康憲芝 陳靜 滕岳 高貝貝
(滄州交通學(xué)院,河北 滄州 061000)
近年來,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一出現(xiàn),國(guó)家就出臺(tái)了多項(xiàng)政策鼓勵(lì)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展與創(chuàng)新。我國(guó)作為傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國(guó),一直注重在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù),因此使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。目前北京、上海、山東、廣東等地區(qū)已經(jīng)建立特色農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)示范基地,促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用[1]。
物聯(lián)網(wǎng)主要指通過使用各種不同類型的傳感器,采集需要監(jiān)控、互動(dòng)、連接的信息,并通過各種類型的網(wǎng)絡(luò)接入,實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的連接,實(shí)現(xiàn)感知、識(shí)別和管理的智能化,可以讓能夠被獨(dú)立尋址的普通對(duì)象組成互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在社會(huì)生活各個(gè)領(lǐng)域有了很多的應(yīng)用空間,物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面。
射頻識(shí)別技術(shù)是通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別特定目標(biāo)并獲取相關(guān)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)非接觸識(shí)別。射頻識(shí)別技術(shù)和傳統(tǒng)的條形碼相比優(yōu)點(diǎn)突出,不僅能夠防水、耐高溫,使用壽命長(zhǎng);而且能夠自動(dòng)識(shí)別、識(shí)別能力強(qiáng)、可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離識(shí)別;對(duì)得到的數(shù)據(jù)可以加密、存儲(chǔ)信息可以隨時(shí)修改,并且可以存儲(chǔ)比較大的數(shù)據(jù)量。該技術(shù)在物流、零售等行業(yè)可以實(shí)現(xiàn)全球范圍的物品跟蹤和信息共享。
傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)智能領(lǐng)域應(yīng)用很廣。傳感器是外部信息獲取的源頭,利用各種類型的傳感器獲取需要的各種物品信息、環(huán)境信息,并把采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)或根據(jù)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和管理。傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要目的就把信息的獲取、處理、傳輸和執(zhí)行集成在一起,可以有效提高系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,能夠使萬物之間互通互聯(lián)。在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)將各類傳感器采集的數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控云平臺(tái)。通過網(wǎng)絡(luò)把多個(gè)成本性能較低的計(jì)算實(shí)體組成一個(gè)具有強(qiáng)大計(jì)算能力的系統(tǒng)。
通過傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到的數(shù)據(jù)信息需要通過網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)進(jìn)行傳輸。最常使用的通訊技術(shù)有4G通訊技術(shù)及5G通訊技術(shù),還有非常普及的LORA無線通訊技術(shù)及M2M技術(shù)。在智慧農(nóng)業(yè)中,網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)能夠遠(yuǎn)程完成自動(dòng)化控制,實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、系統(tǒng)的交互,使機(jī)器之間能夠在無人干預(yù)的情況下進(jìn)行通信和操作。
在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中,5個(gè)核心技術(shù)相輔相成。計(jì)算機(jī)技術(shù)就像大腦處理數(shù)據(jù)進(jìn)行決策,傳感器網(wǎng)絡(luò)就像神經(jīng)系統(tǒng)感知外界的信息變化,射頻識(shí)別技術(shù)就像眼睛獲取周邊信息,全球定位技術(shù)就像人體細(xì)胞,而網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)就像血管傳遞不同信息。無論外界環(huán)境還是物體有任何變化,傳感網(wǎng)絡(luò)都能夠感受到,并把信息傳遞給大腦進(jìn)行處理和控制。
2.1.1 大田基地智慧種植
采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)過程中的環(huán)境信息、土壤信息、農(nóng)作物信息進(jìn)行全面的監(jiān)控。要落實(shí)全部監(jiān)控智能化要配備衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、進(jìn)行監(jiān)測(cè)的所有傳感器及相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備。
環(huán)境信息包括大氣的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度以及是否存在有害物質(zhì),通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)分析,再通過手機(jī)或電腦終端對(duì)相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行控制可以調(diào)整環(huán)境達(dá)到植物最佳的生長(zhǎng)狀態(tài)。
