物联网技术在农业领域的三个关键应用点

　　1 农业智能传感器应用

　　传感器是把被测量的信息转换为另一种易于检测和处理的量(通常是电学量)的独立器件或设备，传感器的核心部分是具有信息形式转换功能的敏感元件。在物联网中传感器的作用尤为突出，是农业物联网中获得信息的主要设备。物联网依靠于传感器感知到每个物体的状态、行为等数据。

　　在大田种植方面，传感器可以对目标监测区内的空气温湿度、土壤温湿度、CO2浓度、土壤PH值和光照强度等农业环境信息进行实时采集，为精准农业环境监测提供了有效的解决方案，有助于农业部门制定出更加有效的提高农作物产量的方法。在作物的生长过程中还可以利用包括光谱、多光谱图像、冠层温度、冠层光照及环境温湿度等多传感信息探测器对作物生长信息进行监测。HamritaTK开发出土壤性质监测系统，运用了RFID技术，实现了对土壤温度、湿度等的实时监测，对后续植物的生长状况提供研究的依据。BowmanKD，AmpatzidisYG等将RFID技术应用于检测果树的信息，从而分析出果实的生长状况。中国农业大学2009年在新疆建立的滴灌控制系统可以自动监测农作物生长的土壤墒情信息，实现按照土壤墒情进行自动滴灌，从而达到节约农业用水的目的。

　　在设施园艺方面，可采用不同的传感器采集土壤温度、湿度、PH值、降水量、空气湿度和气压、光照强度、CO2浓度等作物生长参数，为温室精准调控提供科学依据。中国农业大学、中国农科院、国家农业信息技术研究中心、浙江大学、华南农业大学和江苏大学等针对我国不同的温室种类研制了适用于我国温室环境的数据采集、无线通信技术解决方案，可以实现温室环境的状态监测和控制。

　　在畜禽养殖方面，运用各种传感器可以采集畜禽养殖环境以及动物的行为特征和健康状况等信息。荷兰的Velos智能化母猪管理系统在欧美国家得到了广泛应用，通过对传感器采集到的信息进行分析和处理，系统能够实现母猪养殖过程自动供料、自动管理、自动数据传输和自动报警。谢琪、耿丽微等分别设计并实现了基于RFID的养猪管理与监控系统和奶牛身份识别系统。ParsonsJ等［17］对Colo-Rado的羊安装电子标签，运用物联网技术提高了羊群管理效率。

　　在水产养殖方面，传感器可以用于水体温度、PH值、溶解氧、盐度、浊度、氨氮、COD和BOD等对水产品生长环境有重大影响的水质及环境参数的实时采集，进而为水质控制提供科学依据。中国农业大学李道亮团队开发的集约化水产养殖智能管理系统可以实现溶解氧、PH值、氨氮等水产养殖水质参数的监测和智能调控，并在全国十几个省市开展了应用示范。

　　在果蔬和粮食储藏方面，温度传感器发挥着巨大的作用，制冷机根据冷库内温度传感器的实时参数值实施自动控制并且保持该温度的相对稳定。贮藏库内降低温度，保持湿度，通过气体调节，使相对湿度(RH)、O2浓度、CO2浓度等保持合理比例，控制系统采集贮藏库内的温度传感器、湿度传感器、O2浓度传感器、CO2浓度传感器等物理量参数，通过各种仪器仪表适时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，保证有一个适宜的贮藏保鲜环境，达到最佳的保鲜效果。

　　在农产品安全溯源方面，能够利用RFID技术快速反应、追本溯源，确定农产品质量问题所在。由于“多宝鱼”、“瘦肉精猪肉”等农产品质量安全事故频发，在北京、上海、南京等地已开始采用条码、IC卡和RFID等技术建立农产品质量安全追溯系统。

　　一些单位开始研究适合中国国情的基于物联网的可追溯技术和架构方法并部分实现了集成应用。杨信廷将RFID技术与传感器技术有效结合，对水产品供应链中的物流环节进行全程监控与追踪。谢菊芳等运用二维条码技术、RFID技术和组件技术，分别构建了猪肉和柑橘的追溯系统。SpiesslMayrE等运用RFID技术改进和优化了猪肉的可追溯系统。

　　总之，我国农业专用传感器技术的研究相对还比较滞后，特别是在农业用智能传感器、RFID等感知设备的研发和制造方面，许多应用项目还主要依赖进口感知设备。目前中国农业大学、国家农业信息化工程中心和中国农科院等单位已开始进行农用感知设备的研制工作，但大部分产品还停留在实验室阶段，产品在稳定性、可靠性及低功耗等性能参数方面还和国外产品存在不少差距，离产业化推广还有一定的距离。

　　2 农业无线传感器网络应用

　　无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)是由多个节点组成的面向任务的无线网络，是一种无基础设施的网络。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术和分布式信息处理技术等多种领域技术，能协作地进行实时监测、感知和采集节点部署区域的各种环境或监测对象的信息，并对这些数据进行处理，获得详尽而准确的信息，通过无线网络最终发送给观察者。

