ICT在精細農業中的應用與展望

謝海軍

摘要：為了解決中國的農業問題、糧食問題，改善中國人多地少和資源短缺等現狀，保障人民糧食安全，“精細農業”應運而生，ICT作為精細農業發展的核心，對于精細農業來說極其重要。本文將以此為題，簡要論述ICT和精細農業的含義及作用，ICT在精細農業中的應用與展望，并預測未來ICT在精細農業中的發展趨勢。

關鍵詞：ICT；精細農業；應用；展望

精細農業的發展已經成為我國農業目前的首要目標，它能保證國家糧食問題、土地問題、農業問題等得到有效解決。精細農業的發展需要先進的科學技術支撐，我國近年來飛速發展的科技和3S技術取得的巨大成功恰巧為精細農業提供了技術支持。ICT同精細農業緊密結合，推動精細農業順利進行，它在精細農業中的應用已經成為農業發展的必然趨勢。

1 ICT和精細農業的概述

1.1 ICT概述

ICT是信息與通信技術的簡稱，是一種能對信息進行訪問、儲存、加工等操作的技術服務。ICT就是一系列的電子技術在經過新的機構組合之后擁有了一定的可塑性，加強了信息技術同通信技術之間的聯系，讓人們可以通過不同的設備來進行信息的收集、管理、分享等活動，是信息技術和通信技術之間相融合的新模式。

從ICT目前的應用領域來看，它在教育領域和商業領域的應用較為廣泛，在農業領域的應用推廣較少，但隨著農業問題、糧食問題的出現以及通信技術和信息技術的發展，實現ICT在農業領域的應用是必然的結果。在信息技術和通信技術出現之初，兩者都是相對獨立的概念，信息技術指通過計算機等設備對信息進行收集、利用、儲存等作業，通信技術指通過電子手段來進行信息傳遞，但在社會的發展和進步之下，加上人們生產活動的需求，信息技術和通信技術之間的界限逐漸被打破，兩者在應用結合上越走越近，逐漸實現寬帶化，慢慢地融合起來，形成了新的ICT模式，讓信息資源不再是簡單被匯集到一起，而是能通過ICT對信息進行收集、組織、整合、利用等工作，讓信息資源充分被利用和傳播。ICT可以劃分為軟件和硬件設施，其中軟件設施有電子郵件、電子期刊、論壇、微信等應用程序，硬件設施有計算機網絡、儲存器、手機、計算機等設備，軟硬件之間的相互組合配合才能讓信息實現更好的管理、傳播和利用。

1.2 精細農業概述

精細農業是在日益嚴重的農業問題、糧食問題下應運而生的現代化農業理念，它指在進行田間管理過程中更加精細的管理，即按照田間農作物和土壤不同的特性進行有針對性的施肥工作和給予不同的施肥量[1]。傳統的農業管理中，對于農作物的施肥、澆水等工作都是采用統一的標準進行，忽略了不同農作物之間肥量的不同需求和對施肥澆水時間的不同要求，使得資源被浪費，在肥沃土地上過量使用的肥量就會流入地下水，造成環境污染。對此，為了更好的獲得收成，減少農作物種植過程中的資源不合理并做到保護環境的目的，精細農業應運而生，根據田間農作物和田間土壤的不同和差異性來決定各項農作物的管理工作，以達到提高農作物的收成，降低種植成本，保護農田環境，實現種植業長期可持續發展[2]。

要想精細農業能得到有效的開展，就需要依靠現代技術進行支撐，利用3S技術獲得田間數據，為農作物的生產管理決策制定提供技術支撐，通過信息技術設備收集到的多種數據可以做出更精準、更科學的決策，讓田間農作物生長的差異性得到滿足，產量得到提升。

2 ICT的組成和發展

2.1 無線傳感網絡

無線傳感網絡是ICT的重要組成部分之一，它能讓人們在位于任何時間、地點、環境的情況下獲取自己想要的信息并對信息加以利用。在科學技術發展推動下，這種具有智能獲取、處理信息的無線傳感網絡得到了極大的發展機會，并在各個領域被廣泛的應用，對人們日常生活發展帶來了極大的好處。無線傳感網絡在20世紀90年代末得到了飛速發展，此時正是現代傳感器、現代網絡、無線通信技術等飛速發展的時期，各類新興技術的發展融合和新技藝的出現為無線傳感網絡發展提供了機會，傳感技術開始朝著無線化、智能化方面發展，各類具有感知、通信等功能的微型傳感器被研發出來，通過布置在各個區域節點的微型傳感器形成一個巨大的無線傳感網絡，為信息收集傳播提供良好的條件。通過組成的無線傳感網絡能實現實時的信號采集、檢測、信息傳播、利用，讓人們在無線傳感網絡覆蓋的范圍內進行所需信息的獲取和應用。

