1、物联网在中国现代农业中的应用中国农学通报 2011,27(02):310-314 ChineseAgriculturalScienceBulletin 物联网在中国现代农业中的应用朱会霞，王福林，索瑞霞（东北农业大学工程学院，哈尔滨 150030）摘要：近几年来物联网技术受到了人们的广泛关注，笔者介绍了物联网的概念、历史与发展现状，以及物联网在中国农业中的初期应用。分析了物联网研究中的关键技术，包括 RFID技术、传感器网络以及智能技术等。将物联网技术应用到农业生产和科研中是现代农业依托新型信息化应用的一大进步，可以改变粗放的农业经营管理方式，提高动植物疫情疫病防控能力，确保农产品质量安全，从
2、而引领现代农业的发展，是物联网与农业领域的一次结合，对现代农业具有一定参考意义。关键词：物联网；现代农业；智能中图分类号： S-1文献标志码： A论文编号： 2010-2051 The Application of the Internet of Things in China Modern Agriculture Zhu Huixia, Wang Fulin, Suo Ruixia (Collage of Engineering, Northeast Agriculture University, Harbin 150030) Abstract: In recent years, exten
3、sive attention has been paid to Internet of Things. The concept, history,development of Internet of Things and its early application in modern agriculture were introduced firstly by theauthor. The key technologies of Internet of Things were analyzed，including RFID technology，sensor network and intel
4、lectual technology. The application of Internet of Things to agricultural production and scientificresearch was a big step towards the modern agriculture depending on the new application of information. It canchange the extensive management of agriculture operation. It can also improve the preventio
5、n and controllingcapability of animal or plant epidemic diseases to guarantee quality and safety of agricultural products, and itlead the modern agricultural development. The internet of things combines with agriculture in this paper, and itcan provide a reference in modern agriculture.Key words: th
6、e internet of things; modern agriculture; intelligent 0引言世界信息产业第 3次浪潮 3。近年来，随着智能农业、物联网一词最早出现于比尔 盖茨 1995年未来精准农业的发展，智能感知芯片、移动嵌入式系统等物之路中1，美国 IBM向奥巴马提出的“互联网物联联网技术在现代农业中的应用逐步拓宽，通过使用无网智慧地球 ”让人们真正接受了这个概念。温总理线传感器网络可以有效降低人力消耗和对农田环境的在视察中科院无锡微纳传感网工程技术研发中心时，影响，获取精确的作物环境和作物信息，从而大量使用指出 2：要着力突破传感网、物联网关键技术，及早部各种自动化
7、、智能化、远程控制的生产设备，足不出户署后 IP时代相关技术研发，特别是与中国自主知识产就可以监测到农田信息，实现科学监测、科学种植，促权的 TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code 进了现代农业发展方式的转变。笔者将物联网应用于DivisionMultipleAccess）技术相融合。农业，农业物联网技术的应用可以更好地控制农作物物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后的的生长环境，使之能够更好地适应作物的生长，提高农第一作者简介：朱会霞，女， 1978年出生，黑龙江富锦人，在读博士，研究方向：农业系统工程理论方法应用、信息技术与信息管理。通信地址： 1
