趙 麗

（工業(yè)和信息化部電信研究院規(guī)劃設(shè)計所 北京 100037）

1 引言

十幾年來，我國的農(nóng)村通信和農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)取得了顯著成就，通過“村通工程”、“寬帶下鄉(xiāng)”及農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)等工程的建設(shè)，大大縮短了農(nóng)村地區(qū)與城市之間的“數(shù)字鴻溝”，加快了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程。近年來，“物聯(lián)網(wǎng)”概念的出現(xiàn)令人矚目，在現(xiàn)有農(nóng)業(yè)信息化成果基礎(chǔ)上，推動物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用將進一步加快傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，促進物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2 物聯(lián)網(wǎng)概念及體系架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的拓展應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)延伸，它利用感知技術(shù)與智能裝置對物理世界進行感知識別，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸互聯(lián)，進行計算、處理和知識挖掘，實現(xiàn)人與物、物與物的信息交互和無縫鏈接，達到對物理世界實時控制、精確管理和科學(xué)決策的目的。

物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)如圖1所示，包括應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和感知層3個層面。

·感知層主要完成采集信息、識別物體、感知目標等功能，主要由各種傳感器、控制器/執(zhí)行器、RFID標簽和讀寫器、智能卡、攝像頭等采集、識別和感知裝置和設(shè)備組成。

·網(wǎng)絡(luò)層主要負責信息的傳送、管控，由電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、其他專用網(wǎng)絡(luò)及深入客戶端的延伸網(wǎng)絡(luò)組成。

·應(yīng)用層包括應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施/中間件，結(jié)合了數(shù)據(jù)庫、云計算、人工智能等技術(shù)，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)包括感知技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)以及它們之間的結(jié)合技術(shù)等。目前在我國包括RFID、傳感器等在內(nèi)的各種感知識別技術(shù)和標準還比較薄弱，大量需要依賴于國外技術(shù)；通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相對較為成熟，目前主要需要解決與感知層和應(yīng)用層的通信接口以及適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)傳送需求（實時、安全、廣部署）的問題；應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵和核心，目前主要是與行業(yè)需求結(jié)合，形成各行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，各種平臺技術(shù)還需不斷完善。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)

3 我國農(nóng)村通信及信息化發(fā)展現(xiàn)狀

“十一五”期間，通過整個通信行業(yè)的努力，到2010年底，“十一五”農(nóng)村通信發(fā)展規(guī)劃中提出的“村村通電話、鄉(xiāng)鄉(xiāng)能上網(wǎng)”的目標全面實現(xiàn)。全國范圍內(nèi)100%的行政村通電話，100%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)通互聯(lián)網(wǎng)（其中98%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)通寬帶），94%的20戶以上自然村通電話，全國近一半鄉(xiāng)鎮(zhèn)建成鄉(xiāng)鎮(zhèn)信息服務(wù)站和縣、鄉(xiāng)、村3級信息服務(wù)體系。此外，已有19個省份實現(xiàn)所有自然村通電話，75%的行政村基本具備互聯(lián)網(wǎng)接入能力?！靶畔⑾锣l(xiāng)”進展明顯，建成“農(nóng)信通”、“信息田園”、“金農(nóng)通”等全國性農(nóng)村綜合信息服務(wù)平臺，涉農(nóng)互聯(lián)網(wǎng)站接近2萬個。建成鄉(xiāng)鎮(zhèn)信息服務(wù)站20 229個、行政村信息服務(wù)點117 281個，網(wǎng)上建成鄉(xiāng)鎮(zhèn)涉農(nóng)信息庫14 137個、村信息欄目135 478個。

物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用并不是白手起家，農(nóng)村通信和信息化建設(shè)取得的成果為物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域開展應(yīng)用培育了應(yīng)用習(xí)慣，也奠定了一定的通信和信息網(wǎng)絡(luò)資源基礎(chǔ)。

