基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)(共17頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能農(nóng)業(yè)班級：網(wǎng)絡(luò) B122 學(xué)號： 2 姓名：周葉摘要：本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)的概念和體系架構(gòu)， 以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用， 重點(diǎn)介紹了物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，引申出智能農(nóng)業(yè)的概念。 闡述了智能農(nóng)業(yè)的發(fā)展背景以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，詳細(xì)介紹了在智能農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提出智能農(nóng)業(yè)目前存在的問題以及解決方法。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科研中是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)依托新型信息化應(yīng)用的一大進(jìn)步， 可以改變粗放的農(nóng)業(yè)經(jīng)營管理方式， 提高動植物疫情疫病防控能力， 確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全， 從而引領(lǐng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，是物聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的一次結(jié)合，對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)具有一定參考意義。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)

2、、智能農(nóng)業(yè)、傳感器目錄1. 引言 . 32. 物聯(lián)網(wǎng)的理解 . 32.1 物聯(lián)網(wǎng)（ Internet of things ）的定義 . 32.2 物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu) . 43. 智能農(nóng)業(yè)的發(fā)展 . 43.1 智能農(nóng)業(yè)的定義 . 43.2 智能農(nóng)業(yè)的背景 . 43.3 智能農(nóng)業(yè)的研究現(xiàn)狀 . 53.3.1 國外研究現(xiàn)狀 . 53.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 . 64.智能農(nóng)業(yè)的應(yīng)用 . 74.1 智能灌溉 . 74.2 智能溫室 . 84.3 智能病蟲害診斷 . 84.4 智能農(nóng)業(yè)的具體應(yīng)用實(shí)例 . 95.智能農(nóng)業(yè)中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) . 95.1 農(nóng)業(yè)信息感知 . 105.1.1 作物生長環(huán)境感知 . 10

3、5.1.2 養(yǎng)殖環(huán)境感知 . 115.1.3 動物識別與生理感知 . 115.2 農(nóng)業(yè)信息傳輸 . 115.3 農(nóng)業(yè)信息處理 . 126.智能農(nóng)業(yè)的問題與解決辦法 . 126.1 存在的問題 . 126.2 如何解決？ . 137. 結(jié)語 . 131. 引言信息科學(xué)技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)生了三次浪潮， 第一次是 1980年 PC機(jī)的出現(xiàn)，第二次浪潮是 1995 年互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，而第三次浪潮就是物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生。物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，是多項現(xiàn)代技術(shù)的殊途同歸與聚合應(yīng)用，是信息技術(shù)系統(tǒng)性的創(chuàng)新與革命。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也稱為傳感網(wǎng)技術(shù)，是典型的具有交叉學(xué)科性質(zhì)的軍民兩用戰(zhàn)略高技術(shù)，它綜合了傳感器技

4、術(shù)、嵌入式計算機(jī)技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時監(jiān)測和采集各種被測對象的信息，這些信息通過無線方式被發(fā)送， 并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端，從而實(shí)現(xiàn)物理世界、計算機(jī)世界以及人類社會的三元世界連通。物聯(lián)網(wǎng)是信息感知和采集的一場革命 ,在新一代網(wǎng)絡(luò)中具有關(guān)鍵作用。美國商業(yè)周刊認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)是全球未來四大高技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，是 21 世紀(jì)世界最具有影響力的 21 項技術(shù)之一。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用非常廣泛，大到國防軍事、精細(xì)農(nóng)業(yè)、數(shù)字油田等領(lǐng)域，小到智能家居、個人醫(yī)療等方面，物聯(lián)網(wǎng)無所不在、無所不能。當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)、移動通訊網(wǎng)結(jié)合時，可隨時隨地全方位

5、 “感知”對方，人類的生活方式將從 “感覺” 跨到“感知”階段，從“感知”階段到“控制”階段。由此可以預(yù)見，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用將帶動所有傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)部門的結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級， 并將推動國家整個經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整。那么何為物聯(lián)網(wǎng)？2. 物聯(lián)網(wǎng)的理解2.1 物聯(lián)網(wǎng)（ Internet of things ）的定義物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別（ RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。目的是讓所有的物品都與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，方便識別和管理。其核心是將互聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展應(yīng)用于我們所生活的各個領(lǐng)域。