8、50030黑龙江省哈尔滨市木材街 59号东北农业大学 357信箱， Tel：0451-55191934，E-mail：。通讯作者：王福林，男， 1960年出生，黑龙江安达人，教授，博士生导师，博士，研究方向：农业系统工程理论方法应用，信息技术与信息管理。通信地址： 150030黑龙江省哈尔滨市木材街 59号东北农业大学 357信箱， Tel：0451-55191934，E-mail：。收稿日期： 2010-07-07，修回日期： 2010-09-14。朱会霞等：物联网在中国现代农业中的应用 311 作物的产量和品质，有利于实现农作物的高产稳产，提高土地的产出率，提高农业抗御自然灾害的能力。农业
9、物联网技术的推广应用，也是农业现代化水平的一个重要标志。农业物联网的快速发展，将会为中国农业发展与世界同步提供一个国际领先的全新的平台，也必将为传统产业改造升级起到巨大的推动作用。 1物联网内涵及相关技术简介 1.1内涵物联网（The Internet ofThings）的定义 4-7是通过射频识别（Radio Frequency Identificatio，RFID）装置、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相连接，进行信息交换和通信，先进的云计算技术和超级计算机则可以对海量数据进行整理分析，帮助人们做出正确的行动决策，以实现智能化识别、定位、
10、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的精髓 8-10是赋予网络新的含义，实现人与物之间的相融与互动，对人的规范性回复进行识别，做出方案性的选择。物联网的组成架构包括：（1）末梢节点（采集控制层）：即利用各种传感器、 RFID形成的物体与物体之间进行身份识别和数据交流；（2）接入层（数据传输层）：现在所有的网络形式，包括有线的、无线的以及无线网络形式中的无线局域网、 2G、3G等。承载网络；应用控制层；用户。其中由计（3） （4） （5）算机网络和通信网络构成的承载网络为业务的基础网络，图 1为物联网网络组成示意图。图 1物联网网络组成示意图采集控制 a核心承载网络应用控制 a采集控制 b采集控制
11、 n末梢网络应用网关采集数据应用控制 b应用控制 nInternet（浏览器）用户 a（手机）用户 n末梢节点（采集控制）接入承载网络层应用控制用户1.2技术组成国际电联报告提出 11-12物联网主要有 4个关键性的应用技术：标签事物的 RFID，感知事物的传感网络技术（ Sensor technologies） ，思考事物的智能技术（Smart technologies） ，微缩事物的纳米技术（ Nano technology-RFID） 。 1.2.1射频识别（ RFID） RFID13-14是一种非接触式的自动识别技术，具有数据储存量大、可读写、穿透力强、读写距离远、读取速率快、使用寿命
12、长、环境适应性好等特点，是唯一可以实现多目标识别的自动识别技术，可工作于各种恶劣的环境。最基本的 RFID系统由电子标签、读写器和天线 3部分组成。 RFID系统的工作原理是15-17：电子标签根据电源的不同而分为有源电子标签和无源电子标签，当电子标签进入读写器的工作区域后，无源电子标签接收到读写器发出的电磁波，产生感应电流从而获得能量，发送出自身编码等信息被读取器读取，解码后送至电脑主机进行有关处理；有源电子标签则依靠自带电池供电。图 2为 RFID的工作原理图。现在 RFID在农畜产品安全生产监控、动物识别与跟踪、农畜精细生产系统、畜产品精细养殖数字化系统、农产品物流与包装等方面已正式应用
13、。例如 18，日本的田间伺服器（ field server）和美国伯克利大学 MOTE和 JPL研发的 SW（Sensor Web） ，能够使用 RFID等无线技术的田间管理监测设备自动记录田间影像与土壤酸碱度、温湿度、日照量甚至风速、雨量等微气象，详细记录农产品的生产成长记录。 1.2.2传感网络技术物联网的重点，即研究的核心，是无线传感器网络（WSN，WirelessSensorNetworks） ，是由一组稠密布置、随机撒布的传感器组成的无线自组织网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域内感知对象的信息，并发布给观察者19-20。近年来，在农业方面，尤其是在精准农业方面应用
