解析物联网技术在农业中的关键技术以及核心应用

作为集成新一代信息技术的战略性新兴产业之一，物联网备受各界关注。农业是物联网技术的重点应用领域之一，也是物联网技术应用需求最迫切、难度最大、集成性特征最明显的领域。

近几年，物联网技术已被应用到农业的诸多领域，包括农业环境监测、温室大棚生产控制、节水灌溉、气象监测、产品安全与溯源、设备智能诊断管理等方方面面。

对于物联网技术在农业中的应用，基础技术是传感器网络的完善。传感系统的完善与否直接影响着整个农业物联网技术的运行。

农业物联网由感知层、传输层和处理层构成。感知层的传感器技术、条码技术、全球定位等技术采集的数据信息通过传输层的有线、无线传感器网络技术和移动通信技术传输到处理层的农业预测、诊断、控制、决策以及预警等智能化模块。

一、关键技术

1、农业物联网感知技术

感知层主要包括各类传感器及节点技术、全球定位系统技术和条形码技术等，实现对土壤水分、环境温湿度、家禽水产健康状况等信息的采集功能，是农业物联网的关键技术。

目前，光温水气热等环境传感器应用相对成熟，土壤传感器是研究的热点，通过电磁波反射或吸收能量水平的大小可判断土壤结构，根据离子选择性膜电极与被测离子溶液间的点位输出可测定土壤里的特定离子。利用光学和电磁学原理制成的动植物生命信息传感器也是研究的热点和难点之一。

2、农业物联网传输技术

当前，我国农业物联网中的传输技术主要为无线和有线传感网络技术以及移动通信技术。其中，无线传感网络技术的应用最为普遍，国外无线传感器网络应用已经到了实践阶段。

荷兰的一个农业物联网项目将无线传感器网络技术应用到马铃薯生长环境的监测中，生产者可根据监测结果控制疫病，从而实现防患于未然。我国农业物联网的信息传输技术处于试验阶段，有学者构建无线传感网络监控系统，该系统可对种植环境进行实时监测，园区布置的传感器节点可采集土壤与空气的温湿度、CO2 的浓度以及光照强度等参数。

3、农业物联网处理技术

农业物联网处理层的技术包括云计算、云服务和模块决策，这个层面是将采集的数据信息转化为实际的操作，利用控制模型和策略对相关农业设施进行智能控制，比如打开水龙头、关闭灯光、自动施肥等。

智能决策是预先把经验和专家知识输入模块，通过推理模拟思维，为农业生产提供技术参考，比如对农田肥力、灌溉、病虫防治、动物饲料配方和园艺设施等方面提供技术支持。智能预警是以数学模型为手段，对实际不正常状态进行报警，给出危害提醒。

二、核心应用领域

按照监测对象的不同，物联网系统可以分为农业生产环境监控物联网、动植物生命信息监控物联网、农机作业监控物联网、农产品品质检测与质量安全追溯物联网等。

1、农业生产环境监控物联网

农业生产监控物联网，主要指利用传感器技术采集和获取农业生产环境各要素信息，如种植业中的光照、温湿度，二氧化碳浓度、土壤肥力、土壤含水量等参数，水产养殖业中的酸碱度、溶解氧、氨、氮、浊度和电导率，畜禽养殖业中的氨气、二氧化硫、粉尘等有害物质浓度等参数，通过对采集信息的分析决策来指导农业生产环境的调控，实现种养殖业的高产高效。

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农业生产环境复杂，需要在高温、高湿、低温、雨水等恶劣多变环境下连续不间断运行，且传感器节点布置稀疏不规则，布线不方便，而无线传感器网络组网简单、无需布线，具有低成本、灵活的优势，成为当前农业生产环境监控系统主要应用方式。

2、动植物生命信息监控物联网

对植物信息采集的研究主要包括表观可视信息的获取和内在信息的获取，表观信息如作物苗情长势、病虫害、果实膨大状况、生物量、茎干直径、叶面积等信息，内在信息包括叶绿素含量、作物氮素、光合速率、种子活力、叶片温湿度等，主要监测手段为光谱技术及图像分析等；

对动物生命信息的监测主要包括动物的体温、体重、行为、运动量、取食量、疾病信息等，通过相关监测，了解动物自身的生理状况和营养状况以及对外界环境条件的适应能力，确保动物个体健康生长，主要监测手段包括动物本体监测传感器、视频分析等。

3、智能农机物联网

近年来随着土地流转的进行，农机作业范围不断扩大，农机作业信息滞后、时效性差、缺乏有效的监管手段，机收的组织者和参与者对信息快捷、准确、详细的要求难以满足等问题逐渐突显。

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如何通过技术手段有效地进行农机作业远程监控与调度，提高工作效率和作业质量尤其是保障农机夜间作业质量和农机装备的智能化水平，是农机物联网发展的迫切需求之一。农机物联网主要研究方向包括农机作业导航自动驾驶技术、农机具远程监控与调度、农机作业质量监控等方面。

4、农产品质量安全追溯物联网

农产品信息感知技术主要包括农产品颜色、大小、形状及缺陷损伤等外观信息和农产品成熟度、糖度、酸度、硬度、农药残留等内在品质信息。

农产品质量安全与追溯对农业物联网的运用集中在农产品仓储及农产品物流配送等环节，通过电子数据交换技术、条形码技术和RFID 电子标签等技术实现物品的自动识别和出入库，利用无线传感器网络对仓储车间及物流配送车辆进行实时监控，从而实现主要农产品来源可追溯，去向可追踪的目标。

在未来，随着农业物联网的发展不断深入，从政府推动企业变革转变为企业主动变革，这是未来农业物联网化的终极趋势。未来有部分企业将会依靠大量农业数据的分析、共享，挖掘利用来赚钱，改变农产品的生产方式和消费方式。