農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)種植技術(shù)分析

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1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念

物聯(lián)網(wǎng)是指把世界上所有的物體都聯(lián)接到一個網(wǎng)絡(luò)中，形成“物聯(lián)網(wǎng)”,然后“物聯(lián)網(wǎng)”又與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合,實現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的整合，達(dá)到更加精細(xì)和動態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活。它主要通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、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)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)手段。

2國外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展概況及在設(shè)施農(nóng)業(yè)種植中的應(yīng)用

2.1國外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展概況

國外在20世紀(jì)后期就已經(jīng)開發(fā)了基于網(wǎng)絡(luò)化、分布式的溫室環(huán)境控制系統(tǒng)。日本四國電力集團(tuán)開發(fā)了“OpenPlannet,OP”雙向遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，利用基于以太網(wǎng)的嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)了溫室環(huán)境和視頻的實時動態(tài)監(jiān)控。英國的無線系統(tǒng)公司開發(fā)了系列無線設(shè)備用于花園溫室或儲藏室的霜凍和入侵警報系統(tǒng)、遠(yuǎn)程無線灑水系統(tǒng)、通風(fēng)加熱控制系統(tǒng)等。希臘的Loukfam公司開發(fā)了基于工業(yè)計算機(jī)的溫室環(huán)境、營養(yǎng)液的綜合調(diào)控系統(tǒng)。美國GreenAir公司生產(chǎn)的GHC100模型6溫室控制器基于TCP/IP通信實現(xiàn)了6連棟溫室的全方位環(huán)境控制。美國Electrodepot公司生產(chǎn)的Abacus128型溫室控制器實現(xiàn)了本地或遠(yuǎn)程的網(wǎng)絡(luò)化溫室環(huán)境控制。

2.2國外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

美國很多大學(xué)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面開展了大量工作,如加州大學(xué)洛杉磯分校的CENS實驗室、WINS實驗室、NESL實驗室、LECS實驗室、IRL實驗室等。另外，麻省理工學(xué)院獲得了DARPA的支持，從事著極低功耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面的研究；奧本大學(xué)也獲得DARPA支持，從事了大量關(guān)于自組織傳感器網(wǎng)絡(luò)方面的研究，并完成了一些實驗系統(tǒng)的研制；賓漢頓大學(xué)計算機(jī)系統(tǒng)研究實驗室在移動自組織網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用層設(shè)計等方面做了很多研究工作；州立克利夫蘭大學(xué)（俄亥俄州）的移動計算實驗室在基于IP的移動網(wǎng)絡(luò)和自組織網(wǎng)絡(luò)方面結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了研究。此外新加坡國立大學(xué)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗室等也開展了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方面的研究。除了高校和科研院所之外，國外的各大知名企業(yè)也都先后參與開展了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究。克爾斯博公司是國際上進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的先驅(qū)之一，旗下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件產(chǎn)品眾多，為全球超過2000所高校以及上千家大型公司提供無線傳感器解決方案。目前Crossbow公司與軟件巨頭微軟、傳感器設(shè)備巨頭霍尼韋爾、硬件設(shè)備制造商英特爾、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造巨頭、著名高校加州大學(xué)伯克利分校等都建立了合作關(guān)系。此外德州儀器、微處理器制造商Atmel等也都在傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域投入極大的資金和科研力量。這些都為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步的發(fā)展以及最終的商業(yè)化奠定了堅實的基礎(chǔ)。近幾年，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的運(yùn)用卓有成效。位于加州Oxnard的草莓培育商N(yùn)orcalHar-vesting安裝整套物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實施追中植物的狀況，系統(tǒng)根據(jù)空氣和土壤的狀況，自動觸發(fā)相關(guān)行為，如澆水或調(diào)節(jié)溫度。這套系統(tǒng)由ClimateMinder開發(fā)，目前已被二百多家溫室和苗圃所采用。此外，該系統(tǒng)還在土耳其一家雞場、煙草存儲廠和冷藏倉庫使用?，F(xiàn)在這套系統(tǒng)正研究應(yīng)用于高爾夫球場的可能性，如追蹤澆水量及草地是否被正確澆灌。

