物聯網技術在智慧農業發展中的應用模式分析

劉國杰

（1.山東省聊城市農業農村局，山東 聊城 252000；2.聊城市農村改革和農業農村經濟服務中心，山東 聊城 252000）

智慧農業就是將現代科學技術積極融入農業生產過程中，不僅包括農業種植，還涵蓋了物流管理、食品溯源、休閑農業、電子商務等更大的范疇，能夠全面提升農業全產業鏈的科技含量，實現智能化、自動化、無人化管理。物聯網技術是一系列科學技術的集合，對于打造智慧農業具有較強的可行性，因此加強理論研究和實踐應用是十分必要的。

1 物聯網技術內涵解析

1.1 概念解讀

物聯網，顧名思義，就是實現人與物、物與物之間的相互聯通，利用信息傳感器、全球定位系統、射頻識別技術、激光掃描器、紅外感應器等技術裝備，能夠獲取各種物體的信息，并實現智能化識別和控制。物聯網技術是在互聯網技術的基礎上發展起來的，在用戶端可以擴展到現實中存在的物品，使物品之間能夠進行信息交換和通信，實現隨時隨地的人、機、物互聯互通。物聯網技術是新一代信息技術的重要組成，引起了世界各國的廣泛關注，并將成為發展科技、振興經濟的重要突破口。

1.2 體系架構

物聯網的體系架構主要包括應用層、網絡層、感知層。其中，感知層相當于人體的皮膚和五官，通過各種傳感器，采集識別物體信息，因此數據獲取成為關鍵所在，通過攝像頭、掃描儀、傳感器等設備設施，都可以進行廣泛的數據采集，感知層是物聯網體系架構的基礎，為后續的信息傳遞和處理決策提供了有力支持。網絡層相當于人類的大腦中樞，主要負責信息的傳遞和處理，包括各種計算機應用平臺、網絡管理中心、信息處理中心，等等，隨著5G移動通信技術的不斷成熟，能夠為物聯網發展提供更好地網絡環境。應用層主要負責信息的處理和決策，更好地獲取有價值信息，并得到有效利用，應用層是物聯網與各行各業的深入結合，比如，智慧農業、智能家居、公共安全、工業監測、城市管理等[1]。

1.3 關鍵技術

1.3.1 信息感知技術

現階段，物聯網的信息感知技術主要包括傳感器技術、射頻識別技術、坐標定位技術等。作為物聯網的基本構成單元，傳感器已經成了不可或缺的存在，不但能夠獲取信息，而且還可以識別物體狀態，并作出及時反應，發出信號，傳感器技術具有智能化、數字化、微縮化、系統化等諸多優點，為物聯網的廣泛應用提供了支持。射頻識別技術廣泛應用于停車場、防盜器、超市等，比較常見的存在形式如感應卡、電子條碼、電子標簽、門禁。坐標定位技術主要利用了衛星空間定位，具有高動態性、高判斷力、高精確度的特點，廣泛應用于導航、測繪等相關行業。

1.3.2 信息通信技術

信息通信技術包括了有線信息傳播技術、無線信息傳播技術、光纖通信技術、交換技術、組網技術等。隨著5G移動技術的推廣，應用無線傳輸技術，能夠實現更加便捷的信息傳遞，推動著物聯網技術持續向前發展。光纖通信技術也至關重要，最大程度地滿足了數據傳輸的準確、高效、實時要求，為提供高性能的網絡環境奠定了基礎。交換技術主要指的是軟交換技術，有利于解決傳統通信業務和新型多媒體業務相關的網絡問題，實現更高效、便捷的數據交換。組網技術主要包括以太網組網技術和ATM局域網組網技術，以太網組網技術應用廣泛，通過多種物理介質和拓撲結構，使組網更為靈活。

1.3.3 信息處理技術

信息處理技術需要對信息進行及時有效的處理，維護系統的正常運轉，主要包括中間件、數據挖掘、智能技術等。中間件主要負責系統軟件和應用軟件的連接，能夠使多臺機器上的多個軟件進行交互，實現無障礙的信息交換。數據挖掘是通過各種算法從海量數據中尋找有價值的信息，從而加以針對性的開發利用。智能技術涵蓋了智能信號處理、智能控制、人機交互等方面，能夠顯著提高信息處理質量和效率[2]。

