農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其發(fā)展趨勢

       物聯(lián)網(wǎng) 被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮， 這一當前迅猛發(fā)展的新技術(shù)已經(jīng)成為當今的熱門話題。業(yè)內(nèi)專家認為， 物聯(lián)網(wǎng)是下一個經(jīng)濟增長點。一方面， 物聯(lián)網(wǎng)可以提高經(jīng)濟效益， 大大節(jié)約成本; 另一方面， 可以為全球經(jīng)濟的復蘇提供技術(shù)動力。

       近幾年， 我國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展速度較快， 農(nóng)業(yè)機械化支撐農(nóng)業(yè)發(fā)展的能力顯著增強， 加速了農(nóng)業(yè)增長方式的轉(zhuǎn)變和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程。但是， 由于受我國農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展水平、農(nóng)業(yè)勞動力轉(zhuǎn)移程度、農(nóng)業(yè)經(jīng)營規(guī)模和農(nóng)機工業(yè)水平等多因素的影響， 農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展仍存在一些問題。目前， 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)在智能化培育控制、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、農(nóng)業(yè)信息監(jiān)測等方面表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢， 但在農(nóng)業(yè)機械方面的應用還不廣泛。本文對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械化領(lǐng)域的應用進行深入分析， 論證其可行性與發(fā)展前景， 以期促進我國農(nóng)業(yè)機械化科技發(fā)展。

1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其發(fā)展趨勢

1. 1 物聯(lián)網(wǎng)的概念

       物聯(lián)網(wǎng)（ Internet of Th ings） 是指通過射頻識別（ RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等信息傳感設備， 按約定的協(xié)議， 把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來， 進行信息交換和通訊， 以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。這一概念是在1999年提出的， 簡而言之就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。這意味著物聯(lián)網(wǎng)的核心仍是互聯(lián)網(wǎng)， 但它將 物 帶入了互聯(lián)網(wǎng)， 進行信息交換和通訊。歐洲聯(lián)盟對物聯(lián)網(wǎng)的定義是： 物聯(lián)網(wǎng)是一個動態(tài)的全球網(wǎng)絡基礎(chǔ)設施，它具有基于標準和互操作通信協(xié)議的自組織能力。其中， 物理的和虛擬的 物 具有身份標識、物理屬性、虛擬的特性和智能的接口， 并與信息網(wǎng)絡無縫整合。物聯(lián)網(wǎng)將與媒體互聯(lián)網(wǎng)、服務互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)一道， 構(gòu)成未來互聯(lián)網(wǎng)。

       物聯(lián)網(wǎng)主要包括3個層次（如圖1所示）： 第1個層次是傳感器網(wǎng)絡， 是指包括RFID、條形碼、傳感器等設備在內(nèi)的傳感網(wǎng)， 可以實現(xiàn)信息的感知、識別和采集; 第2 個層次是信息傳輸網(wǎng)絡， 可以實現(xiàn)遠距離無縫傳輸來自傳感網(wǎng)所采集的巨量數(shù)據(jù)信息; 第3個層次是信息應用網(wǎng)絡， 該網(wǎng)絡可以實現(xiàn)通過數(shù)據(jù)處理及解決方案來提供人們所需要的信息服務［ 5］ 。正是這3個層次賦予了物聯(lián)網(wǎng)能全面感知信息、可靠傳遞數(shù)據(jù)、有效優(yōu)化系統(tǒng)以及智能處理信息等特征。


       所謂農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)， 是指通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)作物生長、農(nóng)民生活、農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)流通等信息的獲取， 通過智能農(nóng)業(yè)信息技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本要素與農(nóng)作物栽培管理、畜禽飼養(yǎng)、施肥、植保以及農(nóng)民教育相結(jié)合， 以提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、管理、交易和物流等各環(huán)節(jié)智能化程度， 為建立現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟、增加農(nóng)民收入、完善基層農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣和服務體系、提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力、推進農(nóng)村綜合改革、提升農(nóng)村行政服務效能以及推進社會主義新農(nóng)村建設提供新一代技術(shù)支撐平臺。

