物聯(lián)網(wǎng)在渭南市智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究

彭 燕

(渭南師范學(xué)院物理與電氣工程學(xué)院，陜西渭南714099)

0 引言

我國是個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)的發(fā)展、農(nóng)民生活水平的提高和農(nóng)村的穩(wěn)定直接關(guān)系著國家的發(fā)展命脈，因此發(fā)展社會主義現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)就成為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要課題.隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，我國的農(nóng)業(yè)開始從粗放型農(nóng)業(yè)逐步向數(shù)字農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展.渭南市是陜西省農(nóng)業(yè)大市，如何通過綜合應(yīng)用信息技術(shù)、傳感器技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，極大促進(jìn)農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型，對于以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)為主的渭南市是機(jī)遇也是挑戰(zhàn).

1 物聯(lián)網(wǎng)與智慧農(nóng)業(yè)的內(nèi)涵

1.1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

目前，物聯(lián)網(wǎng)比較嚴(yán)格的定義是通過射頻識別(RFID)、紅外感應(yīng)技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò).物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被世界公認(rèn)為是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮，它是以感知為前提的人與人、人與物、物與物的全面互聯(lián)網(wǎng)絡(luò).物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分為三層，即感知層、傳輸層和應(yīng)用層，通過這三層間的協(xié)調(diào)工作可以將其應(yīng)用到很多實(shí)際領(lǐng)域.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、管理和流通過程中，具體講就是將各類感知設(shè)備廣泛應(yīng)用在大田種植、設(shè)備園藝、獸禽水產(chǎn)養(yǎng)殖和農(nóng)產(chǎn)品物流等過程，采集這些生產(chǎn)過程中的相關(guān)信息;通過無線網(wǎng)絡(luò)、電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息的多維度傳輸;最后將獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理并由智能化操作終端實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)過程的監(jiān)控和科學(xué)管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效和生態(tài)的目標(biāo).

1.2 從智慧地球到智慧農(nóng)業(yè)

IBM公司在2009年提出了“智慧地球”的概念，也可稱為智能地球，是將物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的整合，美國政府積極響應(yīng)該理念并將其作為國家戰(zhàn)略.同年，溫家寶總理相繼提出了“感知中國”的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)構(gòu)想.“智慧農(nóng)業(yè)”是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)“智慧地球”概念在我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，是以物聯(lián)網(wǎng)為核心技術(shù)的一種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)形態(tài).智慧農(nóng)業(yè)是以高效率利用各種農(nóng)業(yè)資源為前提，目標(biāo)是最大限度地減少農(nóng)業(yè)能耗和成本，最大限度地減少對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的破壞并實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的整體最優(yōu).

2 渭南推進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的可行性分析

以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主的渭南，正面臨農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和升級.推進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要課題.

2.1 渭南市設(shè)施農(nóng)業(yè)初具規(guī)模

渭南市是陜西省果蔬、糧食生產(chǎn)重地，地域廣闊，農(nóng)業(yè)人口眾多.目前在渭南地區(qū)以設(shè)施農(nóng)業(yè)為主的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)示范園區(qū)總數(shù)可達(dá)70個，其中省級現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)7個，園區(qū)總面積達(dá)到9.87×107km2，新增標(biāo)準(zhǔn)設(shè)施農(nóng)業(yè)面積近1.33×108km2，［1］涌現(xiàn)出了富平現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園、華縣鐘張蔬菜示范園、大荔國家級農(nóng)業(yè)科技園、臨渭渭北葡萄產(chǎn)業(yè)園等一批典型示范園區(qū)，這些園區(qū)將優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)新技術(shù)新品種試驗(yàn)示范、農(nóng)產(chǎn)品加工營銷、休閑農(nóng)業(yè)旅游觀光、新型農(nóng)村社區(qū)建設(shè)、小城鎮(zhèn)發(fā)展集為一體.另外農(nóng)業(yè)示范園區(qū)建設(shè)呈現(xiàn)快速增長趨勢，產(chǎn)值收入增幅較高.引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)和管理模式推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的建設(shè)和改造，能夠有力地推動農(nóng)業(yè)的專業(yè)化、規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化和集約化.有一部分示范園區(qū)已經(jīng)對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了積極的探索，取得了初步成效.采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境中溫度、濕度、光照等參數(shù)的采集和控制，確保作物生產(chǎn)過程智能化，實(shí)現(xiàn)“智慧農(nóng)業(yè)”是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢.

