物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究

曾曦

[摘 要]設(shè)施農(nóng)業(yè)是擺脫農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)于外界環(huán)境和資源的依賴性的重要手段。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與感知系統(tǒng)的結(jié)合，進(jìn)行物品間的信息實(shí)時(shí)共享。隨著我國(guó)工業(yè)化、城市化的進(jìn)程逐步加快，環(huán)境承載壓力和自然資源的制約越來(lái)越突出，在此背景下，將設(shè)施農(nóng)業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)合理結(jié)合，可以極大地降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本、提高作物產(chǎn)量與資源利用率，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供穩(wěn)定保障。

[關(guān)鍵詞]農(nóng)業(yè)科技;物聯(lián)網(wǎng);設(shè)施農(nóng)業(yè)

[中圖分類號(hào)]S316 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)綜合性和復(fù)雜性的系統(tǒng)，其涉及領(lǐng)域眾多，如農(nóng)學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)、通信學(xué)以及電子學(xué)等，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的具體應(yīng)用。在設(shè)施農(nóng)業(yè)中，可以采用各類感知技術(shù)和傳感器設(shè)備來(lái)采集生產(chǎn)過(guò)程中的農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境等相關(guān)信息，再利用移動(dòng)通信等技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸與整合，最終通過(guò)自動(dòng)化和遠(yuǎn)程控制來(lái)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)管理的智能化、集約化、高效化。

1 物聯(lián)網(wǎng)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 提高農(nóng)業(yè)工作者的工作舒適度和工作效率

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以將種植生產(chǎn)區(qū)內(nèi)的所有農(nóng)業(yè)設(shè)施的監(jiān)測(cè)信息和設(shè)備的控制信息集中起來(lái)，工作人員只通過(guò)遠(yuǎn)程操作即可有效控制與管理，極大地減輕了農(nóng)業(yè)工作者的工作負(fù)擔(dān)，提高了工作效率。

1.2 提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可對(duì)作物的生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行全過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以此保證作物生長(zhǎng)在一個(gè)良好安全的環(huán)境之中。該技術(shù)的應(yīng)用一定程度上減少了病蟲害的發(fā)生與化學(xué)農(nóng)藥的使用，提高了農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)與產(chǎn)量，從源頭上增加了此類農(nóng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

1.3 節(jié)約自然資源

通過(guò)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于土壤水分、土壤肥力及酸堿度等參數(shù)的精確控制，再加上噴灌、滴灌這類灌溉措施，極大程度提高了自然資源的利用效率，降低了傳統(tǒng)人工操作的成本。

1.4 有利農(nóng)產(chǎn)品安全溯源

在農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)期間，可通過(guò)傳感器、監(jiān)測(cè)設(shè)備等設(shè)備自動(dòng)錄入作物各階段的生長(zhǎng)狀態(tài)、人員種植操作等信息，實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理。與此同時(shí)，也可利用射頻識(shí)別技術(shù)對(duì)供應(yīng)鏈的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效的標(biāo)識(shí)，從而對(duì)供應(yīng)鏈中食品原料、加工、包裝、貯藏、運(yùn)輸、銷售等環(huán)節(jié)進(jìn)行示蹤與追溯，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，并進(jìn)行妥善處理。

2 物聯(lián)網(wǎng)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 大棚溫控中的應(yīng)用

在設(shè)施大棚中，通過(guò)溫度、濕度、日照數(shù)、風(fēng)速等多種無(wú)線傳感器，可對(duì)其中農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與分析，實(shí)行全過(guò)程數(shù)據(jù)化管理。再依照數(shù)據(jù)分析結(jié)果，智能化地開(kāi)啟或者關(guān)閉特定系統(tǒng)。

2.2 智能灌溉系統(tǒng)中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)民多是“憑經(jīng)驗(yàn)”進(jìn)行灌溉，缺乏標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)，因此常導(dǎo)致灌溉量與實(shí)際需水量相比，較多或者較少，阻礙了作物的正常生長(zhǎng)。隨著物聯(lián)網(wǎng)的深入發(fā)展，生產(chǎn)上可以通過(guò)土壤溫濕度和土壤pH等傳感器的綜合利用，結(jié)合該農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中的需水量和土壤酸堿性喜好等特點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)灌溉，既實(shí)現(xiàn)了農(nóng)作物的適時(shí)適量灌溉，又節(jié)約了水資源，達(dá)到節(jié)約增產(chǎn)的目的。

2.3 蟲害監(jiān)測(cè)控制中的應(yīng)用

對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中蟲害的監(jiān)測(cè)與控制問(wèn)題，可采用多種害蟲監(jiān)測(cè)傳感器來(lái)解決。在生產(chǎn)中，可依據(jù)對(duì)害蟲群密度發(fā)熱獲取，結(jié)合傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，采用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)、聲音信號(hào)技術(shù)、傳感器技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)、遙感技術(shù)等，對(duì)不同種類的害蟲進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)和計(jì)數(shù)。