　　在大田种植方面，闻珍霞等为了实现对设施农业中植物－土壤－环境的动态实时监控，以杭州美人紫葡萄栽培基地首批信息化试验区为例，开发和应用无线传感网络系统和智能化管理及控制系统，实现了对土壤水分、养分、温度、湿度和光照等信息的实时动态测试与显示，并能根据葡萄优质高产生长的需要进行自动控制灌溉，取得了较好的效果。高军等采用基于ZigBee技术的无线传感网络与GPRS网络相结合的节水灌溉控制系统，能根据土壤墒情和作物用水规律实施精准灌溉，有效地解决了农业灌溉用水利用率低的问题。杨婷等设计了基于CC2430的无线传感器网络自动控制滴灌系统，该系统能够监测植物土壤湿度、环境温度和光照的变化，通过无线网络将传感器信号反馈，结合传感器融合技术对滴灌动作做出精确判断。DamasM等［29］在西班牙开发和示范应用了一个分布式的远程自动灌溉系统，它可以控制1500hm2灌溉面积，测试表明可以节约30%～60%的用水。

　　在设施园艺方面，2002年，英特尔公司率先在俄勒冈州建立了第1个无线葡萄园，传感器节点被分布在葡萄园的每个角落，每隔1min检测一次土壤温度、湿度或该区域有害物的数量，以确保葡萄健康生长，进而获得大丰收。石军锋等［30］设计了一种基于MOTE-KIT2400的温室Web监控系统，开发了网关接口程序，给出了数据解析算法，实现了传感数据的获取，同时利用ASP.NET2.0技术开发了Web应用程序，实现了对温室环境的远程监控。

　　在畜禽养殖方面，林惠强等针对目前饲养场对动物的行为特征和健康状况无法实时获取的情况，提出在畜牧业中利用无线传感网络传送动物的信息，解决了饲养动物生理特征信息实时传输的问题;同时，根据饲养场的实际情况，结合无线传感网络的特点，设计了一个切实可行的无线传感器网络动物检测系统，系统解决了网络部署、节点设计、节点定位、路由和可视化平台的设计等问题。王冉等针对规模化畜牧养殖中畜禽舍环境监测难的问题，设计开发了一套基于无线传感网络的畜禽舍环境监控系统，该系统能对畜禽舍环境参数(如温度、湿度、光照、大气压和氨气浓度等指标)进行实时监测，并能智能化地根据设定的环境指标上下限自动控制畜禽舍相关设备如风机、风扇、湿帘和电灯等的开启，最终达到将畜禽舍环境参数控制在设定的范围，减少动物热应激，净化畜禽舍环境，促进动物健康成长的目的。

　　Bishop-HurleyG等开展了一项耕牛自动放牧测试，成功地实现了第1个基于无线传感器网络的虚拟栅栏系统。NaglL等为家养牲畜设计了一个远程健康监控系统，系统中有多种类型的传感器，包括GPS传感器、脉码血氧计、温度传感器、电子地带、呼吸传感器和环境温度传感器。TaylorK等研究了一种完备的智能动物管理系统，每个动物身上安装一个无线传感器，用于无线检测动物的位置和各种健康信息。

　　在水产养殖方面，中国农业大学李道亮团队将水质监测无线传感网络运用到了水产养殖中，目前，该系统在江苏省宜兴市河蟹养殖应用推广667hm2(10000亩)。董方武等针对淡水养殖特点，采用ZigBee无线网络技术及传感器技术，设计了一种基于ZigBee技术的淡水养殖溶氧浓度自动监控系统，进行了监控网络结构、节点硬件电路和软件设计，实现了溶氧浓度和温度等参数的实时监控。

　　此外，无线传感网络应还用于农业环境监测等领域。PerkinsM等介绍了一种由Motorola实验室开发的低开销、低能、自组织的传感器网络NeuRFon，该系统可以监测农业、环境和一些过程参数。李正明等将无线传感器网络应用于水文水利监测系统中，构建了基于WSN的无线水文水利监测系统，在硬件设计中分别采用单片机和ARM微处理器与CC2500配合设计网络节点;在软件设计中，移植TinyOS操作系统和ZigBee协议栈，搭建软件开发平台。

　　综上所述，ZigBee技术是基于IEEE802.14标准的关于无线组网、安全和应用等方面的技术标准，被广泛应用在无线传感网络的组建中。

　　3 智能信息处理技术应用

　　智能信息处理技术研究内容主要包括4个方面。

　　①人工智能理论研究，即智能信息获取的形式化方法、海量信息处理的理论和方法以及机器学习与模式识别。

　　②先进的人－机交互技术与系统，即声音、视频、图形、图像及文字处理以及虚拟现实技术与流媒体技术。

　　③智能控制技术与系统，即给物体赋予智能，以实现人与物或物与物之间互相沟通和对话，如准确的定位和跟踪目标等。

　　④智能信号处理，即信息特征识别和数据融合技术。

　　通过研究发现，目前我国已研究的农业决策模型、预测预警模型等信息处理技术，大部分还只是停留在论文和测试阶段，尚未形成真正的产品化应用软件和可共享的软件平台。农业智能决策信息处理智能化程度低、共享度差，缺乏有效的信息载体和集成应用技术，无法实现农业生产问题的实时诊断和协同决策。

　　目前，科技部联合工业和信息化部、中共中央组织部启动了国家农村农业信息化示范省建设，山东、湖南、湖北、广东、重庆和安徽等地积极参与，通过建设综合信息服务平台为农户提供民生信息服务和专业信息服务，一些省份的综合信息服务平台设计用到了云服务技术。