2.2 渭南市不斷完善的農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)

近些年，渭南市人民政府在農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)方面做了許多工作，用現(xiàn)代化信息技術(shù)武裝農(nóng)業(yè)、富裕農(nóng)民、激活農(nóng)村.依托農(nóng)業(yè)部的12316熱線，匯聚了一批科研院校和企業(yè)參與農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)，并獲得了六方面的工作成效:一是基層服務(wù)體系逐步建立，截至2013年底，全市39%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)建立了信息服務(wù)站，22%的行政村設(shè)立了信息服務(wù)點(diǎn)，兼職信息員超過18萬人［2］;二是資源日漸豐富，全市各地在農(nóng)業(yè)信息服務(wù)工作中，面向基層、農(nóng)業(yè)信息服務(wù)工作，整合相關(guān)部門信息資源，積累了一些滿足個性化需求的信息資源;三是服務(wù)模式日趨多元，結(jié)合渭南實(shí)際情況，形成了一批有實(shí)效、接地氣的信息服務(wù)模式等等;四是信息化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)領(lǐng)域不斷拓展;五是服務(wù)機(jī)制不斷完善，各地與電信運(yùn)營商和有關(guān)企業(yè)開展合作，利用各自工作體系和資源，共同打造農(nóng)業(yè)服務(wù)平臺.這些農(nóng)業(yè)信息化體系，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在渭南農(nóng)業(yè)中的發(fā)展提供了設(shè)施保障.

2.3 借鑒國內(nèi)外智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)

全世界許多國家，在發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)上達(dá)成了共識，智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)已經(jīng)在歐美國家的農(nóng)業(yè)資源利用、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)管理領(lǐng)域和農(nóng)產(chǎn)品安全溯源領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，如美國加州大學(xué)洛杉磯分校建立了林業(yè)資源環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，對林業(yè)進(jìn)行統(tǒng)籌管理;［3］法國建立了完備的農(nóng)業(yè)區(qū)域監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，指導(dǎo)施肥、施藥收獲等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程;荷蘭建立了智能化的母豬管理系統(tǒng);［4］加拿大肉牛自2001年起使用一維條形碼耳標(biāo)，實(shí)現(xiàn)牛肉的安全溯源等等.

我國出臺了一系列政策，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用.［5］許多省市開始發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)并出現(xiàn)了許多成功案例，如河南某移動運(yùn)營商用3G手機(jī)管理種花大棚;南京某物聯(lián)網(wǎng)公司開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用案例，在某農(nóng)場30個標(biāo)準(zhǔn)化大棚內(nèi)，布滿了40個傳感器，傳感器采集數(shù)據(jù)，憑借這些數(shù)據(jù)，操作人員用手機(jī)或電腦對蔬菜進(jìn)行實(shí)時了解和掌控;江蘇省宜興市采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)控幾十畝的水塘，實(shí)現(xiàn)智能化養(yǎng)殖.國內(nèi)外這些成功案例為渭南市智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了切實(shí)有效的依據(jù)和技術(shù)參考.

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在渭南智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在渭南智慧農(nóng)業(yè)方面的發(fā)展可從以下模式［6］著手.

3.1 利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行渭南農(nóng)業(yè)的智慧生產(chǎn)

渭南已經(jīng)具有相當(dāng)規(guī)模的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施，從目前現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展來看，這些設(shè)施需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用環(huán)境主要包括現(xiàn)代化溫室、大棚和生態(tài)農(nóng)業(yè)中的生產(chǎn)和控制環(huán)境.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采用大規(guī)模農(nóng)業(yè)傳感器感知作物生產(chǎn)環(huán)境中的光、溫、水、肥、氣等參數(shù)，在不同作物的生產(chǎn)期實(shí)施全面監(jiān)測，操作工人根據(jù)作物生產(chǎn)環(huán)境參數(shù)實(shí)現(xiàn)精確有效快速生產(chǎn)，這使作物生產(chǎn)效率明顯提高，作物品質(zhì)更加優(yōu)質(zhì).目前，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在渭南農(nóng)業(yè)智慧生產(chǎn)中可實(shí)施的典型模式見圖1.這種模式將每個大棚作為一個監(jiān)控區(qū)域，節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布在區(qū)域中的任意位置，節(jié)點(diǎn)采集到的環(huán)境參數(shù)通過路由節(jié)點(diǎn)傳送給匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)或GPRS網(wǎng)絡(luò)互連，遠(yuǎn)程用戶通過互聯(lián)網(wǎng)或GPRS網(wǎng)絡(luò)訪問環(huán)境參數(shù)，結(jié)合中科院網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)可以對不同階段生長的作物實(shí)現(xiàn)最優(yōu)管理，使生產(chǎn)效率達(dá)到最佳.每個無線傳感器節(jié)點(diǎn)一般由傳感器單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信單元和電源模塊構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)見圖2.

圖1 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在智慧農(nóng)業(yè)中的典型結(jié)構(gòu)

圖2 無線傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖

牲畜家禽生產(chǎn)在渭南農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)巨大份額，建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧牲畜生產(chǎn)系統(tǒng)就成為渭南智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要步驟.RFID電子標(biāo)簽為牲畜進(jìn)行跟蹤管理提供了一套切實(shí)可行的方法，電子標(biāo)簽系統(tǒng)可以記錄動物的飼養(yǎng)、生長及疾病的防治等方面的信息，還可以對特殊對象進(jìn)行特殊標(biāo)識，從而實(shí)現(xiàn)動物及動物產(chǎn)品從飼養(yǎng)到最終銷售的可跟蹤管理.未來的生態(tài)農(nóng)場管理模式是采用無線傳感器技術(shù)對牧場的土壤溫濕度、土壤肥力等參數(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時高效監(jiān)控，農(nóng)戶根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行操作使牧場能夠高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)牧草;采用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)牲畜的跟蹤管理，電子標(biāo)簽可以記錄每個動物的各種信息，指導(dǎo)農(nóng)民實(shí)現(xiàn)高效優(yōu)質(zhì)的牲畜生產(chǎn).