1.3.4 信息安全技術

物聯網具有開放性、匿名性等特點，雖然能夠提升操作便利性，但是也容易形成許多安全漏洞，為了保證物聯網內的信息安全，必須加強信息安全技術的研究應用，保護用戶隱私，提升用戶黏性。與傳統網絡安全相比，物聯網的信息安全技術具有一定的特殊性，除了能夠借鑒部分互聯網安全機制外，還需要根據相關特征，完善認證機制、加密機制等方面工作，滿足信息的保密性、真實性、完整性要求。

2 物聯網技術在智慧農業發展中的應用模式分析

2.1 農情監測

農情監測在智慧農業中占據著舉足輕重的地位，利用物聯網技術，可以全面采集農作物生長區域的地理信息，包括土壤類型、有機質含量、pH值、地下水分布等，通過科學分析判斷，能夠對農作物進行定位定量的灌溉施肥。如果將農業機械設備連入到物聯網中，還可以實現更大規模的農業生產，提高對突發事件的應對能力，下面以土壤墑情監測系統為例，簡要分析物聯網技術在農情監測中的有效應用。

土壤墑情管理水平直接影響著農作物的生長狀況，而水肥管理是其中的重要內容。建立土壤墑情系統，可以自動采集土壤含水量、降雨量、地下水位等相關信息，通過信息處理，獲得最佳的灌溉時間和用水量，從而實現節約農業用水、提高作物產量的目標。土壤墑情系統主要由硬件平臺和軟件平臺組成，涵蓋了數據采集、信息傳輸、數據接收與存儲、數據分析挖掘、遠程監控管理等主要功能模塊。數據采集模塊需要對土壤數據進行實時采集和監控，分析土壤含水量，該模塊應該滿足監測范圍、數據精度等方面的要求。數據發送模塊可以利用移動通信網絡、ADSL、無線節點等多種網絡通信技術，保證數據傳遞的安全性、穩定性、可靠性，實現遠程的數據傳輸和共享。數據接收與存儲模塊主要負責接收發送模塊傳遞來的數據信息，并將其存儲到數據庫中。數據分析挖掘模塊主要作用在于從海量數據中檢索出有效數據，形成土壤墑情分析報告，為灌溉決策、施肥時機、旱澇分析提供科學依據，并且可以根據土壤墑情變化預測農作物產量數據。監控管理模塊是數據傳輸的終端，通過電子屏幕、移動產品、計算機等設備，將數據信息可視化展示給用戶，提供數據查詢、調用等功能，為相關決策提供有力支持[3]。

2.2 安全溯源

俗話說，“民以食為天，食以安為先”。然而，食品安全依然是最突出的民生難題之一，與人民群眾的生命健康、經濟發展的質量水平、社會生活的和諧穩定息息相關，如何讓口號成為現實，物聯網技術的應用提供了有力支撐。在食品監管體系中，可以分為種植養殖、生產加工、市場流通、餐飲消費4個主要環節，由于部門分管體系的原因，存在著許多監管漏洞，難以明確劃分權責。建立食品安全溯源系統，能夠打破部門之間的壁壘，實現從生產端到消費端的全過程監管，下面以肉類產品溯源系統為例展開分析，探討研究物聯網技術在各環節的有效運用。

基于物聯網技術的肉類安全溯源系統可以分為政府聯合監督系統和供應鏈用戶業務管理系統，政府聯合監管系統涵蓋了農業委員會監管、商務部門監管、工商部門監管、質量監督部門監管、衛生部門監管，各相關政府職能部門通過相應的子系統就可以實現肉類質量聯合管控的目標。而供應鏈用戶業務管理系統應該包括養殖、屠宰、批發、零售、加工、消費等主要環節，在養殖子系統，收錄著養殖戶、免疫防疫、喂養診療、出欄死亡等信息；在屠宰子系統，記載了收購登記、品質檢驗、無害化處理等相關信息；在批發子系統，主要涵蓋銷售信息統計、銷售商管理、外地肉檢測等方面信息；在零售子系統，應該包括攤位信息、巡檢記錄等方面信息；在加工及消費子系統，主要管理各相關單位的臺賬及信息。在整個流通環節，信息的感知和采集都至關重要。養殖階段，需要為仔豬佩戴 RFID標簽，里面應該存儲著該個體飼料、用藥、防疫等情況信息，并且將數據信息上傳到數據庫，形成完整的養殖檔案；屠宰階段，通過物聯網可以將達到出欄標準的禽畜就近分配到合適廠區，同樣需要建立屠宰檔案，記錄收購信息、檢疫信息，檢疫合格后才能開具證明，綁定電子標簽，然后流入市場；在批發、零售、加工、消費環節，肉類電子標簽持續傳遞和完善，消費者和食品安全監管人員可以通過二維碼、電話等多種方式進行信息溯源。對于信息不完善的情況，消費者可以積極舉報，相關部門要嚴肅處理，杜絕違法違規行為。溯源數據中蘊藏著巨大的價值，通過建立省級信息管理平臺，不但能夠查詢食品安全、加強監督管理，而且可以根據價格波動供求變化進行市場預測，生產者可以及時采取應對措施，減少不必要的損失，政府相關部門可以提前制定宏觀調控政策，維護市場穩定，保障人民群眾的基本生活需求[4]。