6、2.2 物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)具備三個特征：一是全面感知，即利用 RFID、傳感器、二維碼等隨時隨地獲取物體的信息；二是可靠傳遞，通過各種電信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體的信息實(shí)時準(zhǔn)確地傳遞出去； 三是智能處理，利用云計算、模糊識別等各種智能計算機(jī)技術(shù)，對海量數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理， 對物體實(shí)施智能化的控制。 因此，物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)被公認(rèn)為有三個層次，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。感知層主要實(shí)現(xiàn)只能感知功能，包括信息采集、捕獲和物體識別。網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)信息的傳送和通信。應(yīng)用層則主要包括各類應(yīng)用，如監(jiān)控服務(wù)、智能電網(wǎng)、工業(yè)監(jiān)控、綠色農(nóng)業(yè)、智能家居、環(huán)境監(jiān)控、公共安全等。3. 智能農(nóng)業(yè)的發(fā)展3.1

7、智能農(nóng)業(yè)的定義物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)無處不在，它跟我們的生活息息相關(guān)，改變著我們的生活方式，同時也廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)各個領(lǐng)域。本文我們要介紹的就是物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代農(nóng)牧業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，即智能農(nóng)業(yè)。智能農(nóng)業(yè)是指在相對可控的環(huán)境條件下，采用工業(yè)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)集約高效可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代超前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，就是農(nóng)業(yè)先進(jìn)設(shè)施與陸地相配套、具有高度的技術(shù)規(guī)范和高效益的集約化規(guī)模經(jīng)營的生產(chǎn)方式。它主要包括監(jiān)視農(nóng)作物灌溉情況，檢測土壤空氣變更、畜禽的環(huán)境狀況以及大面積的地表檢測，收集溫度、濕度、風(fēng)力、大氣、降雨量等數(shù)據(jù)信息，測量有關(guān)土地的濕度、氮含量變化和土壤 pH值等，從而進(jìn)行科學(xué)預(yù)測，幫助農(nóng)民合理施肥、使用農(nóng)藥、抗災(zāi)、減災(zāi)，科學(xué)種植，

8、提高農(nóng)業(yè)綜合效益。3.2 智能農(nóng)業(yè)的背景作為一個以農(nóng)業(yè)發(fā)展為主的大國，使用智慧科學(xué)的管理模式去經(jīng)營至關(guān)重要。傳統(tǒng)設(shè)施農(nóng)業(yè)主要依靠大量的人力、 手工工具和一些簡單的機(jī)械設(shè)備， 農(nóng)民基本靠經(jīng)驗種植，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)所消耗的耗的水資源、農(nóng)藥、化肥等都在飛速增長，數(shù)據(jù)相當(dāng)驚人，但是農(nóng)業(yè)產(chǎn)量依然很低。依靠那些滯后的生產(chǎn)技術(shù)及落后的生產(chǎn)工具維持著簡單再生產(chǎn)已毫無意義， 傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)落后，使得農(nóng)業(yè)產(chǎn)量增長速度極其緩慢，浪費(fèi)了大量的人力物力，導(dǎo)致生產(chǎn)效率沒有提升的空間。 面對現(xiàn)在這種形式，農(nóng)業(yè)有太多的迫切的問題需要解決。 根據(jù)“全國農(nóng)業(yè)農(nóng)村信息化發(fā)展十二五規(guī)劃” 和“國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要”的要求，結(jié)

9、合我國農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)改變粗放的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理方式， 提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率及農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收，農(nóng)村發(fā)展、農(nóng)民富裕，從而盡早實(shí)現(xiàn)農(nóng)村城鎮(zhèn)一體化的設(shè)想。 因此，智能農(nóng)業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。在加快傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的過程中，智能農(nóng)業(yè)將成為發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要內(nèi)容， 為加快發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，進(jìn)一步提高農(nóng)民的收入，提供新的經(jīng)濟(jì)增長；為加快農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)綜合競爭力提供新的技術(shù)支撐。3.3 智能農(nóng)業(yè)的研究現(xiàn)狀3.3.1 國外研究現(xiàn)狀在農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測和利用領(lǐng)域，美國和歐洲主要利用資源衛(wèi)星對土地利用信息進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并將其結(jié)果發(fā)送到各級監(jiān)測站，進(jìn)入信息融合與決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大區(qū)域農(nóng)