2.2 物聯網

物聯網同無線傳感網絡一樣，是ICT組成應用中不可缺少的部分之一，它通過感知層、網絡層、應用層之間的相互聯系應用來實現信息技術和行業專業技術之間的融合，針對行業需求提供信息服務。目前的物聯網還未建立起一個標準、開放的體系構架，只是簡單的被劃分為感知層、網絡層、應用層三個層面，在感知層中主要是解決信息的感知、識別問題，以RFID標簽、傳感器網絡、攝像頭等讀取設備來感知信息、采集信息。而在網絡層中主要進行信息傳輸，在信息傳輸過程中利用通信網絡、互聯網絡等融合網絡實現對信息的管理和處理，從而實現感知層和應用層的連接服務。在應用層中實現最終的信息技術、通信技術和行業需求、專業技術要求的有效結合應用，完成信息決策，為行業需求提供特色化的服務。

2.3 云計算和云服務

在ICT中，云計算和云服務對其來說十分重要，它依靠公開的標準和互聯網作為運行中心來運行，為用戶提供更安全的云計算服務，實現有效的數據信息儲存；云服務則讓用戶實現不必儲存、上網即可操作的快捷服務，對用戶使用的計算機配置要求不高，給予用戶價格更低廉的信息服務體驗；利用云計算和云服務組成的ICT依靠這一特性可以更好地滿足精細農業生產應用的信息需求[3]。

云計算與云服務的架構可以分為三個層次，即基礎架構、平臺服務架構、軟件服務架構。基礎架構指各類虛擬的服務器和軟件，利用這些虛擬的服務器和軟件可以對數據庫的信息進行補充。平臺服務架構就是讓用戶在虛擬的服務器中實現程序運行，不需要去考慮對運行系統的維護。而軟件服務架構則是為用戶提供了傳統應用程序的基本功能，解決了用戶在程序應用過程中的基本需求[4-5]。

2.4 北斗衛星導航系統

北斗衛星導航系統是全球的四大衛星定位系統之一，它是中國自行研發的區域性衛星定位系統，北斗衛星導航系統的出現為通信技術提供了強有力的支持，讓導航系統覆蓋性得到提升，更加獨立自主，它能夠為用戶提供開放服務和授權服務兩種服務形式，用戶可以根據需求來選擇應用哪一種服務形式，開放服務讓用戶能在服務區內實現定位、授時等服務，而授權服務則是為用戶提供更準確和安全的定位、授時等服務。北斗衛星導航系統在精細農業中的應用能為農業提供更高效安全的導航定位服務，并保證其系統信息的完好性和安全性，做到農作物的有效田間管理工作。

2.5 IPv6

IPv6是為了解決地址空間問題而生的，它是互聯網協議的第六版，我國目前正處于IPv4向IPv6過渡的過程，為了實現下一代高速網的互聯工作。同IPv4相比，IPv6采用32位二進制作為地址的編碼，地址空間比IPv4更廣，其在ICT中的應用能為信息存儲傳播提供更廣的空間。

3 ICT在精細農業中的應用與展望

3.1 精細農業中物聯網和無線傳感的應用與展望

ICT中的物聯網以及無線傳感在精細農業中應用最多、最廣，它能讓精細農業的生產管理人員和技術操作者獲取相關的農業種植信息，根據獲取的信息進行農作物種植，并對農作物的種植情況進行實時的監督，預測農作物在生長過程中可能遇到的問題，科學防治農作物病災蟲害。物聯網和無線傳感在精細農業種植生產中的應用是依靠農田中部署的環境監測節點、通信系統等來實施，它能在農田內構成無線傳感網絡，對農田的情況、氣候變化、農作物生長情況等進行信息的收集和監視，并將這些信息經由各類傳輸網絡傳輸到信息監控中心，信息監控中心能對傳送的信息進行接收和分析，對信息進行可視化的處理，為精細農業種植提供決策參考，實現合理科學的精細農業種植生產[6-7]。目前，國家和政府已經為農業物聯網的建設提出了明確的方向，制定了合理的戰略目標。農業物聯網的建設要根據國家和政府的指示進行，將農業發展和農業物聯網的建設同國情和技術結合起來，穩步進行。我國在建設農業物聯網和無線傳感時，除了做好基礎的頂層設計之外，還要對實際的應用進行管理改進，讓基礎的頂層設計工作和實際的應用工作能滿足精細農業生產的實際需求，促進物聯網和無線傳感在精細農業中的應用和發展。

物聯網的發展需要實現物和物之間的聯系，達到這一目的除了要求物與物之間有不同類型的傳感器之外，還要求每一個物有自己的IP地址，讓物聯網用戶可以通過IP地址實現對任何一個物的訪問。所以物聯網的發展還需要大量的地址空間為物構建IP，而我國目前正在轉型過渡的IPv6正好能滿足物聯網發展的地址空間需求，為物聯網構建發展提供技術支撐，因此我國必須加快IPv6的轉型應用。