2.3 物流管理

大多數農產品保質期都比較短，因此對存儲環境、運輸條件等方面的要求比較高，很容易出現不新鮮或者腐爛變質等問題。現階段，物流行業已經有了突飛猛進的發展，但是，對于農產品物流管理而言，依然存在許多不足之處。物聯網技術對物流業發展具有積極的推動作用，通過射頻識別、定位系統、傳感網絡、信息交互等技術應用，能夠建立起更為高效的物流管理系統，簡化物流管理環節，降低物流管理成本，促進物流管理的信息化、智能化發展。

基于物聯網技術的物流管理系統可以對出入庫、存儲、盤點、配送等各個環節進行自動控制，有效避免了管理制度不嚴、人為操作誤差等方面產生的負面影響，而且能夠加快庫存周轉，改善業務流程，提高資源利用率，下面主要以基于物聯網技術的智能倉儲系統展開分析。該系統集合了射頻識別技術、互聯網技術、GPS定位技術、紅外視頻監控技術、圖像監控技術，能夠實現自動化的出入庫、分配位置、盤點庫存、信息管理等工作內容，主要采用了設備層、進程管理層、遠程管理層三層結構。設備層主要負責系統運行及數據采集傳輸，進程管理層負責監控設備層及倉庫狀況，遠程管理層負責遠程監控系統運行狀態。在各系統設施及功能模塊上，智能倉庫系統的硬件設施主要包括堆垛機控制系統、地面操控臺系統、RFID系統，另外，還包括顯示系統、警示系統、門禁系統、監控系統等。堆垛機控制系統負責貨物的出入庫工作，主要采用了可編程邏輯控制器作為控制核心，同時，安裝了傳感器，可以感知倉位、測量尺寸重量等相關數據。地面操控臺系統能夠控制堆垛機系統，二者可以實現信息雙向傳遞，保證系統運行的安全性和準確性。RFID系統負責采集現場數據，并將數據上傳到計算機，完成信息存儲和獲取工作。智能倉儲系統的軟件設施主要包括紅外視頻監控、RFID聯網控制、物資配送、車輛管理、身份認證等多種功能子系統，能夠盡可能提高自動化水平，減少人力資源需求量。紅外視頻監控系統可以通過多個位置的紅外高清攝像頭檢查倉庫情況，保證倉儲安全。RFID聯網控制系統可以利用RFID射頻器讀取電子標簽信息，隨時隨地可以進行出入庫管理和貨物盤點。物資配送系統實現了配送管理、倉儲管理、運輸管理、數據分析的有效整合，有利于打造一體化、信息化的物資調送管理平臺。車輛管理系統充分利用了GPS技術，根據相關信息，自動生成最佳配送方案。身份認證系統可以對出入庫人員、管理人員進行有效識別監管，自動記錄相關人員的出入庫信息，防止出現管理不善的問題，減少人為因素產生的不良影響[5]。

3 結束語

綜上所述，本文首先闡述了物聯網技術的概念和體系架構，著重分析了幾種關鍵技術，然后從農情監測、安全溯源、物流管理等方面出發，研究了物聯網技術在智慧農業發展中的典型應用模式。希望能夠起到積極的現實意義，充分認識物聯網技術的優越性，把握智慧農業的發展趨勢，通過先進技術應用，促進傳統農業的轉型升級，以求實現更好的綜合效益。