土壤環(huán)境是影響農(nóng)作物產(chǎn)量的重要方面,通過對(duì)土壤酸堿度、溶解氧含量、電導(dǎo)率、濕度、養(yǎng)分等參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)與分析,結(jié)合所種植農(nóng)作物的不同確定施肥和灌溉的措施。根據(jù)傳感器測(cè)得的土壤數(shù)據(jù),經(jīng)過計(jì)算機(jī)的分析,確定灌溉時(shí)間、時(shí)長(zhǎng),確定施肥量及施肥路線。農(nóng)民可以通過智能設(shè)備進(jìn)行控制,可以有效節(jié)約水和化肥的使用量。
由于甄峰所提出的理論時(shí)間過于久遠(yuǎn),不適合現(xiàn)在的發(fā)展環(huán)境。同時(shí),我國(guó)區(qū)域創(chuàng)新的指標(biāo)體系中知識(shí)創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、創(chuàng)新資源投入能力、創(chuàng)新產(chǎn)出、創(chuàng)新環(huán)境投入、人才實(shí)現(xiàn)能力和國(guó)家政策等多項(xiàng)指標(biāo)都為研究提供了更多的支持?,F(xiàn)存的評(píng)價(jià)體系因缺乏選取協(xié)同性的指標(biāo),單一的指標(biāo)不能滿足企業(yè)以及多部門的創(chuàng)新,創(chuàng)新的需要加強(qiáng)知識(shí)和技術(shù)的融合,多主體、區(qū)域間的合作將成為未來創(chuàng)新發(fā)展的核心。結(jié)合遼寧地區(qū)實(shí)際情況,對(duì)遼寧地區(qū)區(qū)域創(chuàng)新能力建立指標(biāo)體系,并以遼寧省大連市和鞍山市為例,對(duì)兩地的創(chuàng)新能力優(yōu)勢(shì)進(jìn)行比較,進(jìn)而找到最適合遼寧地區(qū)的區(qū)域創(chuàng)新指標(biāo)。
農(nóng)作物信息監(jiān)測(cè),不同位置的土地上農(nóng)作物生長(zhǎng)情況也會(huì)存在不同,可以根據(jù)監(jiān)測(cè)到的信息規(guī)劃施肥措施。農(nóng)作物生長(zhǎng)過程中除了澆水、施肥還有一個(gè)非常重要的問題就是防蟲害。隨著5G技術(shù)的發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)性能進(jìn)一步提高,可以根據(jù)大數(shù)據(jù)和高新科技進(jìn)行精確檢測(cè)。通過數(shù)據(jù)分析可以有效預(yù)測(cè)蟲害發(fā)生的時(shí)間、軌跡,能夠更加有效更加精準(zhǔn)的防治,避免大量使用農(nóng)藥對(duì)人體造成傷害。
2.1.2 畜禽養(yǎng)殖
在畜禽安全飼養(yǎng)方面,通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠獲取畜禽的生長(zhǎng)情況、喂養(yǎng)環(huán)境、防疫用藥情況等信息,可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的喂食、喂水及環(huán)境調(diào)節(jié),及時(shí)發(fā)現(xiàn)畜禽生病情況有效防疫,并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)檔案對(duì)畜禽數(shù)量、繁殖、用藥、飼養(yǎng)等情況做相應(yīng)記錄,作為畜禽產(chǎn)品可以安全溯源的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[2]。同時(shí)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)出的針對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)的管理系統(tǒng),可以對(duì)畜禽進(jìn)行檔案管理、防疫管理、醫(yī)療管理。通過電子標(biāo)簽可以快速獲得每個(gè)畜禽的所有養(yǎng)殖信息,可以對(duì)養(yǎng)殖生產(chǎn)進(jìn)行有效的監(jiān)督和管理。
2.1.3 漁業(yè)生態(tài)養(yǎng)殖
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到到漁業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)。在水產(chǎn)養(yǎng)殖中,通過對(duì)養(yǎng)殖環(huán)境安裝不同類型的傳感器和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備,對(duì)水體溫度、溶解氧、pH值、鹽度、濁度等信息進(jìn)行監(jiān)測(cè),并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估,根據(jù)所得參數(shù)進(jìn)行智能控制。在海洋漁業(yè)中,可以通過海洋監(jiān)測(cè)站、圖像采集系統(tǒng)及衛(wèi)星定位通信技術(shù)監(jiān)測(cè)海洋鹽度、溫度、溶氧、浮游生物以及污染物等情況。海洋監(jiān)測(cè)漁船無法到達(dá)的地方可以通過衛(wèi)星實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。對(duì)提供海洋漁業(yè)資源信息,防治海洋污染,為海洋突發(fā)事件預(yù)警提供了幫助。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以給農(nóng)產(chǎn)品提供一個(gè)平臺(tái),使農(nóng)產(chǎn)品能夠更好的“賣出去”。與發(fā)達(dá)的城市相比,農(nóng)村交通設(shè)施不便,且消息相對(duì)閉塞。隨著電商知識(shí)越來越普及和政府的大力支持,許多企業(yè)搭建了農(nóng)村物流的大數(shù)據(jù)平臺(tái),農(nóng)資網(wǎng)上商城也逐漸建立,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合電商模式可以給農(nóng)業(yè)的種植、養(yǎng)殖及銷售開啟一個(gè)新的篇章,產(chǎn)品信息通過互聯(lián)網(wǎng)可以被更多的消費(fèi)者看到,能夠更好的銷售出去。
通過農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可以使農(nóng)戶和經(jīng)銷商建立聯(lián)系。經(jīng)銷商可以通過物聯(lián)網(wǎng)了解哪些地方的農(nóng)作物成熟了,哪些地方農(nóng)作物數(shù)量多質(zhì)量好,可以提前和農(nóng)戶做好收購計(jì)劃。農(nóng)戶也可以通過物聯(lián)網(wǎng)知道農(nóng)產(chǎn)品的銷路情況,哪些農(nóng)產(chǎn)品過剩不好銷售,哪些農(nóng)產(chǎn)品比較稀缺供應(yīng)不足,根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)經(jīng)銷商進(jìn)行選擇,根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品銷售情況確定下一季度的種植、養(yǎng)殖計(jì)劃,可以有效防止由于農(nóng)產(chǎn)品滯銷帶來的經(jīng)濟(jì)損失。
