农业物联网

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　　农业物联网就是物联网技术在农业生产、经营、管理和服务中的应用。具体来说，就是运用各类传感器、FRID、视觉采集终端等感知设备，广泛地采集大田种植、设施园艺、畜禽养殖、水产养殖、农产品物流等领域的现场信息；通过建立数据传输和格式转换方法，充分利用无线传感器网络、电信网和互联网等多种现代信息传输通道，实现农业信息的多尺度的可靠传输；最后将获取的海量农业信息进行融合、处理，并通过智能化操作终端实现农业的自动化生产、最优化控制、智能化管理、系统化物流、电子化交易，进而实现农业集约、高产、优质、高效、生态和安全的目标。^[1]

　　在物联网技术研究和产业规模上，我国农业物联网发展与国外发达国家存在着较大的差距。以欧美为代表的发达国家对农业物联网和田间环境监控的研究起步较早，在信息技术和大规模农业生产方面积累颇多，他们利用环境监测系统、气象和病虫害监测预警系统等，对农作物生产进行精细化管理和调控，节约了人力资源，提高了资源利用率，取得了较大成就。我国物联网技术进入农业领域始于2O世纪90年代，目前在一些试点地区开展了农业物联网示范项目，取得了较大成效。在示范项目中通过利用各种物联网技术和部署各类应用系统，使农业科技人员和农民可以对农业生产进行精细化管理和控制，也可以随时随地的迅速获得各种科技信息、管理信息、市场供求信息、气象和土壤信息、作物和病虫害信息。但是我国农业存在耕地高度分散、生产规模小、时空变异大、量化和规模化程度差、稳定性和可控程度低等问题，导致物联网技术在农业生产中的应用规模小，技术水平相对低下，感知设备通用性不足，信息实时性不够和农场间信息割裂等问题。

　　目前，国家在政策层面加大了对农业物联网的扶持力度。2013年农业部公益性行业(农业)科研专项“基于信息技术的基层农技推广服务技术集成与示范”项目正式启动，并配套拨发了近2000万元人民币的项目启动资金。该项目由中国农科院信息所主持研发，是针对我国基层农技推广和现代农业产业技术体系的现状和实际需求，利用3G、物联网等现代信息技术在信息传输和处理上的移动、实时、定位和视频交互等优势，开发的具有农技咨询、市场行情、农技培训、动态调度等功能的信息化平台。项目将为广大基层农技服务人员配备笔记本电脑、Pad、智能手机等无线终端，在后台农业专家的支持下，随时在田间地头为农民答疑解难，同时，该项目也使农技推广服务中心等政府部门能够及时掌握农技员的工作动态，以便及时安排任务调度。2014年，中央一号文件第11点推进农业创新中明确指出：加强以分子育种为重点的基础研究和生物技术开发，建设以农业物联网和精准装备为重点的农业全程信息化和机械化技术体系，推进以设施农业和农产品精深加工为重点的新兴产业技术研发，组织重大农业科技攻关。在物联网标准体系建设工作方面，农业部于2011年研究并报请国家标准化管理委员会同意，成立了国家农业物联网行业应用标准工作组，研制物联网在农业领域的应用标准。

　　根据计算机网络架构模型的研究方法，国内外将农业物联网架构模型分为感知层、传输层(网络层)处理与应用层3个层次。其中，处理与应用层又包含了处理层和应用层两个层次。农业物联网架构模型如图l所示。

　　感知层主要包括各类传感器，RFID，RS，GPS及二维条形码等，采集各类农业相关信息(包括光、温度、湿度、水分、养分、肥力、土壤墒情、土壤电导率、溶解氧、酸碱度和电导率等)，实现对“物”的相关信息的识别和采集。

　　网络层在现有网络基础上，将感知层采集的各类农业相关信息，通过有线或无线方式传输到庸用层；同时，将心用层的控制命令传输到感知层，使感知层的相关设备采取棚应动作，如开关打开或关闭、释放氧气、增加温度或湿度及设备重新定位等。

　　公共处理平台包括各类中间件及公共核心处理技术，实现信息技术与行业的深度结合，完成物品信息的共亭、互通、决策、汇总和统计等，如充成农业生产过程的智能控制、智能决策、诊断推理、预警、预测等核心功能。

　　具体用服务系统足艰于物联网架构的农业生产过程架构模型的最高层，主要包括各类具体的农业生产过程系统，如大田种植系统、设施园艺系统、水产养殖系统、畜禽养殖系统、农产品物流系统等。通过这些系统的具体应用，保证产前正确规划以提高资源利用率，产中精细管理以提高生产效率，产后高效流通，实现安全溯源等多个方面，促进农业的高产、优质、高效、生态、安全。

　　公共技术是整个基于物联网架构的农业生产过程系统运行的基础和保障，主要包括信息安全、网络管理及质量管理等。其中，信息安全指在基于物联网架构的农业生产过程系统运行过程中，确保网络安全、计算机系统安全、数据库系统安全及应用系统安全，并保证RFID及各类传感器的安全，保障整个系统的可用性、保密性、完整性、不可否认性和可控性。网络管理是对整个基于物联网架构的农业生产过程系统的全过程管理，包括配置管理、性能管理、故障管理、记帐管理和安全管理；质量管理(QualityofService，QoS)是对整个系统质量进行全程管理，保证农业生产过程系统物联网对质量的高要求，使系统高质量地运行。

