物聯網在智能農業方面的應用現狀及發展趨勢研究

邢廣東　謝維維　張云天

摘要：該文主要通過分析物聯網技術的特點及我國傳統農業發展的不足，進一步闡述了物聯網技術在智能農業領域的應用價值，包括智能監控、降低成本、提升產量等方面;重點對當前我國物聯網技術的主要功能架構和在智能農業領域的應用現狀進行研究。根據相關調研可知，我國仍處于物聯網智能農業發展的初級階段，所以，結合我國智能農業發展現狀，對物聯網技術應用的發展趨勢進行歸納與總結。

關鍵詞：物聯網技術;智能農業;應用現狀

中圖分類號：TP393? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）12-0252-02

物聯網技術是集分布式存儲技術、信息處理技術、傳感器技術、嵌入式系統技術、無線網絡通信技術等多種技術于一身的綜合性、交叉性技術，有學者將它稱之為傳感網。物聯網技術的提出，主要用于實現自然世界中的物與物的鏈接，從微型傳感器設備中實時采集數據，監控設備狀態，通過無線網絡實現對采集數據的傳輸，采用智能組網技術實現數據準確地到達使用用戶的終端，完成了智能設備、人、網絡的聯通。物聯網技術在新一代網絡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，被認為是21世紀最具有潛力的高新技術產業之一。從物聯網技術的概念看，主要包括兩個層面：一是物聯網技術是對互聯網技術的擴展與延伸;二是將物聯網技術的對接終端延伸到物與物的信息交互兩部分。因此，物聯網被定位為綜合紅外傳感設備、射頻識別設備、信息定位設備等多種類終端設備，并設置相應的傳輸協議，實現設備與互聯網、設備與設備的連接通信，以實現信息交互、智能管理、智能監控、信息定位、信息追蹤的一種智能化網絡。

1物聯網與智能農業的契合點

1.1 傳統農業

當前我國農業技術正處于從傳統農業生產管理向現代化轉型的重要階段，要將現代化技術、有利的物質條件及科學手段有效應用于農業發展中，仍然面臨著諸多挑戰，需要科技的支撐。傳統農業是指利用農業生態本身的系統來抵抗災害、病蟲，依靠自然規律。目前，我國傳統農業，主要以小面積種植的形式為主，通過使用肥料、精細耕作等方式，合理利用土地資源，提高土地平均產量。伴隨著時代的進步，傳統農業已經無法滿足生產力的要求，同時，農業生產逐漸向集體大規模生產經營轉移。所以，物聯網技術的發展成為農業發展的重要科技依托。

1.2 基于物聯網技術的智能農業

基于物聯網技術的智能農業的實現，主要將具有不同作用的傳感器終端部署在農作物生長環境中，包括溫度傳感器、濕度傳感器、CO2濃度探測傳感器等設備，以實現對環境相關數據的采集與檢測，并構成監控網絡，將數據展示在儀器示數實現實時監控。同時，利用網絡終端采用相應智能算法對采集的數據信息進行分析、統計，進而預測當前生物的生長狀態，計算植物需要的營養成分，運用相關設備控制環境的環境，確保農作物處于易于生長的適宜環境中。相關管理人員可以通過電腦端或者手機端在遠程對農業環境進行監控。

物聯網技術相較于傳統農業，以科學算法對農作物生長狀態的評估替代了傳統農業對天然環境的依賴;以智能化設備的監控代替了人力勞動的監督;節省了勞動力的同時，提升了經濟效益。

1.3 智能農業系統架構及功能

智能農業系統主要包括信息采集子系統、數據傳輸系統、智能分析系統、遠程監控系統四部分。其中信息采集子系統主要負責對農作物的內部光照、氧氣含量、土壤濕度、水分含量等數據進行采集，不同種類的傳感器設備設有相應的閾值，當采集參數超過閾值時發出警告消息，可自適應調節參數;無線傳輸系統負責將傳感器設備采集的數據通過無線網絡傳輸發送至服務器設備上;智能分析系統負責對采集的數據進行解析與存儲，運用數學模型對數據進行分析和決策，數據分析結果主要以折線圖或者場圖等形式呈現，充分反映月度、季度、年度的歷史數據情況;遠程監控系統負責實時地向用戶手機、電腦等終端進行展示監控結果，用戶也可以隨時訪問查詢。

1.4 智能農業的優點

智能農業的發展，實現了對農業資源的合理利用，通過充分對土壤成分、濕度等參數的分析，確定土地適合種植的具體農作物，有利于實現生產效益的最大化;實現了對農業生產過程的精細化管理，智能農業實現了對生產階段各個環節的監控，并應用高新技術準確獲取與監控信息，基于此，對作物生長狀態加以智能化調節;實現了對農業生態的監控，基于物聯網等高新技術實現了對農業生態的動態監控，為實現我國農業的可持續發展提供了保證。智能農業的發展能夠推動我國農業信息化的發展進程，通過搭建集多種傳感器設備、無線傳輸終端于一身的信息化系統，實現了設備信息的自動獲取，加強了農民和農作物之間的遠程關聯，實現遠程信息共享。

2應用現狀及發展趨勢

近些年發達國家通過產業模式的方式相繼將物聯網技術應用于農業領域中。然而對我國來說，作為農業大國，物聯網技術的應用有廣闊的市場需求，其發展前景良好。同時也面臨很多的挑戰，如，物聯網技術在農業生產中的應用仍處于初級發展階段。

