趙龍中

發(fā)展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化

趙龍中

你只要有部（臺）智能手機、平板電腦，安裝一個終端軟件，無論在家里，還是上班路上，打開手機或電腦，就可以像玩“開心農(nóng)場”一樣照看你的菜園，還能第一時間吃到新鮮蔬菜。這是現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的一種情景。

1 我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀

充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，已成為當(dāng)今世界各國農(nóng)業(yè)發(fā)展的熱點之一。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)型時期，全面實現(xiàn)這一新技術(shù)體系的轉(zhuǎn)變，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將發(fā)揮獨特而重要的作用，也為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了前所未有的機遇。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是將大量的傳感器節(jié)點構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過各種傳感器采集信息，以幫助農(nóng)民及時發(fā)現(xiàn)問題，并且準(zhǔn)確地確定發(fā)生問題的位置，這樣農(nóng)業(yè)將逐漸地從以人力為中心、依賴于孤立機械的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式，從而大量使用各種自動化、智能化、遠(yuǎn)程控制的生產(chǎn)設(shè)備。

截至2014年6月，我國共篩選出310項農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)成果，包括148個硬件設(shè)備、80個軟件系統(tǒng)、39個應(yīng)用模式、43個市場化解決方案與典型案例，涉及農(nóng)作物設(shè)施農(nóng)業(yè)、“四情”監(jiān)測、畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)機作業(yè)調(diào)度、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全等行業(yè)和領(lǐng)域。目前，北京、黑龍江、江蘇、天津、上海、安徽、內(nèi)蒙古、新疆等8個省（區(qū)、市）承擔(dān)的國家物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)區(qū)域試驗工程已先后啟動實施，并取得了階段性成果。[1]

2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)主要有感知層、傳輸層和應(yīng)用層等三個體系構(gòu)成，如圖1所示[2]。

圖1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)總體框架圖

2.1 物聯(lián)網(wǎng)感知層

該層的主要任務(wù)是將現(xiàn)實世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各種物理量通過技術(shù)手段，將其轉(zhuǎn)化為可供處理的數(shù)字化信息。其涉及的技術(shù)有：二維碼標(biāo)簽和識讀器、RFID標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、GPS、傳感器、終端、傳感器網(wǎng)絡(luò)等。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)傳輸層

該層的主要任務(wù)是將采集到的數(shù)字化農(nóng)業(yè)信息，通過各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行傳輸。傳輸層是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞，是農(nóng)業(yè)信息傳遞和處理的中心。其涉及的技術(shù)包括有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、通信與互聯(lián)網(wǎng)的融合網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)管理中心、信息中心和智能處理中心等。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層

該層的核心功能圍繞兩個方面：一是“數(shù)據(jù)”，應(yīng)用層需要完成數(shù)據(jù)的管理與處理；二是“應(yīng)用”，應(yīng)用層需要將這些數(shù)據(jù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合。應(yīng)用層可以為用戶提供具體服務(wù)，與我們的關(guān)系最緊密，因此應(yīng)用層的未來發(fā)展?jié)摿艽蟆?/p>

3 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域

通過農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣，設(shè)施蔬菜化肥施用量減少15%，節(jié)水20%，蔬菜單位面積產(chǎn)量提高30%，大幅降低勞動強度；能有效提高畜禽養(yǎng)殖場管理水平，減少畜禽養(yǎng)殖場35%用工量，畜禽成活率提高5%以上，產(chǎn)量增加15%，經(jīng)濟效益增加10%以上，勞動生產(chǎn)率提高1倍；溫室大棚實現(xiàn)綜合節(jié)能30%，節(jié)省勞動力成本50%以上。[3]

3.1 設(shè)施農(nóng)業(yè)

大棚控制系統(tǒng)中，運用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的溫度傳感器、濕度傳感器、pH值傳感器、光傳感器、CO2傳感器等設(shè)備，檢測環(huán)境中的溫度、相對濕度、pH值、光照強度、土壤養(yǎng)分、CO2濃度等物理量參數(shù)，通過各種儀器儀表實時顯示或作為自動控制的參變量參與到自動控制中，保證農(nóng)作物有一個良好、適宜的生長環(huán)境。隨著遠(yuǎn)程控制技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)人員在辦公室就能對多個大棚的生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)作物生長的最佳條件為溫室進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，達(dá)到增產(chǎn)、改善品質(zhì)、調(diào)節(jié)生長周期、提高經(jīng)濟效益的目的。如圖2[4]、3所示。