10、業(yè)的統(tǒng)籌規(guī)劃。 例如，美國加州大學(xué)洛杉磯分校建立的林業(yè)資源環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，通過對加州地區(qū)的森林資源進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測， 為相應(yīng)部門提高實(shí)時的資源利用信息，為統(tǒng)籌管理林業(yè)提供支撐。在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，美國、法國和日本等一些國家主要綜合運(yùn)用高科技手段構(gòu)建先進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)， 通過利用先進(jìn)的傳感器感知技術(shù)、 信息融合傳輸技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等建立覆蓋全國的農(nóng)業(yè)信息化平臺， 實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的自動監(jiān)測，保證農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。 例如，美國已形成了生態(tài)環(huán)境信息采集 - 信息傳輸處理 -信息發(fā)布的分層體系結(jié)構(gòu)。法國利用通信衛(wèi)星技術(shù)對災(zāi)害性天氣進(jìn)行預(yù)報，對病蟲害進(jìn)行測報。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)管理領(lǐng)域，美國、

11、澳大利亞、法國、加拿大等一些國家在大田糧食作物種植精準(zhǔn)作業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測和灌溉施肥控制、 果園生產(chǎn)不同尺度的信息采集和灌溉控制、畜禽水產(chǎn)精細(xì)化養(yǎng)殖監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和精細(xì)養(yǎng)殖等方面應(yīng)用廣泛。例如， 2008 年，法國建立了較為完備的農(nóng)業(yè)區(qū)域監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，指導(dǎo)施肥、施藥、收獲等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程。荷蘭 VELOS智能化母豬管理系統(tǒng)在荷蘭以及歐美許多國家得到廣泛應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)自動供料、自動管理、自動數(shù)據(jù)傳輸和自動報警。泰國初步形成了小規(guī)模的水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)，解決了 RFID技術(shù)在水產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用難題。在農(nóng)產(chǎn)品安全溯源領(lǐng)域，國外發(fā)達(dá)國家在動物個體編號識別、 農(nóng)產(chǎn)品包裝標(biāo)識及農(nóng)產(chǎn)品物流配送等方面應(yīng)用廣泛。例如加拿大肉牛

12、 2001 年起使用一維條形碼耳標(biāo)，目前已過渡到使用電子耳標(biāo)。 2004 年日本基于 RFID技術(shù)構(gòu)建了農(nóng)產(chǎn)品追溯試驗系統(tǒng)，利用 RFID標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品流通管理和個體識別。3.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀在農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測和利用領(lǐng)域，我國主要將 GPS定位技術(shù)與傳感技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源信息的定位與采集； 利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動通信技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源信息的傳輸；利用 GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源的規(guī)劃管理等。 例如杭州電子科技大學(xué)學(xué)者研究了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的濕地水環(huán)境數(shù)據(jù)視頻監(jiān)測系統(tǒng)， 該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對濕地全天候的實(shí)時監(jiān)測， 具有數(shù)據(jù)分析與處理，并對污染等突發(fā)事件和環(huán)境急劇變化所影響的水域的水環(huán)境狀況實(shí)

13、時報警等功能。在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，我國研制了地面監(jiān)測站和遙感技術(shù)結(jié)合的墑情監(jiān)測系統(tǒng)，建立了農(nóng)業(yè)部至各省、重點(diǎn)地縣的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等一批環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)環(huán)境信息的實(shí)時監(jiān)測。 例如我國每年通過農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)開展農(nóng)業(yè)環(huán)境常規(guī)監(jiān)測工作，獲取監(jiān)測數(shù)據(jù) 10 萬多個；融合智能傳感器技術(shù)的墑情監(jiān)測系統(tǒng)已在貴陽、遼寧、黑龍江、河南、南京等地推廣應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)管理領(lǐng)域，我國在涉及田間環(huán)境土壤信息獲取、 聯(lián)合收獲機(jī)自動測產(chǎn)、農(nóng)田作物產(chǎn)量空間差異分布圖自動生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)監(jiān)控等大田糧食作物生產(chǎn)方面；在設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)采集、發(fā)布，調(diào)控等設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面；在果園監(jiān)測、水肥控制、節(jié)水灌溉自動化

