探究物聯網核心技術在現代農業領域的應用

康憲芝 陳靜 滕岳 高貝貝

(滄州交通學院，河北 滄州 061000)

近年來，物聯網技術一出現，國家就出臺了多項政策鼓勵物聯網行業的發展與創新。我國作為傳統的農業大國，一直注重在農業領域中采用先進的科學技術，因此使用物聯網技術推動農業發展具有重要意義。目前北京、上海、山東、廣東等地區已經建立特色農業物聯網示范基地，促進了物聯網技術在現代農業中的應用[1]。

1 物聯網技術

物聯網主要指通過使用各種不同類型的傳感器，采集需要監控、互動、連接的信息，并通過各種類型的網絡接入，實現物與物、物與人的連接，實現感知、識別和管理的智能化，可以讓能夠被獨立尋址的普通對象組成互聯互通的網絡。物聯網技術在社會生活各個領域有了很多的應用空間，物聯網核心技術主要有以下幾個方面。

1.1 射頻識別技術

射頻識別技術是通過射頻信號自動識別特定目標并獲取相關數據，實現非接觸識別。射頻識別技術和傳統的條形碼相比優點突出，不僅能夠防水、耐高溫，使用壽命長；而且能夠自動識別、識別能力強、可實現長距離識別；對得到的數據可以加密、存儲信息可以隨時修改，并且可以存儲比較大的數據量。該技術在物流、零售等行業可以實現全球范圍的物品跟蹤和信息共享。

1.2 傳感器網絡技術

傳感器網絡技術在物聯網智能領域應用很廣。傳感器是外部信息獲取的源頭，利用各種類型的傳感器獲取需要的各種物品信息、環境信息，并把采集到的數據進行存儲或根據實時采集的數據進行監控和管理。傳感網絡技術主要目的就把信息的獲取、處理、傳輸和執行集成在一起，可以有效提高系統的自動化和智能化。

1.3 全球定位技術

1.4 計算機技術

物聯網技術是計算機技術的發展，能夠使萬物之間互通互聯。在智慧農業領域，運用計算機技術將各類傳感器采集的數據上傳到監控云平臺。通過網絡把多個成本性能較低的計算實體組成一個具有強大計算能力的系統。

1.5 網絡通訊技術

通過傳感器網絡采集到的數據信息需要通過網絡通訊技術進行傳輸。最常使用的通訊技術有4G通訊技術及5G通訊技術，還有非常普及的LORA無線通訊技術及M2M技術。在智慧農業中，網絡通訊技術能夠遠程完成自動化控制，實現人、機、系統的交互，使機器之間能夠在無人干預的情況下進行通信和操作。

在物聯網技術中，5個核心技術相輔相成。計算機技術就像大腦處理數據進行決策，傳感器網絡就像神經系統感知外界的信息變化，射頻識別技術就像眼睛獲取周邊信息，全球定位技術就像人體細胞，而網絡通訊技術就像血管傳遞不同信息。無論外界環境還是物體有任何變化，傳感網絡都能夠感受到，并把信息傳遞給大腦進行處理和控制。

2 物聯網核心技術在現代農業領域的應用

2.1 農業智能化種植、養殖

2.1.1 大田基地智慧種植

采用物聯網技術可以對農作物生長過程中的環境信息、土壤信息、農作物信息進行全面的監控。要落實全部監控智能化要配備衛星定位導航系統、計算機系統、進行監測的所有傳感器及相應的機械設備。

環境信息包括大氣的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度以及是否存在有害物質，通過物聯網技術對這些參數進行實時的監測分析，再通過手機或電腦終端對相應的機械設備進行控制可以調整環境達到植物最佳的生長狀態。

土壤環境是影響農作物產量的重要方面，通過對土壤酸堿度、溶解氧含量、電導率、濕度、養分等參數的實時檢測與分析，結合所種植農作物的不同確定施肥和灌溉的措施。根據傳感器測得的土壤數據，經過計算機的分析，確定灌溉時間、時長，確定施肥量及施肥路線。農民可以通過智能設備進行控制，可以有效節約水和化肥的使用量。

由于甄峰所提出的理論時間過于久遠，不適合現在的發展環境。同時，我國區域創新的指標體系中知識創新、技術創新、創新資源投入能力、創新產出、創新環境投入、人才實現能力和國家政策等多項指標都為研究提供了更多的支持。現存的評價體系因缺乏選取協同性的指標，單一的指標不能滿足企業以及多部門的創新，創新的需要加強知識和技術的融合，多主體、區域間的合作將成為未來創新發展的核心。結合遼寧地區實際情況，對遼寧地區區域創新能力建立指標體系，并以遼寧省大連市和鞍山市為例，對兩地的創新能力優勢進行比較，進而找到最適合遼寧地區的區域創新指標。