1. 2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢

       物聯(lián)網(wǎng)作為當代信息技術(shù)的新發(fā)展方向， 很多國家都在投入巨資研究物聯(lián)網(wǎng)， 我國也正高度關(guān)注對此的研究。溫家寶總理在 2010年政府工作報告 中提出 當計算機和互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)大規(guī)模發(fā)展時， 我們因為沒有掌握核心技術(shù)而走過一些彎路。在傳感網(wǎng)發(fā)展中， 要早點謀劃未來， 早一點攻破核心技術(shù)。 在這樣的有利形勢下， 我國嘗試在各個行業(yè)進行應用物聯(lián)網(wǎng)示范工作， 在農(nóng)業(yè)上的應用也取得一些成效。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)可以把感應器嵌入農(nóng)業(yè)機械、土地、灌溉系統(tǒng)等各種物體中， 然后將 物 與互聯(lián)網(wǎng)整合起來， 通過智能分析， 實施實時的管理和控制。這樣， 人類可以以更加精細和動態(tài)的方式管理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)， 提高資源利用率和生產(chǎn)力水平， 促進可持續(xù)發(fā)展。主要體現(xiàn)在： 應用無線傳感器網(wǎng)絡進行農(nóng)作物田間及溫室環(huán)境控制和信息反饋， 用其檢測動植物的環(huán)境信息監(jiān)測， 保證動植物良好的生長環(huán)境以提高產(chǎn)量保證質(zhì)量; 還可以應用農(nóng)用傳感器于移動信息裝備制造產(chǎn)業(yè)、農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)絡服務產(chǎn)業(yè)、農(nóng)業(yè)自動識別技術(shù)與設備產(chǎn)業(yè)、農(nóng)業(yè)精細作業(yè)機具產(chǎn)業(yè)和農(nóng)產(chǎn)品物流產(chǎn)業(yè)。

2 我國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的趨勢及技術(shù)需求

       農(nóng)業(yè)機械化是指用機器裝備代替人力、畜力進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)改造和經(jīng)濟發(fā)展過程。農(nóng)業(yè)機械化系統(tǒng)可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的置換， 同時在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力置換過程中有利于促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展， 促進經(jīng)濟增長和科學技術(shù)水平的不斷提高［ 7］ 。近年來， 隨著農(nóng)村經(jīng)濟的快速發(fā)展， 農(nóng)村經(jīng)濟結(jié)構(gòu)發(fā)生深刻的變化， 減少勞動和土地等傳統(tǒng)資源要素的投入， 增加科技和裝備等現(xiàn)代生產(chǎn)要素的投入， 已成為目前建設現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的方向， 我國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展也隨之呈現(xiàn)以下趨勢。

2. 1 智能化

       高新技術(shù)不斷融合于農(nóng)機化領(lǐng)域， 農(nóng)業(yè)機械智能化已成為提升農(nóng)業(yè)裝備制造業(yè)競爭力的需要， 能夠最大限度地發(fā)揮土壤和作物的潛力， 做到既滿足作物生長發(fā)育的需要， 又減少農(nóng)業(yè)物資的投入， 從而降低物資消耗、增加利潤、保護生態(tài)環(huán)境， 實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2. 2 節(jié)約型

       資源的不足和環(huán)境的退化是人類面臨的重大問題， 也是我國建設現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)和促進農(nóng)村經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展過程中不可忽視的問題。積極推進節(jié)約型農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展， 能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)水、節(jié)油、節(jié)肥、節(jié)藥、節(jié)種和節(jié)能的目標， 同時減少對環(huán)境的污染， 獲得較大的社會、生態(tài)和經(jīng)濟效益。因此， 農(nóng)業(yè)機械節(jié)約化發(fā)展對于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟增長方式的根本性轉(zhuǎn)變和促進社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

2. 3 精準化

       隨著節(jié)約型、環(huán)保型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展理念的深入，精量及定位播種和育秧、精準定位施肥及精量施藥等精準農(nóng)藝生產(chǎn)需求的發(fā)展， 對高科技精量化農(nóng)機裝備的需求日益增長， 給農(nóng)機產(chǎn)品配備精準農(nóng)業(yè)系統(tǒng)已經(jīng)成為世界農(nóng)機發(fā)展的潮流。

2. 4 大型化

       考慮到我國土地集中、規(guī)模加大、復式作業(yè)和節(jié)本增效等問題， 農(nóng)業(yè)機械化向大型發(fā)展的趨勢顯得尤為必要， 這是因為大型農(nóng)業(yè)機械具有作業(yè)質(zhì)量好、效率高、平均作業(yè)成本低和有利于進行聯(lián)合作業(yè)等優(yōu)勢， 農(nóng)用動力繼續(xù)大型化將是未來我國農(nóng)機的發(fā)展趨勢之一。

