物聯網在農業信息化中的應用

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1、 ...wd... 物聯網在農業信息化中的應用 摘 要：農業是我國的根基性產業，大局部的農業勞動都是由人工來完成的，其智能化水平比較低。物聯網是繼計算機互聯網之后的第三次產業革命。隨著物聯網技術的引進與應用逐步實現了現代農業的智能化控制，使農業生產在信息化應用的根基上跨出了一大步，從而將粗放的農業管理方式轉向了信息化和集約型的管理控制，降低勞動力成本，保證農產品的質量安全，促進現代農業的迅速開展。本文主要介紹了物聯網技術和農業信息化的概念，分析了目前農業信息化的現狀，并闡述了物聯網技術在農

2、業信息化中的一些應用。 關鍵詞：物聯網；農業信息化現狀；開展模式；農業中的實際應用 The Internet of things application in the agricultural informatization Abstract：Agriculture is our country's basic industry, most of the farm work is done by manual.Its intelligence level is relatively low. The Internet of things is the third industrial

3、revolution after the Internet. With the introduction and application of Internet of things technologies, intelligent control of modern agriculture is gradually achieved, agricultural production on the basis of the application of information technology make a great step forward, extensive agricultura

4、l management is turned into information and intensive management control, labor cost is reduced, ensure the quality and safety of agricultural products and promote the development of modern agriculture. This article mainly introduces the concept of Internet of things technologies and agricultural in

5、formation, analyzes the current situation of agricultural information, and describes the application of Internet of things technologies in agricultural information. Keywords：Internet of things; agricultural information status; development models; practical application of agricultural 1.引言 隨著國內外互聯

6、網的快速開展，計算機以及網絡通信等技術拉近了人們之間的距離，增強了人與人之間的相互溝通。而物聯網的應用與快速開展，更進一步地加深了人們對世界上萬事萬物的了解。物聯網可以將各種信息傳感設備與互聯網相連接，從而實現其智能化識別與管理。在人類生活和生產過程中，具有信息感知特點的物聯網將會擁有更加廣闊的應用前景。就現階段而言，物聯網已經成為了我國的新興產業。 我國是開展中國家，農業是關系到我國國計民生的根基性產業，其信息化和智能化的程度不可無視。把物聯網引入和應用到科學研究和農業生產中，對加快農業智能化生產的開展，提高預防各種自然災害的能力，建設現代化農業具有深遠的意義和非常大的作用。 2.物聯網

7、與農業信息化息息相關 2.1物聯網的概述 物聯網〔“Internet of Things〞，簡稱“IOT〞〕是以互聯網、移動電信通訊網絡等為根基的信息承載體，它能夠實現被獨立尋址的物理對象之間互聯互通的網絡[1]。換句話說，物聯網就是“物與物相連的互聯網〞。它包含了兩層含義：①物聯網是以互聯網為核心，它是在互聯網的根基之上進展延伸和擴展的。②物聯網的用戶端可以實現任何物與物、人與人、人與物之間的信息交換和通信，方便識別、管理和控制[2]。 物聯網是通過射頻識別、激光掃描器和GPS定位系統等各種各樣的傳感器裝置，根據約定的協議，將所有的物體和互聯網相連接，進展信息交互、信息傳輸和信息處理

8、。它可以對任何需要被監控、連接和互動的物品與過程，全天24小時進展采集其需要的溫度、濕度、以及氧量含量等各種信息，實現智能化識別、跟蹤與定位，是以互聯網為根基進展延伸和擴展而形成的一個巨大網絡[3]。 物聯網技術主要包括感知、信息傳遞和處理這3個層次，如示意圖1所示： 感 知 信息傳遞 處 理 傳感器 無線網絡 智能芯片 圖1 物聯網技術示意圖 2.1.1物聯網的體系架構 物聯網的關鍵不是在于 “物〞，而是在于“網〞。不管在何時何地，“物〞只要通過“網〞就可以獲得“感知〞，就能夠具有“智慧〞。無論哪一種物體只有通過智能處理層中的“智能信息處理平臺〞才會具有智能化。從本