4 物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用需求

目前我國農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的主要問題是農(nóng)業(yè)資源不足和農(nóng)業(yè)資源利用效率低的雙重矛盾。我國人均耕地面積不到世界人均水平的1/3，水土流失面積占耕地面積的35%；人均水資源占有量僅為世界平均水平的30%，灌溉水資源利用率不到40%；對于農(nóng)藥、化肥的消耗量占世界的30%，但是農(nóng)藥、化肥的利用率不到30%，不僅浪費嚴重，還增加了對環(huán)境的污染。因此，要解決農(nóng)業(yè)發(fā)展中存在的諸多問題，就必須加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，推進農(nóng)業(yè)科技進步和創(chuàng)新，加強農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備，提高資源利用率和勞動生產(chǎn)率。物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用，將通過感知技術(shù)獲取更多的信息，包括作物信息、農(nóng)田環(huán)境信息、農(nóng)機作業(yè)信息等，通過網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)共享獲得更多的網(wǎng)絡(luò)實時服務(wù)，從而提高精細農(nóng)業(yè)科學(xué)決策水平和作業(yè)實施水平。

農(nóng)業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需求發(fā)展趨勢，一是要求傳感設(shè)備必須向低成本、自適應(yīng)、高可靠、微功耗的方向發(fā)展；二是要求傳輸網(wǎng)絡(luò)必須具備分布式、多協(xié)議兼容、自組織和高帶寬等功能特征；三是信息處理必須達到實時、準確、自動和智能等要求。

5 物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用前景

物聯(lián)網(wǎng)在土、水資源可持續(xù)利用、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程精細管理、農(nóng)產(chǎn)品與食品安全可追溯系統(tǒng)等方面都有較好的發(fā)展前景。

通過多種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合應(yīng)用，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)發(fā)展和資源的可持續(xù)利用。在農(nóng)業(yè)資源利用中，部署農(nóng)業(yè)專用傳感器，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)的有效獲取。加強GPS在農(nóng)田耕地的應(yīng)用，支持獲取精細農(nóng)業(yè)實踐的地理坐標信息。研制輕型高光譜、多光譜、成像光譜等高空遙感儀器，通過近地遙感、高空探測、衛(wèi)星遙感等傳感手段獲取耕地利用信息，并將獲取的信息進行融合處理。

（2）農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測

提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中作物生長環(huán)境監(jiān)測信息獲取的時效性和準確性，能夠為農(nóng)業(yè)生態(tài)資源開發(fā)利用與整治管理提供技術(shù)支撐，增強農(nóng)業(yè)資源利用的可持續(xù)發(fā)展能力。開發(fā)和研制包括大氣信息、土壤信息和水文信息在內(nèi)的環(huán)境信息監(jiān)測系統(tǒng)，以及動植物個體和群體信息監(jiān)測系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)中的作物和動物生產(chǎn)和生長環(huán)境和過程將被感知，作物生產(chǎn)管理將更加精準，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程也更加安全可控。

（3）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程精細管理

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，澆水、施肥、打藥，全憑農(nóng)民的經(jīng)驗和感覺。要實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的精細化管理，就要通過感知土壤、環(huán)境、生態(tài)等信息，通過決策，實現(xiàn)水、肥、藥的精量控制和動物危害行為的預(yù)防，以提高品質(zhì)和產(chǎn)量。

（4）農(nóng)產(chǎn)品與食品安全可追溯系統(tǒng)

當前我國農(nóng)產(chǎn)品和食品安全問題突出，安全事故時有發(fā)生，農(nóng)產(chǎn)品和食品安全主要存在生產(chǎn)管理粗放、儲運物流不足、市場監(jiān)管不利等問題，需要在農(nóng)產(chǎn)品及其加工產(chǎn)品的生產(chǎn)管理、流通、產(chǎn)品交易等各個環(huán)節(jié)，廣泛采用電子標識、條形碼、傳感器網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)中間件和網(wǎng)絡(luò)平臺等關(guān)鍵技術(shù)，加強農(nóng)產(chǎn)品溯源、儲運、交易信息采集的實時采集和快速處理，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品從農(nóng)田到餐桌的全程可管可控，提高農(nóng)產(chǎn)品與食品的質(zhì)量安全。