       目前， 我國農(nóng)業(yè)正處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期， 農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品在滿足不同層次需求的同時， 逐步向大型化、精準化、智能化和節(jié)約型的方向發(fā)展， 更加注重產(chǎn)品質(zhì)量和配套技術(shù)的集成應用。應該指出的是， 農(nóng)業(yè)機械化作業(yè)的過程離不開對農(nóng)作物信息的感知、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的傳遞、系統(tǒng)的優(yōu)化與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能決策， 而農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)恰恰在這幾方面能發(fā)揮獨特而又重要的作用， 因為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就是信息感知、數(shù)據(jù)傳輸、智能處理和優(yōu)化決策等關(guān)鍵技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的綜合集成體系。下面就農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)機化領(lǐng)域的應用前景進行闡述。

3 在農(nóng)業(yè)機械化中的應用前景

3. 1 在農(nóng)機裝備技術(shù)領(lǐng)域的應用前景

       物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一就是在 物 中安裝傳感器和其他控制系統(tǒng)。將這一技術(shù)應用于農(nóng)業(yè)機械上就可以實現(xiàn) 讓土地說話 ， 通過及時收集和掌握作物生長的一些重要參數(shù)， 如土壤濕度、土壤成分、pH 值、降水量、溫度、空氣濕度、光照強度、氣壓和CO2 濃度等， 可以摸索出植物生長對溫度、濕度、光、土壤的需求規(guī)律， 提供精準的科研實驗數(shù)據(jù)。通過智能分析與智能控制， 農(nóng)業(yè)機械能及時做出決策， 精確地滿足植物生長對環(huán)境各項指標的要求， 達到增產(chǎn)增收的目的， 提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的效果。澳大利亞已經(jīng)將物聯(lián)網(wǎng)運用于農(nóng)業(yè)機械， 推出一種能識別莠草的噴霧器。這種噴霧器在田野移動時， 能借助專門的電子傳感器來識別莠草， 發(fā)現(xiàn)莠草時才噴出除莠劑， 從而大大節(jié)約了花費的除莠劑， 減輕了對環(huán)境的污染。浙江工業(yè)大學也成功利用傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測大田及溫室土壤溫濕度及建立節(jié)水灌溉系統(tǒng)， 隨時精確獲取作物需水信息， 為精量灌溉提供科學依據(jù)?？梢?， 如果綜合應用信息技術(shù)、先進加工工藝于農(nóng)機產(chǎn)品上， 實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與農(nóng)機產(chǎn)品的有機結(jié)合， 將提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能， 更好地實現(xiàn)精確作業(yè)。

3. 2 在氣候智能型農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應用前景

       2010年上半年， 我國的極端氣候日益增多。年初， 西南五省特大旱災; 7月中下旬， 我國南北諸多地區(qū)接連遭受洪澇災害 有農(nóng)業(yè)專家指出： 農(nóng)業(yè)是對氣候條件依賴性很高且生產(chǎn)周期較長的產(chǎn)業(yè)， 面對這些極端氣候現(xiàn)象， 必然會給脆弱的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)帶來嚴重危害， 直接威脅國家 米袋子 和 菜籃子 的安全。因此， 快速反應、積極應對極端氣候已成為農(nóng)業(yè)農(nóng)村面臨的一項極其緊迫而艱巨的任務。利用物聯(lián)網(wǎng)的感應器技術(shù)原理， 可以在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)信息的實時監(jiān)測，提高農(nóng)業(yè)對洪水和干旱等破壞性自然災害的抵御能力， 加強對農(nóng)業(yè)的管理， 降低氣候災害對農(nóng)業(yè)社區(qū)的危害程度， 同時建立農(nóng)業(yè)機械化應急體系來幫助農(nóng)民應對氣候變化。如在農(nóng)業(yè)的水利水位上安裝水位測定感應器， 可以實現(xiàn)對水位數(shù)據(jù)的識別、采集和處理。

3. 3 在農(nóng)機化區(qū)劃與農(nóng)機4S中的應用前景

       每年農(nóng)時， 農(nóng)機戶大多數(shù)是根據(jù)經(jīng)驗進行農(nóng)業(yè)機器的配備及更新， 而由于每年的生產(chǎn)要求與氣候變化， 常常造成農(nóng)機配備過剩或短缺兩種結(jié)果， 從而造成資金的浪費及農(nóng)戶經(jīng)濟利益受損。尤其在生產(chǎn)的關(guān)鍵時刻， 由于農(nóng)業(yè)機械未及時到位， 就會造成嚴重的油料、時間、人力的浪費， 甚至延誤農(nóng)時［ 9］ 。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)， 可以給農(nóng)業(yè)機械貼上電子標簽， 那么農(nóng)機信息就可以實時獲取， 清楚地了解到作業(yè)機械的具體位置， 進行自動跟蹤。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理， 可以實現(xiàn)對農(nóng)機裝備的統(tǒng)籌管理， 了解各區(qū)域農(nóng)業(yè)機械的類別及配套數(shù)量等， 從而增強了農(nóng)機化區(qū)劃的準確性和快捷性， 才能發(fā)揮農(nóng)機系統(tǒng)優(yōu)化配備的最大效用。

