農業(yè)物聯(lián)網技術的應用是現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的需要，也是未來農業(yè)發(fā)展水平的一個重要標志，它將是未來農業(yè)發(fā)展的方向。農業(yè)物聯(lián)網是將大量的傳感器節(jié)點構成監(jiān)控網絡，通過各種傳感器采集農業(yè)信息，幫助農民及時發(fā)現(xiàn)田間地塊存在的各種問題，并且精確確定發(fā)生問題的具體位置，將以人為中心、依賴于農業(yè)機械的生產模式轉向以信息和軟件為中心的生產模式，從而大量使用各種自動化、智能化、遠程控制的生產設備。近年來，隨著智能農業(yè)、精準農業(yè)的發(fā)展，智能感知芯片、移動嵌入系統(tǒng)等農業(yè)物聯(lián)網技術在農業(yè)中的應用也在慢慢地拓展。通過無線傳感器網絡可以大幅度地降低人力消耗，獲取精確的農作物環(huán)境和作物的全信息，從而借助各種自動的生產設備，科學地監(jiān)測農田的全信息，實現(xiàn)科學監(jiān)測和種植。農業(yè)物聯(lián)網技術可以精確地控制農作物的長勢，使其能夠更好地適宜農作物的生長，提高農作物的品質，有利于實現(xiàn)農作物的高產，大幅度地提高農作物抗御災害的能力。
新疆生產建設兵團農八師的一五0團優(yōu)越的地理位置，良好的氣候和水土資源為農業(yè)的發(fā)展提供了基礎前提。一五0團交通方便，有利于農業(yè)經濟信息的收集、反饋以及農業(yè)物資的運輸。雖然近幾年的農業(yè)生產集約化水平，機械化，規(guī)?；潭炔粩嗵岣?，但現(xiàn)場管理和操作(如播種，灌溉，施肥，噴藥等)的不當造成了資源的浪費，影響了區(qū)域生態(tài)環(huán)境和農產品質量。為了實現(xiàn)高產量、高質量和農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須大力發(fā)展農業(yè)物聯(lián)網技術，運用科學的方法、標準化的管理體系和充分利用信息和智能化管理技術，建立農產品生產、加工、流通的體系。
新疆兵團在棉花的精確種植中利用自主開發(fā)的農業(yè)技術軟件產品與引進的硬件平臺組裝成配套的技術體系，應用在棉花精量播種、節(jié)水滴灌、變量施肥、病蟲害預報與防治、長勢監(jiān)測等決策中，形成適合新疆的棉花生產管理智能化的決策系統(tǒng)，同時與變量作業(yè)機具組裝配套進行推廣示范，市場前景非常廣闊。
1農業(yè)物聯(lián)網關鍵技術研究進展
農業(yè)物聯(lián)網把感應器嵌入農業(yè)機械、土地和灌溉系統(tǒng)等各種體系中，然后將“物”與互聯(lián)網整合起來，通過智能分析，進行實時的管理和控制。農業(yè)物聯(lián)網在現(xiàn)代農業(yè)中的應用體現(xiàn)在一下3個方面:
(1)應用無線傳感器網絡進行精準農業(yè)控制系統(tǒng)的建立。用無線傳感器網絡檢測農作物的全信息，監(jiān)測農作物生長的全過程，并對土壤的溫度濕度、風速、作物生長情況等數(shù)據(jù)信息處理，為農業(yè)專家及農民進行決策并制定農田變量作業(yè)處方提供數(shù)據(jù)源和參數(shù)，也可自動觸發(fā)相關行為，如智能灌溉或自動調節(jié)溫度，保證作物良好的生長環(huán)境。