通過物聯(lián)網(wǎng)還可以對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行供應(yīng)鏈管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以收集農(nóng)產(chǎn)品種植養(yǎng)殖、生產(chǎn)、加工、存儲(chǔ)、物流及供應(yīng)商等信息,并根據(jù)這些信息對(duì)產(chǎn)品的供銷進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)的管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以賦予農(nóng)產(chǎn)品身份信息,通過條碼、二維碼、射頻識(shí)別標(biāo)簽可以使用掃描設(shè)備讀取產(chǎn)品的所有信息,如產(chǎn)地、物流、配送人員,不僅有利于保障食品安全,而且方便實(shí)施售后,也為近幾年新冠肺炎疫情的流調(diào)溯源提供了幫助。
基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)種植養(yǎng)殖生產(chǎn)銷售過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,可以提高數(shù)據(jù)采集效率和數(shù)據(jù)質(zhì)量。傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)方法效率低、誤差大、成本高。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以使數(shù)據(jù)收集更加方便快捷,可以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù),在保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的同時(shí)還能有效防止數(shù)據(jù)丟失。由于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)變化性,可以對(duì)需要監(jiān)控的對(duì)象采用建模的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)整理。使用不同的數(shù)據(jù)流分類方法針對(duì)用戶需要了解的側(cè)重點(diǎn)可以得到不同的分類結(jié)果。將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)相結(jié)合,建立農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集中心,能夠有效提高工作效率,并保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。
農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)和流通有其自身的特點(diǎn)。農(nóng)村的種植養(yǎng)殖環(huán)境一般比較分散、偏遠(yuǎn)。雖然政府投出大量的財(cái)力物力來改善農(nóng)村生產(chǎn)生活環(huán)境,但是有些偏遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)作物種植基地、畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖基地環(huán)境復(fù)雜,農(nóng)戶散落,給農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)和運(yùn)輸帶來很大的不便。農(nóng)產(chǎn)品種植、養(yǎng)殖與季節(jié)息息相關(guān),不同季節(jié)供需差距較大。物流需要根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品的成熟季節(jié)的不同進(jìn)行調(diào)整。一些較偏遠(yuǎn)的地區(qū)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境比較差,不能夠搭建云平臺(tái)實(shí)時(shí)讀取數(shù)據(jù)和外界有效交流信息;基礎(chǔ)設(shè)施薄弱的地方電力系統(tǒng)也不完善,電力系統(tǒng)不足導(dǎo)致所有電子設(shè)備都不能正常工作,無法提供物聯(lián)網(wǎng)需要的基本物理?xiàng)l件。
雖然我國(guó)已經(jīng)建立了許多大田種植基地、畜禽養(yǎng)殖基地、漁業(yè)養(yǎng)殖基地??傮w來說物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在種植養(yǎng)殖的應(yīng)用中時(shí)間較短,還有許多不足需要在實(shí)踐中摸索改進(jìn)。在一些新的應(yīng)用領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)還處于試驗(yàn)階段,沒有統(tǒng)一的技術(shù)指標(biāo)和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,國(guó)內(nèi)出現(xiàn)許多水平不一的云平臺(tái),企業(yè)和用戶很難選擇合適的平臺(tái)和供應(yīng)商。部分企業(yè)和種植養(yǎng)殖人員缺乏技術(shù)經(jīng)驗(yàn),推廣難度較大。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的融合還需要不斷探索。
農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的新興事物,迫切需要既熟悉物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)又懂得現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的復(fù)合型人才。在實(shí)際的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,大部分農(nóng)戶文化水平較低,一些種植養(yǎng)殖人員和企業(yè)觀念陳舊不能接受新的科學(xué)技術(shù),種植養(yǎng)殖過程中僅憑借自身經(jīng)驗(yàn),缺少系統(tǒng)的科學(xué)的種植養(yǎng)殖管理理念,缺少相關(guān)技術(shù)的培訓(xùn),缺少技術(shù)人員給予科學(xué)的種植養(yǎng)殖和管理辦法的技術(shù)支持,很難滿足智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求。缺少能夠?qū)r(nóng)業(yè)種植養(yǎng)殖數(shù)據(jù)的信息分析人才,難以根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)對(duì)環(huán)境災(zāi)害、市場(chǎng)需求進(jìn)行有效分析、科學(xué)判斷。因此,急需專業(yè)水平較高的復(fù)合型人才來推動(dòng)我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展[3]。
