十七屆三中全會提出要不斷促進農業(yè)技術的集成化、勞動過程機械化、生產經營信息化, 加快農業(yè)科技創(chuàng)新。其中, 農業(yè)信息化主要圍繞發(fā)展現(xiàn)代農業(yè),實現(xiàn)優(yōu)質、高產、高效、生態(tài)、安全要求, 加快轉變農業(yè)發(fā)展方式, 提升科學技術水平, 建設現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)體系。中國是農業(yè)大國, 傳統(tǒng)農業(yè)在國際市場上的優(yōu)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(fā)展, 農業(yè)科技化將會成為未來農業(yè)發(fā)展的趨勢。農業(yè)科技化是指以農業(yè)科學技術為依托, 開發(fā)出先進的、成熟的、能推動農業(yè)生產力發(fā)展的、有較高經濟效益的農業(yè)科技成果, 并及時地將科技成果轉化為農業(yè)生產急需的技術產品, 應用于農業(yè)生產的整個過程。農業(yè)科技化要求把農業(yè)科研、技術推廣與開發(fā)和農業(yè)生產活動有機結合起來, 實現(xiàn)由傳統(tǒng)農業(yè)向科技現(xiàn)代化農業(yè)的轉變。農業(yè)科技將在農業(yè)生產過程中發(fā)揮各方面的重要作用。
要實現(xiàn)建設現(xiàn)代化農業(yè), 就要大力推進農業(yè)科技創(chuàng)新, 就要促進農業(yè)技術集成化、勞動過程機械化、生產經營信息化。為適應農業(yè)規(guī)?；?、精準化、設施化等要求, 加快開發(fā)多功能、智能化、經濟型農業(yè)裝備設施, 要重點在田間作業(yè)、設施栽培、健康養(yǎng)殖、精深加工和儲運保鮮等環(huán)節(jié)取得新進展。推進農業(yè)信息服務技術展開, 應重點開發(fā)信息采集、精準作業(yè)、息、農村遠程數(shù)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(yè)現(xiàn)代化的融合?；谛畔⒑椭悄芄芾韽碗s的農業(yè)產業(yè)系統(tǒng), 轉變農業(yè)發(fā)展方式, 對物聯(lián)網(wǎng)農業(yè)應用提出了迫切需求。物聯(lián)網(wǎng)是以電子標簽和電子編碼( EPC )為基礎, 建立在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的實物互聯(lián)網(wǎng)絡, 其宗旨是實現(xiàn)全球實物信息的實時共享和互通。
1 物聯(lián)網(wǎng)的概念
1999年, 物聯(lián)網(wǎng)( 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(lián)網(wǎng)概念是在互聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)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(lián)網(wǎng)中, RFID 標簽中存儲著規(guī)范而具有互用性的信息, 通過無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡把他們采集到處理系統(tǒng), 實現(xiàn)對物品信息的分析和處理并且能通過開放性的計算機網(wǎng)絡實現(xiàn)信息的交換和共享?；赗FID 技術的物聯(lián)網(wǎng)在很多領域已經得到了成熟的應用。
2005年, 國際電信聯(lián)盟( ITU )發(fā)布的 ITU 互聯(lián)網(wǎng)報告2005: 物聯(lián)網(wǎng)中, 物聯(lián)網(wǎng)的定義和范圍已經發(fā)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(lián)網(wǎng)。其定義是: RFID、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、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)相連接, 進行信息交換和通信, 以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡概念。
2 物聯(lián)網(wǎng)在農業(yè)領域的應用
2. 1 物聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)中的應用
由于現(xiàn)代養(yǎng)殖都大規(guī)?；? 畜禽養(yǎng)殖的數(shù)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(lián)網(wǎng)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(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)中。
2003年, 我國 863數(shù)字農業(yè)項目中首次列入了數(shù)字養(yǎng)殖研究課題, 一套基于遠距離系統(tǒng)的RFID 牛個體識別系統(tǒng)已經進入了實用階段。該系統(tǒng)采用項圈式的應答器, 掛在牛頸上, 當牛通過系統(tǒng)的自動稱重車時, 系統(tǒng)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(shù)據(jù)(編號- 體重)連同采集時間一起通過無線局域網(wǎng)發(fā)送到養(yǎng)殖場的上位服務器, 為數(shù)字化養(yǎng)殖平臺提供了重要的實時數(shù)據(jù)[ 6- 7] 。Parsons J. 等[ 8 ] 對C olorado的羊安裝電子標簽, 運用物聯(lián)網(wǎng)技術提高了羊群管理效率。曹永軍等[ 9] 在2008年就基于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)RFID 技術的鴯鹋養(yǎng)殖管理信息平臺進行了研究與應用。鴯鹋養(yǎng)殖場在當時一般采用人工粗放養(yǎng)殖方式,缺乏統(tǒng)一的養(yǎng)殖管理信息平臺, 從而影響了企業(yè)的管理效率。建立物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng), 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(wǎng)絡、手持移動設備和PC 機數(shù)據(jù)庫技術等構建RFID 鴯鹋養(yǎng)殖管理信息系統(tǒng), 實現(xiàn)鴯鹋數(shù)據(jù)的有效追溯和數(shù)據(jù)及業(yè)務的共享, 從而給企業(yè)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(xiàn)了基于RFID 的養(yǎng)豬管理與監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要針對豬繁殖工作流程的規(guī)范化, 依靠RFID 技術的ID 唯一標志功能把豬的管理轉變?yōu)閷D 號的管理。
系統(tǒng)能自動、準確地識別出每一頭豬, 并從數(shù)據(jù)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(zhí)行相應的操作, 從而保證了每一次數(shù)據(jù)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(yè)所存在的養(yǎng)殖規(guī)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(tǒng)。該系統(tǒng)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(shù)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(xiàn)對每頭奶牛的監(jiān)控與管理。研究結果表明, RFID 系統(tǒng)讀卡器的識讀率為100%, 該方法實現(xiàn)了對奶牛生產養(yǎng)殖的數(shù)字化管理。