農作物信息監測，不同位置的土地上農作物生長情況也會存在不同，可以根據監測到的信息規劃施肥措施。農作物生長過程中除了澆水、施肥還有一個非常重要的問題就是防蟲害。隨著5G技術的發展，物聯網系統性能進一步提高，可以根據大數據和高新科技進行精確檢測。通過數據分析可以有效預測蟲害發生的時間、軌跡，能夠更加有效更加精準的防治，避免大量使用農藥對人體造成傷害。

2.1.2 畜禽養殖

在畜禽安全飼養方面，通過物聯網技術能夠獲取畜禽的生長情況、喂養環境、防疫用藥情況等信息，可以實現自動化的喂食、喂水及環境調節，及時發現畜禽生病情況有效防疫，并建立相應的數據檔案對畜禽數量、繁殖、用藥、飼養等情況做相應記錄，作為畜禽產品可以安全溯源的數據基礎[2]。同時利用物聯網技術開發出的針對養殖場的管理系統，可以對畜禽進行檔案管理、防疫管理、醫療管理。通過電子標簽可以快速獲得每個畜禽的所有養殖信息，可以對養殖生產進行有效的監督和管理。

2.1.3 漁業生態養殖

物聯網技術應用到到漁業各個環節。在水產養殖中，通過對養殖環境安裝不同類型的傳感器和網絡監控設備，對水體溫度、溶解氧、pH值、鹽度、濁度等信息進行監測，并對測量數據進行評估，根據所得參數進行智能控制。在海洋漁業中，可以通過海洋監測站、圖像采集系統及衛星定位通信技術監測海洋鹽度、溫度、溶氧、浮游生物以及污染物等情況。海洋監測漁船無法到達的地方可以通過衛星實時傳輸數據。對提供海洋漁業資源信息，防治海洋污染，為海洋突發事件預警提供了幫助。

2.2 農產品流通及安全溯源

物聯網技術可以給農產品提供一個平臺，使農產品能夠更好的“賣出去”。與發達的城市相比，農村交通設施不便，且消息相對閉塞。隨著電商知識越來越普及和政府的大力支持，許多企業搭建了農村物流的大數據平臺，農資網上商城也逐漸建立，物聯網技術結合電商模式可以給農業的種植、養殖及銷售開啟一個新的篇章，產品信息通過互聯網可以被更多的消費者看到，能夠更好的銷售出去。

通過農業物聯網可以使農戶和經銷商建立聯系。經銷商可以通過物聯網了解哪些地方的農作物成熟了，哪些地方農作物數量多質量好，可以提前和農戶做好收購計劃。農戶也可以通過物聯網知道農產品的銷路情況，哪些農產品過剩不好銷售，哪些農產品比較稀缺供應不足，根據統計數據對經銷商進行選擇，根據農產品銷售情況確定下一季度的種植、養殖計劃，可以有效防止由于農產品滯銷帶來的經濟損失。

通過物聯網還可以對農產品進行供應鏈管理。物聯網技術可以收集農產品種植養殖、生產、加工、存儲、物流及供應商等信息，并根據這些信息對產品的供銷進行系統科學的管理。物聯網技術可以賦予農產品身份信息，通過條碼、二維碼、射頻識別標簽可以使用掃描設備讀取產品的所有信息，如產地、物流、配送人員，不僅有利于保障食品安全，而且方便實施售后，也為近幾年新冠肺炎疫情的流調溯源提供了幫助。

2.3 數據采集中心

基于物聯網技術對農業種植養殖生產銷售過程中的數據進行實時采集，可以提高數據采集效率和數據質量。傳統的統計方法效率低、誤差大、成本高。利用物聯網技術可以使數據收集更加方便快捷，可以存儲大量數據，在保證數據準確性的同時還能有效防止數據丟失。由于物聯網的數據具有實時性和動態變化性，可以對需要監控的對象采用建模的方法進行數據整理。使用不同的數據流分類方法針對用戶需要了解的側重點可以得到不同的分類結果。將計算機網絡技術和統計分析技術相結合，建立農業數據采集中心，能夠有效提高工作效率，并保證結果的準確性。

3 農業物聯網存在的問題

3.1 農業種植養殖環境的問題

農產品的生產和流通有其自身的特點。農村的種植養殖環境一般比較分散、偏遠。雖然政府投出大量的財力物力來改善農村生產生活環境，但是有些偏遠地區農作物種植基地、畜禽水產養殖基地環境復雜，農戶散落，給農產品的生產和運輸帶來很大的不便。農產品種植、養殖與季節息息相關，不同季節供需差距較大。物流需要根據農產品的成熟季節的不同進行調整。一些較偏遠的地區網絡環境比較差，不能夠搭建云平臺實時讀取數據和外界有效交流信息；基礎設施薄弱的地方電力系統也不完善，電力系統不足導致所有電子設備都不能正常工作，無法提供物聯網需要的基本物理條件。