圖2 設(shè)施農(nóng)業(yè)模型

圖3 種植智能化控制應(yīng)用

3.2 畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖

在養(yǎng)殖場安裝環(huán)境監(jiān)控、牲畜或水產(chǎn)品生長全程監(jiān)控、溫室環(huán)境監(jiān)控、專家服務(wù)系統(tǒng)、智能化管理服務(wù)、視頻監(jiān)控、企業(yè)遠(yuǎn)程管理服務(wù)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)裝備，管理人員即使出差在外，每天都可以通過手機了解養(yǎng)殖場養(yǎng)殖情況，適時調(diào)控養(yǎng)殖場喂料給水、通風(fēng)增氧等。如圖4所示。

圖4 養(yǎng)殖智能化控制應(yīng)用

3.3 遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制管理

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)業(yè)在線監(jiān)測與控制系統(tǒng)，集成了設(shè)施環(huán)境實時采集、視頻監(jiān)控、環(huán)境參數(shù)智能優(yōu)化、病蟲害輔助診斷等功能，可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理和決策提供幫助。

通俗地講，這個系統(tǒng)在農(nóng)作物大棚內(nèi)安裝有空氣溫濕度、土壤水分等傳感器，并通過互聯(lián)網(wǎng)與管理者的終端（電腦、手機等）實現(xiàn)實時連接。大棚里的溫度、濕度、土壤水分含量等數(shù)據(jù)，甚至現(xiàn)場實時畫面，都能通過網(wǎng)絡(luò)傳到用戶的終端上。監(jiān)測到異常環(huán)境，比如下雨，或者大棚內(nèi)的溫度超過植物正常生長的上限或下限，系統(tǒng)都會主動向用戶發(fā)出短信警告。平時，用戶也可以方便地了解農(nóng)作物生長環(huán)境數(shù)據(jù)，及時做出調(diào)整。如圖5所示。

圖5 手機遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制管理

3.4 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全管理以農(nóng)業(yè)企業(yè)檔案數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，圍繞“生產(chǎn)、庫存、銷售”三條主線，對農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)活動、銷售狀況實施電子化管理。信息化、智能化、可視化等是基于物聯(lián)網(wǎng)的物流運輸管理的特征，采用最新的紅外、激光、無線、編碼、識別、定位、傳感器、RFID等高新技術(shù)，實現(xiàn)物流運輸安全。

為了使消費者充分了解農(nóng)產(chǎn)品的種源情況、生產(chǎn)基地環(huán)境質(zhì)量、生產(chǎn)操作過程、用料用藥情況、加工銷售過程等各個環(huán)節(jié)，結(jié)合目前先進(jìn)的條碼技術(shù)對農(nóng)產(chǎn)品的流通進(jìn)行編碼，從而實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)全程追溯管理。

通過安全的RFID標(biāo)簽，可實現(xiàn)對供應(yīng)市場農(nóng)產(chǎn)品的溯源，對蔬菜的種植、用藥、采摘、檢驗、運輸、加工等各環(huán)節(jié)進(jìn)行全過程監(jiān)管，可快速、準(zhǔn)確地確認(rèn)供給農(nóng)產(chǎn)品的來源和合法性，加快了查驗速度和效率，提高了查驗的準(zhǔn)確性。如圖6所示。

圖6 農(nóng)產(chǎn)品安全追溯流程[5]

3.5 農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量監(jiān)控與調(diào)度指揮系統(tǒng)（農(nóng)機通——農(nóng)業(yè)機械遠(yuǎn)程控制管理服務(wù)系統(tǒng)）

在拖拉機、聯(lián)合收割機上安裝農(nóng)機監(jiān)管系統(tǒng)終端，通過農(nóng)機作業(yè)計量終端、作業(yè)視頻終端、數(shù)據(jù)接收服務(wù)器和客戶端軟件，可實現(xiàn)對農(nóng)機作業(yè)的實時定位、視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控、農(nóng)機作業(yè)精確計算、費用自動核算、農(nóng)機作業(yè)進(jìn)度自動匯報。提高了農(nóng)機作業(yè)效率，也提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的信息化、智能化和科學(xué)化水平，在“三夏”農(nóng)機作業(yè)中可實現(xiàn)跨區(qū)調(diào)度指揮。