2.1 應用現狀

近年來，通過政府部門的倡導，相關科研機構的鼓勵，很多地方逐步對農業物聯網技術進行推廣，并取得了較好的應用效果。農業領域的物聯網不僅是物聯網系統的主要組成單元，也是未來農業發展的走向，以智能化手段為基礎的網絡系統，是傳統農業向現代化農業轉型的重要技術依托。

（1）基于大棚的室內控溫技術

該技術通過對大棚內溫度的自動控制與調節，保障農作物處于適宜的生長溫度。在我國甘肅、河南等地區，通過將溫度傳感器、光照采集傳感器等設備部署在蔬菜種植大棚內，對蔬菜生長的全過程進行數據采集與監控，有效掌握了蔬菜成長各階段的數據信息，并通過智能控制手段，確保蔬菜處于有機化的生長環境中。因此實現了在反季節培育、種植有機蔬菜，有效地緩解了我國蔬菜季節性的供應壓力。

（2）基于大田種植的信息化技術

在我國的河南和黑龍江等地區，生產大量的大豆、玉米等農作物，對大面積的田地使用物聯網技術，對農作物生長各個階段的土壤參數進行監控，可以在農作物生長的適當時期進行施肥，當農作物發生異常生長時，可以在遠程端對農作物當前的問題進行診斷。采用信息化技術，實現對大田種植品質和產量的提升。

（3）基于農業灌溉的應用

在我國新疆、河南等省份，由于對農業用水的供應不及時或不充分等問題，易引起農作物的災病，通過運用物聯網技術，采用智能化的計量系統，根據農田面積計算合理的灌溉水平，降低了農民灌溉用水的費用支出，同時也節約了水資源，保證農作物在適宜水分環境中產生最優的產量。農業用水的示范區域在我國新疆、北京等地相繼開啟，使得農業灌溉用水的合理性大大加強。

（4）促進農業產品及時對接供應

通過采用物聯網技術可以實現生產和銷售的及時對接，由于物聯網技術對農作物生長的全過程進行監控，很好保障了農作物的質量安全，實現對產品根源的質量跟蹤，便于產品經營銷售。目前在我國蘭州等地區，基于物聯網技術建立了由生產基地、配送基地、運營超市直接相連的一體化經營模式，在節約成本的同時，實現了農作物生產各個環節的公開透明，保障了產品的優質化，且可以及時滿足市場供應需求。

當前，物聯網技術在我國智能農業領域的研究已經有了初步成就，已經具備了發展的初級條件，但在更廣泛的應用領域仍然與實際需求有一定的距離。因此，物聯網在智能農業的應用，需要加強對農產品品質安全、農業系統信息化水平、對農民操作培訓、農產品生長階段科學管理等方面共同完善。如何在農村推行以較低成本實現智能化終端接入，也是一個重要的現實問題。物聯網技術如何實現在農作物生長的過程中第一時間獲取生長信息，并能夠及時、定量的施肥料等，都是有待解決的問題。

2.2 發展趨勢研究

物聯網技術將農業發展帶入新的發展階段，綜合以上對智能農業領域物聯網技術應用現狀的分析，結合我國農業發展的特點，物聯網技術在農業領域的應用趨勢可能朝著以下方面發展：

（1）降低建設成本

物聯網技術中包含的傳感器設備、無線網絡通信設備、射頻識別設備等在我國的應用，仍處于發展的初級階段，相較于發達國家仍有一定的差距，因此導致該類設備的研發成本較大，技術耗材價格高昂，在合理的經濟成本內無法大規模建設。由于我國農業面積廣闊，實現物聯網的全面監控需要的傳感器設備的數量、種類都較為龐大，在復雜的地勢、廣闊的面積上大量安裝傳感器設備大大地增加了農業投入，因此降低物聯網技術在智能農業的建設成本成為智能農業發展的重要前提條件，也是能否大規模普及農業物聯網技術的關鍵。

（2）實現從初級向普及的轉變

當前物聯網技術主要應用于小面積的環境監控和部分大田育秧階段，在全方位自動監督方面，仍與最先進的國家有差距，需要政府的政策鼓勵。運用物聯網技術，可促進我國建立農作物生長環境監測站，對部分地區的生態環境進行實時監控，為農民提供精細化管理的依據。從現階段物聯網技術在農業領域的應用看，其應用潛力無限，但必須突破技術瓶頸，實現合理控制建設成本。從物聯網技術在農業中的初步應用，到普及應用，是物聯網技術與農業有機結合的重要趨勢。

（3）培養相關技術領域的科技人

物聯網技術是一門多學科交叉的技術，對人才的專業性要求較高，所以，需要高素質復合型的專業人才，而綜合性的網絡專業人才成為智能農業發展的核心人才。因此對于物聯網技術這一門專業性要求高、難度較大的學科建設而言，需要加大力度培養專業的科技人才，建設包含智能傳感器技術、智能分析算法、RFID技術、無線通信技術等專業知識在內的專業課程，加大對專業人才的培養力度。只有培養出更多優秀的專業技術人才，才可以為推動物聯網技術在智能農業應用進程創造良好的人才與技術條件。

3結束語

綜上所述，物聯網智能農業的實現，有利于通過高新技術手段和科學監管方式，提高農作物的產量，加快現代化農業建設的發展進程。由以上分析可以看出，伴隨著物聯網技術的不斷發展，農業生產經營模式不斷成熟，新時代的農業信息技術將會不斷應用推廣，智能終端設備普及應用及智能分析技術不斷優化，智能農業的發展不斷推進，將顯著提高農業生產水平和效率，為我國農業產業發展指明正確的發展方向，同時，有利于促進農業經濟的良性發展。

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