14、等果園精準(zhǔn)管理方面； 在養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控、健康養(yǎng)殖等畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面研發(fā)了一批系統(tǒng)， 且應(yīng)用成效顯著。例如國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心成功研制了基于 GNSS、GIS、GPRS等技術(shù)的農(nóng)業(yè)作業(yè)機(jī)械遠(yuǎn)程監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，可優(yōu)化農(nóng)機(jī)資源分配，避免農(nóng)機(jī)盲目調(diào)度。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)建立了蛋雞健康養(yǎng)殖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)。在農(nóng)產(chǎn)品安全溯源領(lǐng)域，我國開展了以提高農(nóng)產(chǎn)品和食品安全為目標(biāo)的溯源技術(shù)研究和系統(tǒng)建設(shè)，研發(fā)了農(nóng)產(chǎn)品流通體系監(jiān)管技術(shù)。例如北京、上海、南京、四川、廣州、天津等地相繼采用條碼、IC卡、RFID等技術(shù)建立了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)。浙江大學(xué)、北京市農(nóng)業(yè)信息中心等單位研究開發(fā)了車載端冷鏈物流

15、信息監(jiān)測系統(tǒng)。4.智能農(nóng)業(yè)的應(yīng)用4.1 智能灌溉智能灌溉系統(tǒng)能根據(jù)農(nóng)作物需水信息適時、適量地進(jìn)行科學(xué)灌溉。它根據(jù)傳感器收集溫濕度、降雨量、ET（農(nóng)作物騰散量和蒸發(fā)量的合稱，又稱騰發(fā)量）等多種信息，間接判斷農(nóng)作物水分和灌溉需求，進(jìn)而控制灌溉裝置進(jìn)行灌水。圖1是一個典型的智能灌溉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)由無線傳感網(wǎng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、控制主機(jī)和水泵控制部分組成。系統(tǒng)通過傳感網(wǎng)收集灌溉需求，并將信息上報給系統(tǒng)控制服務(wù)器，系統(tǒng)控制服務(wù)器對收集到的信息進(jìn)行處理判斷是否需要灌溉，將灌溉信號通過通用分組無線服務(wù)技術(shù)（GPRS）網(wǎng)絡(luò)或紫蜂（ZigBee）網(wǎng)絡(luò)傳遞給水泵控制機(jī)、管理員可以遠(yuǎn)程通過訪問服務(wù)工作網(wǎng)站，監(jiān)控灌溉信息，控

16、制水泵為農(nóng)田供水。GPRS 圖 1智能灌溉系統(tǒng)架構(gòu)顯示系統(tǒng)無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主機(jī)水泵控制系統(tǒng)水泵 1水泵2 水泵n 數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備監(jiān)控中心4.2 智能溫室溫室是設(shè)施農(nóng)業(yè)最基本的技術(shù)實(shí)現(xiàn)形式之一， 其目的是營造適合農(nóng)作物生長的人工氣候環(huán)境，使農(nóng)作物能夠部分或者全部克服外界氣候環(huán)境和土壤因素的制約，縮短生產(chǎn)周期，提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。傳統(tǒng)溫室環(huán)境只是進(jìn)行單純的冬季保溫，后來發(fā)展到對植物生長所需的多個條件進(jìn)行控制。智能溫室系統(tǒng)是在普通溫室的基礎(chǔ)上， 結(jié)合現(xiàn)代化計算機(jī)自控技術(shù)、 智能傳感技術(shù)等實(shí)現(xiàn)的。典型的智能溫室由中心控制計算機(jī)、 現(xiàn)場控制機(jī)、各種傳感器、電動執(zhí)行器和通信網(wǎng)絡(luò)等組成。溫室內(nèi)的傳感器負(fù)責(zé)大