國(guó)家正在加大資金投入、引入社會(huì)資金加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)村的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),建立提供良好的電力資源和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。政府已經(jīng)出臺(tái)相關(guān)政策大力扶植農(nóng)資電商,以電商的發(fā)展帶動(dòng)配套體系的不斷完善。
國(guó)外的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)比較成熟,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地區(qū)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控,為農(nóng)業(yè)提供數(shù)據(jù)支持。我國(guó)現(xiàn)階段也已經(jīng)建立了很多大田種植基地、畜禽養(yǎng)殖基地、漁業(yè)養(yǎng)殖基地,經(jīng)過不斷的完善也將在我國(guó)逐步普及。
要努力降低成本,物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè),大量高精度傳感器的使用,都會(huì)提高使用和研發(fā)的成本,而農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的普及降低成本是一項(xiàng)非常重要的前提條件;平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化,目前國(guó)內(nèi)存在著大量的云平臺(tái)供應(yīng)商,水平參差不齊,因此需要對(duì)平臺(tái)設(shè)計(jì)建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[4];安全性,通過物聯(lián)網(wǎng)可以快速讀取大量數(shù)據(jù),并進(jìn)行處理,提高物聯(lián)網(wǎng)的安全性是非常關(guān)鍵的。可以通過建立傳感器網(wǎng)絡(luò)秘鑰管理系統(tǒng),增加無線傳感器安全路由協(xié)議,使用相關(guān)的算法提高物聯(lián)網(wǎng)使用的安全性。
任何技術(shù)的發(fā)展都離不開相關(guān)領(lǐng)域的人才培養(yǎng),農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)具有一定的綜合性,需要積極培養(yǎng)高素質(zhì)、高水平的專業(yè)人才。要加強(qiáng)對(duì)農(nóng)戶的技術(shù)培訓(xùn),由專業(yè)人員定期對(duì)農(nóng)戶進(jìn)行技術(shù)支持;培養(yǎng)既熟悉物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)又懂得現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的復(fù)合型人才,出臺(tái)激勵(lì)政策鼓勵(lì)大學(xué)生回鄉(xiāng)支持農(nóng)業(yè)發(fā)展建設(shè)[5]。
伴隨著大數(shù)據(jù)、5G、AI等新一代信息技術(shù)的發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)也將迎來新的契機(jī)。隨著無線通訊技術(shù)占比的加大,5G技術(shù)正是面向產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智慧農(nóng)業(yè)智慧城市等更廣闊的應(yīng)用,能夠支持更多的智能終端設(shè)備的接入。有數(shù)據(jù)顯示,5G可以做到1km2接入100萬個(gè)傳感器進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。大量的終端接入必然會(huì)積累大量的數(shù)據(jù),大數(shù)據(jù)技術(shù)可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析存儲(chǔ),經(jīng)過數(shù)據(jù)分析可以得到更有價(jià)值的信息。AI技術(shù)則會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)的分析,結(jié)合先進(jìn)的算法進(jìn)行優(yōu)化,最終對(duì)終端進(jìn)行反饋。有“5G+大數(shù)據(jù)+AI技術(shù)”的共同支持,物聯(lián)網(wǎng)將不僅僅局限于萬物皆可互聯(lián),而是可以實(shí)現(xiàn)萬物皆可智聯(lián)。
物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的出現(xiàn)促進(jìn)了農(nóng)村種植、養(yǎng)殖及生產(chǎn)銷售模式的轉(zhuǎn)變。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),可以對(duì)農(nóng)作物種植、畜禽養(yǎng)殖、漁業(yè)的信息進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)和控制,在保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)提高產(chǎn)量。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越成熟,信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的范圍越來越廣,借助國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的扶持,對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)人才的培養(yǎng),智慧農(nóng)業(yè)將得到全面的發(fā)展,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)銷售水平必然要上一個(gè)新臺(tái)階。