9、質上來說，物聯網是借助于射頻自動識別與無線傳感器技術，同時在計算機互聯網的根基之上來完成物品的“自動識別和信息的相互聯系與共享〞。從技術架構的角度來看，物聯網具有感知層、網絡層和應用層這3個層次[4]。 物聯網的體系構造示意圖如圖2中所示： 物聯網應用 農業應用、物流監控、災害監控、公共衛生┄ 應用層 網絡層內 網絡層與感知層通信 傳感器網絡、2G/3G/4G網絡、互聯網┄ 感知層內 傳感器網絡和協同信息處理 數據采集 RFID、感應器、條碼器、傳感器、智能卡┄ 圖2 物聯網體系架構 (1)感知層 信息處理系統是以數據的采集為根基。通過系統的分析和處理，這些被采

10、集到的數據最終會成為影響我們做出決策的信息。物聯網中的感知層的功能等同于人體中的眼、耳、鼻、喉和皮膚等神經末梢的作用。它通過RFID電子標簽、感應器和傳感器網絡等設施，實現對物體的感知、識別和信息采集，再將信息與網絡層中的設施進展交互。 (2)網絡層 為滿足“物物相連〞的需要，物聯網的網絡層必須將感知到的信息進展無阻礙、高穩定性、無失真地傳送，使“物品〞可以在世界的各個地方長距離、廣范圍地通信。網絡層在物聯網中的作用與人體的神經中樞和大腦的功能一樣，它可以將從感知層所獲得的信息進展傳輸和處理。所以物聯網需要從整體上將互聯網技術、傳感器網絡以及移動通信技術組合應用，這樣才能更好地完成感知芯片

11、與通信網的相接、有線網絡和無線網絡的相接以及寬帶和窄帶的相接。 (3)應用層 應用層實現了物聯網與用戶需要的完美結合，是完成輸入輸出的控制終端，它的主要作用是：通過PC機和現代智能 等采用智能化的應用程序，根據數據的處理分析和決策反響來到達人們所需要的某種特定信息服務的目的，把人與物以及物與物嚴密地連接了起來。它根據用戶的需求，建設面向各行各業實際應用的管理平臺和運行平臺，并根據不同應用的特性集成相關的內容服務，與行業需求嚴密聯系在一起，提供準確的服務信息，從而到達物聯網的智能化應用。 2.1.2物聯網的關鍵技術 (1)RFID技術 RFID技術是利用射頻信號和無線電訊號識別特定

12、的目標，同時將相關的數據被讀寫。它不需要識別系統和特定的目標之間產生實質性的接觸，識別工作也不需要人工干預，操作不僅方便而且比較快，更重要的是它可以在各種嚴酷惡劣的環境下進展識別。電子標簽、讀寫器和天線是構成最簡單的RFID所不可缺少的元素。RFID系統的工作原理是：在天線的射頻范圍內放入電子標簽時，將會產生感應電流，然后電子芯片借助感應電流獲得能量，發送出存儲于其中的物品信息〔Passive Tag,被稱為“無源標簽〞〕，或者主動發射出某一頻率的信號〔Active Tag，被稱為“有源標簽〞〕；讀寫器接收它所發出的信號，并完成解碼和解調后，把所獲得的信息送至中央信息處理系統，從而實現有關數據

13、的處理[5]。 RFID工作的原理圖如圖3所示： 標 簽 讀 寫 器 計 算 機 控制器件 收發信息 控制器件 存儲裝置 天 線 發收信息 天 線 圖3 RFID原理圖 到現在為止，RFID技術已經成功應用于智能農業、動物識別、醫療衛生、物流管理、農業和畜牧業生產的控制和產品的追溯等方面。比方：在蔬菜生產過程中，將溫度、濕度、光敏、氣敏、土壤等多個傳感器和RFID電子標簽相結合并應用在一起，不僅可以感知需要添加有機肥、農藥、生長調節劑和肥料等物質信息的時間，而且還可以準確地記錄、存

14、儲和管理每一批蔬菜的種苗來源、優劣、培育場所，以及培育、質量檢測、運輸等所有的信息。利用RFID技術，不僅可以在很大程度上減少種植蔬菜的投資成本，而且還可以快速推動精細農業和智能農業的開展。 (2)傳感器技術 傳感器不僅是組成物聯網的根基元件，而且還是實現萬事萬物被感知的重要手段。在一般情況下，傳感器往往根據濕度、溫度、二氧化氮濃度、氧氣含量、聲和光等信號，對物體信息進展感知，進而把物體最真實的信息提供應物聯網根基服務處。傳感器的作用是收集和處理在網絡所覆蓋的區域范圍內被感知到的對象信息，并將其傳輸到觀察者的計算機上。 傳感器被認為是人類五官的延長，故被稱為“電五官〞，它已經滲透到環境保