3.2 精細農業中云計算和云服務的應用與展望

ICT中的云計算和云服務在精細農業中應用能為精細農業提供較為完善便捷的信息平臺，解決農業信息分散性、滯后性的問題，實現農業領域信息的高效共享，為精細農業提供更科學合理的參考依據，實現按照農作物特性進行生產的目的，提高資源利用率，減少農作物生長資源的浪費，讓農田綜合效益得到高度的提升。我國農業信息技術水平不高，農業信息的數量和質量都無法滿足精細農業科學生產、種植、管理的需求，云計算和云服務在精細農業中的應用就是為了解決這一問題，以農業數據庫的建立來為農業種植提供精細的信息資源，加快農業領域信息技術的云信息化。同時，精細農業中云計算和云服務的應用能為用戶減少軟硬件的維護成本和應用成本，讓用戶以低廉的價格獲得高效的服務。

要想云計算和云服務能在精細農業生產中得到有效的應用，首先需要逐漸完善精細農業各項資源共享的標準，對精細農業生產管理進行規范，加強精細農業生產同其他相關行業之間的信息聯系，做到在更大范圍內獲取信息，以精細農業資源信息的標準化和規范化來為信息資源共享做構建準備。而后根據標準構建成本低但使用靈活方便的云服務商公有云模式，或者相對獨立完整、針對性強的私有云模式，以及既獨立靈活又共享的混合云模式，依據精細農業生產實際情況選擇云模式進行構建，創建操作簡單的云服務平臺進行用戶接入，為用戶提供相應的云服務。

3.3 精細農業中北斗衛星導航系統的應用與展望

北斗衛星導航系統在精細農業中應用的一個主要目的是為了獲取農田土壤采樣標本的坐標信息，讓農業機械在對農田進行相關作業時可以自動鎖定作業位置，進行作業定位、精確施工；了解農田地形的情況和農作物情況以及相應的農田坐標信息，為精細農業的農田管理提供準確位置[8]。為了更好達到精細農業的精確生產施工，精細農業施工機械需要借助于北斗衛星導航系統進行工作，讓精細農業施工機械在進行田間施工的過程中可以隨時進行定位，獲取田間作業信息，收集田間地形起伏的信息，并將這些信息傳輸到資源平臺上，在后續的播種、施肥過程中可以依據這些信息進行精準播種和肥料輸送工作，減少農業生產中水肥藥的浪費，提升農田種植的綜合效率，提高農作物的產量。

北斗衛星導航系統能為用戶提供更安全、精準的定位服務，在精細農業中的應用能極大的推動精細農業生產目的的實現；同時，北斗衛星導航系統在精細農業應用中還能促進北斗衛星導航系統的產業化應用和推廣[9-10]。

4 結語

ICT在精細農業中的應用能實現精細農業的生產目的，為精細農業構建可參考的信息系統模型，提供高效服務的信息資源獲取平臺，通過信息感知層收集信息，利用信息管理層來進行精細農業的云計算和物聯網管理，讓用戶能滿足差異性精細農業信息需求，為用戶提供可視化的服務，促進精細農業的有效開展。

參考文獻

[1] 張波，羅錫文.ICT在精細農業中的應用與展望[C].中國農業工程學會（CSAE）.中國農業工程學會2011年學術年會論文集.中國農業工程學會（CSAE）：中國農業工程學會，2011.1042-1046.

[2] 王康錢.試論“精細農業”在我國農業中的發展[J].科技資訊，2005（22）：122.

[3] 陳敏克，王晉寧，逯張禹，等.基于云計算的農業信息資源共享系統建設研究[J].農業網絡信息，2011（4）：5-7+11.

[4] 何東健，何勇，李明贊，等.精準農業中信息相關科學問題研究進展[J]，中國科學基金，2011，25（1）：10-16.

[5] 張建.論ICT對農業的改造和影響[J].貴州農業科學，2006（2）：119-121.

[6] 魏會廷.信息技術在農業科技信息傳播中的應用研究[J].農業經濟，2012（2）：27-28.

[7] 孫忠富，杜克明，鄭飛翔，等.大數據在智慧農業中研究與應用展望[J].中國農業科技導報，2013，15（6）：63-71.

[8] 蔣天小，趙金峰，郭瑞宇，等.北斗導航系統在精細農業系統中的應用[J].數字通信世界，2016（2）：9-12.

[9] 張倩，刁志國，肖一明.地理信息系統在精細農業方面的應用[J].基層農技推廣，2015，3（2）：54-56.

[10] 耿愛軍，張曉輝，宋濤，等.精細農業與信息化技術的研究現狀與發展趨勢[J].中國農機化，2011（6）：38-41.