黃敬

中圖分類號：F270 文獻(xiàn)標(biāo)識：A 文章編號：1674-1145（2016）02-000-02

摘 要 物聯(lián)網(wǎng)是新的信息技術(shù)變革，被認(rèn)為是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，代表了信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的新一輪革命。文章介紹了物聯(lián)網(wǎng)的概念、產(chǎn)生與發(fā)展及在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，重點分析了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢和共性關(guān)鍵技術(shù)。最后，提出了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展策略。

關(guān)鍵詞 農(nóng)業(yè) 物聯(lián)網(wǎng) 精細(xì)管理 智能農(nóng)業(yè)

農(nóng)業(yè)具有對象多樣，地域廣闊，偏僻分散，遠(yuǎn)離都市社區(qū)，通信條件落后等特點，因此在多數(shù)情況下，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)信息的獲取非常困難，隨著電子技術(shù)，無線網(wǎng)絡(luò)催生了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，把通信信息關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用搭建在一個農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能化監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。

近年來，隨著智能農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，智能感知芯片、移動嵌入式系統(tǒng)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用逐步拓寬， 通過使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以有效降低人力消耗和對農(nóng)田環(huán)境的影響，獲取精確的作物環(huán)境和作物信息，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，足不出戶就可以監(jiān)測到農(nóng)田信息，實現(xiàn)科學(xué)監(jiān)測、科學(xué)種植，促進(jìn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以更好地控制農(nóng)作物的生長環(huán)境，使之能夠更好地適應(yīng)作物的生長，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，有利于實現(xiàn)農(nóng)作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，提高土地的產(chǎn)出率，提高農(nóng)業(yè)抗御自然災(zāi)害的能力。

一、何為物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是在計算機、互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個廣發(fā)覆蓋可控產(chǎn)品的“Internet of Things”。在這個網(wǎng)絡(luò)中，物品（商品）能夠彼此進(jìn)行“交流”，而無需人的干預(yù)。其實質(zhì)是利用射頻自動識別（RFID）技術(shù)，通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物品（商品）的自動識別和信息的互聯(lián)與共享。

二、物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域

物聯(lián)網(wǎng)可以應(yīng)用的領(lǐng)域頗為廣泛，實際上某些領(lǐng)域已經(jīng)部分實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，只是還沒有進(jìn)行大面積的推廣和系統(tǒng)總結(jié)。比如在物流領(lǐng)域，購買者已經(jīng)可以通過條形碼實時追蹤物品動態(tài)。在消費領(lǐng)域，消費者可以通過手機了解商品的成分、產(chǎn)地、日期等信息。當(dāng)然，物聯(lián)網(wǎng)更大的作用還在于應(yīng)用到生產(chǎn)生活等系統(tǒng)領(lǐng)域。

第一，智能農(nóng)業(yè)。

智能農(nóng)業(yè)產(chǎn)品通過實時采集溫室內(nèi)溫度、濕度信號以及光照、土壤溫度、CO2濃度、葉面濕度、露點溫度等環(huán)境參數(shù)，自動開啟或者關(guān)閉指定設(shè)備。可以根據(jù)用戶需求，隨時進(jìn)行處理，為設(shè)施農(nóng)業(yè)綜合生態(tài)信息自動監(jiān)測、對環(huán)境進(jìn)行自動控制和智能化管理提供科學(xué)依據(jù)。

第二，智能家居。

智能家居產(chǎn)品融合自動化控制系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)于一體，將各種家庭設(shè)備（如音視頻設(shè)備、照明系統(tǒng)、窗簾控制、空調(diào)控制、安防系統(tǒng)、數(shù)字影院系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電等）通過智能家庭網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)自動化，通過寬帶、固話和3G無線網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)對家庭設(shè)備的遠(yuǎn)程操控。

三、物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

我們從農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)不同的階段來看，無論是從種植的培育階段和收獲階段，都可以用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)來提高它工作的效率和精細(xì)管理。

第一，在種植準(zhǔn)備的階段，我們可以在溫室里面布置很多的傳感器，分析實時的土壤信息，來選擇合適的農(nóng)作物。

第二，在種植和培育階段，可以用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)手段采集溫度、濕度的信息，進(jìn)行高效的管理，從而應(yīng)對環(huán)境的變化，保證植物育苗在最佳環(huán)境中生長。比如說通過采集設(shè)備，比如說降溫了，我可以給他在溫室里加熱。

