农业物联网技术在农业领域的广泛应用举例分析

农业物联网技术在农业领域的广泛应用举例分析 一、导读 1、物联网概念的提出 物联网最早于 1999 年提出，即把所有物体通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来， 实现智能化识别和管理。而农业物联网则随着物联网的概念的提出应运而生同时像托普物联网这 种专做农业物联网领域建设的企业也如雨后春笋都快速发展起来。2005 年 11 月 17 日，在突尼斯 举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟(ITU)发布了“ITU 互联网报告 2005：物联网” ，正式 提出了物联网的概念。物联网概念被提出以后，迅速风靡全世界，已成为全球瞩目的关键词，被 业界广泛认为是继计算机与互联网后的又一次信息化浪潮。在中国，2009 年 8 月 7 日，国务院总 理温家宝在无锡微纳传感网工程技术研发中心视察工作时表示中国要抓住机遇，大力发展物联网 技术。2010 年 3 月 5 日在十一届全国人大三次会议上温家宝总理又首次在政府工作报告中要求加 快物联网的研发应用。至此，物联网建设上升到国家战略高度。 2、物联网在农业中应用 农业作为关系着国计民生的基础产业，其信息化、智慧化的程度尤为重要。物联网技术在农 业生产和科研中的引入与应用，将是现代农业依托新型信息化应用上迈出的一大步。在传统农业 中，获取耕种田信息的方式很有限，主要是通过人工测量，获取过程需要消耗大量的人力。现代 农业中，应用物联网可以实时地收集温度、湿度、风力、大气、降雨量，精准地获取土壤水分、 压实程度、电导率、pH 值、氮素等土壤信息。从而进行科学预测，帮助农民抗灾、减灾，科学种 植，提高农业综合效益，实现农业生产的标准化、数字化、网络化。随着智能农业、精准农业的 发展，通信网络、智能感知芯片、移动嵌入式系统等技术在农业中的应用逐步成为研究的热点。 物联网在农业上的应用非常广泛：主要包括智能化培育控制；农产品质量安全；设施农业病虫害 生物控制；环境和动植物信息监测；粮食物流；农业信息化应用等多个方面。 3、物联网农业应用的前景 目前农业物联网在农业和农村信息化领域已经有了初步应用，浙江托普物联网在这方面有很 多案例可循。如传感技术在精准农业的应用、智能化专家管理系统、远程监测和遥感系统、生物 信息和诊断系统、食物安全追溯系统等。我国农业发展正处于从传统向现代化大农业过渡的进程 当中，急需用现代物质条件进行装备，用现代科学技术进行改造，用现代经营形式去推进，用现 代发展理念引领。因此，物联网的快速发展，将会为我国农业发展与世界同步提供一个国际领先 的全新的平台，也必将为传统产业改造升级起到巨大的推动作用。 二、农业物联网的应用综述 1、综述 农业物联网最早于 1999 年提出，即把所有物体通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起 来，实现智能化识别和管理。2005 年 11 月 17 日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电 信联盟(ITU)发布了“ITU 互联网报告 2005：物联网” ，正式提出了物联网的概念。物联网概念被 提出以后，迅速风靡全世界，已成为全球瞩目的关键词，被业界广泛认为是继计算机与互联网后 的又一次信息化浪潮。在中国，2009 年 8 月 7 日，国务院总理温家宝在无锡微纳传感网工程技术 研发中心视察工作时表示中国要抓住机遇，大力发展物联网技术。2010 年 3 月 5 日在十一届全国 人大三次会议上温家宝总理又首次在政府工作报告中要求加快物联网的研发应用。至此，物联网 建设上升到国家战略高度。 农业作为基础产业，在传统农业中，获取耕种田信息的方式很有限。在现代农业中，应用物 联网通过各种传感器采集信息，可以帮助农民及时发现问题，并且准确地确定发生问题的位置， 这样农业将逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产 模式，从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备。应用农业物联网可以有效降低 人力消耗和对耕种田环境的影响，获取精确的作物环境和作物信息。物联网在农业中的应用，将 从增收、节约能源等方面促进农业的发展。 