物联网在农业中的应用

黄敬

中图分类号：F270 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2016）02-000-02

摘 要 物联网是新的信息技术变革，被认为是继计算机、互联网之后的世界信息产业的第三次浪潮，代表了信息产业领域的新一轮革命。文章介绍了物联网的概念、产生与发展及在农业中的应用现状，重点分析了农业物联网的发展趋势和共性关键技术。最后，提出了农业物联网应用发展策略。

关键词 农业 物联网 精细管理 智能农业

农业具有对象多样，地域广阔，偏僻分散，远离都市社区，通信条件落后等特点，因此在多数情况下，农业数据信息的获取非常困难，随着电子技术，无线网络催生了物联网技术的发展，把通信信息关键技术应用搭建在一个农业物联网智能化监控系统实现农业物联网。

近年来，随着智能农业、精准农业的发展，智能感知芯片、移动嵌入式系统等物联网技术在现代农业中的应用逐步拓宽， 通过使用无线传感器网络可以有效降低人力消耗和对农田环境的影响，获取精确的作物环境和作物信息，从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备，足不出户就可以监测到农田信息，实现科学监测、科学种植，促进了现代农业发展方式的转变。物联网应用于农业，农业物联网技术的应用可以更好地控制农作物的生长环境，使之能够更好地适应作物的生长，提高农作物的产量和品质，有利于实现农作物的高产稳产，提高土地的产出率，提高农业抗御自然灾害的能力。

一、何为物联网

物联网是在计算机、互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个广发覆盖可控产品的“Internet of Things”。在这个网络中，物品（商品）能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别（RFID）技术，通过互联网实现物品（商品）的自动识别和信息的互联与共享。

二、物联网的应用领域

物联网可以应用的领域颇为广泛，实际上某些领域已经部分实现了物联网的应用，只是还没有进行大面积的推广和系统总结。比如在物流领域，购买者已经可以通过条形码实时追踪物品动态。在消费领域，消费者可以通过手机了解商品的成分、产地、日期等信息。当然，物联网更大的作用还在于应用到生产生活等系统领域。

第一，智能农业。

智能农业产品通过实时采集温室内温度、湿度信号以及光照、土壤温度、CO2浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数，自动开启或者关闭指定設备。可以根据用户需求，随时进行处理，为设施农业综合生态信息自动监测、对环境进行自动控制和智能化管理提供科学依据。

第二，智能家居。

智能家居产品融合自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体，将各种家庭设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、网络家电等）通过智能家庭网络联网实现自动化，通过宽带、固话和3G无线网络，可以实现对家庭设备的远程操控。

三、物联网在农业领域中的应用。

我们从农产品生产不同的阶段来看，无论是从种植的培育阶段和收获阶段，都可以用物联网的技术来提高它工作的效率和精细管理。

第一，在种植准备的阶段，我们可以在温室里面布置很多的传感器，分析实时的土壤信息，来选择合适的农作物。

第二，在种植和培育阶段，可以用物联网的技术手段采集温度、湿度的信息，进行高效的管理，从而应对环境的变化，保证植物育苗在最佳环境中生长。比如说通过采集设备，比如说降温了，我可以给他在温室里加热。

第三，在农作物生长方面，可以利用物联网实时监测作物生长的环境信息、养分信息和作物病虫害情况。利用相关传感器准确、实时地获取土壤水分、环境温湿度、光照情况，通过实时的数据监测和物定作物的专家经验相结合，配合控制系统调理作物生长环境，改善作物营养状态，及时发现作物的病虫害爆发时期，维持作物最佳生长条件，对作物的行长管理有非常重要的作用。

第四，在农产品的收获阶段，我们也同样可以利用物联网的信息，把它传输阶段、使用阶段的各种性能进行采集，反馈到前端，从而在种植收获阶段进行更精准的测算。

第五，提高效率，节省人工，如果是几千亩的农场，要对各大棚进行浇水施肥，手工加温，手工卷帘，那要用大量的时间和人员来操作。如果应用了物联网技术，手动控制也只需点击鼠标的微小的动作，前后不过几秒，完全替代了人工操作的繁琐。

四、农业物联网的几个特征

第一，“感知”是基础。物联网农业之所以被认为对于传统农业生产具有颠覆意义，重要一点就是改变了以往农业人员依靠有限农业知识对植物、土壤以及农业环境进行主观判断，传统农业，浇水、施肥、打药，农民全凭经验、靠感觉，随着时间的推移，经验判断有可能出现遗漏乃至断层，而依靠感觉也会造成误判，对于个体生产而言，这样的失误造成的损失不会太大，但是处于企业化的农业生产中，造成的损失的就大大增加了。所以，“感知农业”的优势就在此时得以凸显。“感知农业”通过室内传感器"捕捉"各项数据，经数据采集控制器汇总、中控室电脑分析处理，结果即时显示在屏幕上。这其中就包括温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等，中央计算机还会通过计算给出决策方案，农业人员只需根据方案进行浇水、施肥或者改善植物生长环境。