2.4 設(shè)施養(yǎng)殖中的應(yīng)用

在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面，可采用智能監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要利用一系列傳感器對(duì)水體溫度、pH、溶解氧、鹽度、濁度、氨氮含量等對(duì)水產(chǎn)品生長(zhǎng)有重大影響的水質(zhì)及環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測(cè)。再根據(jù)收集到的不同的數(shù)據(jù)情況，智能化地控制、操作設(shè)備，使其形成一個(gè)科學(xué)且適宜的養(yǎng)殖環(huán)境。其中pH值、溫度、溶解氧以及水位等環(huán)境參數(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)中使用最為廣泛，監(jiān)測(cè)效果較好，精確度較高。

在禽畜養(yǎng)殖方面，可通過(guò)各類傳感器對(duì)家禽家畜的養(yǎng)殖環(huán)境、行為特征以及生長(zhǎng)健康狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以精細(xì)養(yǎng)殖為目標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖的智能生產(chǎn)和自動(dòng)化管控。目前，針對(duì)家畜養(yǎng)殖有較多的開(kāi)發(fā)與研究，王冉等人設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套可對(duì)畜禽舍環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)其設(shè)定的指標(biāo)來(lái)智能化控制畜禽舍中相關(guān)設(shè)備的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。林惠強(qiáng)等人針對(duì)目前各飼養(yǎng)場(chǎng)無(wú)法實(shí)時(shí)獲取動(dòng)物行為特征和健康狀況的情況，提出了一種利用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)傳送動(dòng)物信息的方法，解決了無(wú)法實(shí)時(shí)傳輸飼養(yǎng)動(dòng)物生理特征信息的問(wèn)題。

3 物聯(lián)網(wǎng)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用瓶頸

3.1 設(shè)備成本過(guò)高

信息技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)的應(yīng)用前景雖然十分廣闊，但是其建設(shè)投入巨大，維持成本較高，回報(bào)期長(zhǎng)。高昂的建設(shè)費(fèi)用限制了其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展。因此，要達(dá)到信息化的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)目標(biāo)，還需要各組織機(jī)構(gòu)加大相關(guān)設(shè)備的研發(fā)力度，提高整體性能，降低設(shè)備成本，同時(shí)也需要國(guó)家出臺(tái)更多惠民政策對(duì)建設(shè)現(xiàn)代信息化農(nóng)業(yè)進(jìn)行補(bǔ)貼。

3.2 缺乏技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化體系的構(gòu)建

我國(guó)目前尚未出現(xiàn)公認(rèn)的、合理的、權(quán)威的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化體系。如，設(shè)施種植的同一作物，在不同的生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期，對(duì)環(huán)境條件的要求也不同。針對(duì)這些不同植物或同一植物的不同生長(zhǎng)發(fā)育階段，具體所需的水、肥、光、熱等需求參數(shù)，應(yīng)有一套標(biāo)準(zhǔn)化的操作體系。

3.3 應(yīng)用設(shè)備開(kāi)發(fā)不足

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用中，傳感器是核心。但是目前我國(guó)的農(nóng)用傳感器功能單一，特色性低，準(zhǔn)確性不高，市場(chǎng)份額占有率低，大部分依賴進(jìn)口。而且，目前農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)用在數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)上的較多，而用于智能控制上的產(chǎn)品寥寥無(wú)幾，其中主要原因就是因?yàn)槿鄙傧嚓P(guān)的軟件產(chǎn)品研究與開(kāi)發(fā)。

3.4 盈利模式尚不明確，投資風(fēng)險(xiǎn)較大

當(dāng)前，我國(guó)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用較少，缺乏一套清晰的可行性方案。因此，仍需要各組織及科研機(jī)構(gòu)去深入探索和研究農(nóng)業(yè)信息化的應(yīng)用模式，加快農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用基地的建設(shè)，擴(kuò)大物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)模和范圍，以及建立一個(gè)合理的且具有活力的互利互惠機(jī)制，減小投資風(fēng)險(xiǎn)。

3.5 農(nóng)業(yè)從業(yè)者的文化素質(zhì)不高

現(xiàn)階段我國(guó)農(nóng)業(yè)從業(yè)者的文化素質(zhì)普遍偏低，接受新鮮事物的能力和學(xué)習(xí)能力相對(duì)較弱，但物聯(lián)網(wǎng)這項(xiàng)技術(shù)對(duì)從業(yè)者的專業(yè)能力和知識(shí)水平要求較高，既要求掌握農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，又要求對(duì)信息技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)有所涉獵。因此，在實(shí)際的農(nóng)業(yè)發(fā)展過(guò)程中，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的企業(yè)及組織較少，致使目前物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)上的推廣應(yīng)用不足，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)信息化產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

4 展望

隨著我國(guó)信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。但就目前情況來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用仍停留在初級(jí)階段，存在著關(guān)鍵技術(shù)不先進(jìn)，應(yīng)用集成體系不成熟、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)不完善，以及專業(yè)技術(shù)與人才的匱乏等一系列問(wèn)題。這些問(wèn)題仍需要我們不斷地去探索和研究，相信通過(guò)政府的合理引導(dǎo)，相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的開(kāi)發(fā)創(chuàng)新，媒體的宣傳科普，我國(guó)的設(shè)施農(nóng)業(yè)信息化產(chǎn)業(yè)必將擁有一片光明前景，農(nóng)業(yè)全智能化指日可期。

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