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　　物聯(lián)網(wǎng)技術在農(nóng)業(yè)領域的三個關鍵應用點

　　1 農(nóng)業(yè)智能傳感器應用

　　傳感器是把被測量的信息轉(zhuǎn)換為另一種易于檢測和處理的量(通常是電學量)的獨立器件或設備，傳感器的核心部分是具有信息形式轉(zhuǎn)換功能的敏感元件。在物聯(lián)網(wǎng)中傳感器的作用尤為突出，是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中獲得信息的主要設備。物聯(lián)網(wǎng)依靠于傳感器感知到每個物體的狀態(tài)、行為等數(shù)據(jù)。

　　在大田種植方面，傳感器可以對目標監(jiān)測區(qū)內(nèi)的空氣溫濕度、土壤溫濕度、CO2濃度、土壤pH值和光照強度等農(nóng)業(yè)環(huán)境信息進行實時采集，為精準農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測提供了有效的解決方案，有助于農(nóng)業(yè)部門制定出更加有效的提高農(nóng)作物產(chǎn)量的方法。在作物的生長過程中還可以利用包括光譜、多光譜圖像、冠層溫度、冠層光照及環(huán)境溫濕度等多傳感信息探測器對作物生長信息進行監(jiān)測。HamritaTK開發(fā)出土壤性質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，運用了RFID技術，實現(xiàn)了對土壤溫度、濕度等的實時監(jiān)測，對后續(xù)植物的生長狀況提供研究的依據(jù)。BowmanKD，AmpatzidisYG等將RFID技術應用于檢測果樹的信息，從而分析出果實的生長狀況。中國農(nóng)業(yè)大學2009年在新疆建立的滴灌控制系統(tǒng)可以自動監(jiān)測農(nóng)作物生長的土壤墑情信息，實現(xiàn)按照土壤墑情進行自動滴灌，從而達到節(jié)約農(nóng)業(yè)用水的目的。

　　在設施園藝方面，可采用不同的傳感器采集土壤溫度、濕度、pH值、降水量、空氣濕度和氣壓、光照強度、CO2濃度等作物生長參數(shù)，為溫室精準調(diào)控提供科學依據(jù)。中國農(nóng)業(yè)大學、中國農(nóng)科院、國家農(nóng)業(yè)信息技術研究中心、浙江大學、華南農(nóng)業(yè)大學和江蘇大學等針對我國不同的溫室種類研制了適用于我國溫室環(huán)境的數(shù)據(jù)采集、無線通信技術解決方案，可以實現(xiàn)溫室環(huán)境的狀態(tài)監(jiān)測和控制。

　　在畜禽養(yǎng)殖方面，運用各種傳感器可以采集畜禽養(yǎng)殖環(huán)境以及動物的行為特征和健康狀況等信息。荷蘭的Velos智能化母豬管理系統(tǒng)在歐美國家得到了廣泛應用，通過對傳感器采集到的信息進行分析和處理，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)母豬養(yǎng)殖過程自動供料、自動管理、自動數(shù)據(jù)傳輸和自動報警。謝琪、耿麗微等分別設計并實現(xiàn)了基于RFID的養(yǎng)豬管理與監(jiān)控系統(tǒng)和奶牛身份識別系統(tǒng)。ParsonsJ等［17］對Colo-rado的羊安裝電子標簽，運用物聯(lián)網(wǎng)技術提高了羊群管理效率。

　　在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面，傳感器可以用于水體溫度、pH值、溶解氧、鹽度、濁度、氨氮、COD和BOD等對水產(chǎn)品生長環(huán)境有重大影響的水質(zhì)及環(huán)境參數(shù)的實時采集，進而為水質(zhì)控制提供科學依據(jù)。中國農(nóng)業(yè)大學李道亮團隊開發(fā)的集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖智能管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)溶解氧、pH值、氨氮等水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)參數(shù)的監(jiān)測和智能調(diào)控，并在全國十幾個省市開展了應用示范。

　　在果蔬和糧食儲藏方面，溫度傳感器發(fā)揮著巨大的作用，制冷機根據(jù)冷庫內(nèi)溫度傳感器的實時參數(shù)值實施自動控制并且保持該溫度的相對穩(wěn)定。貯藏庫內(nèi)降低溫度，保持濕度，通過氣體調(diào)節(jié)，使相對濕度(RH)、O2濃度、CO2濃度等保持合理比例，控制系統(tǒng)采集貯藏庫內(nèi)的溫度傳感器、濕度傳感器、O2濃度傳感器、CO2濃度傳感器等物理量參數(shù)，通過各種儀器儀表適時顯示或作為自動控制的參變量參與到自動控制中，保證有一個適宜的貯藏保鮮環(huán)境，達到最佳的保鮮效果。

