农业物联网种植技术分析

1物联网技术的概念

物联网是指把世界上所有的物体都联接到一个网络中，形成“物联网”,然后“物联网”又与现有的互联网结合,实现人类社会与物理系统的整合，达到更加精细和动态的方式管理生产和生活。它主要通过射频识别（RFID）、红外感应器、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连接起来，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手段。

2国外物联网技术的发展概况及在设施农业种植中的应用

2.1国外物联网技术的发展概况

国外在20世纪后期就已经开发了基于网络化、分布式的温室环境控制系统。日本四国电力集团开发了“OpenPlannet,OP”双向远程监控系统，利用基于以太网的嵌入式网络技术实现了温室环境和视频的实时动态监控。英国的无线系统公司开发了系列无线设备用于花园温室或储藏室的霜冻和入侵警报系统、远程无线洒水系统、通风加热控制系统等。希腊的Loukfam公司开发了基于工业计算机的温室环境、营养液的综合调控系统。美国GreenAir公司生产的GHC100模型6温室控制器基于TCP/IP通信实现了6连栋温室的全方位环境控制。美国Electrodepot公司生产的Abacus128型温室控制器实现了本地或远程的网络化温室环境控制。

2.2国外物联网技术在设施农业中的应用

美国很多大学在无线传感器网络方面开展了大量工作,如加州大学洛杉矶分校的CENS实验室、WINS实验室、NESL实验室、LECS实验室、IRL实验室等。另外，麻省理工学院获得了DARPA的支持，从事着极低功耗的无线传感器网络方面的研究；奥本大学也获得DARPA支持，从事了大量关于自组织传感器网络方面的研究，并完成了一些实验系统的研制；宾汉顿大学计算机系统研究实验室在移动自组织网络协议、传感器网络系统的应用层设计等方面做了很多研究工作；州立克利夫兰大学（俄亥俄州）的移动计算实验室在基于IP的移动网络和自组织网络方面结合无线传感器网络技术进行了研究。此外新加坡国立大学的无线传感器网络实验室等也开展了无线传感器网络方面的研究。除了高校和科研院所之外，国外的各大知名企业也都先后参与开展了无线传感器网络的研究。克尔斯博公司是国际上进行无线传感器网络研究的先驱之一，旗下的无线传感器网络硬件产品众多，为全球超过2000所高校以及上千家大型公司提供无线传感器解决方案。目前Crossbow公司与软件巨头微软、传感器设备巨头霍尼韦尔、硬件设备制造商英特尔、网络设备制造巨头、著名高校加州大学伯克利分校等都建立了合作关系。此外德州仪器、微处理器制造商Atmel等也都在传感器网络领域投入极大的资金和科研力量。这些都为无线传感器网络进一步的发展以及最终的商业化奠定了坚实的基础。近几年，物联网技术在设施农业中的运用卓有成效。位于加州Oxnard的草莓培育商NorcalHar-vesting安装整套物联网系统，实施追中植物的状况，系统根据空气和土壤的状况，自动触发相关行为，如浇水或调节温度。这套系统由ClimateMinder开发，目前已被二百多家温室和苗圃所采用。此外，该系统还在土耳其一家鸡场、烟草存储厂和冷藏仓库使用。现在这套系统正研究应用于高尔夫球场的可能性，如追踪浇水量及草地是否被正确浇灌。

3国内物联网技术的发展概况及在设施农业种植中的应用

3.1物联网技术发展历程

物联网最早于1999年提出，即把所有物体通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会上，国际电信联盟(ITU)发布了“ITU互联网报告2005：物联网”，正式提出了物联网的概念。物联网概念被提出以后，迅速风靡全世界，已成为全球瞩目的关键词，被业界广泛认为是继计算机与互联网后的又一次信息化浪潮。在中国，2009年8月7日，国务院总理温家宝在无锡微纳传感网工程技术研发中心视察工作时表示中国要抓住机遇，大力发展物联网技术；2009年8月26日，工信部总工程师朱宏任在中国工业经济运行2009年夏季报告会上表示，我国也正在高度关注、重视物联网方面的研究；2009年9月11日，工信部传感器网络标准化工作小组的成立，标志着我国将加快制定符合我国发展需求的传感网技术标准，力争主导制定传感网国际标准。2010年3月5日在十一届全国人大三次会议上，温家宝总理又首次在政府工作报告中要求加快物联网的研发应用。至此，物联网建设上升到国家战略高度。

