統(tǒng)完善的依據(jù)，加強大數(shù)據(jù)的分析和算法應(yīng)用，依據(jù)采集數(shù)據(jù)的內(nèi)部聯(lián)系的分析，推出做在生長過程中各種因素的關(guān)聯(lián)性，為提前預(yù)測做準備。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用

2.1 傳感器技術(shù)

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的參數(shù)很多。包括土壤溫濕度、空氣溫濕度、土壤酸堿度及作物生長的相關(guān)參數(shù)，而這些參數(shù)的采集均由傳感器采集。傳感器作為農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集的最直接的部件，是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。隨著傳感技術(shù)的研究和發(fā)展，傳感器的發(fā)展逐漸向微型化、集成化發(fā)展。目前，生物傳感器、微電傳感器、物性型傳感器應(yīng)用最為廣泛[3]。其中，物性型傳感器主要是自身的材料敏感度的物理變化實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)變。而生物傳感器是利用生物自身，將其作為敏感元件，根據(jù)其對外界的反應(yīng)來傳遞信息；微機電傳感器是新一代的研發(fā)技術(shù)，低成本、高可靠性、低功耗，同時傳感器體積小，便于安放。各種傳感器的應(yīng)用有效的監(jiān)測作物生長的相關(guān)參數(shù)。

2.2 信息傳輸技術(shù)

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)過程的相關(guān)因素的監(jiān)測是物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)至關(guān)重要的部分。國外的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的感知監(jiān)測技術(shù)相對比較成熟，國內(nèi)還在發(fā)展階段。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用過程中，數(shù)據(jù)的傳輸是至關(guān)重要的一部分。而無線傳感網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)中感知的消息傳輸?shù)闹匾侄巍Ｔ谖锫?lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)組建過程中是由有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)組成的。而無線網(wǎng)絡(luò)是無線網(wǎng)絡(luò)檢測區(qū)較為靈活，便于管理的網(wǎng)絡(luò)。在復(fù)雜的種植生產(chǎn)環(huán)境過程中，有線的網(wǎng)絡(luò)不便于管理和布線。無線的傳感網(wǎng)絡(luò)可以在監(jiān)測區(qū)域布置大量的傳感節(jié)點，進行多跳式自組織成監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的系統(tǒng)可以由無線網(wǎng)關(guān)、傳感節(jié)點和監(jiān)測中心3部分構(gòu)成。作物生產(chǎn)需要監(jiān)測的參數(shù)通過傳感器節(jié)點進行采集和傳輸。例如土壤溫濕度、空氣溫濕度及酸堿度等。

2.3 信息處理技術(shù)

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控的過程中將會采集大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)具有實時、動態(tài)、海量等特點。信息處理技術(shù)就是負責(zé)將采集的數(shù)據(jù)進行收集和分析處理。利用數(shù)據(jù)挖掘等方式發(fā)覺數(shù)據(jù)內(nèi)在的練習(xí)，進而發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間新的影響關(guān)系等。為后續(xù)的專家系統(tǒng)及用戶的后續(xù)操作提供基礎(chǔ)支持。信息的處理技術(shù)一般采用人工智能技術(shù)，對獲得的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)的處理和分析。目前粗糙集、卡爾曼濾波[4]、動態(tài)貝葉斯等智能算法能夠挖掘數(shù)據(jù)間的練習(xí)，并進行預(yù)測分析。對于海量的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的存儲、計算和相關(guān)處理工作，云計算技術(shù)能夠有效的解決。同時大量涌現(xiàn)的云服務(wù)平臺能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)海量信息的存儲及搜索、分析等服務(wù)。

2.4 射頻識別技術(shù)

射頻識別技術(shù)（RFID）是一種非接觸式的自動識別技術(shù)。是物聯(lián)網(wǎng)感知個體的主要技術(shù)。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)全球的農(nóng)產(chǎn)品定位和信息跟蹤。射頻識別技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全及監(jiān)測過程中起著至關(guān)重要的作用。能都對農(nóng)作物進行農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地、加工、物流等進行全面的跟蹤定位。射頻識別系統(tǒng)的組成有3部分：電子標簽、讀寫器及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[5]。隨著農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，射頻識別技術(shù)仍有許多地方需要改進和提升。例如識別的精準度、成本及面臨的信息安全等。

3 展望

物聯(lián)網(wǎng)融合了多項的信息技術(shù)，本身就具有一定的復(fù)雜性。物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，不僅包含了自身的復(fù)雜技術(shù)，同時結(jié)合了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中復(fù)雜的影響因素。未來農(nóng)業(yè)中傳感技術(shù)、定位技術(shù)、信息通信技術(shù)及云計算等將會貫穿整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，逐漸實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化和智能化。但是，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的過程中，應(yīng)關(guān)注農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)安全，在完善農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，更加要重視農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的安全，加強安全的網(wǎng)絡(luò)管理。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)新的變革，不僅有助于提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，同時也能夠有效的提高農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，減少勞動力的付出，提高農(nóng)民的收入。真正的實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化和智能化。

參考文獻

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