15、護、工業生產、醫學診斷、生物工程、物流運輸等眾多領域，被廣泛應用于人類的生產和生活中。例如，在水產養殖中，魚類的生長都會受到水中的氨氮含量、酸堿度及溶氧量等的影響，通過使用生物傳感器可對水質中的各項參數實行全天24小時的監測預警。當檢測到參數發生異常時，采取自動防控措施進展處理并能及時將相關信息傳輸到養殖戶手中。智能控制系統的應用不但使養殖環境的自動控制得到了實現，而且完成了水體環境的閉環控制。它在很大程度上提高了養殖業的產品質量和產量，不僅節約成本，還使產業成效提高到10%以上，從而進一步地到達提高經濟效益的目的。 2.2國內外農業信息化的開展現狀 興旺國家的農業信息化相對來說開展的比較

16、好，特點比較明顯，其中最突出的就是網絡化。農業生產者利用現在的科技產品，比方常用的手機、電腦和 等，就能體會到網絡的作用，并可以借此查閱與農業相關的信息，快速的了解到與農業生產相關的動向信息，從而得到及時的指導并做出正確的決策，從而使不安全因素降到最低。再有就是綜合化,把多種現代技術相結合，發揮最大的作用。最后是全程化。就現在的狀況來說，科研機構和信息研究等越來越注重結合性,在各個階段都有穿插局部。這些結合的工程不但使原有的優勢得以穩固和開展，也彌補了原先的缺乏之處,使原有的弊端得到一定程度的改善,使農產品的競爭力在世界市場上得到了進一步地增強[6]。 目前，我國在農業生產、資源利用以及

17、其他方面的科學研究都采用了多種信息技術，并且都取得了很大的開展。盡管如此，與興旺國家進展比較而言，我國仍存在較大的差距。興旺國家的平均單位產量比我國高出30%，我國的單位產量成本反而比興旺國家多出50%，這主要是因為我國農村的信息根基設施相對來說還比較地落后,比方信息的獲取、保存、傳輸、處理等過程,大局部還使用傳統的手工方式,利用計算機等現代化設備處理信息的比率還比較低[7]。所以說，我國的農業生產效率比較低。農業從事者往往不能夠及時的得到相關的信息，信息傳播不及時。應該根據不同地區的不同特點，進展有目的有針對性的改善和開展，將農業信息化最大程度的利用起來。 2.3物聯網推動農業信息化的開展

18、 自解放生產力以來，我國的農業化也得到了很大的開展，雖然解決了大局部人的溫飽問題，但是也要看到它的缺乏之處，那就是我國的農業化效益不斷的下降。除此之外，農作物產量低、農村的剩余勞動力不斷增多以及農業生態環境不斷惡化等許多問題也都日益顯現出來。這些問題說明，農業開展的傳統模式已經阻礙了農業開展的現代化。所以從開展農業現代化的意義上來說，農業對信息的需求量和依賴程度還是很大的。長期以來，由于在農業的開展過程中比較缺乏信息，只能夠依靠經歷與定性操作，所以農業被認為是有一個具有很差的可控性和穩定性的行業。然而隨著互聯網和通信網絡在農業中的不斷應用，物聯網那么為由傳統農業向現代農業進展轉變的過程提供了

19、重要的信息支撐。 資源、市場和環境這三大因素將會影響到我國農業現狀的改變和農業的可持續性開展，因此，不僅要注重農業生產的產量，而且要追求高質量的農產品。同時，也要提升農產品的效益。在傳統農業中，人們主要是通過人工觀察、實驗和測試等有限的方式獲取農田信息。而在智能農業中，通過物聯網技術的應用，人們能夠全天24小時不連續地準確獲取土壤水分、酸堿度、氮素等土壤信息。農業科技人員就可以根據這些可靠信息分析農作物的生長環境，以及所需要補充的養分，幫助農業生產者防止災害的發生，實現科學種田養殖，進一步地增加農業生產的整體效益，降低勞動力的浪費，減少對農田自然環境的影響。長期以來的開展歷程告訴我們，農業生

