物联网在渭南市智慧农业中的应用研究

2014-01-01彭燕

渭南师范学院学报 2014年11期

彭燕

(渭南师范学院物理与电气工程学院，陕西渭南714099)

0 引言

我国是个农业大国，农业的发展、农民生活水平的提高和农村的稳定直接关系着国家的发展命脉，因此发展社会主义现代化农业就成为国民经济建设的重要课题.随着计算机技术、无线通信技术和物联网技术的发展，我国的农业开始从粗放型农业逐步向数字农业、精准农业和智慧农业发展.渭南市是陕西省农业大市，如何通过综合应用信息技术、传感器技术和物联网技术推进现代农业技术的发展，极大促进农业的转型，对于以传统农业为主的渭南市是机遇也是挑战.

1 物联网与智慧农业的内涵

1.1 农业物联网

目前，物联网比较严格的定义是通过射频识别(RFID)、红外感应技术、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络.物联网技术被世界公认为是继计算机、互联网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮，它是以感知为前提的人与人、人与物、物与物的全面互联网络.物联网技术分为三层，即感知层、传输层和应用层，通过这三层间的协调工作可以将其应用到很多实际领域.农业物联网把物联网技术应用在农业生产、管理和流通过程中，具体讲就是将各类感知设备广泛应用在大田种植、设备园艺、兽禽水产养殖和农产品物流等过程，采集这些生产过程中的相关信息;通过无线网络、电信网和互联网实现农业信息的多维度传输;最后将获取的数据进行融合处理并由智能化操作终端实现农业过程的监控和科学管理，进而实现农业生产的高产、优质、高效和生态的目标.

1.2 从智慧地球到智慧农业

IBM公司在2009年提出了“智慧地球”的概念，也可称为智能地球，是将物联网与互联网进行整合，实现人类社会与物理系统的整合，美国政府积极响应该理念并将其作为国家战略.同年，温家宝总理相继提出了“感知中国”的物联网产业构想.“智慧农业”是物联网产业“智慧地球”概念在我国农业领域的应用，是以物联网为核心技术的一种现代农业形态.智慧农业是以高效率利用各种农业资源为前提，目标是最大限度地减少农业能耗和成本，最大限度地减少对农业生态环境的破坏并实现农业系统的整体最优.

2 渭南推进智慧农业发展的可行性分析

以传统农业生产为主的渭南，正面临农业产业转型和升级.推进智慧农业的发展，是农业发展的重要课题.

2.1 渭南市设施农业初具规模

渭南市是陕西省果蔬、粮食生产重地，地域广阔，农业人口众多.目前在渭南地区以设施农业为主的现代化农业示范园区总数可达70个，其中省级现代农业园区7个，园区总面积达到9.87×107km2，新增标准设施农业面积近1.33×108km2，［1］涌现出了富平现代农业产业园、华县钟张蔬菜示范园、大荔国家级农业科技园、临渭渭北葡萄产业园等一批典型示范园区，这些园区将优质农产品生产、农业新技术新品种试验示范、农产品加工营销、休闲农业旅游观光、新型农村社区建设、小城镇发展集为一体.另外农业示范园区建设呈现快速增长趋势，产值收入增幅较高.引进先进的生产和管理模式推动现代农业产业园区的建设和改造，能够有力地推动农业的专业化、规模化、标准化和集约化.有一部分示范园区已经对农业物联网技术应用进行了积极的探索，取得了初步成效.采用物联网技术实现生产环境中温度、湿度、光照等参数的采集和控制，确保作物生产过程智能化，实现“智慧农业”是产业发展的必然趋势.

2.2 渭南市不断完善的农业信息化建设

近些年，渭南市人民政府在农业信息化建设方面做了许多工作，用现代化信息技术武装农业、富裕农民、激活农村.依托农业部的12316热线，汇聚了一批科研院校和企业参与农业信息化建设，并获得了六方面的工作成效:一是基层服务体系逐步建立，截至2013年底，全市39%的乡镇建立了信息服务站，22%的行政村设立了信息服务点，兼职信息员超过18万人［2］;二是资源日渐丰富，全市各地在农业信息服务工作中，面向基层、农业信息服务工作，整合相关部门信息资源，积累了一些满足个性化需求的信息资源;三是服务模式日趋多元，结合渭南实际情况，形成了一批有实效、接地气的信息服务模式等等;四是信息化网络服务领域不断拓展;五是服务机制不断完善，各地与电信运营商和有关企业开展合作，利用各自工作体系和资源，共同打造农业服务平台.这些农业信息化体系，为物联网技术在渭南农业中的发展提供了设施保障.

