物聯網讓農業擁有“智慧”

摘要：智慧農業是智能農業專家系統的簡稱，是將科學技術融合在農業發展領域中的具體實踐和應用。物聯網技術是智慧農業的核心技術之一，“智慧農業”中的物聯網技術可分為三種類型: 傳感器技術、信息傳輸技術和信息決策技術。智慧農業是我國未來農業發展的主要趨勢，是未來農業的發展方向，隨著信息技術的進一步發展，物聯網技術會得到更大範圍的應用。

關鍵詞：智慧農業；信息技術；物聯網

隨著我國社會經濟的快速發展以及城鄉一體化建設的升級，我國新農村建設逐步向智慧農業發展，呈現出全面智慧農業建設的新氣象[1]。智慧農業是充分應用現代信息技術成果，實現農業可視化遠程診斷、遠程控制、災變預警等智能管理的過程。物聯網技術則是智慧農業的核心技術之一[2]。

1 什麼是“智慧農業”

智慧農業是智能農業專家系統的簡稱，一般是指利用物聯網技術、“5S”技術、雲計算技術和大數據等信息化技術實現“三農”產業的數字化、智能化、低碳化、生態化、集約化，從空間、組織、管理整合現有農業基礎設施、通信設備和信息化設施，使農業實現高效、聰明、智慧、精細的和諧發展和可持續生態發展，是將科學技術融合在農業發展領域中的具體實踐和應用[3-5]。具體來講，李輝等[6]指出，智慧農業是利用現代計算機技術和互聯網手段與平臺，通過專家經驗和專家系統的指導，定量數字化模擬、加工與決策，使得農作物生長與產供銷全過程智能化、數字化和信息化，實現農業信息採集、加工、處理和評價分析現代化、科學化和智能化的目標，是我國農業未來發展的方向之一，是實現農業現代化重要舉措之一。在此基礎上，又提出了構建智慧農業理論體系和結構及應用措施[7]。

農業將擁有“智慧”

2 什麼是“物聯網”

物聯網（the Internet of Things，簡稱IoT）的概念是在1999年提出的，2005年國際電信聯盟（ITU）發佈的ITU互聯網報告，對物聯網做了如下定義：通過二維碼識讀設備、射頻識別（RFID）裝置、紅外感應器、全球定位系統和激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡[8]。物聯網被列為我國五大新興戰略性產業之一，目前，物聯網技術已經在智慧農業領域得到了廣泛的應用[9]。

物聯網

3 物聯網技術在農業中的應用現狀

現在，網絡技術已經告別了城市獨有專享的這一現象，已經逐步進入到了村鎮。在我國一些較為發達的村鎮已經出現了光纖網絡，網絡電視也逐步入戶，基本上實現了網絡技術的普及。網絡技術的普及，為我國智慧農業的發展奠定了技術基礎，為廣大民眾提供了良好的農作物銷售渠道和農產品研究的數據信息，進一步提高了農作物生產的效率。與此同時，也幫助了廣大農民群眾解決了農作物銷售難這一問題，有利於幫助農民群眾增收[10]。

目前 “智慧農業”中的物聯網技術可分為三種類型：傳感器技術、信息傳輸技術和信息決策技術。

3.1 傳感器技術

用作農業的傳感器技術是 “智慧農業”的技術基礎和保障，它實現了信息的即時採集、記錄和傳輸，使農業設備和裝備智能化。當下被重點關注和投入使用的傳感器技術有：MEMS 微傳感器技術、光纖傳感器技術、高光譜檢測分析技術以及仿生傳感器技術等[11]。這些傳感器技術可以實現 “智慧農業”全鏈條的數據採集、監測和傳輸。在產前階段，對農業環境以及種苗選育等進行全方位數據採集和對比。比如檢測空氣、溫室氣體中的O2、CO2、CH4 、C2H4等的濃度，監測土壤的溫度、溼度、水分、肥力等，保證環境條件達到種植、放養和培育的最佳狀態，並運用GPS 導航精量播種，精確田間管理；在產中階段，採用RFID ( 射頻識別) 、GIS ( 地理信息系統) 、GPS ( 全球定位系統) 等技術，對動植物的生長狀況，活動位置，疫病預警、治療和監測，災害的預警和防治等信息及數據進行全天候、即時性的反饋、分析和記錄；在產後階段，對採摘、收穫、出欄、加工等過程進行持續性數據採集，為之後的銷售和交易鏈條提供信息[12]。