17、棚內(nèi)溫濕度、 光照度、CO2 濃度以及風(fēng)速、風(fēng)向、雨量等參數(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳遞到中心控制計算機(jī)?？刂朴嬎銠C(jī)按照農(nóng)作物的種植要求設(shè)置技術(shù)參數(shù)， 經(jīng)過系統(tǒng)處理后完成調(diào)節(jié)指令， 然后傳輸給現(xiàn)場控制機(jī)來控制風(fēng)機(jī)、水泵、拉幕機(jī)、卷膜器、開窗機(jī)、加熱、灌溉等設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對溫室溫濕度、光照和通風(fēng)等作業(yè)的智能管理。此外，控制計算機(jī)也計算農(nóng)作物所需要營養(yǎng)、肥料和水分等，按生理要求與營養(yǎng)需要配制成營養(yǎng)液，采用針劑式滴灌和噴灌作業(yè)完成， 從而創(chuàng)造出適合農(nóng)作物生長的最佳環(huán)境。 由于植物的生長能不受自然病蟲侵害與土壤污染， 農(nóng)產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)清潔任何殘留， 提高質(zhì)量的目的。4.3 智能病蟲害診斷我國病蟲害情況較嚴(yán)重，病蟲草害

18、面積達(dá) 2.36 億公頃，導(dǎo)致每年損失糧食總量的 15%左右、果品蔬菜總量的 25%以上。雖然使用農(nóng)藥可以有效降低病蟲草害的威脅，但農(nóng)藥的大量使用造成了果蔬農(nóng)藥殘留和生物鏈污染， 降低了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。據(jù)統(tǒng)計，我國目前果蔬農(nóng)藥殘留普遍，受農(nóng)藥污染的耕地面積已超過1300-1600 萬公頃。因此，及時準(zhǔn)確地獲取病蟲害信息并有針對性地噴灑農(nóng)藥是一個有效的緩解方法。實(shí)際生產(chǎn)中，農(nóng)民往往只是靠經(jīng)驗和感覺診斷農(nóng)作物病害，通常容易導(dǎo)致農(nóng)藥噴灑或者過量或者不足?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的智能病蟲害診斷系統(tǒng)， 可有效解決這一問題。該系統(tǒng)通過攝像頭和環(huán)境傳感器采集農(nóng)作物環(huán)境參數(shù)和葉片圖像， 經(jīng)過多跳轉(zhuǎn)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入蜂

19、窩網(wǎng)，進(jìn)而傳輸?shù)胶笈_的診斷平臺， 平臺利用圖像處理技術(shù)提取葉片特征信息，并通過查找病蟲害模型庫、 作物生長模型庫、警告信息指導(dǎo)模型庫等信息庫來指導(dǎo)農(nóng)藥使用，實(shí)現(xiàn)對病蟲害的實(shí)時監(jiān)控和有效控制。4.4 智能農(nóng)業(yè)的具體應(yīng)用實(shí)例2008年，美國 Crossbow公司開發(fā)了基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)作物監(jiān)測系統(tǒng)，基于太陽能供電，能監(jiān)測土壤溫濕度與空氣溫度，通過 Internet 瀏覽器為客戶提供了農(nóng)作物健康生長情況的實(shí)時數(shù)據(jù)，已在美國批量應(yīng)用。美國加州 Camalie 葡萄園應(yīng)用了精確灌溉系統(tǒng)，它在 4.4 英畝區(qū)域部署了 20 個 Crossbow 公司的Mica2dot 節(jié)點(diǎn)，組建了土壤溫濕度檢測網(wǎng)絡(luò)，實(shí)

20、現(xiàn)了精量控制灌溉，該系統(tǒng)在提高葡萄產(chǎn)量和葡萄甜度的同時， 大幅度節(jié)約了灌溉用水，節(jié)水量可達(dá) 16%-30%。日本富士通公司開發(fā)的富士通農(nóng)場管理系統(tǒng)以全生命周期農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全控制為重點(diǎn)，帶動設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、智能畜禽和智能水產(chǎn)養(yǎng)殖，實(shí)現(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)管理、養(yǎng)殖場遠(yuǎn)程監(jiān)控與維護(hù)、水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)全過程的智能化。2012 年，無錫陽山鎮(zhèn)專門開發(fā)桃園種植技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高科技種桃，令人嘆為觀止。該鎮(zhèn)有 25 畝桃林作為物聯(lián)網(wǎng)種植園的示范基地，由22 個傳感器和 3 個微型氣象站組成的監(jiān)測系統(tǒng)充當(dāng)“智慧桃農(nóng)”。該系統(tǒng)可以實(shí)時監(jiān)測桃園土壤的溫濕度及桃樹葉面的濕度等數(shù)據(jù)， 并且可根據(jù)相應(yīng)數(shù)值來決定是否補(bǔ)充水分

