1　研究背景 物联网作为互联网的先进技术，将传输技术（互联网、通讯网络等）、感知技术（传感技术、传感器网络等）及计算技术（信息处理、智能运算等）相融合，建立成一个连接和控制物理世界的网络，是新一代信息网络技术的高度集成和综合运用，是信息技术领域中继互联网和计算机出现后爆发的第三次创新革命。物联网技术凭借与新一代信息技术的深度集成和综合应用，作为提高生产管理水平和效率的重要手段，培育新的增长点、提高推动产业结构升级，将是新一轮产业革命的新方向和推动力，将带来巨大的应用前景和产业链。物联网信息技术为促进各国经济产业发展带来新的研究领域，受到了世界范围的极大重视。 以互联网为平台，通过融合RFID、传感器节点、GPS等感知信息技术，构建成庞大的虚拟网络，将计算机信息技术拓展到整个人类社会及生存环境中，帮助人类获得对物理世界的 “透彻的感知能力、全面的认知能力和智慧的处理能力”。实现人类和农业生产联通，提高农业生产管理，是促进现代农业发展，成为农业集约化、高产高效、优质安全发展的重要推动力。物联技术与农业现代化深度融合，以信息传感设备、传感网、互联网和智能信息处理为核心，在农业领域中得到应用目前常见的有：将农业生产中产生的数据传送到手机上等通信业务；控制农业温室大棚，监控和采集农作物生长环境数据；利用手机短信和电脑远程，实现对大棚的有效高效管理；将物联技术应用到农产品来源追溯系统中，每批农产品都带有信息条码，从而实现对农产品生产及质量的全程监督；应用于养殖自动化、环境生态管理等领域。目前，物联技术在农业中的应用逐渐升温，全国许多大规模物联网示范工程、工业园区在相继建立，已经进入大规模的应用发展时期，为农业发展提供更精准、有效的科学方式。 2　研究的目的和意义 （1）提高经营管理效率，加速农业产业的经济增长进程。物联网技术应用加快现代农村信息化技术产品的应用普及，促进优质科技、经济资源向农业产业一线的快速集聚，提高农业种养基地的经营管理效率和水平，减少由于农业生产盲目性、生产过程不可控性等所造成的损失，助推农业经济增长方式向深层次变革。充分发挥信息技术在淡水养殖、畜禽养殖、蔬菜种植、茶叶种植等领域开展物联技术的集成应用产业引领、支撑的示范作用，通过物联网信息服务关键技术集成与示范，提高淡水养殖、畜禽养殖、蔬菜种植、茶叶种植产业生产决策的智能化水平，提升技术服务的精准性和种养技术的规范性，将产业生产中的经营风险降到最低，并影响辐射到其它产业。 （2）物联网技术降低农业生产对环境的影响，提升示范产业可持续发展能力。使决策者和生产者准确地获取生产环境的资源状况数据和行业走向信息，在农作物耕种、水产、家禽养殖过程中科学地使用饲料、肥料、农药、水资源等，从而在节约生产成本的同时也减少了资源浪费，避免了不合理的农业操作给环境带来的影响，对维护生态环境平衡具有重要作用。 （3）促进社会主义新农村建设，进一步统筹城乡发展。依靠物联网技术集成研发促进产业升级，大大提高信息服务效能。助推农业信息化和现代农业建设，破解城乡二元结构，为建设社会主义新农村服务，促进城乡统筹发展。加速农业从业者传统生产观念和模式的转化，具备较高的信息化能力和科学文化素养，从而使农业从业者能做出正确推断决策，培养出既懂技术、懂管理又精于经营的“学习型”农业从业者。 3　物联网技术在农业中的应用研究现状 据Innovations Index和国家知识产权局专利检索统计，国际上关于物联网技术的专利有1 126项，其中基础专利占总比1%，15项；核心专利占总比45%，503项；外围占总比54%，608项。由此可见物联技术还处于发展阶段。 3.1　国内研究现状 与世界农业发达国家相比，我国物联技术在我国农业中应用的总体水平较为落后。