國(guó)外農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展及對(duì)我國(guó)的啟示

□唐 珂

(接上期)

四、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)取得了廣泛應(yīng)用

在國(guó)外，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用主要集中在農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測(cè)和利用、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)管理和農(nóng)產(chǎn)品安全溯源等方面。

（一）農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測(cè)和利用領(lǐng)域。在農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測(cè)和利用領(lǐng)域，利用各種資源衛(wèi)星收集國(guó)土資源情況，利用先進(jìn)的傳感器、信息傳輸和互聯(lián)網(wǎng)等綜合化信息監(jiān)測(cè)、傳輸、分析平臺(tái)實(shí)現(xiàn)區(qū)域農(nóng)業(yè)的統(tǒng)籌規(guī)劃和資源監(jiān)測(cè)。如美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校建立的林業(yè)資源環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)對(duì)加州地區(qū)的森林資源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為相應(yīng)部門(mén)提供實(shí)時(shí)的資源利用信息，為統(tǒng)籌管理林業(yè)提供支撐。歐洲主要利用資源衛(wèi)星對(duì)土地利用信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其中，法國(guó)利用通信衛(wèi)星技術(shù)對(duì)災(zāi)害性天氣進(jìn)行預(yù)報(bào)，對(duì)病蟲(chóng)害進(jìn)行測(cè)報(bào)。

（二）農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，主要利用高科技手段構(gòu)建先進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，利用無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)、信息融合傳輸技術(shù)和智能分析技術(shù)感知生態(tài)環(huán)境變化。如美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的研究人員通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)大鴨島上海燕的棲息情況進(jìn)行了9個(gè)月周期性的環(huán)境監(jiān)測(cè)，采用區(qū)域化靜態(tài)MICA傳感器節(jié)點(diǎn)部署，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人侵、無(wú)破壞的對(duì)敏感野生動(dòng)物及其棲息地的監(jiān)測(cè)。美國(guó)、法國(guó)和日本等一些國(guó)家主要綜合運(yùn)用建立覆蓋全國(guó)的農(nóng)業(yè)信息化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，保證農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

（三）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)管理領(lǐng)域。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)管理領(lǐng)域，將光、溫、水、氣、土、生物等傳感器布局于大田作物生產(chǎn)、果園種植、畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面，實(shí)現(xiàn)不間斷化感知、實(shí)時(shí)化決策、精細(xì)化生產(chǎn)。如2002年英特爾公司率先在美國(guó)俄勒岡州建立了世界上第一個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)葡萄園。通過(guò)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(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控葡萄生長(zhǎng)環(huán)境的細(xì)微變化，確保葡萄的健康生長(zhǎng)；2004年美國(guó)佐治亞州的兩個(gè)農(nóng)場(chǎng)使用了與無(wú)線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)配套的遠(yuǎn)距離視頻系統(tǒng)和GPS定位技術(shù)，分別監(jiān)控蔬菜的包裝和灌溉系統(tǒng)。荷蘭VELOS智能化母豬管理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)供料、自動(dòng)管理、自動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸和自動(dòng)報(bào)警。泰國(guó)初步形成了小規(guī)模的水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)，解決了RFID技術(shù)在水產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用難題。

（四）在農(nóng)產(chǎn)品安全溯源領(lǐng)域。在農(nóng)產(chǎn)品安全溯源領(lǐng)域，利用條碼技術(shù)和RFID技術(shù)等來(lái)跟蹤、識(shí)別、監(jiān)測(cè)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、運(yùn)輸、消費(fèi)過(guò)程，保證農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全。例如2001年起，加拿大肉牛使用一維條形碼耳標(biāo)之后又過(guò)渡電子耳標(biāo)；2004年日本基于RFID技術(shù)構(gòu)建了農(nóng)產(chǎn)品追溯試驗(yàn)系統(tǒng)，利用RFID標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)產(chǎn)品流通管理和個(gè)體識(shí)別。近年來(lái)，RFID的應(yīng)用更加廣泛并由此形成了自動(dòng)識(shí)別技術(shù)與裝備制造產(chǎn)業(yè)。據(jù)美國(guó)市調(diào)公司ABIresearch2007年度第一季報(bào)告顯示，2006年全球RFID市場(chǎng)為38.12億美元，其中亞太地區(qū)已躍為全球最大市場(chǎng)，規(guī)模為14.07億美元。

（五）農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)領(lǐng)域。在云存儲(chǔ)、云計(jì)算和云分析等方面建立了平臺(tái)化服務(wù)。2007年Google第一次提出“云計(jì)算”概念，2008年微軟推出Windows Azure操作系統(tǒng)，力圖在互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)上搭建新的云計(jì)算平臺(tái)。亞馬遜使用彈性計(jì)算云（EC2）和簡(jiǎn)單存儲(chǔ)服務(wù)（S3）為企業(yè)開(kāi)展云計(jì)算和存儲(chǔ)服務(wù)，美國(guó)政府推出了包括美國(guó)農(nóng)業(yè)部在內(nèi)的各大部委主要數(shù)據(jù)的大型數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)USA.gov，并且開(kāi)發(fā)了第一個(gè)云計(jì)算成果Apps.gov網(wǎng)站。日本從2009年5月開(kāi)始，致力于建設(shè)Kasumigaseki Cloud系統(tǒng)，打造國(guó)家云計(jì)算戰(zhàn)略部署。將云技術(shù)遷移到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域可以更好地促進(jìn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，在農(nóng)業(yè)云平臺(tái)上，云存儲(chǔ)通過(guò)在線(xiàn)存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)等方式解決了農(nóng)業(yè)信息資源分散、行業(yè)條塊分割和涉農(nóng)信息與資源整合不夠的問(wèn)題；云計(jì)算針對(duì)農(nóng)業(yè)也逐步完善基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）、軟件即服務(wù)（SaaS）的架構(gòu)模式，“平臺(tái)上移、服務(wù)下延”的模式變得更加泛在云服務(wù)使得農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展變得更加及時(shí)、方便和泛在。