21、等。如果積累了豐富的實(shí)際數(shù)據(jù)后，還可以利用統(tǒng)計分析方法，找出水蜜桃的質(zhì)量與生長環(huán)境的關(guān)系， 從而確定水蜜桃的最佳生長環(huán)境因素， 指導(dǎo)今后生產(chǎn)出更優(yōu)質(zhì)的水蜜桃。 這種綠色農(nóng)業(yè)種植模式有效壓縮了成本， 提高了經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)、優(yōu)品的種植目標(biāo)。5.智能農(nóng)業(yè)中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)是以感知、識別、傳遞、分析、測控等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)智能化活動的新一代信息化技術(shù)，其特征是通過傳感器等方式獲取物理世界的各種信息， 結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的傳送與交互， 采用智能計算技術(shù)，對信息進(jìn)行分析處理，從而提高對物質(zhì)世界的感知能力， 實(shí)現(xiàn)智能化的決策和控制。 物聯(lián)網(wǎng)的感知層主要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的感知、 作物的狀

22、態(tài)感知和動植物的質(zhì)量監(jiān)測等；網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)感知層所獲得信息到應(yīng)用層的傳輸， 通過現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)傳感器、互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)絡(luò)或者未來的 NGN網(wǎng)絡(luò)（下一代網(wǎng)絡(luò)）來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；應(yīng)用層首先通過數(shù)據(jù)清洗和融合、 模式識別等手段形成最終數(shù)據(jù)， 然后提供給生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、生長系統(tǒng)、追溯系統(tǒng)使用。5.1 農(nóng)業(yè)信息感知農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)感知層通過多種傳感器（網(wǎng)絡(luò)） ，實(shí)現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品的種植、養(yǎng)殖、儲運(yùn)等環(huán)節(jié)的信息感知。5.1.1 作物生長環(huán)境感知作物生長環(huán)境感知設(shè)備主要測量農(nóng)作物生長環(huán)境中的溫度、濕度、相對 pH值等物理量。（1） 土壤水分傳感器土壤中的水分是農(nóng)作物發(fā)育、生長的重要條件。土壤水分傳感器用于對各類土壤水分進(jìn)

23、行在線實(shí)時測量， 使得既不影響作物生長又不浪費(fèi)水資源， 可應(yīng)用于土壤墑情監(jiān)測、節(jié)水灌溉、溫室控制等。（2） 土壤 pH值傳感器土壤的 pH 是農(nóng)田土壤信息中的一個十分重要的參數(shù)，目前使用的傳感器是光纖 pH值傳感器，具有抗電磁干擾、安全可靠并可用于在線遙測等特點(diǎn)。（3） 土壤養(yǎng)分傳感器土壤養(yǎng)分是指土壤提供給作物生長的必須營養(yǎng)元素， 包含土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀以及交換性鈣和鎂等 13 種元素。在土地上播種施肥以前，測量土壤養(yǎng)分有助于更好地利用土壤自身含有的養(yǎng)分，同時及時補(bǔ)充含量不足的元素。（4） CO2濃度傳感器CO2濃度傳感器能夠檢測出大氣環(huán)境中 CO2的氣體含量，常常用于溫室環(huán)境決定是否增施

24、氣肥或通風(fēng)換氣等。（5） 圖像采集設(shè)備圖像采集設(shè)備可以采集農(nóng)作物生長狀態(tài)的直觀信息，用于疾病、病蟲害等異常狀態(tài)判斷。5.1.2 養(yǎng)殖環(huán)境感知養(yǎng)殖環(huán)境感知包括牲畜禽舍的環(huán)境感知、 水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境感知等，感知信息包括溫度、濕度、水體 pH值、水溶氧、禽舍氨氣、致病性細(xì)菌濃度等。（1）氨氣傳感器氨氣傳感器用于檢測畜禽舍環(huán)境中氨氣含量，以決定是否需要通風(fēng)換氣和清楚糞便，確保禽畜產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。（2）水溶氧傳感器水溶氧與空氣中氧氣量、水溫、水中各鹽類和藻類、風(fēng)力、流動等因素有關(guān)，其濃度會動態(tài)變化，這就需要用水溶氧濃度傳感器來測定水體溶氧量， 以決定是否增氧以確保水體養(yǎng)殖生產(chǎn)安全。5.1.3 動物識別與生

