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　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的三個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用點(diǎn)

　　1 農(nóng)業(yè)智能傳感器應(yīng)用

　　傳感器是把被測(cè)量的信息轉(zhuǎn)換為另一種易于檢測(cè)和處理的量(通常是電學(xué)量)的獨(dú)立器件或設(shè)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(shè)備。物聯(lián)網(wǎng)依靠于傳感器感知到每個(gè)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(duì)目標(biāo)監(jiān)測(cè)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(qiáng)度等農(nóng)業(yè)環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)提供了有效的解決方案，有助于農(nóng)業(yè)部門(mén)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(zhǎng)過(guò)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(cè)器對(duì)作物生長(zhǎng)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)。HamritaTK開(kāi)發(fā)出土壤性質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，運(yùn)用了RFID技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)土壤溫度、濕度等的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)后續(xù)植物的生長(zhǎng)狀況提供研究的依據(jù)。BowmanKD，AmpatzidisYG等將RFID技術(shù)應(yīng)用于檢測(cè)果樹(shù)的信息，從而分析出果實(shí)的生長(zhǎng)狀況。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)2009年在新疆建立的滴灌控制系統(tǒng)可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物生長(zhǎng)的土壤墑情信息，實(shí)現(xiàn)按照土壤墑情進(jìn)行自動(dòng)滴灌，從而達(dá)到節(jié)約農(nóng)業(yè)用水的目的。

　　在設(shè)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(qiáng)度、CO2濃度等作物生長(zhǎng)參數(shù)，為溫室精準(zhǔn)調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)農(nóng)科院、國(guó)家農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心、浙江大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)和江蘇大學(xué)等針對(duì)我國(guó)不同的溫室種類(lèi)研制了適用于我國(guó)溫室環(huán)境的數(shù)據(jù)采集、無(wú)線通信技術(shù)解決方案，可以實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和控制。

　　在畜禽養(yǎng)殖方面，運(yùn)用各種傳感器可以采集畜禽養(yǎng)殖環(huán)境以及動(dòng)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(guó)家得到了廣泛應(yīng)用，通過(guò)對(duì)傳感器采集到的信息進(jìn)行分析和處理，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)母豬養(yǎng)殖過(guò)程自動(dòng)供料、自動(dòng)管理、自動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸和自動(dòng)報(bào)警。謝琪、耿麗微等分別設(shè)計(jì)并實(shí)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(shí)別系統(tǒng)。ParsonsJ等［17］對(duì)Colo-rado的羊安裝電子標(biāo)簽，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(duì)水產(chǎn)品生長(zhǎng)環(huán)境有重大影響的水質(zhì)及環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，進(jìn)而為水質(zhì)控制提供科學(xué)依據(jù)。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)李道亮團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖智能管理系統(tǒng)可以實(shí)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(cè)和智能調(diào)控，并在全國(guó)十幾個(gè)省市開(kāi)展了應(yīng)用示范。

　　在果蔬和糧食儲(chǔ)藏方面，溫度傳感器發(fā)揮著巨大的作用，制冷機(jī)根據(jù)冷庫(kù)內(nèi)溫度傳感器的實(shí)時(shí)參數(shù)值實(shí)施自動(dòng)控制并且保持該溫度的相對(duì)穩(wěn)定。貯藏庫(kù)內(nèi)降低溫度，保持濕度，通過(guò)氣體調(diào)節(jié)，使相對(duì)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(kù)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(guò)各種儀器儀表適時(shí)顯示或作為自動(dòng)控制的參變量參與到自動(dòng)控制中，保證有一個(gè)適宜的貯藏保鮮環(huán)境，達(dá)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(shù)快速反應(yīng)、追本溯源，確定農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題所在。由于“多寶魚(yú)”、“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(kāi)始采用條碼、IC卡和RFID等技術(shù)建立農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)。一些單位開(kāi)始研究適合中國(guó)國(guó)情的基于物聯(lián)網(wǎng)的可追溯技術(shù)和架構(gòu)方法并部分實(shí)現(xiàn)了集成應(yīng)用。楊信廷將RFID技術(shù)與傳感器技術(shù)有效結(jié)合，對(duì)水產(chǎn)品供應(yīng)鏈中的物流環(huán)節(jié)進(jìn)行全程監(jiān)控與追蹤。謝菊芳等運(yùn)用二維條碼技術(shù)、RFID技術(shù)和組件技術(shù)，分別構(gòu)建了豬肉和柑橘的追溯系統(tǒng)。SpiesslMayrE等運(yùn)用RFID技術(shù)改進(jìn)和優(yōu)化了豬肉的可追溯系統(tǒng)。