第三，在農(nóng)作物生長方面，可以利用物聯(lián)網(wǎng)實時監(jiān)測作物生長的環(huán)境信息、養(yǎng)分信息和作物病蟲害情況。利用相關(guān)傳感器準(zhǔn)確、實時地獲取土壤水分、環(huán)境溫濕度、光照情況，通過實時的數(shù)據(jù)監(jiān)測和物定作物的專家經(jīng)驗相結(jié)合，配合控制系統(tǒng)調(diào)理作物生長環(huán)境，改善作物營養(yǎng)狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)作物的病蟲害爆發(fā)時期，維持作物最佳生長條件，對作物的行長管理有非常重要的作用。

第四，在農(nóng)產(chǎn)品的收獲階段，我們也同樣可以利用物聯(lián)網(wǎng)的信息，把它傳輸階段、使用階段的各種性能進(jìn)行采集，反饋到前端，從而在種植收獲階段進(jìn)行更精準(zhǔn)的測算。

第五，提高效率，節(jié)省人工，如果是幾千畝的農(nóng)場，要對各大棚進(jìn)行澆水施肥，手工加溫，手工卷簾，那要用大量的時間和人員來操作。如果應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，手動控制也只需點擊鼠標(biāo)的微小的動作，前后不過幾秒，完全替代了人工操作的繁瑣。

四、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的幾個特征

第一，“感知”是基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)之所以被認(rèn)為對于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有顛覆意義，重要一點就是改變了以往農(nóng)業(yè)人員依靠有限農(nóng)業(yè)知識對植物、土壤以及農(nóng)業(yè)環(huán)境進(jìn)行主觀判斷，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，澆水、施肥、打藥，農(nóng)民全憑經(jīng)驗、靠感覺，隨著時間的推移，經(jīng)驗判斷有可能出現(xiàn)遺漏乃至斷層，而依靠感覺也會造成誤判，對于個體生產(chǎn)而言，這樣的失誤造成的損失不會太大，但是處于企業(yè)化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，造成的損失的就大大增加了。所以，“感知農(nóng)業(yè)”的優(yōu)勢就在此時得以凸顯。“感知農(nóng)業(yè)”通過室內(nèi)傳感器"捕捉"各項數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)采集控制器匯總、中控室電腦分析處理，結(jié)果即時顯示在屏幕上。這其中就包括溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等，中央計算機還會通過計算給出決策方案，農(nóng)業(yè)人員只需根據(jù)方案進(jìn)行澆水、施肥或者改善植物生長環(huán)境。

第二，“鏈條”是重點。在通過傳感器以及GPRS和地理信息系統(tǒng)采集了視頻、溫度、濕度、光照和土壤等數(shù)據(jù)之后，還要通過一系列的系統(tǒng)實施操作，例如進(jìn)行精準(zhǔn)施肥、施藥、灌溉以及光照，在實施完成之后，還可收集反饋信息以做進(jìn)一步的判斷。從收集信息--作出決策--實施操作--后續(xù)反饋，這是一個完成的“鏈條”，如果缺少其中任何一個環(huán)節(jié)，都難以稱之為智能農(nóng)業(yè)。除此之外，在作物生長周期內(nèi)，從播種到收割，以致倉儲，都需要相應(yīng)的科技裝備支撐，這樣才能大幅高效地提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

第三，產(chǎn)品是關(guān)鍵。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品即農(nóng)業(yè)生產(chǎn)解決方案。以小湯山國家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)示范基地為例，基地就安裝了綠地自動化灌溉系統(tǒng)，這套系統(tǒng)主要采用噴灌灌溉方式，控制4個電磁閥開啟，檢測的主要有風(fēng)速和空氣溫濕度信息。自動控制系統(tǒng)與上位機通過485方式進(jìn)行通訊，用戶還可以通過手機短信進(jìn)行控制。

只有裝備了匹配的系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)才可能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，才能使得物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域運行的更加流暢和高效。

五、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

第一，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用尚處于試點階段。筆者以為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的路徑應(yīng)該是：概念的提出——產(chǎn)品的研制——試點實驗——小范圍部分領(lǐng)域推廣——大面積推廣——萬物互聯(lián)，而我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展剛剛步入起步時期的試點實驗階段，在這一階段，雖然產(chǎn)品以及技術(shù)的問題已經(jīng)基本解決，但是仍然面臨著找到推廣捷徑以及如何降低推廣成本的問題。由于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)概念并未誕生于本土以及發(fā)自農(nóng)民實際自身的需求，雖然它是未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，但是如果農(nóng)民沒有近期的實際的需求，其大范圍推廣使用就面臨不小的困難。僅以物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展走在前沿的江蘇為例，首先出現(xiàn)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)試點也處于經(jīng)濟效益增長較快以及有實際需要的水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域。所以農(nóng)業(yè)種植方面應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)恐怕還需要走不短的路程。