25、理感知動物識別與生理感知主要通過建立牲畜標(biāo)識系統(tǒng)，并利用各種動物生理傳感器來實(shí)現(xiàn)畜牧養(yǎng)殖自動化和智能化。（1）動物耳標(biāo)通過施加于牲畜耳部的耳標(biāo)標(biāo)識來證明牲畜身份和承載牲畜個體信息。一旦發(fā)生疫情和畜產(chǎn)品質(zhì)量等問題，即可追溯其來源，分清責(zé)任。（2）留胃式電子標(biāo)簽電子標(biāo)簽通過傳感器采集牲畜的生活習(xí)慣和健康狀態(tài)， 記錄采食、運(yùn)動量、疾病發(fā)生率等，還可以幫助飼養(yǎng)場掌握牲畜的發(fā)情期，篩選品種。5.2 農(nóng)業(yè)信息傳輸信息傳輸通常經(jīng)過接入網(wǎng)和主干網(wǎng)兩步驟。主干網(wǎng)指互聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)，是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡(luò)；接入網(wǎng)完成信息的短距離傳輸匯聚。（1） ZigBee 短距離傳輸技術(shù) ZigBee 是一種便宜、功耗低的近

26、距離無線組網(wǎng)通信技術(shù)，特點(diǎn)是低速率、低功耗、低成本、自配置和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。（2） 無線地下傳感器網(wǎng)絡(luò)無線地下傳感器網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)土壤監(jiān)測中。5.3 農(nóng)業(yè)信息處理（1）農(nóng)業(yè)病蟲草害識別目前的農(nóng)業(yè)病蟲草害識別方法主要是靠提取農(nóng)作物圖像中的顏色特征參數(shù)結(jié)合模式識別技術(shù)和各種分類算法，進(jìn)行相應(yīng)的識別處理。（2）施肥精準(zhǔn)控制精準(zhǔn)施肥在每一操作單元上按照土壤肥力變異狀況、田間雜草及病蟲害分布情況生成處方圖，再結(jié)合 GPS控制施肥機(jī)或噴藥機(jī)實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)、 定量施肥，大大提高了肥料利用率和施肥經(jīng)濟(jì)效益，減小了對環(huán)境的不良影響。6.智能農(nóng)業(yè)的問題與解決辦法6.1 存在的問題（1） 智能感知器的成本問題目前

27、，農(nóng)業(yè)環(huán)境和動植物群（個）體信息采集和傳輸?shù)母兄O(shè)備成本相對還比較昂貴。如農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈上的電子標(biāo)簽，生產(chǎn) 100 萬個的成本約為 14 美分/ 個。除此之外還有實(shí)施 RFID 所需的基礎(chǔ)設(shè)施的成本，如閱讀器的購置價格等。因為農(nóng)產(chǎn)品的本身價值并不大，使用 RFID 所增加的成本相比之下顯得過高，目前只適用于一些高價值的農(nóng)產(chǎn)品。（2） 農(nóng)田無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系的功耗問題由于農(nóng)作物生產(chǎn)周期較長，傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，如果經(jīng)常更換電池將是一項耗資巨大的工作。如何有效節(jié)省電能、延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期，是面向大規(guī)模農(nóng)田種植的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需解決的重要問題。（3） 物聯(lián)網(wǎng)感知節(jié)點(diǎn)上數(shù)據(jù)高效傳輸問題農(nóng)業(yè)監(jiān)測區(qū)域分布大量傳感器節(jié)點(diǎn)（ sensor node）和少數(shù)匯聚節(jié)點(diǎn)（ sink node），傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，最終將數(shù)據(jù)傳送至匯聚節(jié)點(diǎn)。由于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)具有感知數(shù)據(jù)量大、無線通信帶寬低、時效性強(qiáng)的特征，網(wǎng)