十七屆三中全會提出要不斷促進農業技術的集成化、勞動過程機械化、生產經營信息化, 加快農業科技創新。其中, 農業信息化主要圍繞發展現代農業,實現優質、高產、高效、生態、安全要求, 加快轉變農業發展方式, 提升科學技術水平, 建設現代農業產業體系。中國是農業大國, 傳統農業在國際市場上的優勢主要依靠自然資源和勞動力成本的低廉。隨著世界新技術的發展, 農業科技化將會成為未來農業發展的趨勢。農業科技化是指以農業科學技術為依托, 開發出先進的、成熟的、能推動農業生產力發展的、有較高經濟效益的農業科技成果, 并及時地將科技成果轉化為農業生產急需的技術產品, 應用于農業生產的整個過程。農業科技化要求把農業科研、技術推廣與開發和農業生產活動有機結合起來, 實現由傳統農業向科技現代化農業的轉變。農業科技將在農業生產過程中發揮各方面的重要作用。
要實現建設現代化農業, 就要大力推進農業科技創新, 就要促進農業技術集成化、勞動過程機械化、生產經營信息化。為適應農業規模化、精準化、設施化等要求, 加快開發多功能、智能化、經濟型農業裝備設施, 要重點在田間作業、設施栽培、健康養殖、精深加工和儲運保鮮等環節取得新進展。推進農業信息服務技術展開, 應重點開發信息采集、精準作業、息、農村遠程數字化, 氣象預報預測和災難預警等技術, 大力推進信息化與農業現代化的融合。基于信息和智能管理復雜的農業產業系統, 轉變農業發展方式, 對物聯網農業應用提出了迫切需求。物聯網是以電子標簽和電子編碼( EPC )為基礎, 建立在互聯網基礎上的實物互聯網絡, 其宗旨是實現全球實物信息的實時共享和互通。
1 物聯網的概念
1999年, 物聯網( In ternet o f Things, IOT)這個詞,是麻省理工學院一位教授在研究無線射頻( R adio Frequency Identificat ion, RFID ) 時最早提出來。 物聯網概念是在互聯網概念的基礎上, 將其用戶端延伸和擴展到物與物之間, 進行信息交換和通信的一種網絡概念。其中, RFID 是能讓物品說話的一種技術, 它能標識出物品的信息。在物聯網中, RFID 標簽中存儲著規范而具有互用性的信息, 通過無線數據通信網絡把他們采集到處理系統, 實現對物品信息的分析和處理并且能通過開放性的計算機網絡實現信息的交換和共享。基于RFID 技術的物聯網在很多領域已經得到了成熟的應用。
2005年, 國際電信聯盟( ITU )發布的 ITU 互聯網報告2005: 物聯網中, 物聯網的定義和范圍已經發生了變化, 覆蓋范圍有了較大的拓展, 不再只是指基于RFID技術的物聯網。其定義是: RFID、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備, 按約定的協議, 把任何物品與互聯網相連接, 進行信息交換和通信, 以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡概念。
2 物聯網在農業領域的應用
2. 1 物聯網在現代養殖業中的應用
由于現代養殖都大規模化, 畜禽養殖的數量也比較大, 僅僅靠人工標志和識別工作量大、難度高、效率低, 不能滿足管理要求。物聯網中的RFID 技術作為一種非接觸的快速識別技術, 正越來越廣泛地應用于現代養殖業中。