3.2 物聯網技術與農業領域的融合度不夠

雖然我國已經建立了許多大田種植基地、畜禽養殖基地、漁業養殖基地。總體來說物聯網技術在種植養殖的應用中時間較短，還有許多不足需要在實踐中摸索改進。在一些新的應用領域物聯網還處于試驗階段，沒有統一的技術指標和規范標準，隨著物聯網的發展，國內出現許多水平不一的云平臺，企業和用戶很難選擇合適的平臺和供應商。部分企業和種植養殖人員缺乏技術經驗，推廣難度較大。物聯網技術和產業的融合還需要不斷探索。

3.3 缺少熟悉物聯網專業與現代農業的復合型人才

農業物聯網是現代農業的新興事物，迫切需要既熟悉物聯網專業又懂得現代農業的復合型人才。在實際的農業領域，大部分農戶文化水平較低，一些種植養殖人員和企業觀念陳舊不能接受新的科學技術，種植養殖過程中僅憑借自身經驗，缺少系統的科學的種植養殖管理理念，缺少相關技術的培訓，缺少技術人員給予科學的種植養殖和管理辦法的技術支持，很難滿足智慧農業的發展需求。缺少能夠對農業種植養殖數據的信息分析人才，難以根據獲得的數據對環境災害、市場需求進行有效分析、科學判斷。因此，急需專業水平較高的復合型人才來推動我國智慧農業的發展[3]。

4 現代農業物聯網技術的發展趨勢

4.1 物聯網配套設施越來越完善

國家正在加大資金投入、引入社會資金加強物聯網在農村的基礎設施建設，建立提供良好的電力資源和網絡環境。政府已經出臺相關政策大力扶植農資電商，以電商的發展帶動配套體系的不斷完善。

4.2 物聯網使用越來越普及

國外的物聯網技術已經比較成熟，能夠實現對地區環境的實時監控，為農業提供數據支持。我國現階段也已經建立了很多大田種植基地、畜禽養殖基地、漁業養殖基地，經過不斷的完善也將在我國逐步普及。

要努力降低成本，物聯網平臺的建設，大量高精度傳感器的使用，都會提高使用和研發的成本，而農業物聯網的普及降低成本是一項非常重要的前提條件；平臺標準化，目前國內存在著大量的云平臺供應商，水平參差不齊，因此需要對平臺設計建立統一的標準[4]；安全性，通過物聯網可以快速讀取大量數據，并進行處理，提高物聯網的安全性是非常關鍵的。可以通過建立傳感器網絡秘鑰管理系統，增加無線傳感器安全路由協議，使用相關的算法提高物聯網使用的安全性。

4.3 不斷培養高精尖人才

任何技術的發展都離不開相關領域的人才培養，農業物聯網具有一定的綜合性，需要積極培養高素質、高水平的專業人才。要加強對農戶的技術培訓，由專業人員定期對農戶進行技術支持；培養既熟悉物聯網專業又懂得現代農業的復合型人才，出臺激勵政策鼓勵大學生回鄉支持農業發展建設[5]。

4.4 “5G+大數據+AI技術”共同發展

伴隨著大數據、5G、AI等新一代信息技術的發展，物聯網也將迎來新的契機。隨著無線通訊技術占比的加大，5G技術正是面向產業互聯網和智慧農業智慧城市等更廣闊的應用，能夠支持更多的智能終端設備的接入。有數據顯示，5G可以做到1km2接入100萬個傳感器進行聯網。大量的終端接入必然會積累大量的數據，大數據技術可以對這些數據進行分析存儲，經過數據分析可以得到更有價值的信息。AI技術則會根據數據的分析，結合先進的算法進行優化，最終對終端進行反饋。有“5G+大數據+AI技術”的共同支持，物聯網將不僅僅局限于萬物皆可互聯，而是可以實現萬物皆可智聯。

5 結語

物聯網行業的出現促進了農村種植、養殖及生產銷售模式的轉變。采用物聯網技術，可以對農作物種植、畜禽養殖、漁業的信息進行有效監測和控制，在保證農產品質量的同時提高產量。隨著物聯網技術在現代農業領域的應用越來越成熟，信息技術在農業領域應用的范圍越來越廣，借助國家對農業經濟的扶持，對農業物聯網人才的培養，智慧農業將得到全面的發展，農業生產銷售水平必然要上一個新臺階。