(2)應用RFID技術建立現(xiàn)代農作物供應鏈跟蹤與可追溯體系。將RFID技術用于農作物的個體進行標識，并結合無線傳感網絡、手持移動設備和PC機數(shù)據(jù)庫技術等構建RFID農作物管理信息系統(tǒng)以跟蹤產品的生產、加工、批發(fā)以及零售等各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)農作物數(shù)據(jù)的有效追溯和數(shù)據(jù)及業(yè)務的共旱。
(3)農用傳感器還可以應用于移動信息裝備制造產業(yè)、農業(yè)資源管理、農業(yè)信息網絡服務產業(yè)、農業(yè)自動識別技術與設備產業(yè)、農業(yè)精細作業(yè)機具產業(yè)和農產品物流產業(yè)，實現(xiàn)農業(yè)生產自動化、智能化。
2農業(yè)物聯(lián)網在農八師一五O團棉花產業(yè)領域的應用
農八師一五O團棉花種植面積1.1萬hmZ，其優(yōu)越的地理位置，良好的氣候和水土資源為農業(yè)的發(fā)展提供了基礎前提，其實現(xiàn)的物聯(lián)網的技術體系結構分為感知層、網絡層和應用層二個層次。
2.1感知層的應用分析
感知層用于采集包括各類物理量、身份標識、位置信息、音視頻數(shù)據(jù)等物理世界中發(fā)生的數(shù)據(jù)。物聯(lián)網的感知層采集涉及傳感器、RFID(射頻識別)、全信息采集和實時定位等數(shù)據(jù)}s-p。目前，我國擁有自主知識產權的有線和無線傳感器有溫室內部視頻信息監(jiān)測傳感器、作物生理生態(tài)監(jiān)測傳感器、溫室外部氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測傳感器和溫室內部環(huán)境監(jiān)測傳感器。另外，還有農產品物流配送監(jiān)控和營養(yǎng)液成分感知等設備。
在培育棉苗的智能溫室里農業(yè)物聯(lián)網的感知層根據(jù)棉花全過程劉一感知設備提出不同的要求，按棉花萌發(fā)氧氣、水分、光照、溫度等四大要素部署，其穩(wěn)定性、準確度、精度等性能均能滿足棉花農業(yè)生產的具體要求。無線和有線傳感器能實時測出溫室內部的溫度，實時采集溫室的光照強度、溫濕度、營養(yǎng)液等參數(shù)。根據(jù)光度、溫度數(shù)據(jù)，可以進行拉起遮陽網等遠程環(huán)境調整;根據(jù)氧氣數(shù)據(jù)，可以實時掌握溫室內氧氣的濃度，避免氮氣、氯氣過高影響棉苗正常生長;通過濕度數(shù)據(jù)，可以調節(jié)室內濕度;根據(jù)不同的育苗環(huán)境，可以調節(jié)合適的營養(yǎng)液濃度。
農八師一五O團與石河子大學在農業(yè)信息技術及科技服務方面緊密合作，共同推動農場現(xiàn)代農業(yè)經濟蓬勃發(fā)展。雙方在作物灌溉遠程控制、農田信息監(jiān)測、作物綜合管理等軟硬件開發(fā)與推廣有深入合作。在這其中就大量應用了農業(yè)物聯(lián)網感知層的知識。主要運用的技術有自動化滴管系統(tǒng)、科學施肥、良種良法、地膜覆蓋栽培、節(jié)水農業(yè)、綜合植保、人工影響天氣、培肥地力、精準施肥技術、精準種子工程、精準播種技術、精準灌溉技術、精準收獲技術和田間作物動態(tài)檢測技術，使農作物單產大幅提高。
(1)農田地理信息。通過采樣和數(shù)據(jù)之間的農業(yè)生產資料，可以了解合適的作物品種以及一些管理措施和作物栽培過程(如施肥，灌溉等)需求。包括作物品種、作物營養(yǎng)與施肥、作物灌溉、化學調控、管理水平、棉花產量、投入產出水平等數(shù)據(jù)。