       農(nóng)機4S體系是一種以整機銷售（ Sale）、零配件（ Spare- part）、售后服務（ Serv ice）、信息反饋（ Survey）四位一體 為核心的農(nóng)機特許經(jīng)營模式。對于這種新型的 一條龍 農(nóng)機經(jīng)營服務模式， 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用可以在運輸、銷售、使用和回收等其他環(huán)節(jié)實現(xiàn)產(chǎn)品的定位追蹤。改進農(nóng)機銷售商的庫存管理， 實現(xiàn)快速供貨、適時補貨， 并最大限度地減少儲存成本， 提高效率， 減少出錯。即使在農(nóng)機作業(yè)過程中出現(xiàn)問題，也可以準確地定位， 做出及時的補救， 使損失盡可能降到最低。這就大大提高了農(nóng)機供應商送貨的可靠性和效率， 大幅度提升了對農(nóng)機用戶的服務水平、檔次、效能和質(zhì)量。另外， 對不合格的產(chǎn)品也可以實現(xiàn)及時召回， 降低產(chǎn)品退貨率， 提高了自己的服務水平，同時也提高了消費者對產(chǎn)品的信賴度。

3. 4 在農(nóng)業(yè)機械化應急體系中的應用前景

       我國是世界上災害頻發(fā)的地區(qū)之一。災害的突發(fā)性、難以預料性是超乎人類想象的。如果處理得不及時， 就會嚴重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村社會的穩(wěn)定， 因此提高農(nóng)業(yè)機械應急工作能力刻不容緩?？紤]將農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與農(nóng)業(yè)機械結(jié)合來構(gòu)建農(nóng)業(yè)機械化應急體系， 一是可以對不同災害的有關(guān)環(huán)境參數(shù)進行實時采集， 集中信息資源， 建立災害預警模型庫、告警信息指導模型庫， 為災害事故的預測、預報和防止提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和技術(shù)支持， 如在小型超低空飛行器底部支架上裝備數(shù)碼攝像機實時的獲取地面蝗蟲圖像，從而實現(xiàn)災情預警; 二是在一些極端環(huán)境下， 可以迅速決策， 調(diào)配農(nóng)業(yè)機械， 做到運轉(zhuǎn)有序、避免混亂， 保證所需農(nóng)機裝備在最短的時間內(nèi)運送到災區(qū)第一線，如一旦發(fā)現(xiàn)災情， 可以及時調(diào)用農(nóng)業(yè)航空飛機及所需的農(nóng)用機械救災; 三是這樣有針對性地調(diào)用農(nóng)業(yè)機械可以避免運輸費用的浪費， 降低抗災救災的成本， 最大限度地減輕農(nóng)業(yè)損失。

4 結(jié)束語

       1） 物聯(lián)網(wǎng)是一個概念， 其內(nèi)涵清晰、外延無限。雖然物聯(lián)網(wǎng)的概念在1999年才被提出， 但人們的實踐早已開始， 其應用已觸及各個領(lǐng)域， 在農(nóng)業(yè)機械化領(lǐng)域的應用前景廣闊， 應該受到重視。

       2）物聯(lián)網(wǎng)是一種思想， 一種使物變?nèi)?、呆變聰、死變活、靜變動的思想， 一種地球數(shù)字化的思想， 具有明顯的社會經(jīng)濟特征， 它的應用將改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)方式和生活方式。農(nóng)業(yè)機械有了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)， 人們耕作時即可實現(xiàn) 不在情景、盡在掌控 ， 增產(chǎn)增收， 大大地提高生產(chǎn)效率。

       3）物聯(lián)網(wǎng)是一種戰(zhàn)略， 不可一蹴而就， 因為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展也是有周期的， 從技術(shù)創(chuàng)生、成長到成熟有一個過程， 因此物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展是一個動態(tài)的經(jīng)濟過程。國內(nèi)在物聯(lián)網(wǎng)方面處于發(fā)展初級階段， 在核心技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)模方面都還有差距， 必須考慮成本、效率和收益， 走 宏觀戰(zhàn)略、因地制宜、分步實施、效果優(yōu)先 的發(fā)展路徑。