　　目前，农业物联网关键技术主要围绕农业信息感知、农业信息传输、农业信息处理等方面展开研究，并取得了较多研究成果。

　　其中，农业信息感知技术研究主要包括农业传感技术、RFID技术(RadioFrequencyIdentification)、条码技术、全球定位系统GPS技术(GlobalPositioningSys—tern)和RS技术(RemoteSensing)等。

　　农业信息传输技术研究主要包括有线传感网络技术、无线传感网络技术和移动通信技术。无线传感网络以无线通信方式组成一个网络系统，由部署在监测区域内的大量传感器节点组成，负责感知、采集和处理网络信息。其中，ZigBee技术被广泛地用在无线传感网络中。移动通信技术主要利用手机等移动设备，结合移动网络设施，实现信息传输。

　　农业信息处理技术主要包括农业预测预警技术、农业智能控制技术、农业智能决策技术、农业诊断推理技术及农业视觉处理技术等。

　　1、农业物联网发展模式不够清晰。我国现在处于物联网技术发展的起步阶段，需要多方探索和研究，尚未形成一套符合国情的、合理的、具有针对性和开放性的物联网架构体系。农业作为我国传统生产项目，关系到民生、民情，具有规模性，若物联网技术应用其中，将有效改善传统农业中出现的问题，但目前来看，其发展模式尚未清晰。

　　2、相关政策法规缺失。由于我国在农业物联网这方面起步较晚，又加上农业物联网本身信息技术十分复杂，相关政府部门对农业物联网发展重视程度不够，导致现阶段相关法规政策还没有成为一个完整的体系。因此，要完善相关政策法规，要切合农业物联网发展的需要，保证其稳定有序的发展。

　　3、商业模式问题。目前，农业物联网应用主要有三种模式：运营企业做的示范性项目，由运营企业买单；农业主管部门推动的项目，由农业主管部门买单；一些有需求的大型农场为自己的物联网应用买单。这3种模式都未能很好地解决成本高、产业链参与不够主动等问题。如何激励产业链各方参与者，构建更为合理的商业模式，还需要进一步深入研究。

　　4、行业标准问题。农业物联网的实施需要安装各式各样的信息感知传感器，并将采集的数据通过有线无线网络传输到数据中心。但是在这个过程中，信息的采集方式、传输协议类型、平台的接口和人机交互接口等方面还没有统一的技术标准，致使生产厂商缺乏统一的技术标准作为参照，相应器件也无法进行大规模制造，而产品的成本也很高，影响物联网技术在农业生产中的应用于推广。

　　1、建立完善的农业物联网体系。建立一个统一的、开放的、多功能的物联网体系，实现产品生产、管理、销售各个环节的信息共享。农业物联网体系由感知层、网络层、应用层组成。三个层次协调合作，实现信息双向或多向流通，进而对农业产品和信息进行智能化管理。具体而言，要建立完善的农业物联网体系，实现以下功能：(1)从农产品生产、生长等方面进行全程可视化数据管理，为管理者和消费者提供全过程的可视的生产、监督平台。(2)通过管理台对数据的智能分析，实现对生产基地的自动化、智能化控制，打破工作人员在作物生产关键期必须日夜守候的情况。(3)通过电脑或手机远程查看基地实时数据，使基地管理人员随时掌握基地情况，实时接收监控系统发布的报警信息，并进行相应的生产管理控制。(4)整合农业物联网信息资源，形成本地农业物联网个性化数据库，为各物联网节点提供基础性和共性支撑，达到统一平台、数据汇聚、减少投入、公共服务的目的，实现资源高效利用、数据发布及时快速的目标。

　　2、建立物联网应用技术标准体系。整合国内物联网相关标准化资源，联合产业各方共同开展智能农业关键技术研究，积极推进物联网标准化工作，制定符合现代农业发展需求的智能农业技术标准，形成包括体系架构、组网通信协议、接口、协同处理组件、网络安全、编码标识、骨干网接入与服务等技术基础规范，为规范化、标准化、大面积地推广与应用提供科技支撑。

　　3、探寻新的商业模式，促进新兴增值服务产业的发展。以物联网为核心技术的低成本、高可靠、智能化、普适化的农业投入、产出品质量追溯与物流配送技术体系可以提高农产品生产者、流通者、消费者的积极性，提高彼此的可信度，必将带动相关产业链的形成和发展，形成一个新兴的关于农产品的生产、流通、消费一条龙的大规模产业链，这适用于我国数百万家农业企业，上亿户农户，以及全国十几亿的消费者，市场容量巨大，值得进一步的开拓与发展。

　　4、加快农业物联网人才培养。为加快我国农业物联网技术在基层的应用和推广，必须重视农业物联网的人才培养与培训，加强基层对农业物联网知识的宣传和学习。这需要联合科研院所与高校，加快培养农业物联网专业技术人才，提升我国技术水平；联合基层农业技术推广站，加强对农业科技人员的培训，提高农业物联网技术的应用能力；推进基层农业物联网推广激励机制的建立，稳定和扩大基层技术推广人员队伍，满足农业物联网发展人才需求，推进我国农业物联网建设步伐。

　　总之，物联网是由多项信息技术融合而成的新型技术体系，农业物联网技术的应用是现代农业发展的需要，也是未来农业发展水平的一个重要标志，是提高农民收入、增强食品安全、实现农业自动化和智能化的必由之路。