(2)力農田氣象信息。收集近30年的氣象資料，包括經度和緯度、海拔、日照強度、日平均氣溫、最高、最低溫度、有效積溫、降水、春秋時期，初霜、晚霜、無霜期和地熱數(shù)據(jù)，對棉花生長發(fā)育及產量進行分析氣象采集器用于對大氣溫度、相對濕度、風向、風速、雨量、氣壓、太陽輻射和上壤溫濕度等氣象要素進行全天候的現(xiàn)場監(jiān)測，通過手機與氣象中心計算機進行通訊，將農田氣象的實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)綒庀笾行牡臄?shù)據(jù)庫中，用于對農田的氣象數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，如圖2所示。
(3)農作物長勢信息。農作物長勢信息是實施精準農業(yè)所需的重要信息。結合田間信息，利用遙感和遙測技術，在棉花生長的一些關鍵期對農作物的長勢全過程進行系統(tǒng)的監(jiān)測。通過這些信息可以決定是否有必要加強如施肥、灌溉、病蟲害控制等措施。農田移動視頻監(jiān)控探頭主要用于對棉花的苗生長狀況進行實時監(jiān)控，使技術人員能夠實時的了解棉花棉苗的生長情況，這套系統(tǒng)將衛(wèi)星遙感技術與地面?zhèn)鞲小o線通信技術有效結合，實現(xiàn)了實時、動態(tài)、連續(xù)監(jiān)測，如圖3所示。
蟲情測報燈主要用于實時監(jiān)測棉花生長期間的病蟲害情況，使工作人員能夠更加有效地做好植保工作。該燈利用光電技術實現(xiàn)自動誘蟲、殺蟲、分裝等功能。同時，可配備風速風向、環(huán)境溫度濕度、光照等多種傳感器接曰，在需要時監(jiān)測環(huán)境參數(shù)，并可通過GPRS(通用無線分組業(yè)務)上傳數(shù)據(jù)。以監(jiān)測環(huán)境與病蟲害之間的關系。
(4)GPS全球定位系紉定位信息。GPS定位信息的使用是精準農業(yè)區(qū)別于傳統(tǒng)農業(yè)的一個重要特征。GPS系統(tǒng)在精確農業(yè)實施過程中異常重要。首先將農田信息采集點進行精確的定位，進行基本格網劃分，然后輸入GIS(地理信息系紉進行動態(tài)GPS定位;同時依據(jù)農業(yè)信息采集和專家系統(tǒng)提供的農機作業(yè)路線及變更作業(yè)方式的空間位置，使農機自動完成對農作物生長全過程的控制，如圖5所示。
(a)無人駕駛拖拉機徹精量播種機 (b)精量播種機
2.2網絡層的應用分析
網絡層完成大范圍的信息溝通，主要借助于已有的廣域網通信系統(tǒng)，把感知層感知到的信息快速、可靠、安全地傳送到全球各地，使設備能夠進行遠距離、大范圍的通信。利用控制器、執(zhí)行器與網絡終端可以控制室內的設備，并利用它們維持室內適宜的環(huán)境，然后反向傳播網絡應用層的產量決策信息。
根據(jù)新疆農業(yè)生產規(guī)?；F(xiàn)代化、集約化的特點，農八師引進農業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)平臺((PAID 3.0)進行二次開發(fā)，形成了以棉花為主的基于Internet的開放分布式專家系統(tǒng)。開發(fā)出的農業(yè)專家系統(tǒng)具有界面友好、圖文并茂;數(shù)據(jù)錄入和結果輸出可視化的特點，同時具有GIS的功能，使平臺擁有圖形顯示、面積測算、縮放漫游、數(shù)據(jù)自動獲取和各種查詢的功能。截!卜到目前，兵團已開發(fā)關于棉花綜合管理專家、生長模擬專家、病蟲害診斷防治多媒體等系統(tǒng)和利用TM影像空間數(shù)據(jù)與地理信息迭加建立的團場地理信息系統(tǒng)。