6 物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

（1）農(nóng)業(yè)專業(yè)傳感器

農(nóng)業(yè)專業(yè)傳感器要求具有快速、低成本、低能耗、高可靠性、耐用等特點，并能夠針對植物、動物、土壤、環(huán)境等關(guān)鍵參數(shù)的靜態(tài)和動態(tài)屬性實時獲取。植物專業(yè)傳感器需獲取的指標參數(shù)有：營養(yǎng)指標（SPAD、水分、N、P、K、微量元素等）；生理指標（蛋白質(zhì)、氨基酸、酶、抗逆境指標等）；生態(tài)指標（葉面積指數(shù)、植被指數(shù)、形態(tài)、光照、葉溫、水勢、徑（酸堿度）、電導(dǎo)率（含鹽量）、溫度、濕度、N、P、K 等微量元素、有機質(zhì)、熱通量、張力、堅實度、水勢、重金屬、農(nóng)藥殘留等。環(huán)境專業(yè)傳感器需獲取的指標參數(shù)有：溫度、濕度、水分、光照、風(fēng)向風(fēng)力、CO2、有毒氣體等。

（2）農(nóng)業(yè)領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)傳送網(wǎng)絡(luò)

建立農(nóng)業(yè)領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)傳送網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息的讀取、傳輸和數(shù)據(jù)的融合。集成短距離ZigBee、藍牙、蜂窩移動、衛(wèi)星通信等各種無線通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)信息的多尺度（個域、視域、區(qū)域、地域）傳輸。大力扶持和發(fā)展TD-SCDMA、LTE等3G/4G技術(shù)標準和光纖寬帶技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。通信和信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)部署不僅僅局限于“入村”、“入戶”等滿足人的應(yīng)用需求，還要“入田”，滿足農(nóng)作物的需求。

（3）農(nóng)業(yè)領(lǐng)域信息處理平臺

將獲取的海量信息進行融合、處理，結(jié)合云計算技術(shù)，形成農(nóng)業(yè)信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，可進行農(nóng)業(yè)產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的過程監(jiān)控、“三農(nóng)”信息發(fā)布，降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)管理效率以及農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化服務(wù)水平。農(nóng)業(yè)信息處理平臺主要需要在建立開放性的軟件子模塊、建立通用性的軟件操作平臺、建立共享性的數(shù)據(jù)服務(wù)器、信息處理平臺的管理和維護以及信息安全的管理和維護等方面進行突破。

7 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，能夠改變粗放的農(nóng)業(yè)經(jīng)營管理方式，提高土地產(chǎn)出率、資源利用率和勞動生產(chǎn)率，引領(lǐng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。通過資源整合，科技攻關(guān)，加強關(guān)鍵和核心技術(shù)的研發(fā)，突破技術(shù)瓶頸，可有效實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，從而實現(xiàn)集約、高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、生態(tài)、安全的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，必將大力推進我國農(nóng)業(yè)信息化和現(xiàn)代化建設(shè)的進程。

1 工業(yè)和信息化部電信研究院.物聯(lián)網(wǎng)白皮書，2011

2 李彥，賈曦，孫明.我國農(nóng)業(yè)資源的利用現(xiàn)狀及可持續(xù)發(fā)展對策.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，35(32):10 454～10 456

3 孫忠富，杜克明，尹首一.物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢與農(nóng)業(yè)應(yīng)用展望.農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2010(5):5～8

4 何勇.物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)和存在的問題.物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用科技發(fā)展戰(zhàn)略高層研討會，北京，2010

5 邢曉江，王建立，李明棟.物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)及關(guān)鍵技術(shù).中興通信技術(shù)，2010,16(2):27～30