2003年, 我國 863數字農業項目中首次列入了數字養殖研究課題, 一套基于遠距離系統的RFID 牛個體識別系統已經進入了實用階段。該系統采用項圈式的應答器, 掛在牛頸上, 當牛通過系統的自動稱重車時, 系統中的閱讀器將自動讀取牛的唯一編號并通過壓力傳感器完成稱重過程。將這兩個一一對應的數據(編號- 體重)連同采集時間一起通過無線局域網發送到養殖場的上位服務器, 為數字化養殖平臺提供了重要的實時數據[ 6- 7] 。Parsons J. 等[ 8 ] 對C olorado的羊安裝電子標簽, 運用物聯網技術提高了羊群管理效率。曹永軍等[ 9] 在2008年就基于物聯網系統RFID 技術的鴯鹋養殖管理信息平臺進行了研究與應用。鴯鹋養殖場在當時一般采用人工粗放養殖方式,缺乏統一的養殖管理信息平臺, 從而影響了企業的管理效率。建立物聯網系統, 將RF ID 技術用來鴯鹋的個體標識, 為鴯鹋設計專用的RFID標簽, 并結合無線傳感網絡、手持移動設備和PC 機數據庫技術等構建RFID 鴯鹋養殖管理信息系統, 實現鴯鹋數據的有效追溯和數據及業務的共享, 從而給企業帶來較好的經濟效益和社會效益。謝琪等在2009年設計并實現了基于RFID 的養豬管理與監控系統。該系統主要針對豬繁殖工作流程的規范化, 依靠RFID 技術的ID 唯一標志功能把豬的管理轉變為對ID 號的管理。
系統能自動、準確地識別出每一頭豬, 并從數據庫中讀取豬的資料提供給工作人員, 使工作人員能按照特定的任務執行相應的操作, 從而保證了每一次數據的獲取都是合理正確的, 減少了人為誤操作。同年耿麗微等[ 11] 就當時的奶業所存在的養殖規模較小、單產水平低、管理技術落后、飼料單一、牛群血緣不清, 以及由此導致動物產品安全無法得到有效地保證的問題, 提出并建立了一種基于無線射頻識別技術的奶牛的身份識別系統。該系統通過采用瘤胃式動物電子標識來為每頭奶牛建立一個永久性的數碼檔案, 實行一畜一標, 并通過采用RFID 技術以及單片機與PC 機的通信技術對存儲奶牛信息的電子標簽進行遠距離識別,從而及時地實現對每頭奶牛的監控與管理。研究結果表明, RFID 系統讀卡器的識讀率為100%, 該方法實現了對奶牛生產養殖的數字化管理。
2. 2 物聯網在農作物生長中的應用
物聯網科技在農作物生長中可以實現監視灌溉情況、土壤空氣變更以及大面積的地表監測, 收集溫度、濕度、風力、大氣、降雨量和有關土地的濕度、氮濃縮量和土壤pH 值等信息, 從而進行科學預測, 幫助農民抗災、減災, 科學種植, 提高農業綜合效益。2007年, 位于美國加州Oxnard的草莓培育商安裝一套物聯網系統, 實時追蹤植物的生長狀況。該系統還可以根據空氣和土壤的狀況, 自動觸發相關行為, 如澆水或調節溫度。這套系統由C limateM inder開發, 目的是幫助培育商更好地管理植物的生長情況, 這套系統自該公司2007年發布以來, 已被土耳其200 家多溫室和苗圃所采用。此外, 該系統還在土耳其的雞場、煙草存儲廠和冷藏倉庫使用。
中國Zhang Q ian等運用了物聯網中的無線傳感技術提出了溫室檢測和控制系統方案, 該方案促進了中國設施農業的發展。杜曉明等針對傳統溫室農作物數據采集系統存在的問題, 也提出了一種使用無線傳感器網絡技術組建農業溫室監控系統的設計方案, 實現了作物生長環境的無線監控, 解決了傳統溫室農業布線的繁瑣性和局限性, 為提高溫室環境信息管理自動化程度和設施農業種植決策提供了依據。邴志剛等對作物精準灌溉的傳感器網絡進行了研究, 其運用RFID 相關技術設計了智能灌溉支架, 便于傳感器網絡節點部署、網絡拓撲動態調整和網絡管理以適應不同作物和作物不同生長階段。對該系統進行了實驗, 表明了其合理性和實用性。Ampatzidis Y. G. 和Vouqioukas S. G. 將RF ID 技術應用于檢測果樹的信息, 從而分析果子的生長狀況。Bowman K. D. 則具體提出了在柑橘樹中植入射頻芯片, 該芯片可以采集和存儲柑橘樹的信息。H am rita T. K. 和H offacker E. C. 開發出土壤性質監測系統, 運用了RFID 和無線傳感器技術, 實現了對土壤溫度、濕度等的實時監測, 對后續植物的生長狀況提供研究的依據。2010 年, 孫慧遠等探討了基于RFID 技術的植物電信號數據采集系統的設計, 研究表明其設計的系統具有可行性, 對實時監測植物生長情況和環境變化具有積極意義。