3國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展概況及在設(shè)施農(nóng)業(yè)種植中的應(yīng)用

3.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展歷程

物聯(lián)網(wǎng)最早于1999年提出，即把所有物體通過射頻識別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理。2005年11月17日，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會上，國際電信聯(lián)盟(ITU)了“ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)”，正式提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念。物聯(lián)網(wǎng)概念被提出以后，迅速風(fēng)靡全世界，已成為全球矚目的關(guān)鍵詞，被業(yè)界廣泛認(rèn)為是繼計算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)后的又一次信息化浪潮。在中國，2009年8月7日，國務(wù)院總理在無錫微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心視察工作時表示中國要抓住機(jī)遇，大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；2009年8月26日，工信部總工程師朱宏任在中國工業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行2009年夏季報告會上表示，我國也正在高度關(guān)注、重視物聯(lián)網(wǎng)方面的研究；2009年9月11日，工信部傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化工作小組的成立，標(biāo)志著我國將加快制定符合我國發(fā)展需求的傳感網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，力爭主導(dǎo)制定傳感網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)。2010年3月5日在十一屆全國人大三次會議上，總理又首次在政府工作報告中要求加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用。至此，物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)上升到國家戰(zhàn)略高度。

3.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展概況及研發(fā)成果

一是技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)制定方面。我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)水平處于世界前列，具有重大的影響力。中科院早在1999年就啟動了傳感網(wǎng)研究，在無線智能傳感器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、微型傳感器、傳感器終端機(jī)、移動基站等方面取得重大進(jìn)展，目前已擁有從材料、技術(shù)、器件、系統(tǒng)到網(wǎng)絡(luò)的完整產(chǎn)業(yè)鏈。在世界傳感網(wǎng)領(lǐng)域中，中國、德國、美國、韓國共同成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)制定的主導(dǎo)國。二是無線通信網(wǎng)絡(luò)方面。無線通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋了城鄉(xiāng)，從繁華的城市到偏僻的農(nóng)村，從海島到珠穆朗瑪峰，到處都有無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。無線網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)“物聯(lián)網(wǎng)”必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施，安置在動物、植物、機(jī)器和物品上的電子介質(zhì)產(chǎn)生的數(shù)字信號可隨時隨地通過無處不在的無線網(wǎng)絡(luò)傳送出去。三是無線傳感網(wǎng)絡(luò)軟件方面。國內(nèi)在基于國外的操作系統(tǒng)之上，開發(fā)自己的中間件軟件。實現(xiàn)了對MantisOS、TinyOS和SOS多操作系統(tǒng)的支持，屏蔽了不同操作系統(tǒng)的差異性，同時擴(kuò)大了硬件節(jié)點(diǎn)的選擇范圍?！霸朴嬎恪奔夹g(shù)的運(yùn)用，使數(shù)以億計的各類物品的實時動態(tài)管理變得可能。四是技術(shù)理論研究方面。國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、算法、體系結(jié)構(gòu)等方面，提出了許多具有創(chuàng)新性的想法與理論。在這方面，國內(nèi)的南京郵電大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京郵電大學(xué)等都取得了一些相關(guān)的理論研究成果。