兵團通過長期積累建立了示范區(qū)產量數(shù)據(jù)庫、氣候資料數(shù)據(jù)庫、上壤肥力數(shù)據(jù)庫、棉花不同生長期的光譜數(shù)據(jù)庫，積極地開展棉田膜下自動控制滴灌系統(tǒng)的應用研究I gal。其中一五O團棉花智能監(jiān)控系統(tǒng)，感知層的各個傳感器搜集的有關棉花長勢情況的數(shù)據(jù)會傳輸至此系統(tǒng)，進行整理并通過網絡傳輸給專家分析，如圖6所示。
2.3應用層的分析應用
應用層具有完成農作物區(qū)信息的匯總、協(xié)同、共享、互通、分析和決策的功能。應用層最終完成農作物與人的交互，前兩層將農作物的全信息收集起來，集中到應用層進行統(tǒng)一的分析、決策，用于支撐跨行業(yè)、跨應用、跨系統(tǒng)之間的信息的協(xié)同、共享、互通，從而大幅度地提高農業(yè)信息的利用程度，更好地為農民及加工企業(yè)服務。
此層主要是用于對收集的數(shù)據(jù)進行分析和總結，并反饋控制下一步。總結年度棉花標準化生產技術方案，提供專業(yè)、系統(tǒng)的應用服務，形成智能化的解決方案。農八師利用引進農業(yè)專家系統(tǒng)開發(fā)平臺(CPAID 3.0)，可以對棉花的整個生長過程進行實時監(jiān)控，對出現(xiàn)的問題進行及時的分析，并目_做出決策進行調整。首先通過傳感器搜集田地里的信息，包括上壤的溫度、濕度、酸堿度，還有空氣的含氧量、含水量，以及棉花的長勢情況等，然后將這些信息搜集到監(jiān)控站，農戶將這些信息整合以后通過CPS或者WiFi C無線網絡)傳輸至農業(yè)專家系統(tǒng)。相關的農業(yè)專家通過對這些信息的分析并目_與以往的數(shù)據(jù)進行對比，能夠及時的做出正確合理的決策，并將這一決策及時的反饋給農戶，使農戶能夠進行及時的調整。
新疆生產建設兵團正在打破條件限制，把農八師一五O團打造成一個智能化節(jié)水灌溉科技園。通過與新疆移動的合作，運用物聯(lián)網與自動化噴滴灌控制相結合，實現(xiàn)了全場智能化精準灌溉物聯(lián)網技術利用手機短信控制閥門，還可以利用回傳數(shù)據(jù)記錄、查詢、打印灌溉區(qū)域的氣象資料、上壤濕度、灌溉設置、灌溉進程、灌溉歷史，大大提高了管理效率，大大節(jié)約了人力成本。
由于新疆氣候炎熱、干旱缺水，因此節(jié)水滴灌技術的廣泛運用正在全面推進新疆的現(xiàn)代農業(yè)的發(fā)展。通過中國移動信號，農戶可以通過手機控制田地的灌溉水閥。該技術通過手機短信控制田間的自動化滴灌控制閥門，對整個地塊進行灌溉，閥門不僅僅會執(zhí)行指令，還會通過中國移動的網絡回傳其狀態(tài)，整個灌溉地塊的氣象資料、上壤濕度、灌溉設置、灌溉進程、灌水歷史等諸多信息都能夠通過回傳數(shù)據(jù)隨時記錄查詢。短信的成本約為每年0.7元/667mZ由于各個田垅均減少了田間作業(yè)，人工管理費比普通滴灌節(jié)約81元/667mZ。棉田自動化灌溉系統(tǒng)實現(xiàn)了滴水、施肥電腦自動控制，避免了人工控制帶來的浪費和失誤現(xiàn)象，達到精確滴水、施肥，每667 mZ省水肥10%以上，棉花產量提高10%以上，而目_節(jié)省了人力消耗，降低了勞動強度。