4 應(yīng)用案例

4.1 案例1

位于浙江省杭州市余杭區(qū)良渚鎮(zhèn)新港村的 “智慧農(nóng)場”示范基地，面積58.7 hm2，首期拿出4.7 hm2做“智慧農(nóng)場”，有30來個大棚，將種植西紅柿、松花菜、水果型黃瓜、西瓜等蔬菜瓜果。每個大棚長40 m、寬8 m，分隔成48個單元，每個單元約5 m2。各單元會裝上溫濕度及土壤水分傳感器、滴灌設(shè)備，連棟大棚還會裝通風(fēng)設(shè)備、照度傳感器和攝像頭。采集來的數(shù)據(jù)，將通過無線方式，傳遞到后臺服務(wù)器處理終端分析比對，再傳輸給智能手機、平板電腦、計算機，并自動控制每一個監(jiān)控區(qū)內(nèi)的空調(diào)、風(fēng)機、電磁閥的開啟與關(guān)閉。[6]

平時，你進(jìn)入手機遠(yuǎn)程終端平臺，系統(tǒng)就會顯示你種的是什么菜、生長周期；看到相關(guān)數(shù)據(jù)后，如果覺得水分不夠了，觸摸一下手機界面，給蔬菜澆澆水吧；如果想看到蔬菜瓜果最新長勢，劃一下屏，系統(tǒng)會將自動采集到的圖片呈現(xiàn)給你。收獲季節(jié)，“智慧農(nóng)場”工作人員會通知你采摘時間，如果你想和其他菜農(nóng)交換蔬菜等，系統(tǒng)還將開發(fā)物物置換功能，將你想要的蔬菜快遞上門。都市白領(lǐng)如果想來“智慧農(nóng)場”種菜，掃一下“二維碼”，將客戶端下載到手機，登錄后你可以申請種植每個大棚中的一個或幾個單元，付完一定費用后，在技術(shù)人員指導(dǎo)下，種上喜愛的蔬菜。

4.2 案例2

近年來，安徽省桐城市投入300多萬元，建成了綜合服務(wù)平臺、指揮調(diào)度中心、水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控中心和8個應(yīng)用示范點，覆蓋了大田生產(chǎn)、設(shè)施蔬菜、肉雞飼養(yǎng)、鱖魚養(yǎng)殖、農(nóng)作物育苗、苗木種植等生產(chǎn)領(lǐng)域。在市指揮調(diào)度中心的大屏幕上，通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)，示范點的農(nóng)作物“四情”、養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)都被自動檢測出來，運用編好的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計分析，最后進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，為政府決策、農(nóng)業(yè)技術(shù)指導(dǎo)和生產(chǎn)經(jīng)營提供了全方位的信息服務(wù)。

2014年，該市農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)綜合服務(wù)平臺已采集記錄數(shù)據(jù)信息32種，指導(dǎo)生產(chǎn)者開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)1 000次。據(jù)初步統(tǒng)計，建成運行的8個應(yīng)用點中種植類增產(chǎn)12%，畜牧水產(chǎn)類增產(chǎn)9%，生產(chǎn)成本平均下降10%，綜合效益平均提高25%。

5 結(jié)束語

總之，“農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”通過無線網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、移動通信等各種通信網(wǎng)路交互傳遞，從而實現(xiàn)對世界的感知。作物在不同生長周期曾被“模糊”處理的問題，都由信息化智能監(jiān)控系統(tǒng)實時定量“精確”把關(guān)，農(nóng)民只需按個開關(guān)，就能種好菜、養(yǎng)好花，動物飼養(yǎng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷、自動調(diào)節(jié)生長環(huán)境、實時定量供食供水。“農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”將成為推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的“千里眼、順風(fēng)耳”。

[1]新華社.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)助力設(shè)施農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)高效[N].四川經(jīng)濟日報：2014-10-28（3）

[2]大唐移動物聯(lián)網(wǎng)：智慧農(nóng)業(yè)的普及和應(yīng)用[EB/OL]. (2011-04-28)[2015-04-20]http://www.c114.net/m2m/2493/ a598611.html

[3]江蘇省農(nóng)業(yè)委員會,江蘇省財政廳 .關(guān)于發(fā)布2014年全省農(nóng)業(yè)重大技術(shù)推廣計劃的通知[EB/OL].（2014-3-18）[2015-04-20]http://www.jsagri.gov.cn/search/show. asp?id=604351

[4]南京物聯(lián).智慧農(nóng)業(yè)Zibgee無線智能解決方案[EB/OL]. [2015-04-20]http://www.iot-online.com/xingyeyingyong/ sn/2011/1003/11971.html

[5]揚州市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)流程圖[EB/OL].[2015-04-20]http://www.yzseed.com/news_view.asp?newsid=682

[6]潘一峰,劉偉.當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)“嫁接”到農(nóng)業(yè)中：農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化前景很美妙[N].杭州日報,2013-3-31（1）

作者信息：副校長、工程師，安徽省桐城市農(nóng)機校，231400