4新疆物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)種植中的應(yīng)用

4.1新疆物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)種植下的應(yīng)用情況

在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中，人們獲取農(nóng)田信息的方式很有限，主要是通過人工測量，獲取過程需要消耗大量的人力，而通過使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以有效降低人力消耗和對農(nóng)田環(huán)境的影響，獲取精確的作物環(huán)境和作物信息。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，大量的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了一張張功能各異的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過各種傳感器采集信息，可以幫助農(nóng)民及時發(fā)現(xiàn)問題，并且準(zhǔn)確地捕捉發(fā)生問題的位置。這樣一來，農(nóng)業(yè)逐漸從以人力為中心、依賴于孤立機(jī)械的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向以信息和軟件為中心的生產(chǎn)模式，從而大量使用各種自動化、智能化、遠(yuǎn)程控制的生產(chǎn)設(shè)備，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變。目前我區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)由于缺乏相應(yīng)的智能化技術(shù)與設(shè)備，使得設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)和管理技術(shù)手段落后，無法實現(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化、自動化生產(chǎn)，設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化規(guī)模效益沒有形成。要實現(xiàn)高水平的農(nóng)業(yè)，實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)向精細(xì)化、集約化方向發(fā)展，利用科技進(jìn)步，特別是重視信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用至關(guān)重要。實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用是改善我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)手段、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和生產(chǎn)水平的有益嘗試。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，既能改變粗放的農(nóng)業(yè)經(jīng)營管理方式，也能提高動植物疫情疫病防控能力，確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，引領(lǐng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。推動農(nóng)業(yè)專業(yè)人才向農(nóng)業(yè)加IT復(fù)合型人才轉(zhuǎn)變，為以后運(yùn)行維護(hù)和改良改善打下堅實的基礎(chǔ)。

4.2新疆制約設(shè)施農(nóng)業(yè)種植應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的因素及問題

(1)設(shè)施農(nóng)業(yè)科技含量低，技術(shù)水平低下。設(shè)施農(nóng)業(yè)是借助溫室及其配套裝置來調(diào)節(jié)和控制作物生產(chǎn)環(huán)境條件的新農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，是高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)和技術(shù)密集型的農(nóng)業(yè)。近年來，國外如以色列、荷蘭等國在設(shè)施農(nóng)業(yè)中研究和生產(chǎn)方面已達(dá)到很高水平。塑料大棚和日光溫室為主體的設(shè)施農(nóng)業(yè)正迅速發(fā)展，但與國外相比，新疆地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)普遍存在科技含量低、勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)水平和效益低下等缺點(diǎn)。因此，迫切需要技術(shù)改進(jìn)，以提高設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的整體水平。

(2)信息化程度低，產(chǎn)業(yè)鏈不完善，從事研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用、服務(wù)的機(jī)構(gòu)和企業(yè)很少。新疆地區(qū)信息化的建設(shè)相對滯后，多數(shù)的研究是在實驗中完成的，沒有同實踐相結(jié)合，因此缺乏適用性。信息產(chǎn)品的研究是影響農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展的一個最主要因素，缺乏適用的軟件，應(yīng)用時間短等因素使管理層面還沒有體會到信息技術(shù)帶來的效益，這在很大程度上影響了決策層的積極性。信息意識談薄、人員素質(zhì)參差不齊也是影響信息化建設(shè)的一個重要方面，由于農(nóng)業(yè)整體發(fā)展水平限制，條件艱苦等導(dǎo)致行業(yè)中十分缺乏經(jīng)過正規(guī)教育的專業(yè)人才。

(3)信息資源共享不夠，物聯(lián)網(wǎng)成熟技術(shù)的先行先試推廣應(yīng)用比較困難。物聯(lián)網(wǎng)本身標(biāo)準(zhǔn)制定工作滯后，不同企業(yè)同一技術(shù)產(chǎn)品不能互聯(lián)互通，影響到先進(jìn)技術(shù)推廣應(yīng)用的規(guī)模效益。

(4)物聯(lián)網(wǎng)信息安全技術(shù)和管理能力有待提升。使用無線識別智能設(shè)備時，數(shù)據(jù)泄漏、數(shù)據(jù)共享和無線監(jiān)聽的可能性和風(fēng)險會上升。