可以說，傳感器技術是“智慧農業”數字化、精準化、智能化的最關鍵因素。

工人正準備安裝傳感器

3.2 信息傳輸技術

傳感器技術的成熟和鋪開依賴於穩定的信息傳輸技術，目前主要是無線傳感器網絡（WSN）技術在“智慧農業”中廣泛地應用。WSN 技術將物理世界與信息世界融為一體，以數據為中心，實現物與物、物與人的全新交互。傳感器網絡通常由隨機部署在感知區域的大量資源受限的節點組成。這些節點通過自組織方式構成無線網絡，以協作方式感知、採集和處理網絡覆蓋區域中特定的信息，觀察者可以隨時對任意地點的數據進行採集、處理和分析[13]。

數據的採集、處理和分析變得不再複雜

3.3 信息處理技術

信息處理技術是物聯網技術的最後環節，也是智慧農業實現自動控制的基礎，應用的技術有云計算、決策支持系統、 專家系統、地理信息系統、智能控制技術等技術[14]。

物聯網技術讓農業變得簡單、智能

3.3.1 雲計算

雲計算是指將計算任務分佈在資源池上，使應用系統實現根據需要獲取存儲空間及軟件服務。面對智慧農業中的大量數據，雲計算可以實現信息存儲資源和計算能力的分佈式共享，超級強大的信息處理能力能為大量信息的處理提供支撐[15]。

近年來，我國開始將雲計算應用於農業生產中，並對其在農業相關領域的應用進行了研究。目前農業雲體驗平臺包括農業信息智能搜索與服務平臺和綠雲格平臺，通過這2個平臺能夠實現農業市場信息和實用技術的準確獲取與分析，為農業主管部門、企業及農戶個人提供個性化檢索，同時提供全方位的農業生產環境遠程管理服務[16-20]。

3.3.2 決策支持系統

決策支持系統以人機交互方式進行半結構化或非結構化決策。農業決策支持系統在農業節水灌溉優化、大型養雞廠管理、小麥栽培、飼料配方優化設計、農機化信息管理、土壤信息系統管理上進行了廣泛應用研究[21]。農業決策支持系統可對地方農業生產過程進行分析和模擬，預測不同決策方案的效果與效益，從而優化農業生產決策。目前決策支持系統技術在農業結構優化、產量預測及潛力分析、確定農業投資規模等方面得到廣泛應用[22]。

3.3.3 專家系統

專家系統模擬人類專家解決各種複雜的實際問題，具有與專家水平相同的解決問題的能力。該系統在利用農業專家多年積累的知識與經驗的基礎上，對需要解決的農業問題進行分析判斷，提出決策，使計算機在農業生產中起到人類農業專家的作用[19]。例如專家系統在榨菜病蟲害防治中的應用，為農戶和科技人員提供了病蟲害信息交流平臺，為菜農提供了病蟲害防治的科學指導，現實意義顯著[20]。

3.3.4 地理信息系統

地理信息系統主要用於建立自然條件、 生產條件、土壤數據、作物病蟲草害發展趨勢、作物產量等的空間信息數據庫，為分析差異性和實施調控提供決策方案[17]。利用地理信息系統進行土壤適宜性評價就是將土壤質地、類型、氮磷鉀含量、有機質含量等土地數據進行整合，並賦予權重，再進行分析運算，生成土壤適宜性評價圖，也可建立數學模型，實現土地適宜性的分級[18]。

3.3.5 智能控制技術

智能控制技術主要用來解決用傳統方法無法順利解決的複雜問題。目前智能控制技術的主要研究方向包括神經網絡控制、模糊控制、綜合智能控制技術，並在設施園藝、大田種植、畜禽養殖等方面得到初步應用[22]。

4 展望

智慧農業是我國未來農業發展的主要趨勢，是未來農業的發展方向，隨著信息技術的進一步發展，物聯網技術會得到更大範圍的應用。現在，已經可以看到物聯網技術為智慧農業帶來更多的智能化和信息化，而現在要做的就是提升農業物聯網的自主創新能力，加快低成本、高可靠性、 使用期限長的傳感器開發，加強Zig-Bee技術等新型無線傳輸技術在農業上的應用研究，提升智能決策系統的實用性和可靠性，通過單項技術突破與多項技術集成應用並舉，加快技術研發和應用的步伐，使基於物聯網的智慧農業可以在農村地區大範圍使用，這是我國未來農業的趨勢和目標[14]。未來，物聯網必將讓農業擁有更多“智慧”。

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