物聯(lián)網(wǎng)可以讓農(nóng)業(yè)具備怎樣的智慧

摘要：智慧農(nóng)業(yè)是智能農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，是將科學(xué)技術(shù)融合在農(nóng)業(yè)發(fā)展領(lǐng)域中的具體實(shí)踐和應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是智慧農(nóng)業(yè)的核心技術(shù)之一，“智慧農(nóng)業(yè)”中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可分為三種類型： 傳感器技術(shù)、信息傳輸技術(shù)和信息決策技術(shù)。智慧農(nóng)業(yè)是我國(guó)未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)，是未來(lái)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，隨著信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)會(huì)得到更大范圍的應(yīng)用。

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及城鄉(xiāng)一體化建設(shè)的升級(jí)，我國(guó)新農(nóng)村建設(shè)逐步向智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展，呈現(xiàn)出全面智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)的新氣象［1］。智慧農(nóng)業(yè)是充分應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)成果，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可視化遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程控制、災(zāi)變預(yù)警等智能管理的過(guò)程。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則是智慧農(nóng)業(yè)的核心技術(shù)之一［2］。

1 什么是“智慧農(nóng)業(yè)”

智慧農(nóng)業(yè)是智能農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，一般是指利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、“5S”技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)“三農(nóng)”產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化、智能化、低碳化、生態(tài)化、集約化，從空間、組織、管理整合現(xiàn)有農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施、通信設(shè)備和信息化設(shè)施，使農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、聰明、智慧、精細(xì)的和諧發(fā)展和可持續(xù)生態(tài)發(fā)展，是將科學(xué)技術(shù)融合在農(nóng)業(yè)發(fā)展領(lǐng)域中的具體實(shí)踐和應(yīng)用［3-5］。具體來(lái)講，李輝等［6］指出，智慧農(nóng)業(yè)是利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)手段與平臺(tái)，通過(guò)專家經(jīng)驗(yàn)和專家系統(tǒng)的指導(dǎo)，定量數(shù)字化模擬、加工與決策，使得農(nóng)作物生長(zhǎng)與產(chǎn)供銷全過(guò)程智能化、數(shù)字化和信息化，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息采集、加工、處理和評(píng)價(jià)分析現(xiàn)代化、科學(xué)化和智能化的目標(biāo)，是我國(guó)農(nóng)業(yè)未來(lái)發(fā)展的方向之一，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化重要舉措之一。在此基礎(chǔ)上，又提出了構(gòu)建智慧農(nóng)業(yè)理論體系和結(jié)構(gòu)及應(yīng)用措施［7］。

2 什么是“物聯(lián)網(wǎng)”

物聯(lián)網(wǎng)（the Internet of Things，簡(jiǎn)稱IoT）的概念是在1999年提出的，2005年國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布的ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)做了如下定義：通過(guò)二維碼識(shí)讀設(shè)備、射頻識(shí)別（RFID）裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)和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)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)［8］。物聯(lián)網(wǎng)被列為我國(guó)五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用［9］。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)在，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)告別了城市獨(dú)有專享的這一現(xiàn)象，已經(jīng)逐步進(jìn)入到了村鎮(zhèn)。在我國(guó)一些較為發(fā)達(dá)的村鎮(zhèn)已經(jīng)出現(xiàn)了光纖網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)電視也逐步入戶，基本上實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，為我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，為廣大民眾提供了良好的農(nóng)作物銷售渠道和農(nóng)產(chǎn)品研究的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)一步提高了農(nóng)作物生產(chǎn)的效率。與此同時(shí)，也幫助了廣大農(nóng)民群眾解決了農(nóng)作物銷售難這一問(wèn)題，有利于幫助農(nóng)民群眾增收［10］。

目前 “智慧農(nóng)業(yè)”中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可分為三種類型：傳感器技術(shù)、信息傳輸技術(shù)和信息決策技術(shù)。

3.1 傳感器技術(shù)