　　總之，我國(guó)農(nóng)業(yè)專用傳感器技術(shù)的研究相對(duì)還比較滯后，特別是在農(nóng)業(yè)用智能傳感器、RFID等感知設(shè)備的研發(fā)和制造方面，許多應(yīng)用項(xiàng)目還主要依賴進(jìn)口感知設(shè)備。目前中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程中心和中國(guó)農(nóng)科院等單位已開(kāi)始進(jìn)行農(nóng)用感知設(shè)備的研制工作，但大部分產(chǎn)品還停留在實(shí)驗(yàn)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(guó)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork，WSN)是由多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的面向任務(wù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，是一種無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)。它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)等多種領(lǐng)域技術(shù)，能協(xié)作地進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集節(jié)點(diǎn)部署區(qū)域的各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得詳盡而準(zhǔn)確的信息，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)最終發(fā)送給觀察者。

　　在大田種植方面，聞?wù)湎嫉葹榱藢?shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)中植物－土壤－環(huán)境的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，以杭州美人紫葡萄栽培基地首批信息化試驗(yàn)區(qū)為例，開(kāi)發(fā)和應(yīng)用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和智能化管理及控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)土壤水分、養(yǎng)分、溫度、濕度和光照等信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)試與顯示，并能根據(jù)葡萄優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)生長(zhǎng)的需要進(jìn)行自動(dòng)控制灌溉，取得了較好的效果。高軍等采用基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)與GPRS網(wǎng)絡(luò)相結(jié)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(shí)施精準(zhǔn)灌溉，有效地解決了農(nóng)業(yè)灌溉用水利用率低的問(wèn)題。楊婷等設(shè)計(jì)了基于CC2430的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)控制滴灌系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)植物土壤濕度、環(huán)境溫度和光照的變化，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將傳感器信號(hào)反饋，結(jié)合傳感器融合技術(shù)對(duì)滴灌動(dòng)作做出精確判斷。DamasM等［29］在西班牙開(kāi)發(fā)和示范應(yīng)用了一個(gè)分布式的遠(yuǎn)程自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，它可以控制1500hm2灌溉面積，測(cè)試表明可以節(jié)約30%～60%的用水。

　　在設(shè)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(gè)無(wú)線葡萄園，傳感器節(jié)點(diǎn)被分布在葡萄園的每個(gè)角落，每隔1min檢測(cè)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(zhǎng)，進(jìn)而獲得大豐收。石軍鋒等［30］設(shè)計(jì)了一種基于MOTE-KIT2400的溫室Web監(jiān)控系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了網(wǎng)關(guān)接口程序，給出了數(shù)據(jù)解析算法，實(shí)現(xiàn)了傳感數(shù)據(jù)的獲取，同時(shí)利用ASP.NET2.0技術(shù)開(kāi)發(fā)了Web應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

　　在畜禽養(yǎng)殖方面，林惠強(qiáng)等針對(duì)目前飼養(yǎng)場(chǎng)對(duì)動(dòng)物的行為特征和健康狀況無(wú)法實(shí)時(shí)獲取的情況，提出在畜牧業(yè)中利用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)傳送動(dòng)物的信息，解決了飼養(yǎng)動(dòng)物生理特征信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)膯?wèn)題;同時(shí)，根據(jù)飼養(yǎng)場(chǎng)的實(shí)際情況，結(jié)合無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)切實(shí)可行的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)物檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)解決了網(wǎng)絡(luò)部署、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)定位、路由和可視化平臺(tái)的設(shè)計(jì)等問(wèn)題。王冉等針對(duì)規(guī)?；竽琉B(yǎng)殖中畜禽舍環(huán)境監(jiān)測(cè)難的問(wèn)題，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的畜禽舍環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能對(duì)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(biāo))進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能智能化地根據(jù)設(shè)定的環(huán)境指標(biāo)上下限自動(dòng)控制畜禽舍相關(guān)設(shè)備如風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇、濕簾和電燈等的開(kāi)啟，最終達(dá)到將畜禽舍環(huán)境參數(shù)控制在設(shè)定的范圍，減少動(dòng)物熱應(yīng)激，凈化畜禽舍環(huán)境，促進(jìn)動(dòng)物健康成長(zhǎng)的目的。