　　在農(nóng)產(chǎn)品安全溯源方面，能夠利用RFID技術快速反應、追本溯源，確定農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量問題所在。由于“多寶魚”、“瘦肉精豬肉”等農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全事故頻發(fā)，在北京、上海、南京等地已開始采用條碼、IC卡和RFID等技術建立農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)。一些單位開始研究適合中國國情的基于物聯(lián)網(wǎng)的可追溯技術和架構方法并部分實現(xiàn)了集成應用。楊信廷將RFID技術與傳感器技術有效結合，對水產(chǎn)品供應鏈中的物流環(huán)節(jié)進行全程監(jiān)控與追蹤。謝菊芳等運用二維條碼技術、RFID技術和組件技術，分別構建了豬肉和柑橘的追溯系統(tǒng)。SpiesslMayrE等運用RFID技術改進和優(yōu)化了豬肉的可追溯系統(tǒng)。

　　總之，我國農(nóng)業(yè)專用傳感器技術的研究相對還比較滯后，特別是在農(nóng)業(yè)用智能傳感器、RFID等感知設備的研發(fā)和制造方面，許多應用項目還主要依賴進口感知設備。目前中國農(nóng)業(yè)大學、國家農(nóng)業(yè)信息化工程中心和中國農(nóng)科院等單位已開始進行農(nóng)用感知設備的研制工作，但大部分產(chǎn)品還停留在實驗室階段，產(chǎn)品在穩(wěn)定性、可靠性及低功耗等性能參數(shù)方面還和國外產(chǎn)品存在不少差距，離產(chǎn)業(yè)化推廣還有一定的距離。

　　2 農(nóng)業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡應用

　　無線傳感器網(wǎng)絡(WirelessSensorNetwork，WSN)是由多個節(jié)點組成的面向任務的無線網(wǎng)絡，是一種無基礎設施的網(wǎng)絡。它綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡及無線通信技術和分布式信息處理技術等多種領域技術，能協(xié)作地進行實時監(jiān)測、感知和采集節(jié)點部署區(qū)域的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對這些數(shù)據(jù)進行處理，獲得詳盡而準確的信息，通過無線網(wǎng)絡最終發(fā)送給觀察者。

　　在大田種植方面，聞珍霞等為了實現(xiàn)對設施農(nóng)業(yè)中植物－土壤－環(huán)境的動態(tài)實時監(jiān)控，以杭州美人紫葡萄栽培基地首批信息化試驗區(qū)為例，開發(fā)和應用無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)和智能化管理及控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對土壤水分、養(yǎng)分、溫度、濕度和光照等信息的實時動態(tài)測試與顯示，并能根據(jù)葡萄優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)生長的需要進行自動控制灌溉，取得了較好的效果。高軍等采用基于ZigBee技術的無線傳感網(wǎng)絡與GPRS網(wǎng)絡相結合的節(jié)水灌溉控制系統(tǒng)，能根據(jù)土壤墑情和作物用水規(guī)律實施精準灌溉，有效地解決了農(nóng)業(yè)灌溉用水利用率低的問題。楊婷等設計了基于CC2430的無線傳感器網(wǎng)絡自動控制滴灌系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠監(jiān)測植物土壤濕度、環(huán)境溫度和光照的變化，通過無線網(wǎng)絡將傳感器信號反饋，結合傳感器融合技術對滴灌動作做出精確判斷。DamasM等［29］在西班牙開發(fā)和示范應用了一個分布式的遠程自動灌溉系統(tǒng)，它可以控制1500hm2灌溉面積，測試表明可以節(jié)約30%～60%的用水。

　　在設施園藝方面，2002年，英特爾公司率先在俄勒岡州建立了第1個無線葡萄園，傳感器節(jié)點被分布在葡萄園的每個角落，每隔1min檢測一次土壤溫度、濕度或該區(qū)域有害物的數(shù)量，以確保葡萄健康生長，進而獲得大豐收。石軍鋒等［30］設計了一種基于MOTE-KIT2400的溫室Web監(jiān)控系統(tǒng)，開發(fā)了網(wǎng)關接口程序，給出了數(shù)據(jù)解析算法，實現(xiàn)了傳感數(shù)據(jù)的獲取，同時利用ASP.NET2.0技術開發(fā)了Web應用程序，實現(xiàn)了對溫室環(huán)境的遠程監(jiān)控。