在20世纪80年代，我国学者开始投入到将信息技术应用在农业中的研究，这其中大多数属政府到地方的涉农的科研院校，其次是行业内企业，他们都根据各地方的实际情况和相关条件设计开发出不同应用环境和内容的应用。近年在政府政策支持和带动下，加之智慧城市第二批试点城市建立，全国物联网企业如雨后春笋般出现，各大高校纷纷开设物联网专业。经过几年发展，我国物联网技术在研发、产业培育和应用等方面具有一定的基础，在农业专用传感器领域，随着国内设备的迅速发展，在土壤温度和湿度、作物收集等方面的关键生理指标，打破了发达国家的长期垄断，呈现出良好的趋势，但是大部分还处于中试期，与国外的相关技术产品相比在安全性、低耗能、稳定性等方面存在差距，纯国产的物联网信息技术在农业中的产业化推广还有一段路要走。 在水产养殖中，由中国农业大学、中国科学技术大学开发的水产养殖智能管理系统，将传感器利用于水质信息感知，获取水体浊度、溶解氧、温度、硫化氢、氯、氨、硝酸盐和钠离子等水质及环境参数，并进行相应的智能机械控制调节，目前已经在多省市中推广了应用示范区。针对水产养殖的特点，中国农业大学卢芳、应玉龙、詹勇等设计基于ZigBee短距离通信技术的水质自动监测系统，通过电路、软件设计和物联网网络构架，实现水质溶氧浓度的实时监控及自动调节；中国科技大学赵岩、郑静美等在水产养殖中利用无线传感网，目前已在湖北恩施水产养殖应用推广；在畜禽养殖中，狄莉薇等设计基于RFIDD的畜禽信息系统建设，实现养猪管理远程数据查询分析、获取告警信息、阈值控制等相关操作，同时联动圈舍自动补给试料，许琦等将动物标识技术研发运用养牛管理中，通过“耳标”、“项圈”采集母牛的健康及行为状况等相关信息；在农田种植中，董方武、马晓岩等利用智能传感器采集农田土壤酸碱值、日照强度、温度、湿度、二氧化碳浓度等作物生长环境数据，张东、卢伟等利用多传感信息探测技术，如光谱图像、冠层探测等，实时监测农田的温湿度，为解决农业问题提供了数据基础；在温室农业中，我国农业相关的大专院校研究所，根据我国大棚农业的实际情况，中国农科院、中国农业大学、湖北农业大学、农业信息技术研究所等研发了多种温室大棚环境的数据采集技术方案，使用多种传感技术对温室大棚内的酸碱值、日照强度、二氧化碳等进行采集，实现温室大棚的作物生长环境数据的自动采集。我国农产品安全事故层出不穷，高声等利用无线射频识别技术对蔬菜种植、包装、销售等全过程进行跟踪溯源，实现蔬菜全生命期的精准管理，杜绝“漂白蘑菇”、“毒豆芽”、“毒生姜”等发生。林惠强等将无线射频识别技术结合智能传感，全程监控追踪鱼虾等水产品的供应链；基于条码识别技术、无线射频识别技术及组件技术，周佩、石军峰等建立了肉类追溯系统，刘兴才、何龙等建立了果类追溯系统。目前我国存在一定数量的相关科研单位，致力于研究开发符合国情的基于物联网技术的追溯系统，一些城市如武汉等已经出现采用IC卡、二维条码等对农产品追本溯源。 3.2　国外研究现状 美国政府高度重视信息化技术在农业中的应用，早在20世纪60年代就开始采集农业信息，并建立由美国农业网络信息中心建立农业信息数据库系统，如BIOSIS、CMS、MBR NOA积累了海量农业信息资源，为物联网技术在美国的研究和应用打下了坚实基础。20世纪70年代，美国开始开发首个农业专家系统，用于大豆病虫害诊断，至90年代，美国已使用的农业专家系统数量达千余种。法国是欧盟最大的农业生产国，农业技术备受关注，从20世纪70年代开始建立农业相关的数据库，由德国农业局开发管理的农业数据管理系统，可为农民提供信息服务包括病虫害防治技术、作物保护剂、市场信息和农业文献资源。1987年，开发小麦病害流行预测和损失预测模型，帮助农民选择适宜种植的小麦品种。在大型农用拖拉机上安装全自动控制技术和实施精准控制技术，对作物进行自动灌溉。 