　　Bishop-HurleyG等開(kāi)展了一項(xiàng)耕牛自動(dòng)放牧測(cè)試，成功地實(shí)現(xiàn)了第1個(gè)基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的虛擬柵欄系統(tǒng)。NaglL等為家養(yǎng)牲畜設(shè)計(jì)了一個(gè)遠(yuǎn)程健康監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)中有多種類(lèi)型的傳感器，包括GPS傳感器、脈碼血氧計(jì)、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(dòng)物管理系統(tǒng)，每個(gè)動(dòng)物身上安裝一個(gè)無(wú)線傳感器，用于無(wú)線檢測(cè)動(dòng)物的位置和各種健康信息。

　　在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)李道亮團(tuán)隊(duì)將水質(zhì)監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)運(yùn)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(yīng)用推廣667hm2(10000畝)。董方武等針對(duì)淡水養(yǎng)殖特點(diǎn)，采用ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及傳感器技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種基于ZigBee技術(shù)的淡水養(yǎng)殖溶氧濃度自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)硬件電路和軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了溶氧濃度和溫度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　此外，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)還用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。PerkinsM等介紹了一種由Motorola實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的低開(kāi)銷(xiāo)、低能、自組織的傳感器網(wǎng)絡(luò)neuRFon，該系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)、環(huán)境和一些過(guò)程參數(shù)。李正明等將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于水文水利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，構(gòu)建了基于WSN的無(wú)線水文水利監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在硬件設(shè)計(jì)中分別采用單片機(jī)和ARM微處理器與CC2500配合設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn);在軟件設(shè)計(jì)中，移植TinyOS操作系統(tǒng)和ZigBee協(xié)議棧，搭建軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

　　綜上所述，ZigBee技術(shù)是基于IEEE802.14標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)于無(wú)線組網(wǎng)、安全和應(yīng)用等方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，被廣泛應(yīng)用在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的組建中。

　　3 智能信息處理技術(shù)應(yīng)用

　　智能信息處理技術(shù)研究?jī)?nèi)容主要包括4個(gè)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(jī)器學(xué)習(xí)與模式識(shí)別。

　?、谙冗M(jìn)的人－機(jī)交互技術(shù)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(shí)技術(shù)與流媒體技術(shù)。

　?、壑悄芸刂萍夹g(shù)與系統(tǒng)，即給物體賦予智能，以實(shí)現(xiàn)人與物或物與物之間互相溝通和對(duì)話，如準(zhǔn)確的定位和跟蹤目標(biāo)等。

　　④智能信號(hào)處理，即信息特征識(shí)別和數(shù)據(jù)融合技術(shù)。

　　通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，目前我國(guó)已研究的農(nóng)業(yè)決策模型、預(yù)測(cè)預(yù)警模型等信息處理技術(shù)，大部分還只是停留在論文和測(cè)試階段，尚未形成真正的產(chǎn)品化應(yīng)用軟件和可共享的軟件平臺(tái)。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(yīng)用技術(shù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問(wèn)題的實(shí)時(shí)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(dòng)了國(guó)家農(nóng)村農(nóng)業(yè)信息化示范省建設(shè)，山東、湖南、湖北、廣東、重慶和安徽等地積極參與，通過(guò)建設(shè)綜合信息服務(wù)平臺(tái)為農(nóng)戶提供民生信息服務(wù)和專業(yè)信息服務(wù)，一些省份的綜合信息服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)用到了云服務(wù)技術(shù)。