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　　物聯網技術在農業領域的三個關鍵應用點

　　1 農業智能傳感器應用

　　傳感器是把被測量的信息轉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換功能的敏感元件。在物聯網中傳感器的作用尤為突出，是農業物聯網中獲得信息的主要設備。物聯網依靠于傳感器感知到每個物體的狀態、行為等數據。

　　在大田種植方面，傳感器可以對目標監測區內的空氣溫濕度、土壤溫濕度、CO2濃度、土壤pH值和光照強度等農業環境信息進行實時采集，為精準農業環境監測提供了有效的解決方案，有助于農業部門制定出更加有效的提高農作物產量的方法。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、冠層光照及環境溫濕度等多傳感信息探測器對作物生長信息進行監測。HamritaTK開發出土壤性質監測系統，運用了RFID技術，實現了對土壤溫度、濕度等的實時監測，對后續植物的生長狀況提供研究的依據。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。中國農業大學2009年在新疆建立的滴灌控制系統可以自動監測農作物生長的土壤墑情信息，實現按照土壤墑情進行自動滴灌，從而達到節約農業用水的目的。

　　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，為溫室精準調控提供科學依據。中國農業大學、中國農科院、國家農業信息技術研究中心、浙江大學、華南農業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境的數據采集、無線通信技術解決方案，可以實現溫室環境的狀態監測和控制。

　　在畜禽養殖方面，運用各種傳感器可以采集畜禽養殖環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，系統能夠實現母豬養殖過程自動供料、自動管理、自動數據傳輸和自動報警。謝琪、耿麗微等分別設計并實現了基于RFID的養豬管理與監控系統和奶牛身份識別系統。ParsonsJ等［17］對Colo-rado的羊安裝電子標簽，運用物聯網技術提高了羊群管理效率。

　　在水產養殖方面，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等對水產品生長環境有重大影響的水質及環境參數的實時采集，進而為水質控制提供科學依據。中國農業大學李道亮團隊開發的集約化水產養殖智能管理系統可以實現溶解氧、pH值、氨氮等水產養殖水質參數的監測和智能調控，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，溫度傳感器發揮著巨大的作用，制冷機根據冷庫內溫度傳感器的實時參數值實施自動控制并且保持該溫度的相對穩定。貯藏庫內降低溫度，保持濕度，通過氣體調節，使相對濕度(RH)、O2濃度、CO2濃度等保持合理比例，控制系統采集貯藏庫內的溫度傳感器、濕度傳感器、O2濃度傳感器、CO2濃度傳感器等物理量參數，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境，達到最佳的保鮮效果。

　　在農產品安全溯源方面，能夠利用RFID技術快速反應、追本溯源，確定農產品質量問題所在。由于“多寶魚”、“瘦肉精豬肉”等農產品質量安全事故頻發，在北京、上海、南京等地已開始采用條碼、IC卡和RFID等技術建立農產品質量安全追溯系統。一些單位開始研究適合中國國情的基于物聯網的可追溯技術和架構方法并部分實現了集成應用。楊信廷將RFID技術與傳感器技術有效結合，對水產品供應鏈中的物流環節進行全程監控與追蹤。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。SpiesslMayrE等運用RFID技術改進和優化了豬肉的可追溯系統。

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

　　2 農業無線傳感器網絡應用

　　無線傳感器網絡(WirelessSensorNetwork，WSN)是由多個節點組成的面向任務的無線網絡，是一種無基礎設施的網絡。它綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網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，能協作地進行實時監測、感知和采集節點部署區域的各種環境或監測對象的信息，并對這些數據進行處理，獲得詳盡而準確的信息，通過無線網絡最終發送給觀察者。