3.2物联网技术的发展概况及研发成果

一是技术国际标准制定方面。我国物联网技术研发水平处于世界前列，具有重大的影响力。中科院早在1999年就启动了传感网研究，在无线智能传感器网络通信技术、微型传感器、传感器终端机、移动基站等方面取得重大进展，目前已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。在世界传感网领域中，中国、德国、美国、韩国共同成为物联网技术国际标准制定的主导国。二是无线通信网络方面。无线通信网络已经覆盖了城乡，从繁华的城市到偏僻的农村，从海岛到珠穆朗玛峰，到处都有无线网络的覆盖。无线网络是实现“物联网”必不可少的基础设施，安置在动物、植物、机器和物品上的电子介质产生的数字信号可随时随地通过无处不在的无线网络传送出去。三是无线传感网络软件方面。国内在基于国外的操作系统之上，开发自己的中间件软件。实现了对MantisOS、TinyOS和SOS多操作系统的支持，屏蔽了不同操作系统的差异性，同时扩大了硬件节点的选择范围。“云计算”技术的运用，使数以亿计的各类物品的实时动态管理变得可能。四是技术理论研究方面。国内研究机构对无线传感器网络网络协议、算法、体系结构等方面，提出了许多具有创新性的想法与理论。在这方面，国内的南京邮电大学、哈尔滨工业大学、清华大学、上海交通大学、北京邮电大学等都取得了一些相关的理论研究成果。

4新疆物联网技术在设施农业种植中的应用

4.1新疆物联网技术在设施农业种植下的应用情况

在传统农业中，人们获取农田信息的方式很有限，主要是通过人工测量，获取过程需要消耗大量的人力，而通过使用无线传感器网络可以有效降低人力消耗和对农田环境的影响，获取精确的作物环境和作物信息。在现代农业中，大量的传感器节点构成了一张张功能各异的监控网络，通过各种传感器采集信息，可以帮助农民及时发现问题，并且准确地捕捉发生问题的位置。这样一来，农业逐渐从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式，从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备，促进了农业发展方式的转变。目前我区设施农业生产由于缺乏相应的智能化技术与设备，使得设施农业栽培技术和管理技术手段落后，无法实现设施农业精准化、自动化生产，设施农业智能化规模效益没有形成。要实现高水平的农业，实现我国农业向精细化、集约化方向发展，利用科技进步，特别是重视信息技术在农业领域的应用至关重要。实现物联网技术在农业领域中的应用是改善我国农业生产手段、提高农业生产效率和生产水平的有益尝试。物联网技术在农业中的应用，既能改变粗放的农业经营管理方式，也能提高动植物疫情疫病防控能力，确保农产品质量安全，引领现代农业发展。推动农业专业人才向农业加IT复合型人才转变，为以后运行维护和改良改善打下坚实的基础。

4.2新疆制约设施农业种植应用物联网技术的因素及问题

(1)设施农业科技含量低，技术水平低下。设施农业是借助温室及其配套装置来调节和控制作物生产环境条件的新农业生产方式，是高产、高效、优质和技术密集型的农业。近年来，国外如以色列、荷兰等国在设施农业中研究和生产方面已达到很高水平。塑料大棚和日光温室为主体的设施农业正迅速发展，但与国外相比，新疆地区设施农业普遍存在科技含量低、劳动强度大、生产水平和效益低下等缺点。因此，迫切需要技术改进，以提高设施农业发展的整体水平。