用作農(nóng)業(yè)的傳感器技術(shù)是 “智慧農(nóng)業(yè)”的技術(shù)基礎(chǔ)和保障，它實(shí)現(xiàn)了信息的即時(shí)采集、記錄和傳輸，使農(nóng)業(yè)設(shè)備和裝備智能化。當(dāng)下被重點(diǎn)關(guān)注和投入使用的傳感器技術(shù)有：MEMS 微傳感器技術(shù)、光纖傳感器技術(shù)、高光譜檢測(cè)分析技術(shù)以及仿生傳感器技術(shù)等［11］。這些傳感器技術(shù)可以實(shí)現(xiàn) “智慧農(nóng)業(yè)”全鏈條的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)和傳輸。在產(chǎn)前階段，對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境以及種苗選育等進(jìn)行全方位數(shù)據(jù)采集和對(duì)比。比如檢測(cè)空氣、溫室氣體中的O2、CO2、CH4 、C2H4等的濃度，監(jiān)測(cè)土壤的溫度、濕度、水分、肥力等，保證環(huán)境條件達(dá)到種植、放養(yǎng)和培育的最佳狀態(tài)，并運(yùn)用GPS 導(dǎo)航精量播種，精確田間管理;在產(chǎn)中階段，采用RFID （ 射頻識(shí)別） 、GIS （ 地理信息系統(tǒng)） 、GPS （ 全球定位系統(tǒng)） 等技術(shù)，對(duì)動(dòng)植物的生長(zhǎng)狀況，活動(dòng)位置，疫病預(yù)警、治療和監(jiān)測(cè)，災(zāi)害的預(yù)警和防治等信息及數(shù)據(jù)進(jìn)行全天候、即時(shí)性的反饋、分析和記錄;在產(chǎn)后階段，對(duì)采摘、收獲、出欄、加工等過(guò)程進(jìn)行持續(xù)性數(shù)據(jù)采集，為之后的銷售和交易鏈條提供信息［12］。

可以說(shuō)，傳感器技術(shù)是“智慧農(nóng)業(yè)”數(shù)字化、精準(zhǔn)化、智能化的最關(guān)鍵因素。

3.2 信息傳輸技術(shù)

傳感器技術(shù)的成熟和鋪開(kāi)依賴于穩(wěn)定的信息傳輸技術(shù)，目前主要是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）技術(shù)在“智慧農(nóng)業(yè)”中廣泛地應(yīng)用。WSN 技術(shù)將物理世界與信息世界融為一體，以數(shù)據(jù)為中心，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的全新交互。傳感器網(wǎng)絡(luò)通常由隨機(jī)部署在感知區(qū)域的大量資源受限的節(jié)點(diǎn)組成。這些節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織方式構(gòu)成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作方式感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中特定的信息，觀察者可以隨時(shí)對(duì)任意地點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和分析［13］。

3.3 信息處理技術(shù)

信息處理技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的最后環(huán)節(jié)，也是智慧農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的基礎(chǔ)，應(yīng)用的技術(shù)有云計(jì)算、決策支持系統(tǒng)、 專家系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、智能控制技術(shù)等技術(shù)［14］。

3.3.1 云計(jì)算

云計(jì)算是指將計(jì)算任務(wù)分布在資源池上，使應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)根據(jù)需要獲取存儲(chǔ)空間及軟件服務(wù)。面對(duì)智慧農(nóng)業(yè)中的大量數(shù)據(jù)，云計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)資源和計(jì)算能力的分布式共享，超級(jí)強(qiáng)大的信息處理能力能為大量信息的處理提供支撐［15］。

近年來(lái)，我國(guó)開(kāi)始將云計(jì)算應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，并對(duì)其在農(nóng)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了研究。目前農(nóng)業(yè)云體驗(yàn)平臺(tái)包括農(nóng)業(yè)信息智能搜索與服務(wù)平臺(tái)和綠云格平臺(tái)，通過(guò)這2個(gè)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)市場(chǎng)信息和實(shí)用技術(shù)的準(zhǔn)確獲取與分析，為農(nóng)業(yè)主管部門(mén)、企業(yè)及農(nóng)戶個(gè)人提供個(gè)性化檢索，同時(shí)提供全方位的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境遠(yuǎn)程管理服務(wù)［16-20］。

