基于傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯中應(yīng)用的研究

周 鵬

航天信息江蘇有限公司 (南京 210000)

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式存在土地資源浪費(fèi)、生態(tài)環(huán)境惡化、農(nóng)耕文化流失等問題。我國農(nóng)業(yè)正處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型時(shí)期，而智慧農(nóng)業(yè)將成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)未來發(fā)展的趨勢(shì)。發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)是提高農(nóng)業(yè)資源利用效率、改善農(nóng)村環(huán)境、傳承農(nóng)耕文化的重要舉措。要建設(shè)智慧農(nóng)業(yè)，就要依托物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新，研究多功能、智慧化、能推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力發(fā)展的農(nóng)業(yè)科技成果，并及時(shí)地將科技成果轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的技術(shù)產(chǎn)品，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的整個(gè)過程。同時(shí)，發(fā)揮“互聯(lián)網(wǎng)+”的優(yōu)勢(shì)，以物聯(lián) O2O 的產(chǎn)業(yè)運(yùn)營模式，構(gòu)建智慧農(nóng)業(yè)管控服務(wù)交易平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)線上線下多向互動(dòng)的生產(chǎn)、經(jīng)營、管理和服務(wù)，實(shí)現(xiàn)一二三產(chǎn)業(yè)深度融合，大幅度提高農(nóng)業(yè)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的綜合效益，創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是目前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要應(yīng)用，結(jié)合傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)我們對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯中相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行研究。

1 系統(tǒng)原理

基于傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯由物聯(lián)網(wǎng)型主機(jī)、無線采集器、無線控制器(或無線采集控制器、網(wǎng)關(guān)、無線中繼器)、鏈接管道及其配套設(shè)施(如電磁閥、水泵等)、系統(tǒng)基站、本地監(jiān)控終端(或智能基站終端一體機(jī))、固定端遠(yuǎn)程監(jiān)控終端、移動(dòng)端遠(yuǎn)程監(jiān)控終端、WSN網(wǎng)絡(luò)傳感節(jié)點(diǎn)嵌入式軟件、WSN網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)嵌入式軟件、WSN網(wǎng)絡(luò)自組重構(gòu)嵌入式軟件、固定端監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理軟件和移動(dòng)端監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理軟件等組成。

系統(tǒng)工作原理為：監(jiān)控區(qū)域各采集器、控制主機(jī)等WSN節(jié)點(diǎn)及其它采用有線和無線通信方式的采集器，采集環(huán)境中pH值和EC值、土壤基質(zhì)溫度、土壤基質(zhì)水分、土壤基質(zhì)EC值、土壤基質(zhì)鹽分和土壤基質(zhì)肥力等參數(shù)，與WSN控制器、WSN網(wǎng)關(guān)、WSN系統(tǒng)基站等，采用433 MHz頻段多跳路由無線自組網(wǎng)技術(shù)等有線和無線通信方式，將各參數(shù)數(shù)據(jù)路由傳輸?shù)较到y(tǒng)基站和本地監(jiān)控終端(或智能基站終端一體機(jī))。系統(tǒng)基站和本地監(jiān)控終端(或智能基站終端一體機(jī))通過對(duì)所采集上傳的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算和存儲(chǔ)等處理，并與本地及遠(yuǎn)程固定及移動(dòng)監(jiān)控終端進(jìn)行上行通信交互，同時(shí)根據(jù)控制要求下行指令控制主機(jī)的控制單元、水泵、電磁閥等執(zhí)行設(shè)備協(xié)調(diào)工作。本地及遠(yuǎn)程固定及移動(dòng)監(jiān)控終端又可通過數(shù)據(jù)和指令監(jiān)控作物的生長，達(dá)到精準(zhǔn)高效及實(shí)時(shí)方便監(jiān)控的目標(biāo)要求。