20、產的每一次突破與科技的進步都是分不開的，現代農業的開展需要科學技術的支撐。 3.基于物聯網的農業信息化開展模式 就目前而言，我國正處在由傳統農業轉向現代農業開展的重要時期，因此，以物聯網為根基的農業信息化開展模式的建設必須立足于現階段農業的實際開展情況，不能夠脫離目前的開展階段。在農業信息化的開展過程中，通過借鑒國外興旺國家所取得的經歷以及我國物聯網的開展現狀，我國選擇采取多元化協同開展戰略，以此到達提高農產品的質量和產量、提高農業資源的利用率、提升農業效益，實現農業可持續開展的目標。 多元化開展戰略主要是指以下3個方面的內容：第一，將局部重點建設和全面推廣相結合。由于我國地域遼闊，經濟

21、文化開展極其不平衡，所以各地區農業信息化的開展水平也都參差不齊，因此，我們要大力開展現代農業，提高農業信息化水平，就必須要使用全面推動和局部突破建設相結合的戰略。在農業根基設施相比照擬完善的興旺地區，要合理地利用各種技術設備，提高信息資源的利用率，全面推進農業信息化的建設；而在農業根基設施還不完善的貧窮地區，根據當地的實際情況可以利用播送、電視、報紙等各種方式向農民傳輸與農業有關的信息，大力開展農業信息化建設。第二，服務組織和服務主體要多元化。目前，我國 基本形成了以政府部門為主導，促進其他各種社會力量廣泛參與的服務模式，各個服務部門都要以農民為主體來開展服務。第三，將技術創新與技術引進結合

22、起來。我國是開展中國家，農業化是與工業化、信息化在同一時間一起開展起來的，起步比較晚，各方面都還有待于完善，但是對于興旺國家來說就存在著很大的不同了，它是在工業信息化的成熟后期開展起來的[8]。因此，一方面，我國可以在農業信息化開展的過程中借鑒其他國家的技術和經歷，促進農業信息化的建設。另一面，我國也要加強科技創新，進一步加強將物聯網技術應用到農業生產中的研究。 綜上所述，在建設以物聯網為根基的農業信息化開展模式的過程中，要堅持政府的主體地位，切實發揮政府的指引作用、監視作用和推動作用，創造良好的環境；調動各個社會組織參與的積極性，充分利用各種信息資源；將影響農業開展的各種因素聯合起來考慮，

23、滿足農民對信息的各種需求，關心農民的切身利益，快速推動以物聯網為根基的農業信息化的建設。 4.物聯網技術在農業信息化中的實際應用 在農業生產過程中，要完成人與人、人與物、物與物相連的物聯網，可以利用各種傳感設備和識別技術等記錄農作物的生長過程、成熟時間、運輸過程、儲存環境等信息，來確保農畜產品和食品的安全。在農產品和食品流通領域，各種識別技術和傳感器網絡的應用可以對農產品實行從農田到餐桌、從生產到流通這一整個的全過程的智能監控。在不同供應鏈之間，食品追溯系統完成了對農畜產品和食品質量信息的無縫銜接，不僅使農畜產品和食品的運輸過程得以實現數字化記錄，同時也使農畜產品和食品的質量在很大程度上得

24、到了提高。 4.1農業病蟲災害的檢測與防治 農作物生長期間發生的病蟲災害將會對農業的生產產生顯著的影響，災害發生嚴重的地方，農作物會出現很大程度上的減產，同時也會使農產品的質量發生明顯的下降。在發生病蟲災害的地方，農產品由于帶有較高的不安全性，所以不但不能出口到其他國家,而且也不能在國內市場上進展銷售。病蟲災害的發生不僅會影響到農業商品經濟的迅速開展，而且會使人民生活水平的質量和身體安康素質的提高有所減緩。所以從某種意義上來說，農作物的病蟲害不僅阻礙了當地地方經濟的快速開展,更是對中國的糧食產量與質量、食品安全與衛生產生了重大的影響。到目前為止，各種各樣的病害蟲,特別是同時具有危害性較強的

25、同一種害蟲可能會在很大程度上影響到多種農作物的生長。 針對農業生產過程中發生的一系列病蟲災害現象，在農業病蟲害信息監測系統中，物聯網通過利用各種具有害蟲傳感功能的監測傳感器來完成對病蟲害全天24小時的信息監測、傳輸和收集。從整體構造上看，農業病蟲害監測信息系統的關鍵主要分為四大局部：網絡感知節點的設計、監測信息的采集、傳感技術、無線通信技術以及數據智能化處理[9]。傳統的害蟲監測手段最重要的是利用昆蟲間化學信息的交流和物理學的反響,普遍使用的是性引誘劑和黑光燈。然而，這種監測手段具有許多弊端，它不僅需要消耗大量的時間，還需要較多的人力和物力支持，更嚴重缺乏的是收集到的害蟲數據利用率非常低。為