　　在畜禽養(yǎng)殖方面，林惠強等針對目前飼養(yǎng)場對動物的行為特征和健康狀況無法實時獲取的情況，提出在畜牧業(yè)中利用無線傳感網(wǎng)絡傳送動物的信息，解決了飼養(yǎng)動物生理特征信息實時傳輸?shù)膯栴};同時，根據(jù)飼養(yǎng)場的實際情況，結合無線傳感網(wǎng)絡的特點，設計了一個切實可行的無線傳感器網(wǎng)絡動物檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)解決了網(wǎng)絡部署、節(jié)點設計、節(jié)點定位、路由和可視化平臺的設計等問題。王冉等針對規(guī)?；竽琉B(yǎng)殖中畜禽舍環(huán)境監(jiān)測難的問題，設計開發(fā)了一套基于無線傳感網(wǎng)絡的畜禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能對畜禽舍環(huán)境參數(shù)(如溫度、濕度、光照、大氣壓和氨氣濃度等指標)進行實時監(jiān)測，并能智能化地根據(jù)設定的環(huán)境指標上下限自動控制畜禽舍相關設備如風機、風扇、濕簾和電燈等的開啟，最終達到將畜禽舍環(huán)境參數(shù)控制在設定的范圍，減少動物熱應激，凈化畜禽舍環(huán)境，促進動物健康成長的目的。

　　Bishop-HurleyG等開展了一項耕牛自動放牧測試，成功地實現(xiàn)了第1個基于無線傳感器網(wǎng)絡的虛擬柵欄系統(tǒng)。NaglL等為家養(yǎng)牲畜設計了一個遠程健康監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)中有多種類型的傳感器，包括GPS傳感器、脈碼血氧計、溫度傳感器、電子地帶、呼吸傳感器和環(huán)境溫度傳感器。TaylorK等研究了一種完備的智能動物管理系統(tǒng)，每個動物身上安裝一個無線傳感器，用于無線檢測動物的位置和各種健康信息。

　　在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面，中國農(nóng)業(yè)大學李道亮團隊將水質(zhì)監(jiān)測無線傳感網(wǎng)絡運用到了水產(chǎn)養(yǎng)殖中，目前，該系統(tǒng)在江蘇省宜興市河蟹養(yǎng)殖應用推廣667hm2(10000畝)。董方武等針對淡水養(yǎng)殖特點，采用ZigBee無線網(wǎng)絡技術及傳感器技術，設計了一種基于ZigBee技術的淡水養(yǎng)殖溶氧濃度自動監(jiān)控系統(tǒng)，進行了監(jiān)控網(wǎng)絡結構、節(jié)點硬件電路和軟件設計，實現(xiàn)了溶氧濃度和溫度等參數(shù)的實時監(jiān)控。

　　此外，無線傳感網(wǎng)絡應還用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測等領域。PerkinsM等介紹了一種由Motorola實驗室開發(fā)的低開銷、低能、自組織的傳感器網(wǎng)絡neuRFon，該系統(tǒng)可以監(jiān)測農(nóng)業(yè)、環(huán)境和一些過程參數(shù)。李正明等將無線傳感器網(wǎng)絡應用于水文水利監(jiān)測系統(tǒng)中，構建了基于WSN的無線水文水利監(jiān)測系統(tǒng)，在硬件設計中分別采用單片機和ARM微處理器與CC2500配合設計網(wǎng)絡節(jié)點;在軟件設計中，移植TinyOS操作系統(tǒng)和ZigBee協(xié)議棧，搭建軟件開發(fā)平臺。

　　綜上所述，ZigBee技術是基于IEEE802.14標準的關于無線組網(wǎng)、安全和應用等方面的技術標準，被廣泛應用在無線傳感網(wǎng)絡的組建中。

　　3 智能信息處理技術應用

　　智能信息處理技術研究內(nèi)容主要包括4個方面。

　　①人工智能理論研究，即智能信息獲取的形式化方法、海量信息處理的理論和方法以及機器學習與模式識別。

　?、谙冗M的人－機交互技術與系統(tǒng)，即聲音、視頻、圖形、圖像及文字處理以及虛擬現(xiàn)實技術與流媒體技術。

　?、壑悄芸刂萍夹g與系統(tǒng)，即給物體賦予智能，以實現(xiàn)人與物或物與物之間互相溝通和對話，如準確的定位和跟蹤目標等。

　?、苤悄苄盘柼幚恚葱畔⑻卣髯R別和數(shù)據(jù)融合技術。

　　通過研究發(fā)現(xiàn)，目前我國已研究的農(nóng)業(yè)決策模型、預測預警模型等信息處理技術，大部分還只是停留在論文和測試階段，尚未形成真正的產(chǎn)品化應用軟件和可共享的軟件平臺。農(nóng)業(yè)智能決策信息處理智能化程度低、共享度差，缺乏有效的信息載體和集成應用技術，無法實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題的實時診斷和協(xié)同決策。

　　目前，科技部聯(lián)合工業(yè)和信息化部、中共中央組織部啟動了國家農(nóng)村農(nóng)業(yè)信息化示范省建設，山東、湖南、湖北、廣東、重慶和安徽等地積極參與，通過建設綜合信息服務平臺為農(nóng)戶提供民生信息服務和專業(yè)信息服務，一些省份的綜合信息服務平臺設計用到了云服務技術。