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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)了溫室環(huán)境和視頻的實(shí)時(shí)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(bào)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(jì)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(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)室、WINS實(shí)驗(yàn)室、NESL實(shí)驗(yàn)室、LECS實(shí)驗(yàn)室、IRL實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研制；賓漢頓大學(xué)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)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(jì)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(jì)算實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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?？藸査共┕臼菄H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(jiān)實(shí)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(shí)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(shí)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(bào)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(jì)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(shí)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(bào)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(bào)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)擴(kuò)大了硬件節(jié)點(diǎn)的選擇范圍?！霸朴?jì)算”技術(shù)的運(yùn)用，使數(shù)以億計(jì)的各類物品的實(shí)時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)高水平的農(nóng)業(yè)，實(shí)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(shí)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(jiān)實(shí)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(shí)驗(yàn)中完成的，沒有同實(shí)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(shí)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(shí)，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(xiǎn)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(shí)現(xiàn)高水平的設(shè)施農(nóng)業(yè)，實(shí)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(shí)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)參數(shù)值實(shí)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(shí)時(shí)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(shí)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(shí)時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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)。