五、國(guó)外農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展對(duì)我國(guó)的啟示

西方發(fā)達(dá)國(guó)家和周邊國(guó)家在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究和應(yīng)用方面巳取得了很大的成就，與之相比，我國(guó)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展還存在著一定的差距。

（一）農(nóng)業(yè)精細(xì)化、自動(dòng)化程度較低，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境不完善。近年來(lái)，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已開(kāi)始大面積推廣精細(xì)化、自動(dòng)化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并針對(duì)作物生長(zhǎng)需要進(jìn)行生長(zhǎng)環(huán)境、農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)控制，因此物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以無(wú)縫接入，應(yīng)用環(huán)境較為完善。而我國(guó)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)化、自動(dòng)化方面還比較薄弱，現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)及動(dòng)控制技術(shù)普及率較低，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境還不完善，制約了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展。

（二）物聯(lián)網(wǎng)傳感器實(shí)用化程度較低，管理不方便。與國(guó)際先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)相比，我國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)傳感器還存在著設(shè)備體積大、功耗高、感知數(shù)據(jù)精度低、設(shè)備在惡劣自然環(huán)境下不穩(wěn)定等問(wèn)題。由于農(nóng)田環(huán)境下傳感器電源不易更換、損壞檢修困難，傳感器的上述問(wèn)題給傳感器管理帶來(lái)了不便，阻礙了傳感器在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下的廣泛部署。

（三）物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸可靠性較差，數(shù)據(jù)收集不穩(wěn)定。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的自身特點(diǎn)和傳感器低功耗的技術(shù)需求給農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸提出了更高的要求。我國(guó)在低功耗下的網(wǎng)絡(luò)傳輸安全性技術(shù)抗干擾技術(shù)、自動(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)技術(shù)等方面相比國(guó)際先進(jìn)水平還存在一定的差距，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟环€(wěn)定給后端數(shù)據(jù)處理和智能分析帶來(lái)了一定的困難。

作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，我國(guó)應(yīng)該努力學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況研究開(kāi)發(fā)出適合我國(guó)國(guó)情的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和設(shè)備，努力擴(kuò)展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國(guó)的試點(diǎn)應(yīng)用。

1. 發(fā)展微型化傳感器。努力發(fā)展微型化傳感器。微型傳感器可以有效地節(jié)約資源、降低制造成本、減少能源消耗，同時(shí)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(fā)達(dá)國(guó)家已在相關(guān)方面開(kāi)展了大量的研究，我國(guó)應(yīng)加快腳步，在微型傳感器領(lǐng)域進(jìn)行更力深入的研究。

2. 尋求系統(tǒng)節(jié)能策略。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于特殊場(chǎng)合時(shí)，電源不可更換，因此功耗問(wèn)題顯得至關(guān)重要。目前國(guó)內(nèi)外在節(jié)點(diǎn)的低功耗問(wèn)題上已取得了很大的研究進(jìn)展，提出了一些低功耗的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，未來(lái)將會(huì)取得更大的進(jìn)步。

3. 努力降低傳感器成本。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量非常大，往往是成千上萬(wàn)個(gè)。要使傳感器網(wǎng)絡(luò)達(dá)到實(shí)用化要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)的價(jià)格翻在1美元以下，而現(xiàn)在每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的造價(jià)大約在80美元左右。如果能夠有效地降低節(jié)點(diǎn)的成本，將會(huì)大大推動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

4. 著手解決傳感器網(wǎng)絡(luò)安全性問(wèn)題和抗干擾問(wèn)題。與普通的網(wǎng)絡(luò)一樣，傳感器網(wǎng)絡(luò)同樣也面臨著安全性的考驗(yàn)，即如何利用較少的能量和較小的計(jì)算量來(lái)完成數(shù)據(jù)加密、身份認(rèn)證等。在破壞或受干擾的情況下可靠地完成執(zhí)行的任務(wù)，也是一個(gè)重要的研究課題。

5. 研究節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)配置問(wèn)題。未來(lái)將著重于研究如何將大量的節(jié)點(diǎn)按照一定的規(guī)則組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)其中某些節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，網(wǎng)絡(luò)能夠迅速找到這些節(jié)點(diǎn)并且不影響到網(wǎng)絡(luò)的正常使用。配置冗余節(jié)點(diǎn)是必要的。

我們相信，在學(xué)習(xí)了國(guó)外先進(jìn)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后，我國(guó)必將在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域研究出更加先進(jìn)和實(shí)用的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，并使之服務(wù)于我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和流通領(lǐng)域，為提髙我國(guó)農(nóng)業(yè)的快速可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。