第二，“链条”是重点。在通过传感器以及GPRS和地理信息系统采集了视频、温度、湿度、光照和土壤等数据之后，还要通过一系列的系统实施操作，例如进行精准施肥、施药、灌溉以及光照，在实施完成之后，还可收集反馈信息以做进一步的判断。从收集信息--作出决策--实施操作--后续反馈，这是一个完成的“链条”，如果缺少其中任何一个环节，都难以称之为智能农业。除此之外，在作物生长周期内，从播种到收割，以致仓储，都需要相应的科技装备支撑，这样才能大幅高效地提升农业生产效率。

第三，产品是关键。农业物联网的产品即农业生产解决方案。以小汤山国家精准农业示范基地为例，基地就安装了绿地自动化灌溉系统，这套系统主要采用喷灌灌溉方式，控制4个电磁阀开启，检测的主要有风速和空气温湿度信息。自动控制系统与上位机通过485方式进行通讯，用户还可以通过手机短信进行控制。

只有装备了匹配的系统，农业才可能逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式，从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备，才能使得物联网在农业领域运行的更加流畅和高效。

五、农业物联网发展现状

第一，农业物联网应用尚处于试点阶段。笔者以为农业物联网发展的路径应该是：概念的提出——产品的研制——试点实验——小范围部分领域推广——大面积推广——万物互联，而我国农业物联网发展刚刚步入起步时期的试点实验阶段，在这一阶段，虽然产品以及技术的问题已经基本解决，但是仍然面临着找到推广捷径以及如何降低推广成本的问题。由于农业物联网概念并未诞生于本土以及发自农民实际自身的需求，虽然它是未来农业的发展方向，但是如果农民没有近期的实际的需求，其大范围推广使用就面临不小的困难。仅以物联网发展走在前沿的江苏为例，首先出现的农业物联网网试点也处于经济效益增长较快以及有实际需要的水产养殖领域。所以农业种植方面应用物联网恐怕还需要走不短的路程。

第二，农业物联网应用尚处于部分环节。按照目前的设想，最终农业物联网将会实现从种植到出售乃至产品追溯全产业链的应有。也是就从田间地头到餐桌冰箱，全程实现互联和信息共享，任何节点都可实现顺查、倒查以及智能操控。而目前我们的农业物联网主要应用领域还是出现例如农产品流通、农产品质量追溯等部分环节。其中最为典型的就是全国猪肉质量安全追溯体系的建设和推广以及政府大力推进的“农超对接”。这种部分环节的物联网应用可能也是打开物联网应用局面的一个突破口，但是，同时也说明了距离万物互联的真正农业物联网还有差距。

第三，农业物联网应用投资主体不明确。投资是一个产业得以起步、发展、兴盛的初始动力。而目前为止，我们尚没有看见农业物联网产业形成清晰的投资格局，很大一部分原因就是因为没有一个自发、持续、雄厚的投资主体。政府的投资虽然具有带动效应，但是如果没有对市场底层的观察的深刻体会，极易造成投资的浪费和泡沫。企业在农业物联网的投资也只是一些试点的建设，示范作用大于实际意义。作为农业生产的主体——农民，庞大的农业物联网基础设施建设是他们无力承担的，同时也没有迫切的投资动力。

最后，农业物联网目前的发展除过以上问题之外，例如还有农业领域各个参与者如何合作、企业和农民如何加强信息沟通、农业物联网软件环境如何形成以及收益如何分成等等问题。问题的存在恰恰是一个行业处于发展阶段和面临发展机遇的标志。而看清农业物联网发展所具备的条件就是抓住机遇的关键。

六、物联网在农业中应用的意义

目前，我国大多数水果生产主要依靠人工经验尽心管理，缺乏系统的科学指导。设施栽培技术的发展，对于农业现代化进程具有深远的影响。设施栽培为解决我国城乡居民消费结构和农民增收，为推进农业结构调整发挥了重要作用，温室种植已在农业生产中占有重要地位。要实现高水平的设施农业生产和优化设施生物环境控制，信息获取手段是最重要的关键技术之一。作为现代信息技术三大基础（传感器技术、通信技术和计算机技术）的高度集成而形成的无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术。网络由数量众多的低能源、低功耗的智能傳感器节点所组成，能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，获得详尽而准确的信息，通过无线传输网络传送到基站主机以及需要这些信息的用户，同时用户也可以将指令通过网络传送到目标节点使其执行特定任务。

我国是农业大国，而非农业强国。近30年来果园高产量主要依靠农药化肥的大量投入，大部分化肥和水资源没有被有效利用而随地弃置，导致大量养分损失并造成环境污染。我国农业生产仍然以传统生产模式为主，传统耕种只能凭经验施肥灌溉，不仅浪费大量的人力物力，也对环境保护与水土保持构成严重威胁，对农业可持续性发展带来严峻挑战。针对上述问题，利用实时、动态的农业物联网信息采集系统，实现快速、多维、多尺度的果园信息实时监测，并在信息与种植专家知识系统基础上实现农田的智能灌溉、智能施肥与智能喷药等自动控制。突破果园信息获取困难与智能化程度低等技术发展瓶颈，实现农业应用中的智能互联形成农业物联网，是十分必要的。