(2)信息化程度低，产业链不完善，从事研发、生产、应用、服务的机构和企业很少。新疆地区信息化的建设相对滞后，多数的研究是在实验中完成的，没有同实践相结合，因此缺乏适用性。信息产品的研究是影响农业信息化发展的一个最主要因素，缺乏适用的软件，应用时间短等因素使管理层面还没有体会到信息技术带来的效益，这在很大程度上影响了决策层的积极性。信息意识谈薄、人员素质参差不齐也是影响信息化建设的一个重要方面，由于农业整体发展水平限制，条件艰苦等导致行业中十分缺乏经过正规教育的专业人才。

(3)信息资源共享不够，物联网成熟技术的先行先试推广应用比较困难。物联网本身标准制定工作滞后，不同企业同一技术产品不能互联互通，影响到先进技术推广应用的规模效益。

(4)物联网信息安全技术和管理能力有待提升。使用无线识别智能设备时，数据泄漏、数据共享和无线监听的可能性和风险会上升。

5设施农业种植中物联网技术的发展趋势

5.1市场现状及应用前景

要实现高水平的设施农业，实现我国农业向精细化、集约化方向发展，必须利用科技进步，特别是重视信息技术在农业领域的应用至关重要。实现物联网技术在农业领域中的应用是改善我国农业生产手段、提高农业生产效率和生产水平的有益尝试。物联网技术在农业中的应用，既能改变粗放的农业经营管理方式，也能提高动植物疫情疫病防控能力，确保农产品质量安全，引领现代农业发展在现代化温室栽培领域，物联网技术精确地呵护果蔬和作物的秧苗。在这个过程中，温度传感器、湿度传感器、pH值传感器、光传感器、离子传感器、生物传感器、CO2传感器等设备，检测环境中的温度、相对湿度、pH值、光照强度、土壤养分、CO2浓度等物理量参数，通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。在果蔬和粮食的储藏中，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。由此可见，物联网在农业领域具有广阔应用前景，在农田、果园等大规模生产方面可借助物联网技术把农业小环境的温度、湿度、光照、降雨量等，土壤的有机质含量、温湿度、重金属含量、PH值等，以及植物生长特征等信息进行实时获取传输并利用，而这对于科学施肥、灌溉作业来说具有非常重要的意义，已成为目前农业物联网研究领域最主要的课题之一。

5.2效益分析

近年来，随着智能农业、精准农业的发展，智能感知芯片、移动嵌入式系统等物联网技术在现代农业中的应用逐步拓宽。在监视农作物灌溉情况、土壤空气变更、畜禽的环境状况以及大面积的地表检测，收集温度，湿度，风力，大气，降雨量，有关土地的湿度、氮浓缩量和土壤pH值等方面，物联网技术正在发挥出越来越大的作用，从而实现科学监测、科学种植，帮助农民抗灾、减灾，提高农业综合效益，促进了现代农业的转型升级。将物联网布设于农田、园林、温室等目标区域，网络节点大量实时地采集温度、湿度、光照、气体浓度等环境信息，精准地获取土壤水分、压实程度、电导率、pH值、氮素等土壤信息，这些信息在数据汇聚节点汇集，为精确调控提供了可靠依据。网络对汇集的数据进行分析，帮助生产者有针对地投放农业生产资料，智能地控制温度、光照、换气等动作，从而更好地实现耕地资源的合理高效利用和农业的现代化精准管理，推进我国耕地资源的高效管理和利用、农田管理水平和农业生产效能的提升。将物联网技术应用于设施农业不仅具有重要的经济效益，而且其获取的详细耕作信息有助于解决许多未知问题，不仅能减少温室污染物排放，还降低病虫害发生率10—20%，降低温室生产成本30%以上，提高农民劳动生产率30%以上，提高温室经济效益20%以上。可广泛应用于蔬菜、林果业、中药材种植、食用菌培养和牲畜养殖业，是实现自治区“十二五”设施农业发展目标的关键技术。