在农田物植方面，Hamrit等人基于RFIED的智能的无线技术来对土壤的温度湿度进行监测，Ampatzids等人将此技术运用到果树的生长及果实成熟程度的监测；Bowman K设计了基于CC2430的自动灌溉系统，系统通过无线传感网络，将监控的土壤温度、湿度和光照等变化的数据信号反馈，作出精确的判断，对作物实施灌溉；在温室农业中，2002年，Intel公司在美国Oregon建立了一个特殊的葡萄生产基地，在这个生产基地中布满了传感器的节点，每一分钟监测一次生长空间的有害物及土壤温度湿度等状况，实行科学管理，这个葡萄基地生产的葡萄质量高、产量大。Rowley J.等利用ASP.NET在建立蔬菜大棚的WEB控制系统，运用MOTE-KIT2400CB传感器获取数据并处理，有效地实现了大棚远程管理；在畜禽饲养方面，在美国西部，Parsons J.等人将电子标签安装在羊群上，提高放牧管理效率；Swaii H.等人利用无线传感网络技术成功地进行了首次自动放牧测试；Nage等利用呼吸传感器、温度感知设备等多种类型的传感技术，有效地对动物的温度、呼吸及环境温度进行检测，远程监控家禽牲畜的健康状况；Mayre等通过在动物身上安装无线传感器，实时获取动物的地点和健康指数等信息；在农产品质量监督方面，Spiessl May E.等人将追溯系统运用在猪肉生产中，利用RFIED技术进行了改善。 4　物联网技术在农业中的发展趋势 （1）更透彻的感知。智能传感器朝着更透彻的感知方向发展，表现方式是智能传感器发展的集成化、网络化、系统化、高精度、多功能、高可靠性与安全性等趋势。新技术不断提高传感器的智能化程度，微电子技术和计算机技术的进步，预示着智能传感器研发水平的新突破。近年来各项新技术不断涌现并被采用，使之转化为生产力。 （2）更全面的互通互联。农业现场生产环境复杂，涉及大田、大棚、禽畜、水产等行业类型，所以物联网设备类型也多种多样，不同类型、不同协议的物联网设备之间的更全面有效的互联互通是未来物联网传输层技术发展的趋势。无线传感网和4G技术是未来实现互联互通的关键技术，未来无线传感网络将天、空、海、陆、地下一体化综合传感网络，基于无线技术的网络化、智能化传感器使农业生产现场的数据能够通过无线链路直接在网上进行传输、发布和共享，并同时实现控制机构的智能反馈控制，实现现实世界和数字世界的接口。 （3）更深入的智慧服务。未来主要热点将有人工神经网络、支持向量机、案例推理、视频监控和模糊监控等。从未来农业物联网软件系统和服务提供层面的发展趋势来看，主要针对解决农业开放动态环境与异构硬件平台关系问题，在开放的动态环境中，为保证服务质量，要保证系统的正常运行，软件系统根据环境的变化、系统运行错误及需求的变更调整自身行为，具有一定的自适应能力，其中屏蔽底层分布性和异构性中间件研发是关键。从环境的可预测性、异构硬件平台、松耦合软件模块间的交互等方面出发，建立农业物联网中间件平台、提高服务自适应能力，以及提供环境感知的智能柔性服务正成为农业物联网在软件和服务层的研究方向和趋势。 （4）更优化的集成。由于物联技术在农业中应用所涉及的设备种类繁多，软硬件系统存在异构性、感知数据的海量性决定了系统集成的效率是物联网应用和用户体验的关键所在。随着物联网标准的制定和不断完善，在农业应用中物联网感知层各感知和控制设备之间、传输层各网络设备之间、应用层各软件中间件之间和服务中间件之间将更加紧密耦合。另一方面，随着SOA、云计算以及SaaS，EAI、M2M等集成技术的不断发展，农业应用中的物联网三层次之间将实现更加优化的集成。

文章来源：《农业技术与装备》 网址: http://www.nyjsyzb.cn/qikandaodu/2021/0104/576.html