3農業(yè)物聯(lián)網在應用中存在的問題及解決對策
在新疆，農業(yè)物聯(lián)網的發(fā)展有一定的技術基礎，但是與國外相比還處于研究階段。農業(yè)物聯(lián)網對于農戶來說是一個新的概念，這導致農業(yè)物聯(lián)網在新疆棉花產業(yè)的推廣比較困難，農業(yè)物聯(lián)網應用于新疆棉花產業(yè)的比例還遠遠不夠。雖然新疆近年來農業(yè)生產水平以及集約化、機械化、規(guī)模化程度不斷提高，但是田間管理與作業(yè)的粗放和盲目性還普遍存在，造成了資源浪費，影響了區(qū)域生態(tài)環(huán)境和農產品質量。
3.1存在的問題
(1)農民的自身素質和人才流失的限制。由于農民普遍素質低，不會使用電腦，因此無法操控物聯(lián)網，而且隨著經濟社會快速發(fā)展，越來越多的人才開始從事第二、第三產業(yè)，從事農業(yè)生產的人才越來越少，限制了新疆農業(yè)物聯(lián)網的快速發(fā)展。
(2)關鍵技術不成熟。雖然近些年新疆的農業(yè)物聯(lián)網發(fā)展比較快，但是還是存在關鍵的傳感器的準確性、可靠性、穩(wěn)定性不夠、成本比較高的問題。同時，技術人員對農業(yè)物聯(lián)網的理解不透徹，因此使用的材料、制造工藝不過關，建立的信息具有局限性和缺陷性，導致農民對農業(yè)物聯(lián)網的認可度不高，使用的積極性不夠，限制了農業(yè)物聯(lián)網的快速發(fā)展。
(3)農業(yè)物聯(lián)網建設成本高，制造商參與度低。由于農業(yè)物聯(lián)網在棉花種植的應用中需要建設大量的基礎設施，而建設這些設施需要大量的資金投入，并且由于這些設備主要工作于田間，易受到空氣的腐蝕和雨水的浸泡，很容易損壞，需要頻繁地更換，這也需要大量的資金投入。同時，沒有大型傳感器生產制造企業(yè)、農業(yè)軟件提供商、農業(yè)物聯(lián)網方案運營商、農業(yè)裝備提供商的參與，使得農民難以支撐高昂的使用和維護費用。
(4)農產品物流網絡還不健全，缺乏商業(yè)化運營模式。新疆的農產品雖然具有較好的品質和很強的競爭力，但由于補貼政策、產業(yè)政策、投資政策等缺失、信息網絡建設滯后、物流網和加工儲藏技術的落后，無法形成健全的物流網絡和農產品的溯源機制，無法形成優(yōu)勢的品牌，致使新疆的優(yōu)質農產品很難進入國內外的高端市場，無法將產品品質優(yōu)勢轉化為品牌優(yōu)勢和價值優(yōu)勢，農產品附加值不高，農民的收入受到很大影響，積極性不高[}za}。而且新疆的優(yōu)勢農作物的經營缺乏商業(yè)化運營模式，政府很難平衡科研院所、企業(yè)和農民的各方面的利益分配，導致很難建立有效的商業(yè)模式。
(5)農業(yè)標準化體系缺失。農業(yè)標準化在提高農產品質量安全水平、推進農產品質量認證、實施農產品市場出口、保障人民消費安全和調控農產品國際貿易等方面發(fā)揮著重要的作用。但是新疆缺乏農業(yè)物聯(lián)網的數(shù)據(jù)標準、接口標準、應用標準、測試標準、維護標準等標準體系，無法有效地約束農產品的各個生產環(huán)節(jié)，造成農產品各生產環(huán)節(jié)脫節(jié)，無法形成有效地農業(yè)標準化體系。因此，要加快推進新疆農業(yè)結構的調整，實施優(yōu)勢產業(yè)名牌戰(zhàn)略，建立健全農業(yè)標準化體系，加快新疆農業(yè)標準化發(fā)展的步伐。