2物联网在农业上的应用 21 智能化培育控制 通过在农业园区安装生态信息无线传感器和其他智能控制系统，可对整个园区的生态环境进 行检测，从而及时掌握影响园区环境的一些参数，并根据参数变化，适时调控诸如灌溉系统、保 温系统等基础设施，确保农作物有最好的生长环境，以提高产量、保证质量。 美国加州 Oxnard 的草莓培育商安装一套物联网系统，实时追踪植物的生长状况。系统 还可以根据空气和土壤的状况，自动触发相关行为，如浇水或调节温度。这套系统由 ClimateMinder 开发，目的是帮助培育商更好地管理植物的生长情况，这套系统自该公司 2007 年发布以来，已被土耳其 200 多家温室和苗圃所采用。此外，该系统还在土耳其一家鸡场、烟草 存储厂和冷藏仓库使用。现在这套系统正研究应用于高尔夫球场的可能性，如追踪浇水量及草地 是否被正确浇灌。 在漳州，基于物联网技术的“无线传感网系统”在农业生产领域发挥了积极作用，在诸如大棚菌 类、花卉、茶叶等海西特色种植领域，应用该系统后节能将超过 15，同时还可提高农作物的抗 病性和产品的产量质量。大棚种植在应用了物联网技术后，既能实现节能增收，还能帮助提高农 作物的抗病性。在浙江萧山建立了葡萄设施栽培滴灌智能控制系统。 在水产养殖环境智能化监控系统：江苏无锡鹏鹞农业生态园的农业物联网监控中心，在一座 古色古香的小楼房里。通过房中的一台电脑，就能清楚看到野外鱼池的实时状况，只要点击鼠标， 就能打开或关闭鱼池里的供氧机。生态园里 5 位农户的 1000 亩水产养殖场都应用了物联网技术。 22 农产品质量安全 我国食品安全方面事故频发，其中一个很重要的原因是从生产到销售缺乏监管。加大对农副 产品从生产到流通整个流程的监管，则可以将食品安全隐患降至最低，而物联网则可在这方面发 挥重要的作用。根据对物联网事件追踪，国内已有多个地区把食品安全监管作为物联网产业应用 的突破口。目前，国内已出现“食品安全追溯系统” 。如四川省建立了猪肉安全追溯系统，该系统 以跟踪猪肉产品的生产、加工、批发，以及零售等各个环节；广东省建立了茶叶安全生产可追溯 信息系统，提取了茶叶的生产、加工、流通、消费等供应链环节消费者关心的公共追溯要素，建 立了食品安全信息数据库，一旦发现问题，能够根据溯源进行有效的控制和召回，从源头上保障 消费者的合法权益。 23 农业远程诊断系统的应用 鱼病远程诊断系统总体设计和应用示意图。 24 应用于节水灌溉 无线传感器网络自动灌溉系统利用传感器感应土壤的水分，并在设定条件下与接收器通信， 控制灌溉系统的阀门打开、关闭，从而达到自动节水灌溉的目的。由于传感器网络具有多跳路由、 信息互递、自组网络及网络通信时间同步等特点, 使灌区面积、节点数量可以不受限制，因此可 以灵活增减轮灌组。加上节点具有土壤、植物、气象等测量采集装置，利用通信网关的 Internet 功能与 RS 和 GPS 技术结合，形成灌区动态管理信息采集分析技术，配合作物需水信息采集与精 量控制灌溉技术、专家系统技术等，可构建高效、低能耗、低投入、多功能的农业节水灌溉平台。 用户还可在温室、庭院花园绿地、高速公路中央隔离带、农田井用灌溉区等区域, 实现农业与生 态节水技术的定量化、规范化、模式化、集成化,促进节水农业的快速和健康发展。2008 年，湖 南农业大学提出了一种基于无线传感器网络的农田自动节水灌溉构建方案，用无线传感器网络实 现农田土壤湿度信息的实时采集和传输，通过灌溉控制器控制灌溉管网，分区域实时灌溉并调节 土壤湿度，保证了精细农业所要求的时空差异性和水资源的高效利用。 2.5 应用于环境和动植物信息监测 包括如监视农作物灌溉情况、土壤空气变更、畜禽的环境状况以及大面积的地表监测，收集 温度、湿度、风力、大气、降雨量，有关土地的湿度、氮浓缩量和土壤 pH 值等，从而进行科学 预测，帮助农民抗灾、减灾，科学种植，提高农业综合效益。 用户通过布置多层次的无线传感器网络检测系统,可以对牲畜家禽、水产养殖、稀有动物的生活习 性、环境、生理状况及种群复杂度进行观测研究, 也可用于对森林环境监测和火灾报警。传感器 节点随机密布在森林之中, 平常状态下定期报告环境数据 , 当发生火灾时, 节点通过协同合作会 在很短的时间内将火源的具体地址、火势大小等信息传送给相关部门。此外，无线传感器网络也 可以应用在精准农业中, 来监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。 26 应用于粮食物流 （1）应用于粮食仓储领域，实现保管的动态检测 ：把物联网技术应用于粮食仓储领域，通 过感应器在储粮食进行感知，并实现各储仓库及储粮点的连接，就可以动态掌握在储粮食的基本 性状状态，以做出相应的控制。