上述系統(tǒng)采用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)較傳統(tǒng)的有線和無線信號(hào)傳輸相比，具有分布性強(qiáng)、組網(wǎng)能力強(qiáng)、可擴(kuò)展性強(qiáng)、魯棒性強(qiáng)、施工維修方便、運(yùn)營維護(hù)成本低廉、系統(tǒng)升級(jí)簡單、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，并且信號(hào)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性完全能夠滿足用戶的實(shí)際使用要求。同時(shí)，在系統(tǒng)中使用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線通信頻段為 433 MHz 通信頻段，而不采用 2.4 GHz 通信頻段。

目前，國內(nèi)外大部分作物現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境實(shí)時(shí)在線/離線標(biāo)量信息采集在采用無線通信的情況下，諸多采用 2G/3G/4G 等的公網(wǎng)無線通信或 2.4GHz 通信頻段的 ZIGBEE 協(xié)議方案。2G/3G/4G 等的公網(wǎng)無線通信由于存在運(yùn)行成本高以及野外工作封裝要求高，并由于公網(wǎng)運(yùn)行干擾影響大等不利因素，在除特殊場(chǎng)合不使用該通信方案。2.4GHz 通信頻段的 ZIGBEE 協(xié)議方案與 433 MHz 通信頻段的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方案相比，存在如無線信號(hào)繞射性差、動(dòng)態(tài)可重構(gòu)性弱、系統(tǒng)魯棒性差、組網(wǎng)能力差、性價(jià)比低級(jí)成本高等諸多的缺陷，因此在許多應(yīng)用場(chǎng)合，包括作物栽培場(chǎng)合，2.4GHz 通信頻段的 ZIGBEE 協(xié)議方案不是一個(gè)最佳的解決方案。

2 系統(tǒng)概述

將融合非實(shí)時(shí)性與實(shí)時(shí)性、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)、視頻與標(biāo)量、專家性與普通性、技術(shù)性與商業(yè)性的多數(shù)據(jù)模態(tài)運(yùn)行模式，通過傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有效解決在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中獲取信息在實(shí)時(shí)性、動(dòng)態(tài)性、透明性、客觀性、全面性、方便性以及快速性和精準(zhǔn)性等方面存在的諸多的問題。農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯離不開物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)底層傳感器網(wǎng)絡(luò)感知所具有的溯源信息的高度實(shí)時(shí)性、動(dòng)態(tài)性、透明性、客觀性、全面性、方便性以及快速性和精準(zhǔn)性的數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，離不開多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的優(yōu)勢(shì)。實(shí)際上基于傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯不僅僅是可以為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源服務(wù)，更為重要的是它在有效解決我們提出的顛覆傳統(tǒng)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源的同時(shí)，也建立了高效安全的作物栽培及畜禽養(yǎng)殖的生產(chǎn)性系統(tǒng)，以及建立了具有顛覆傳統(tǒng)的商業(yè)服務(wù)和盈利價(jià)值的商業(yè)模式的無公害、綠色和有機(jī)作物栽培及畜禽養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源體系、高效安全的作物栽培及畜禽養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)體系、具有商業(yè)服務(wù)和盈利價(jià)值的商業(yè)模式的無公害、綠色和有機(jī)作物栽培及畜禽養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)體系三者融為一體，相輔相成，而其中最重要的技術(shù)權(quán)重點(diǎn)應(yīng)該是基于O2O模式的最重要的特點(diǎn)應(yīng)該是廣大消費(fèi)者最為關(guān)注的貨真價(jià)實(shí)的健康、安全的無公害、綠色和有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品。而就目前國內(nèi)、省內(nèi)現(xiàn)狀而言，只是采用傳統(tǒng)的離線的、非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等的傳統(tǒng)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源、認(rèn)證體系來提高廣大消費(fèi)者對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的健康性、安全性的可信度幾乎是不可能的。實(shí)際上，上述具有顛覆傳統(tǒng)的三者融為一體的基于物聯(lián)O2O模式的無公害、綠色和有機(jī)作物栽培及畜禽養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，就其中我們?cè)诒痉桨钢幸鉀Q的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源體系而言，其成本就顯得不高了，特別是如果我們將消費(fèi)者定位在中高端群體，其市場(chǎng)的接受度就更高了。

傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可用于建立新型的基于O2O模式的無公害、綠色和有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)營的商業(yè)模式，可以使得物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造和系統(tǒng)集成商、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行商、科研院所專家、無公害和綠色及有機(jī)作物栽培及畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)及服務(wù)基地、政府管理部門、消費(fèi)者都運(yùn)營于作物栽培及畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)、服務(wù)交易、休閑觀光、健康養(yǎng)生、監(jiān)督管理、科普展示、咨詢消費(fèi)和盈利共贏的體系中，并瞄準(zhǔn)無公害和綠色及有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品的中高端消費(fèi)群體，構(gòu)建作物栽培及畜禽養(yǎng)殖企業(yè)、農(nóng)民和政府僅承受少量的或成本價(jià)的買單費(fèi)，而主要的買單者通過中高端酒店、大型超市、度假村、休閑中心、中高端別墅區(qū)等轉(zhuǎn)移到廣大消費(fèi)群體中。同時(shí)，由于具有生產(chǎn)基地物理世界的互聯(lián)網(wǎng)(包括移動(dòng)互聯(lián))再現(xiàn)、互聯(lián)網(wǎng)(包括移動(dòng)互聯(lián))電子商務(wù)，以及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量溯源的安全、健康、養(yǎng)生、方便、快捷、品高、廉惠的新型的消費(fèi)和生活服務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)體系，使得無公害和綠色及有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)及服務(wù)基地的無公害和綠色及有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品售價(jià)不降反升，而廣大消費(fèi)群體買到的無公害和綠色及有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品售價(jià)不升反降，其重要的原因一是因?yàn)橥ㄟ^互聯(lián)網(wǎng)(包括移動(dòng)互聯(lián))電子商務(wù)完全或幾乎完全取消了中間的經(jīng)銷商環(huán)節(jié)而成為O2O的互聯(lián)網(wǎng)(包括移動(dòng)互聯(lián))直銷，并通過生產(chǎn)基地物理世界的互聯(lián)網(wǎng)(包括移動(dòng)互聯(lián))再現(xiàn)以及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源，使得廣大消費(fèi)群體能真真正正體會(huì)并享受到無公害和綠色及有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品安全、健康的實(shí)惠和保障。

3 系統(tǒng)展望

在本文探討的應(yīng)用中，無公害和綠色及有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)及服務(wù)基地可以通過農(nóng)產(chǎn)品、服務(wù)交易、休閑觀光、健康養(yǎng)生等途徑收益；物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造和系統(tǒng)集成商、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)營商可以通過設(shè)備供應(yīng)和系統(tǒng)集成等，特別是服務(wù)等途徑收益；科研院所專家、農(nóng)產(chǎn)品電子商務(wù)運(yùn)營商、農(nóng)產(chǎn)品物流配送商主要是通過服務(wù)收益；廣大消費(fèi)者通過買到比傳統(tǒng)商業(yè)模式(這里主要是銷售模式)更廉價(jià)更可靠(貨真價(jià)實(shí))的無公害和綠色及有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品、享受安全健康的實(shí)惠和保障收益；政府管理部門通過稅收受益。這樣做，涉及這個(gè)運(yùn)行體系的各方面都有足夠的積極性來保證和帶動(dòng)系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)營。由此可見，基于傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可顛覆傳統(tǒng)的基于物聯(lián)O2O模式的無公害、綠色和有機(jī)作物栽培及畜禽養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源是最為重要、最為關(guān)鍵的技術(shù)權(quán)重點(diǎn)和商業(yè)賣點(diǎn)。這件事情做好了，廣大消費(fèi)者對(duì)真正貨真價(jià)實(shí)的農(nóng)產(chǎn)品的健康性、安全性的可信度就會(huì)大為提高，其物聯(lián)網(wǎng)體系中涉及到的運(yùn)營各方才會(huì)產(chǎn)生實(shí)實(shí)在在的收益，并帶動(dòng)系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)營。