2.3 借鉴国内外智慧农业发展的经验

全世界许多国家，在发展智慧农业上达成了共识，智慧农业技术已经在欧美国家的农业资源利用、农业生态环境的监测、农业生产精细管理领域和农产品安全溯源领域中得到广泛应用，如美国加州大学洛杉矶分校建立了林业资源环境监测网络，对林业进行统筹管理;［3］法国建立了完备的农业区域监测网络，指导施肥、施药收获等农业生产过程;荷兰建立了智能化的母猪管理系统;［4］加拿大肉牛自2001年起使用一维条形码耳标，实现牛肉的安全溯源等等.

我国出台了一系列政策，促进物联网技术在农业发展中的应用.［5］许多省市开始发展智慧农业并出现了许多成功案例，如河南某移动运营商用3G手机管理种花大棚;南京某物联网公司开发的物联网技术应用案例，在某农场30个标准化大棚内，布满了40个传感器，传感器采集数据，凭借这些数据，操作人员用手机或电脑对蔬菜进行实时了解和掌控;江苏省宜兴市采用物联网技术监控几十亩的水塘，实现智能化养殖.国内外这些成功案例为渭南市智慧农业发展提供了切实有效的依据和技术参考.

3 物联网技术在渭南智慧农业中的应用

现阶段物联网技术在渭南智慧农业方面的发展可从以下模式［6］着手.

3.1 利用物联网技术进行渭南农业的智慧生产

渭南已经具有相当规模的农业生产设施，从目前现代化农业的发展来看，这些设施需要进一步改进和完善.农业物联网的应用环境主要包括现代化温室、大棚和生态农业中的生产和控制环境.物联网技术采用大规模农业传感器感知作物生产环境中的光、温、水、肥、气等参数，在不同作物的生产期实施全面监测，操作工人根据作物生产环境参数实现精确有效快速生产，这使作物生产效率明显提高，作物品质更加优质.目前，农业物联网技术在渭南农业智慧生产中可实施的典型模式见图1.这种模式将每个大棚作为一个监控区域，节点随机分布在区域中的任意位置，节点采集到的环境参数通过路由节点传送给汇聚节点，汇聚节点通过网关实现与互联网或GPRS网络互连，远程用户通过互联网或GPRS网络访问环境参数，结合中科院网络专家系统可以对不同阶段生长的作物实现最优管理，使生产效率达到最佳.每个无线传感器节点一般由传感器单元、数据处理单元、通信单元和电源模块构成，具体结构见图2.

图1 物联网应用在智慧农业中的典型结构

图2 无线传感器节点结构示意图

牲畜家禽生产在渭南农业生产中占据巨大份额，建设基于物联网技术的智慧牲畜生产系统就成为渭南智慧农业发展的重要步骤.RFID电子标签为牲畜进行跟踪管理提供了一套切实可行的方法，电子标签系统可以记录动物的饲养、生长及疾病的防治等方面的信息，还可以对特殊对象进行特殊标识，从而实现动物及动物产品从饲养到最终销售的可跟踪管理.未来的生态农场管理模式是采用无线传感器技术对牧场的土壤温湿度、土壤肥力等参数实现实时高效监控，农户根据这些参数进行操作使牧场能够高产优质牧草;采用RFID技术实现牲畜的跟踪管理，电子标签可以记录每个动物的各种信息，指导农民实现高效优质的牲畜生产.

3.2 利用农业物联网实现农产品智慧销售和流通

在农产品销售环节，可以利用渭南市农产品电子商务平台如陕西省渭南天然居电子商务平台，客户通过商务平台实现农产品的预订;商户依据国家标准跟踪产品的安全有机生产过程，根据产品预订信息利用物联网技术实现全程可跟踪的货物流通配送;客户利用产品质量监督机构，监督产品进行安全生产，同时实现客户全程可跟踪的货流配送.在农产品流通环节，用RFID技术建立自动识别技术的仓库物流管理系统，实现收货发货、出库入库的智慧高效管理;通过RFID条码技术为农产品加贴电子标签，实现农产品的安全溯源.利用物联网技术建立批发市场信息数据库和管理信息平台，实现客户数据、业务数据等有效可靠管控，实现可跟踪的配货和存储信息.目前，利用物联网技术实现智慧配送流通还需要进一步加强，结合“智慧城市”理念，智慧销售和流通的实现指日可待.

3.3 利用农业物联网技术实现农业的智慧管理

利用地理信息系统(GIS)建立渭南市辖区内所有土地和水资源管理、土壤状况数据、自然条件、生产条件、作物苗情、作物病虫害等空间信息数据库和进行空间信息的地理统计处理;利用农业专家系统(ES)，依靠专家系统中农业专家的知识和经验，对需要解决的农业问题进行处理决策;利用农业决策支持系统(DSS)实现作物栽培、牲畜饲料配方优化、养殖场智慧管理、农业节水灌溉;利用智能控制技术(ICT)，包括模糊控制、人工神经网络控制以及综合智能控制技术，解决农业系统中传统方法难以解决的控制问题，实现农业生产过程的智慧控制.这些信息管理系统的发展及其在农业环境中的应用，必将促进渭南智慧农业的管理水平提高.