　　在大田種植方面，聞珍霞等為了實現對設施農業中植物－土壤－環境的動態實時監控，以杭州美人紫葡萄栽培基地首批信息化試驗區為例，開發和應用無線傳感網絡系統和智能化管理及控制系統，實現了對土壤水分、養分、溫度、濕度和光照等信息的實時動態測試與顯示，并能根據葡萄優質高產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技術的無線傳感網絡與GPRS網絡相結合的節水灌溉控制系統，能根據土壤墑情和作物用水規律實施精準灌溉，有效地解決了農業灌溉用水利用率低的問題。楊婷等設計了基于CC2430的無線傳感器網絡自動控制滴灌系統，該系統能夠監測植物土壤濕度、環境溫度和光照的變化，通過無線網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］在西班牙開發和示范應用了一個分布式的遠程自動灌溉系統，它可以控制1500hm2灌溉面積，測試表明可以節約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、濕度或該區域有害物的數量，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監控系統，開發了網關接口程序，給出了數據解析算法，實現了傳感數據的獲取，同時利用ASP.NET2.0技術開發了Web應用程序，實現了對溫室環境的遠程監控。

　　在畜禽養殖方面，林惠強等針對目前飼養場對動物的行為特征和健康狀況無法實時獲取的情況，提出在畜牧業中利用無線傳感網絡傳送動物的信息，解決了飼養動物生理特征信息實時傳輸的問題;同時，根據飼養場的實際情況，結合無線傳感網絡的特點，設計了一個切實可行的無線傳感器網絡動物檢測系統，系統解決了網絡部署、節點設計、節點定位、路由和可視化平臺的設計等問題。王冉等針對規模化畜牧養殖中畜禽舍環境監測難的問題，設計開發了一套基于無線傳感網絡的畜禽舍環境監控系統，該系統能對畜禽舍環境參數(如溫度、濕度、光照、大氣壓和氨氣濃度等指標)進行實時監測，并能智能化地根據設定的環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境參數控制在設定的范圍，減少動物熱應激，凈化畜禽舍環境，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，成功地實現了第1個基于無線傳感器網絡的虛擬柵欄系統。NaglL等為家養牲畜設計了一個遠程健康監控系統，系統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、呼吸傳感器和環境溫度傳感器。TaylorK等研究了一種完備的智能動物管理系統，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。

　　在水產養殖方面，中國農業大學李道亮團隊將水質監測無線傳感網絡運用到了水產養殖中，目前，該系統在江蘇省宜興市河蟹養殖應用推廣667hm2(10000畝)。董方武等針對淡水養殖特點，采用ZigBee無線網絡技術及傳感器技術，設計了一種基于ZigBee技術的淡水養殖溶氧濃度自動監控系統，進行了監控網絡結構、節點硬件電路和軟件設計，實現了溶氧濃度和溫度等參數的實時監控。

　　此外，無線傳感網絡應還用于農業環境監測等領域。PerkinsM等介紹了一種由Motorola實驗室開發的低開銷、低能、自組織的傳感器網絡neuRFon，該系統可以監測農業、環境和一些過程參數。李正明等將無線傳感器網絡應用于水文水利監測系統中，構建了基于WSN的無線水文水利監測系統，在硬件設計中分別采用單片機和ARM微處理器與CC2500配合設計網絡節點;在軟件設計中，移植TinyOS操作系統和ZigBee協議棧，搭建軟件開發平臺。

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

　　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。

　　②先進的人－機交互技術與系統，即聲音、視頻、圖形、圖像及文字處理以及虛擬現實技術與流媒體技術。

　　③智能控制技術與系統，即給物體賦予智能，以實現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。

　　④智能信號處理，即信息特征識別和數據融合技術。

　　通過研究發現，目前我國已研究的農業決策模型、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，尚未形成真正的產品化應用軟件和可共享的軟件平臺。農業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，無法實現農業生產問題的實時診斷和協同決策。

　　目前，科技部聯合工業和信息化部、中共中央組織部啟動了國家農村農業信息化示范省建設，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戶提供民生信息服務和專業信息服務，一些省份的綜合信息服務平臺設計用到了云服務技術。