2. 3 物聯網在農產品質量安全監測中的應用
食品業是典型的流程型制造業, 其特點是生產產品不能逆轉, 產品安全管理包括生產、加工、儲存、運輸和銷售等環節, 每一個環節都有可能出現食品安全問題。最近幾年消費者特別關注食品安全問題, 也出現很多引起社會關注的奶粉事件。
因此, 農產品安全信息化已經成為食品安全監管工作中不可或缺的部分, 如何利用信息技術為食品安全生產服務是現在面臨的嚴峻的問題。物聯網中的RFID 技術易于操控、簡單實用, 在食品安全管理中得到廣泛的應用。如果發現農產品質量有問題, 能夠利用RFID 技術快速地反應、追本溯源, 確定問題所在,有效地控制產品質量安全帶來的問題。郭曼等將數據網絡技術與RFID 技術相結合的方式, 構建了基于數據網絡的RFID 農產品質量跟蹤與追溯系統,實現了農產品跟蹤與信息共享的物聯網系統。在水產品中, 金淑芳將RFID技術與傳感器技術有效的結合, 將水產品供應鏈中的物流環節全程監控與追蹤。李琳娜等應用電子標簽技術、自動識別技術在廣東省的7家養殖場、5家批發市場、2 家水產品加工企業和1家省級監管中心進行實施水產品質量安全追溯體系。在肉類產品中, 國外SpiesslM ayr E. 等[ 24]運用RFID 技術改進了豬肉的可追溯系統, 并對該系統進行了實驗, 證明了該系統的可行性。謝菊芳等運用二維條碼技術、RFID 技術和組件技術, 構建了肉用豬及其產品的全程質量控制, 實現了基于. NET 構架的豬肉安全生產的追溯系統。史海霞等通過構建網絡體系構架并運用RFID 技術, 實現了基于. NET框架下的肉用豬質量安全可追溯監測系統。
系統可以實現讓消費者購買豬肉食品后追溯到肉的生產全過程, 保證了豬肉食品的質量安全。在果蔬產品中, 孫旭東等[ 27 ] 實現了柑橘質量安全可追溯信息系統, 該系統運用了RFID技術、二維碼技術等融合數據庫技術和無線網絡技術多學科技術, 解決了每個參與對象信息的可追溯監測性。一旦在市場上發現危害消費者健康的果品, 通過查詢電子標簽上的信息就可以獲得果品的產地等相關信息。陸清等[ 28 ] 提出了RFID 技術在供港蔬菜衛生安全監管中的應用, 他們開發了RF ID 衛生安全電子信息系統, 在供港蔬菜衛生安全溯源監管過程中進行關鍵點控制, 建立生產種植、加工、包裝、運輸、檢驗檢疫監管、消費等環節的信息共享機制, 實現了供港蔬菜從農場到餐桌的信息全程溯源, 為我國食品安全檢測提供了經驗。
3 結語
自2009 年8 月溫家寶總理提出 感知中國以來, 物聯網被正式列為國家5 大新興戰略性產業之一。物聯網在中國受到了全社會極大的關注, 其在中國的受關注程度是在美國、歐盟以及其他各國不可比擬的。中國是農業大國, 物聯網技術對于農業應用來說是機遇, 物聯網科技的發展也必將深刻影響現代農業的未來。
如今農業領域面臨進一步由無線傳感器網絡(WSN )向IOT過渡的技術創新與新興產業發展的良好機遇, 同時也面臨著很多的問題: 產業化技術研究體系尚未形成; 一批農業應用急需的先進感知與控制技術裝備瓶頸性技術尚待原創性突破; 相關制造與服務產業尚未建立; 基于信息和知識支持的農業產業鏈各環節的智能化決策支持方法與技術研究, 需要跟蹤計算與信息科學發展開拓先進研究領域, 以提供物聯網農業應用層的先進科學解決方案; 農區缺乏能掌握信息、通信技術裝備維護裝備維護服務的人才, 需要發展農村技能型人才的知識遠程培訓服務; 需要建立良好的跨學科協力研究, 提供面向產業提升問題的系統解決方案。