3.2解決對策
雖然新疆農業(yè)有了快速長足的發(fā)展現(xiàn)，已處于我國領先水平，但隨著新疆農業(yè)生產效率的不斷提高，在傳統(tǒng)的生產模式下，農業(yè)未來發(fā)展的空間越來越小，發(fā)展變得越來越難，進入了一個發(fā)展的瓶頸期，就需要創(chuàng)新思維，改革傳統(tǒng)的生產模式，建立新的生產模式。
(1)大力引進技術人才。農業(yè)物聯(lián)網作為未來農業(yè)發(fā)展的主流模式，技術投入巨大，必須由大量各行業(yè)技術人才去完成。長期以來，新疆信息產業(yè)發(fā)展較為落后，信息技術人才缺乏，不利于新疆農業(yè)物聯(lián)網技術的研發(fā)、推廣和實踐，為此，需要政府、科研院所和大型企業(yè)在引進技術人才方面加大投入力度，建立起支撐物聯(lián)網研發(fā)和推廣的技術人才團隊，從而突破新疆農業(yè)物聯(lián)網核心技術和重大關鍵技術。
(2)建立政府主導的商業(yè)模式。政府要加大投入，大力開展農業(yè)物聯(lián)網示范工程，積極制定農業(yè)物聯(lián)網補貼政策，加快制定農業(yè)物聯(lián)網發(fā)展的產業(yè)政策。對新疆來說，特殊的體制決定了政府在推廣技術方面具有很強的組織動員能力，所以更加適合農業(yè)主管部門推動型的模式。由政府出面組織動員全疆農民參與其中，前期的投入就必須由政府出資解決。技術的研發(fā)前期可以通過財政支持有研發(fā)實力的企業(yè)進行物聯(lián)網關鍵和核心技術的研發(fā)，降低企業(yè)研發(fā)的投資風險，不僅實現(xiàn)了農業(yè)技術的革新，而且?guī)恿讼嚓P企業(yè)的發(fā)展?；A互聯(lián)網的建設可以和通訊企業(yè)合作投入。等運營以后通訊企業(yè)可以收取相應的通訊費用，回收企業(yè)前期的投入。
(3)加快農業(yè)物聯(lián)網標準體系建設。健全的物聯(lián)網體系可以更好地實現(xiàn)農業(yè)產業(yè)化，實現(xiàn)財政增收。建立新疆優(yōu)勢產業(yè)從種植到收獲，到最后深加工、銷售的農業(yè)物聯(lián)網，對推動新疆農業(yè)產業(yè)發(fā)展，增加農產品附加值，實現(xiàn)農民增收大有裨益。
4結論
農業(yè)物聯(lián)網技術的推廣應用是一個涉及面廣泛的復雜的系統(tǒng)工程。農業(yè)物聯(lián)網采集的信息廣泛，需要氣象、環(huán)境、檢驗等部門和政府、企業(yè)、農戶等進行大量信息的傳遞、共享和分析。如何保證農業(yè)物聯(lián)網在不同的環(huán)節(jié)都可以建立信息采集點，有效整合多部門的信息及功能是農業(yè)物聯(lián)網需要解決的關鍵問題之一。
隨著科技的進步，制約農業(yè)物聯(lián)網發(fā)展的難題將會被逐一解決。未來物聯(lián)網在農業(yè)上的應用會朝著微小型、可靠型、節(jié)能型、環(huán)境適應型、低成本和智能化方向發(fā)展。農業(yè)物聯(lián)網的發(fā)展必將為現(xiàn)代農業(yè)帶來一次全新的革命，更加有效的推動現(xiàn)代農業(yè)的發(fā)展，實現(xiàn)農業(yè)自動化、智能化和集約化。
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