第二，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用尚處于部分環(huán)節(jié)。按照目前的設(shè)想，最終農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將會實現(xiàn)從種植到出售乃至產(chǎn)品追溯全產(chǎn)業(yè)鏈的應(yīng)有。也是就從田間地頭到餐桌冰箱，全程實現(xiàn)互聯(lián)和信息共享，任何節(jié)點都可實現(xiàn)順查、倒查以及智能操控。而目前我們的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用領(lǐng)域還是出現(xiàn)例如農(nóng)產(chǎn)品流通、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯等部分環(huán)節(jié)。其中最為典型的就是全國豬肉質(zhì)量安全追溯體系的建設(shè)和推廣以及政府大力推進(jìn)的“農(nóng)超對接”。這種部分環(huán)節(jié)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可能也是打開物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用局面的一個突破口，但是，同時也說明了距離萬物互聯(lián)的真正農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)還有差距。

第三，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用投資主體不明確。投資是一個產(chǎn)業(yè)得以起步、發(fā)展、興盛的初始動力。而目前為止，我們尚沒有看見農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)形成清晰的投資格局，很大一部分原因就是因為沒有一個自發(fā)、持續(xù)、雄厚的投資主體。政府的投資雖然具有帶動效應(yīng)，但是如果沒有對市場底層的觀察的深刻體會，極易造成投資的浪費和泡沫。企業(yè)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的投資也只是一些試點的建設(shè)，示范作用大于實際意義。作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主體——農(nóng)民，龐大的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是他們無力承擔(dān)的，同時也沒有迫切的投資動力。

最后，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)目前的發(fā)展除過以上問題之外，例如還有農(nóng)業(yè)領(lǐng)域各個參與者如何合作、企業(yè)和農(nóng)民如何加強信息溝通、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)軟件環(huán)境如何形成以及收益如何分成等等問題。問題的存在恰恰是一個行業(yè)處于發(fā)展階段和面臨發(fā)展機遇的標(biāo)志。而看清農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展所具備的條件就是抓住機遇的關(guān)鍵。

六、物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的意義

目前，我國大多數(shù)水果生產(chǎn)主要依靠人工經(jīng)驗盡心管理，缺乏系統(tǒng)的科學(xué)指導(dǎo)。設(shè)施栽培技術(shù)的發(fā)展，對于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程具有深遠(yuǎn)的影響。設(shè)施栽培為解決我國城鄉(xiāng)居民消費結(jié)構(gòu)和農(nóng)民增收，為推進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整發(fā)揮了重要作用，溫室種植已在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位。要實現(xiàn)高水平的設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和優(yōu)化設(shè)施生物環(huán)境控制，信息獲取手段是最重要的關(guān)鍵技術(shù)之一。作為現(xiàn)代信息技術(shù)三大基礎(chǔ)（傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)）的高度集成而形成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的信息獲取和處理技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)由數(shù)量眾多的低能源、低功耗的智能傳感器節(jié)點所組成，能夠協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對其進(jìn)行處理，獲得詳盡而準(zhǔn)確的信息，通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送到基站主機以及需要這些信息的用戶，同時用戶也可以將指令通過網(wǎng)絡(luò)傳送到目標(biāo)節(jié)點使其執(zhí)行特定任務(wù)。

我國是農(nóng)業(yè)大國，而非農(nóng)業(yè)強國。近30年來果園高產(chǎn)量主要依靠農(nóng)藥化肥的大量投入，大部分化肥和水資源沒有被有效利用而隨地棄置，導(dǎo)致大量養(yǎng)分損失并造成環(huán)境污染。我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍然以傳統(tǒng)生產(chǎn)模式為主，傳統(tǒng)耕種只能憑經(jīng)驗施肥灌溉，不僅浪費大量的人力物力，也對環(huán)境保護(hù)與水土保持構(gòu)成嚴(yán)重威脅，對農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。針對上述問題，利用實時、動態(tài)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息采集系統(tǒng)，實現(xiàn)快速、多維、多尺度的果園信息實時監(jiān)測，并在信息與種植專家知識系統(tǒng)基礎(chǔ)上實現(xiàn)農(nóng)田的智能灌溉、智能施肥與智能噴藥等自動控制。突破果園信息獲取困難與智能化程度低等技術(shù)發(fā)展瓶頸，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的智能互聯(lián)形成農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，是十分必要的。