物联网的应用可以有效提高粮食仓储保管水平。首先，通过感知 可以对粮食的质量做到动态的监控并实现粮食保管条件的自动调节，如感知粮库的温度、湿度状 况，粮食的霉变状况等，并通过相应的自动调节系统，实现仓储条件的自动调其次，可以对在储 粮食的实现动态的感知，存粮库地面设置感应秤，就可以感知到粮仓内粮食数量的变化，为合理 地控制库存创造条件；再次，可以提高粮食仓储安全系数，通过物联网红外感应等技术手段，感 知人员的进出及虫鼠等生物的入侵，从而实现粮库的安全管理。物联网的应用将使整个仓库实现 可视化，最大程度提高保管质量、实现仓储安全，并能实现仓储条件的自动调节，提高仓储作业 管理效率。 （2）应用于粮食运输领域，实现粮食运输合理化。物联网技术在粮食运输工具之间的应用， 可极地大提高粮食运输效率。首先，可以实现运输过程的可视化，做到粮食运输车辆的及时、准 确调度，从而提高运输效率，尽量避免无效运输；其次，把粮食运输车辆纳入物联网，实现对车 载粮食的动态感知，动态监控在途粮食的质量与安全，以降低粮食运输中的损失；再次，物联网 可以实现对各供需粮点库仔情况，在途运输量情况的动态掌握，可以科学做出运输决策，从而从 根本上提高运输的合理性，实现粮食物流的有效流通。 （3）应用于粮食装卸搬运领域，实现粮食物流的无缝化连接。物联网在装卸搬运领域中的应 用，首先，可以实现粮食装卸搬运的连续性，通过对粮食质量、数量的感知，就可以减少装卸搬 运过程中的检验环节，真正做到粮食物流中的不间断式作业，大大提高粮食物流的速度；其次， 可以降低粮食装卸搬运过程中的浪费，通过物联网的感知，对装卸搬运过程中粮食的损失过程可 以进行动态的监控。进而进一步改进作业工艺，减少浪费。 （4）应用于粮食配送领域，实现配送 的精确化。 对于粮食配送来说，最重要的就是快速、准确，通过在粮食配送车辆、包装之间实现 物联网技术，可以实现对整个配送过程的动态掌握，配送车辆中小包装粮食的品种信息也可以一 目了然，大大提高了粮食配送的效率与准确率。另外，通过物联网技术的应用，粮食配送中心还 可以实现对零售商处粮食的货架、库存情况动态监控，对粮食存放条件、销售状况都可以远距离 地感知，从而作出合理的配送决策。 27 应用于农业信息化 建立基于物联网技术的农业生产智能管理系统,通过在各个农作物领域应用传感器,实现各种 数据的自动采集,为进行科学预测和管理提供依据。农业生产智能管理系统通过在各个农作物领域 应用传感器,比如土壤水肥含量传感器、动物养殖芯片、农产品质量追溯标签、农村社区动态监控 等各种传感器,实现数据自动采集,为进行科学预测和管理提供依据。广西玉林市建立了基于物联 网技术的农业生产智能管理系统：运用 RFID 技术读取传感器中采集的数据,使用现有的一些信息 管理系统和中间件系统,借助互联网络,实现各级政府管理者、农业科技人员和农民之间的互联,并 拓展到与土、作物、仓储和物流等相连,最终实现农业数字控制,自动温室控制,自然灾害监测预警 等智慧化农业管理。 3物联网在农业上的应用的前景 联网技术涉及到农业生产的各个环节。 如育秧阶段可实时查看到温室大棚内的温度、湿度、 土壤含水量等信息，并可通过 3G 手机或电脑，对温室内各种设备进行远程监控、远程控制；灌溉 阶段，利用物联网技术，结合全球眼实现水库闸坝、水位的视频监控，可全方位掌握雨情、水情、 工情信息，实时动态为山洪灾害的及时预警，及时撤离提供技术支持，为合理灌溉提供技术手段； 收割阶段，对收割机等农机设施进行车辆定位和设备监控，实时掌握各项设施的运行状况和位置 信息，达到农机设备运行效率最大化；农作物运输阶段，可对运输车辆进行位置信息查询和视频 监控，及时了解车厢内外的情况和调整车厢内温湿度，同时还可对车辆进行防盗处理，一旦发现 车锁被撬 或车辆出现异常，自动进行报警；存储阶段，通过将粮库内温湿度变化的感知与计算机或手 机的连接进行实时观察，记录现场情况以保证粮库内的温湿度平衡，结合全球眼设备，用户可通 过 3G 手机和电脑实时查看粮库内外情况并进行远程控制，为粮食的安全运送和存储保驾护航；农 产品加工阶段，对绿色食品的加工监控、乳品的溯源、出口农产品的溯源及交易跟踪等等。物联 网在农业发展中的应用还远远不止这些，未来的农业在物联网技术的支持下，将变得更加智能化、 自动化、现代化。 对牲畜家禽、水产养殖、稀有动物的生活习性、环境、生理状况及种群复杂度进行观测研究， 也可用于对森林环境监测和火灾报警(平时节点被随机密布在森林