3.2 利用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品智慧銷售和流通

在農(nóng)產(chǎn)品銷售環(huán)節(jié)，可以利用渭南市農(nóng)產(chǎn)品電子商務(wù)平臺如陜西省渭南天然居電子商務(wù)平臺，客戶通過商務(wù)平臺實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的預(yù)訂;商戶依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)跟蹤產(chǎn)品的安全有機(jī)生產(chǎn)過程，根據(jù)產(chǎn)品預(yù)訂信息利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全程可跟蹤的貨物流通配送;客戶利用產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)，監(jiān)督產(chǎn)品進(jìn)行安全生產(chǎn)，同時實(shí)現(xiàn)客戶全程可跟蹤的貨流配送.在農(nóng)產(chǎn)品流通環(huán)節(jié)，用RFID技術(shù)建立自動識別技術(shù)的倉庫物流管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)收貨發(fā)貨、出庫入庫的智慧高效管理;通過RFID條碼技術(shù)為農(nóng)產(chǎn)品加貼電子標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的安全溯源.利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立批發(fā)市場信息數(shù)據(jù)庫和管理信息平臺，實(shí)現(xiàn)客戶數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等有效可靠管控，實(shí)現(xiàn)可跟蹤的配貨和存儲信息.目前，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智慧配送流通還需要進(jìn)一步加強(qiáng)，結(jié)合“智慧城市”理念，智慧銷售和流通的實(shí)現(xiàn)指日可待.

3.3 利用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的智慧管理

利用地理信息系統(tǒng)(GIS)建立渭南市轄區(qū)內(nèi)所有土地和水資源管理、土壤狀況數(shù)據(jù)、自然條件、生產(chǎn)條件、作物苗情、作物病蟲害等空間信息數(shù)據(jù)庫和進(jìn)行空間信息的地理統(tǒng)計(jì)處理;利用農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)(ES)，依靠專家系統(tǒng)中農(nóng)業(yè)專家的知識和經(jīng)驗(yàn)，對需要解決的農(nóng)業(yè)問題進(jìn)行處理決策;利用農(nóng)業(yè)決策支持系統(tǒng)(DSS)實(shí)現(xiàn)作物栽培、牲畜飼料配方優(yōu)化、養(yǎng)殖場智慧管理、農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉;利用智能控制技術(shù)(ICT)，包括模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及綜合智能控制技術(shù)，解決農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中傳統(tǒng)方法難以解決的控制問題，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的智慧控制.這些信息管理系統(tǒng)的發(fā)展及其在農(nóng)業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用，必將促進(jìn)渭南智慧農(nóng)業(yè)的管理水平提高.

4 結(jié)語

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)“智慧生產(chǎn)”“智慧流通”及“智慧管理”，把生產(chǎn)、流通和管理過程的網(wǎng)絡(luò)體系進(jìn)行互聯(lián)便可以實(shí)現(xiàn)“智慧農(nóng)業(yè)”概念.面對新時期現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求，渭南應(yīng)該抓住“智慧城市”建設(shè)的浪潮，大力發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)，改進(jìn)我市傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的運(yùn)作模式，努力提高渭南農(nóng)業(yè)作物生產(chǎn)效率，為農(nóng)民創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益.

［1］渭南市人民政府研究室調(diào)研組.關(guān)于渭南市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)建設(shè)情況的調(diào)研報告［EB/OL］.(2012-06-26)［2014-03-01］.http://www.weinan.gov.cn/wzwn/wnjj/2012n/dlj/dcxj/195511.htm.

［2］張合成.農(nóng)業(yè)信息化主題日:12316公益服務(wù)回顧與展望［EB/OL］.(2014-03-16)［2014-04-01］.中國農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)，http://www.farmer.com.cn/kd/201403/t20140318_947161.htm.

［3］Antonio Nunes，Mario Caetano.Forest Monitoring with Remote Sensing:A Web Application for the Common Users［C］.ASPRS 2006 Annual Conference，2006.

［4］葉娜，黃川.荷蘭Velos智能化母豬飼養(yǎng)管理系統(tǒng)在國內(nèi)豬場的應(yīng)用［J］.養(yǎng)豬，2009，(2):10-13.

［5］彭程.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展策略研究［J］.西安郵電學(xué)院學(xué)報，2012，17(2):94-98.

［6］朱興榮.物聯(lián)網(wǎng)在湖南智慧農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究［J］.軟件工程，2013，(11):60-62.