2. 2 物聯(lián)網(wǎng)在農作物生長中的應用
物聯(lián)網(wǎng)科技在農作物生長中可以實現(xiàn)監(jiān)視灌溉情況、土壤空氣變更以及大面積的地表監(jiān)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(yè)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(lián)網(wǎng)系統(tǒng), 實時追蹤植物的生長狀況。該系統(tǒng)還可以根據(jù)空氣和土壤的狀況, 自動觸發(fā)相關行為, 如澆水或調節(jié)溫度。這套系統(tǒng)由C limateM inder開發(fā), 目的是幫助培育商更好地管理植物的生長情況, 這套系統(tǒng)自該公司2007年發(fā)布以來, 已被土耳其200 家多溫室和苗圃所采用。此外, 該系統(tǒng)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(lián)網(wǎng)中的無線傳感技術提出了溫室檢測和控制系統(tǒng)方案, 該方案促進了中國設施農業(yè)的發(fā)展。杜曉明等針對傳統(tǒng)溫室農作物數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存在的問題, 也提出了一種使用無線傳感器網(wǎng)絡技術組建農業(yè)溫室監(jiān)控系統(tǒng)的設計方案, 實現(xiàn)了作物生長環(huán)境的無線監(jiān)控, 解決了傳統(tǒng)溫室農業(yè)布線的繁瑣性和局限性, 為提高溫室環(huán)境信息管理自動化程度和設施農業(yè)種植決策提供了依據(jù)。邴志剛等對作物精準灌溉的傳感器網(wǎng)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(wǎng)絡節(jié)點部署、網(wǎng)絡拓撲動態(tài)調整和網(wǎng)絡管理以適應不同作物和作物不同生長階段。對該系統(tǒng)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(fā)出土壤性質監(jiān)測系統(tǒng), 運用了RFID 和無線傳感器技術, 實現(xiàn)了對土壤溫度、濕度等的實時監(jiān)測, 對后續(xù)植物的生長狀況提供研究的依據(jù)。2010 年, 孫慧遠等探討了基于RFID 技術的植物電信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計, 研究表明其設計的系統(tǒng)具有可行性, 對實時監(jiān)測植物生長情況和環(huán)境變化具有積極意義。
2. 3 物聯(lián)網(wǎng)在農產品質量安全監(jiān)測中的應用
食品業(yè)是典型的流程型制造業(yè), 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(huán)節(jié), 每一個環(huán)節(jié)都有可能出現(xiàn)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(xiàn)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(jiān)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(xiàn)在面臨的嚴峻的問題。物聯(lián)網(wǎng)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(fā)現(xiàn)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(shù)據(jù)網(wǎng)絡技術與RFID 技術相結合的方式, 構建了基于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的RFID 農產品質量跟蹤與追溯系統(tǒng),實現(xiàn)了農產品跟蹤與信息共享的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。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(huán)節(jié)全程監(jiān)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(yǎng)殖場、5家批發(fā)市場、2 家水產品加工企業(yè)和1家省級監(jiān)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(tǒng), 并對該系統(tǒng)進行了實驗, 證明了該系統(tǒng)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(xiàn)了基于. NET 構架的豬肉安全生產的追溯系統(tǒng)。史海霞等通過構建網(wǎng)絡體系構架并運用RFID 技術, 實現(xiàn)了基于. NET框架下的肉用豬質量安全可追溯監(jiān)測系統(tǒng)。
系統(tǒng)可以實現(xiàn)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(xiàn)了柑橘質量安全可追溯信息系統(tǒng), 該系統(tǒng)運用了RFID技術、二維碼技術等融合數(shù)據(jù)庫技術和無線網(wǎng)絡技術多學科技術, 解決了每個參與對象信息的可追溯監(jiān)測性。一旦在市場上發(fā)現(xiàn)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(wèi)生安全監(jiān)管中的應用, 他們開發(fā)了RF ID 衛(wèi)生安全電子信息系統(tǒng), 在供港蔬菜衛(wèi)生安全溯源監(jiān)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(jiān)管、消費等環(huán)節(jié)的信息共享機制, 實現(xiàn)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(lián)網(wǎng)被正式列為國家5 大新興戰(zhàn)略性產業(yè)之一。物聯(lián)網(wǎng)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(yè)大國, 物聯(lián)網(wǎng)技術對于農業(yè)應用來說是機遇, 物聯(lián)網(wǎng)科技的發(fā)展也必將深刻影響現(xiàn)代農業(yè)的未來。
如今農業(yè)領域面臨進一步由無線傳感器網(wǎng)絡(WSN )向IOT過渡的技術創(chuàng)新與新興產業(yè)發(fā)展的良好機遇, 同時也面臨著很多的問題: 產業(yè)化技術研究體系尚未形成; 一批農業(yè)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(chuàng)性突破; 相關制造與服務產業(yè)尚未建立; 基于信息和知識支持的農業(yè)產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)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(fā)展開拓先進研究領域, 以提供物聯(lián)網(wǎng)農業(yè)應用層的先進科學解決方案; 農區(qū)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(fā)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(xié)力研究, 提供面向產業(yè)提升問題的系統(tǒng)解決方案。