26、了防止此類弊端,信息監測系統根據對害蟲群密度的發熱獲取相關信息，同時與傳統的監測技術相組合。傳感器技術、聲音信號技術和3S技術等現代信息技術，除了能夠較好的對農業生產中的各種各樣的病害蟲進展自動監測和計數之外，還可以使每畝的農藥和化肥的平均施用量減少到10%以上，產量提高到5%-10%[10]。 4.2智能化管理控制 現在，智能化管理控制被廣泛地應用于農業生產中。通過在農業生產中對種植地采用智能化控制與采集系統，可對種植地的土壤濕度、空氣濕度、溫度等生態環境進展檢測。這樣，農業生產者就可以立即了解到影響農作物生長的參數信息，分析這些參數的變化，從而能夠及時地對保溫系統、自動噴灌系統等根基性

27、設施進展調控，保證農作物能夠進展正常生長，確保農作物擁有最正確的生長環境，實現農產品的優質、高產、高效。 在整個保溫系統中，將不同的無線傳感器節點和工作電流較低的執行構造節點組合在一起，形成一個無線網絡。它利用生物信息獲取的方法采集在農作物的生長過程中所需要的最正確條件，并對農作物現在的生長環境進展分析，為溫室的準確控制提供科學依據[11]。在自動噴灌系統中，同樣先組成一個無線網絡，采用無線傳感器設備感知土壤的濕度，再根據預先制定的條件與接收器通信，翻開或關閉自動噴灌控制系統的閥門，便可以實現自動節約用水并進展澆水的目的。它既可以實現水資源的高效利用，緩解水資源使用率日益緊張的情況，也減少了

28、30%左右的勞動力，從而為農作物生長提供良好的生長環境[12]。 ONS服務器 農作物 無線傳起感器 讀寫器 信息管理系統 中間件系統 產品信息數據庫 用戶 互聯網 圖4 農業生產智能管理控制系統示意圖 4.3物聯網在食品安全追溯管理上的應用 最近幾年以來，與食品安全問題有關的事件發生的頻率不斷增加，引起了社會的廣泛關注，其中一個很重要的原因是對農產品從生產到銷售這一過程的監管力度嚴重缺乏，消費者對食品的生產過程了解的也比較少，所以如果加強監管力度，那么可以將食品安全問題發生的概率降至最低。而物聯網技術在這個過程中所發揮的作用不容無視。利用食品安全追溯系統可實現農副

29、產品從生產到加工制作，進展儲存與運輸，再到銷售流通這一全過程的監控和追蹤，保證農畜產品的質量與安全。 在北京舉辦奧運會的時候，食品從生產到銷售這一流程就廣泛地應用了RFID標識技術，實施了食品安全追溯系統。通過該系統的應用，將所有的奧運食品貼上“電子標簽〞，這樣就可以從一個運發動所食用的食物就能追溯到農田，實現了從“農田到餐桌〞、從“生產到流通〞這一系列全過程的食品安全的智能監控，從而保證食品的安全[13]。另外，還可以對供應企業的農產品加工、運輸、供貨等過程進展不連續地監控，包括采用GPS定位技術對奧運食品運輸車輛進展定位，一旦出現存放產品環境的溫濕度超過規定范圍，系統就會自動向管理人員發

30、出警報。食品安全追溯系統不僅保證了農副產品的安全供應，而且更為物聯網的廣泛應用奠定了堅實的根基。 5.完畢語 雖然物聯網技術在農業信息化中的應用還存在著許多的缺乏之處，但是隨著互聯網技術的不斷開展，我國農業在由傳統農業向現代農業轉變的過程中，不可缺少物聯網的支撐與推動。電子標簽和各種傳感器技術等的應用將會為農民的農業生產提供實時信息和科學指導，不斷實現農業的智能化操作。從總體上來說，將物聯網技術應用在農業中會不斷地加快農業信息化全面開展的步伐，同時也會為現代化農業的快速開展提供強勁的動力。 參考文獻： [1]王坤.物聯網技術信息化應用[J].煤炭技術,2012(3):234-236.

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