14、越来越多。精准农业是 21利用 3S（全球定位系统（GPS） 、地理 312 -= -= -= -朱会霞等：物联网在中国现代农业中的应用 313 家农业信息化工程技术研究中心 2005年 CERES-Wheat模型所模拟的目标产量建立的，具体计算步骤如下（单位为 kg）：（1）基于地物光谱数据计算优化土壤调节植被指数（OSAVI） ，所用波长为 670nm和 800nm，计算公式为： OSAVI=(1+0.16)(R800 -R670) ，式中， R800和 R670分(R800 +R670 +0.16)别为 800nm和 670nm的光谱反射率值。（2）基于当地气象数据、土壤数据等，由 CE
15、RES-Wheat模型模拟出模型的目标产量（PGY）得到氮素的总需求量（N） ，N=0.0576PGY-131.08。（3）用 Feekes 5的 OSAVI计算作物已吸氮量（PFNU） ，PFNU=206.89OSAVIF5-120.49，式中， F5代表拔节期。（4）确定最终施肥量（尿素， kg） 。总需求量 -PFNU 化肥需要量 =0.23试验实测冬小麦产量的平均值为 4473kg/hm2，由 CERES-Wheat模拟的小麦产量是 4708kg/hm2，相对误差为 5.3%（表 1） ，说明 CERES-Wheat模型能较好地模表 1变量区与对照区的产量、标准差和变异系数处理平均产量
16、/(kg/hm2) 标准差 变异系数/% 最大值/(kg/hm2) 最小值/(kg/hm2) 变量区 4473.1 576.6 13.0 5187.1 3396.8 对照区 4029.5688.317.15.48.62737.5拟冬小麦的产量，为施肥模型提供了可靠的基础。 2.2全国首批“电子猪”上市 2009年 9月 30日金卡猪的上市 2，使成都市民有幸成为全国第 1批吃到通过 RFID电子标签对猪的养殖、宰杀全过程实施溯源的“电子猪肉”的市民。 RFID技术应用于畜牧业食品生产的全过程，包括饲养、防疫灭菌、产品加工、食品流通等各个环节，全面引入标准化的技术规程和质量监管措施，建立“从农场
17、到餐桌”的食品供应链跟踪与可追溯体系，从而达到科学的全程化饲养监控、安全化生产监控、市场化可追溯的高质量、高水平、高效益的目标。 2.3食品安全溯源系统建设国家农业信息化工程技术研究中心在北京市小汤山的试点应用食品安全溯源系统的项目。条码生成与打印以国际通用的 EAN/UCC系统为编码基础，用户只需填入相关产品、地块等信息，即可自动生成条码并按标准化条码格式打印出来，系统支持不同打印机和不同的码制 2。例如： 2006年中国水产业推出了鱼类产品智能防伪卡 千岛湖“淳牌”有机鱼身份证，实现了从水体到餐桌的全程质量跟踪管理 7；2009 年 10月，江苏大闸蟹成功利用 RFID二维码溯源系统追踪其
18、品质。 3农业物联网发展展望物联网技术在无锡掀起了研究的热潮， 2020年之前中国已经规划了 3.86万亿元的资金用于物联网研发。物联网研究和开发既是机遇，更是挑战。如果能够面对挑战，从深层次解决物联网中的关键理论问题和技术难点，并且能够将物联网研究和开发的成果应用于实际，就可以在物联网研究和开发中获得发展的机遇。目前，关于农业物联网应用的发展项目有很多：土壤养分和墒情监测，为作物选择和耕种方式提供指导；粮情信息监测，为监管部门科学决策保护粮食安全提供有效数据；农业大棚温室监控和田间自动化管理，通过连续监测土壤湿度数据，实现多点同时滴灌补水；农民可以通过 3G手机接入信息数据库中，根据专家们开
19、好的科学种田“处方” ，用计算机对灌溉、施肥、温度和湿度等进行控制和管理；如果某些人群对作物品质有特殊要求，可以通过控制作物施肥达到这种要求，点着鼠标配化肥。当然，农业物联网发展也面临着诸多问题30-31。（1）智能感知器的成本问题。目前，农业环境和动植物群（个）体信息采集和传输的感知设备成本相对还比较昂贵。如农产品供应链上的电子标签，生产 100万个的成本约为 14美分 /个。除此之外还有实施 RFID所需的基础设施的成本，如阅读器的购置价格等。因为农产品的本身价值并不大，使用 RFID所增加的成本相比之下显得过高，目前只适用于一些高价值的农产品。（2）农田无线传感器网络体系的功耗问题。由于农作物生产周期较长，传感器节点数量较多，如果经常更换电池将是一项耗资巨大的工作。如何有效节省电能、延长网络的生命周期，是面向大规模农田种植的无线传感器网络需解决的重要问题。（3）物联网感知节点上数据高效传输问题。农业监测区域分布大量传感器节点（sensornode）和少数汇聚节点（sinknode） ，传感器节点负责采集相关数据信息，最终将数据传送至汇聚节点。由于农业物联网具有感知数据量大、无线通信带宽低、时效性强的特征， 314