3.3.2 決策支持系統(tǒng)

決策支持系統(tǒng)以人機(jī)交互方式進(jìn)行半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化決策。農(nóng)業(yè)決策支持系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉優(yōu)化、大型養(yǎng)雞廠管理、小麥栽培、飼料配方優(yōu)化設(shè)計(jì)、農(nóng)機(jī)化信息管理、土壤信息系統(tǒng)管理上進(jìn)行了廣泛應(yīng)用研究［21］。農(nóng)業(yè)決策支持系統(tǒng)可對(duì)地方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分析和模擬，預(yù)測(cè)不同決策方案的效果與效益，從而優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策。目前決策支持系統(tǒng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、產(chǎn)量預(yù)測(cè)及潛力分析、確定農(nóng)業(yè)投資規(guī)模等方面得到廣泛應(yīng)用［22］。

3.3.3 專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)模擬人類專家解決各種復(fù)雜的實(shí)際問(wèn)題，具有與專家水平相同的解決問(wèn)題的能力。該系統(tǒng)在利用農(nóng)業(yè)專家多年積累的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)需要解決的農(nóng)業(yè)問(wèn)題進(jìn)行分析判斷，提出決策，使計(jì)算機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起到人類農(nóng)業(yè)專家的作用［19］。例如專家系統(tǒng)在榨菜病蟲(chóng)害防治中的應(yīng)用，為農(nóng)戶和科技人員提供了病蟲(chóng)害信息交流平臺(tái)，為菜農(nóng)提供了病蟲(chóng)害防治的科學(xué)指導(dǎo)，現(xiàn)實(shí)意義顯著［20］。

3.3.4 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)主要用于建立自然條件、 生產(chǎn)條件、土壤數(shù)據(jù)、作物病蟲(chóng)草害發(fā)展趨勢(shì)、作物產(chǎn)量等的空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)，為分析差異性和實(shí)施調(diào)控提供決策方案［17］。利用地理信息系統(tǒng)進(jìn)行土壤適宜性評(píng)價(jià)就是將土壤質(zhì)地、類型、氮磷鉀含量、有機(jī)質(zhì)含量等土地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行整合，并賦予權(quán)重，再進(jìn)行分析運(yùn)算，生成土壤適宜性評(píng)價(jià)圖，也可建立數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)土地適宜性的分級(jí)［18］。

3.3.5 智能控制技術(shù)

智能控制技術(shù)主要用來(lái)解決用傳統(tǒng)方法無(wú)法順利解決的復(fù)雜問(wèn)題。目前智能控制技術(shù)的主要研究方向包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、綜合智能控制技術(shù)，并在設(shè)施園藝、大田種植、畜禽養(yǎng)殖等方面得到初步應(yīng)用［22］。

4 展望

智慧農(nóng)業(yè)是我國(guó)未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)，是未來(lái)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，隨著信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)會(huì)得到更大范圍的應(yīng)用?，F(xiàn)在，已經(jīng)可以看到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為智慧農(nóng)業(yè)帶來(lái)更多的智能化和信息化，而現(xiàn)在要做的就是提升農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的自主創(chuàng)新能力，加快低成本、高可靠性、 使用期限長(zhǎng)的傳感器開(kāi)發(fā)，加強(qiáng)Zig-Bee技術(shù)等新型無(wú)線傳輸技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究，提升智能決策系統(tǒng)的實(shí)用性和可靠性，通過(guò)單項(xiàng)技術(shù)突破與多項(xiàng)技術(shù)集成應(yīng)用并舉，加快技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的步伐，使基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)可以在農(nóng)村地區(qū)大范圍使用，這是我國(guó)未來(lái)農(nóng)業(yè)的趨勢(shì)和目標(biāo)［14］。未來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)必將讓農(nóng)業(yè)擁有更多“智慧”。