5設(shè)施農(nóng)業(yè)種植中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢

5.1市場現(xiàn)狀及應(yīng)用前景

要實現(xiàn)高水平的設(shè)施農(nóng)業(yè)，實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)向精細(xì)化、集約化方向發(fā)展，必須利用科技進(jìn)步，特別是重視信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用至關(guān)重要。實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用是改善我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)手段、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和生產(chǎn)水平的有益嘗試。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，既能改變粗放的農(nóng)業(yè)經(jīng)營管理方式，也能提高動植物疫情疫病防控能力，確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，引領(lǐng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展在現(xiàn)代化溫室栽培領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)精確地呵護(hù)果蔬和作物的秧苗。在這個過程中，溫度傳感器、濕度傳感器、pH值傳感器、光傳感器、離子傳感器、生物傳感器、CO2傳感器等設(shè)備，檢測環(huán)境中的溫度、相對濕度、pH值、光照強(qiáng)度、土壤養(yǎng)分、CO2濃度等物理量參數(shù)，通過各種儀器儀表實時顯示或作為自動控制的參變量參與到自動控制中，保證農(nóng)作物有一個良好的、適宜的生長環(huán)境。在果蔬和糧食的儲藏中，溫度傳感器發(fā)揮著巨大的作用，制冷機(jī)根據(jù)冷庫內(nèi)溫度傳感器的實時參數(shù)值實施自動控制并且保持該溫度的相對穩(wěn)定。由此可見，物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，在農(nóng)田、果園等大規(guī)模生產(chǎn)方面可借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)把農(nóng)業(yè)小環(huán)境的溫度、濕度、光照、降雨量等，土壤的有機(jī)質(zhì)含量、溫濕度、重金屬含量、PH值等，以及植物生長特征等信息進(jìn)行實時獲取傳輸并利用，而這對于科學(xué)施肥、灌溉作業(yè)來說具有非常重要的意義，已成為目前農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)研究領(lǐng)域最主要的課題之一。

5.2效益分析

近年來，隨著智能農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，智能感知芯片、移動嵌入式系統(tǒng)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用逐步拓寬。在監(jiān)視農(nóng)作物灌溉情況、土壤空氣變更、畜禽的環(huán)境狀況以及大面積的地表檢測，收集溫度，濕度，風(fēng)力，大氣，降雨量，有關(guān)土地的濕度、氮濃縮量和土壤pH值等方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在發(fā)揮出越來越大的作用，從而實現(xiàn)科學(xué)監(jiān)測、科學(xué)種植，幫助農(nóng)民抗災(zāi)、減災(zāi)，提高農(nóng)業(yè)綜合效益，促進(jìn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。將物聯(lián)網(wǎng)布設(shè)于農(nóng)田、園林、溫室等目標(biāo)區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)大量實時地采集溫度、濕度、光照、氣體濃度等環(huán)境信息，精準(zhǔn)地獲取土壤水分、壓實程度、電導(dǎo)率、pH值、氮素等土壤信息，這些信息在數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)匯集，為精確調(diào)控提供了可靠依據(jù)。網(wǎng)絡(luò)對匯集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，幫助生產(chǎn)者有針對地投放農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，智能地控制溫度、光照、換氣等動作，從而更好地實現(xiàn)耕地資源的合理高效利用和農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化精準(zhǔn)管理，推進(jìn)我國耕地資源的高效管理和利用、農(nóng)田管理水平和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效能的提升。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)不僅具有重要的經(jīng)濟(jì)效益，而且其獲取的詳細(xì)耕作信息有助于解決許多未知問題，不僅能減少溫室污染物排放，還降低病蟲害發(fā)生率10—20%，降低溫室生產(chǎn)成本30%以上，提高農(nóng)民勞動生產(chǎn)率30%以上，提高溫室經(jīng)濟(jì)效益20%以上?？蓮V泛應(yīng)用于蔬菜、林果業(yè)、中藥材種植、食用菌培養(yǎng)和牲畜養(yǎng)殖業(yè)，是實現(xiàn)自治區(qū)“十二五”設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)。