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物聯網農業應用

[日期:2017-05-18] 來源:  作者: [字體: ]

  農業具有對象多樣,地域廣闊,偏僻分散,遠離都市社區,通信條件落后等特點,因此在多數情況下,農業數據信息的獲取非常困難,隨著電子技術,無線網絡催生了物聯網技術的發展,把物聯網關鍵技術應用搭建在一個農業物聯網智能化監控系統具有廣闊的應用前景。

  民以食為天,近年來,食品質量安全問題頻發,農產品質量安全已經成為社會各界關注的焦點。農產品生產企業,流通企業,加工企業質量管理信息系統的缺失,是產生農產品質量安全問題的根本原因之一。因此,基于物聯網搭建農產品供應鏈質量管理信息系統,能提高生態農業園內部的管理效率,加強農業生產,加工,運輸到銷售等全流程數據共享與透明管理,實現農產品全流程可追溯,對提高農產品的品牌建設進而增加農產品附加值,保證農產品質量安全具有十分重大的意義。

  此外,農業生產過程中,避免不了天氣因素的影響,如何做到惡劣天氣的預警機制,從而做到提前防范進而減少損失?農業生產過程中,農產品生產者和市場需求之間的信息不對稱,容易引發使農產品滯銷,或人為的炒作,政府有關部門時候花很大力氣去幫助促銷或平抑也于事無補,如何規避這一信息不對稱問題?農業生產過程中,大都憑經驗生產,缺少專家指導,在遇到病蟲害,天氣因素,土壤生態變化等環境參數改變時如何應對?如何在這個時候引入專家指導?農業生產過程中如何配合國家政策的宏觀調控和滿足市場需求等?

  物聯網是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的世界信息產業第3 次浪潮。近年來,隨著智能農業、精準農業的發展,智能感知芯片、移動嵌入式系統等物聯網技術在現代農業中的應用逐步拓寬,通過使用無線傳感器網絡可以有效降低人力消耗和對農田環境的影響,獲取精確的作物環境和作物信息,從而大量使用各種自動化、智能化、遠程控制的生產設備,足不出戶就可以監測到農田信息,實現科學監測、科學種植,促進了現代農業發展方式的轉變。筆者將物聯網應用于農業,農業物聯網技術的應用可以更好地控制農作物的生長環境,使之能夠更好地適應作物的生長,提高農作物的產量和品質,有利于實現農作物的高產穩產,提高土地的產出率,提高農業抗御自然災害的能力。農業物聯網技術的推廣應用,也是農業現代化水平的一個重要標志。農業物聯網的快速發展,將會為中國農業發展與世界同步提供一個國際領先的全新的平臺,也必將為傳統產業改造升級起到巨大的推動作用。

  1.何為物聯網

  物聯網是在計算機、互聯網的基礎上,利用RFID、無線數據通信等技術,構造一個覆蓋世界上萬事萬物的"Internet of Things"。在這個網絡中,物品(商品)能夠彼此進行"交流",而無需人的干預。其實質是利用射頻自動識別(RFID)技術,通過互聯網實現物品(商品)的自動識別和信息的互聯與共享。

  物聯網概念被提出以后,迅速風靡全世界,已成為全球矚目的關鍵詞,被業界廣泛認為是繼計算機與互聯網后的又一次信息化浪潮。物聯網所要實現的就是物與物之間的互聯、共享、互通。眾所周知,互聯網開端于美國軍方在美國西南部幾所高校之間構建的信息傳遞網絡,從而實現了人與人之間的即時溝通和即時數據共享,而物聯網要實現的是物與物之間的的信息互聯,而人可以在這一網絡中對信息進行整合,乃至遠程控制。

  2.物聯網的基礎

  2.1傳感設備

  射頻識別、傳感器以及智能嵌入技術是物聯網的基礎。因為它們是探測和獲取外部信息源頭的較為簡便的設備,也是物聯網未來發展的根本。而傳感技術也有賴于電子產業以及電子元器件的發展和更新。在此基礎之上,通過智能軟件完成對龐雜信息的整合。

  2.2互聯網

  互聯網可以說是物聯網發展的平臺。互聯網經過建設、發展以及成熟,已經有近半個世紀的歷程。在這一過程中,互聯網已經擁有自己的商業模式和運營思路,理論也趨于完善。而物聯網構建于互聯網基礎之上,不但是大大減少了建設的成本,而且可以享用互聯網已經形成的部分技術和商業模式。這無疑是建立物聯網的一條捷徑。

  3.物聯網應用領域

  物聯網可以應用的領域頗為廣泛,實際上某些領域已經部分實現了物聯網的應用,只是還沒有進行大面積的推廣和系統總結。比如在物流領域,購買者已經可以通過條形碼實時追蹤物品動態。在消費領域,消費者可以通過手機了解商品的成分、產地、日期等信息。當然,物聯網更大的作用還在于應用到生產生活等系統領域。

  3.1智能交通

  物聯網在交通領域的應用主要有以下幾個方面:

  通過無線視頻監控平臺和GPS定位功能對公交車輛狀態和路線進行實時監控。

  通過高清攝像頭以及電子警察對車輛進行管理和快速處置。

  通過將二維碼應用于手機,可實現手機憑證業務,利用手機進行小額支付。

  通過全球定位系統,司機可以對車輛的位置與速度、車內外的圖像、視頻等各類媒體信息及其他車輛參數等進行實時管理。

  3.2智能農業

  智能農業產品通過實時采集溫室內溫度、濕度信號以及光照、土壤溫度、CO2濃度、葉面濕度、露點溫度等環境參數,自動開啟或者關閉指定設備。可以根據用戶需求,隨時進行處理,為設施農業綜合生態信息自動監測、對環境進行自動控制和智能化管理提供科學依據。

  3.3智能醫療

  智能醫療系統借助簡易實用的家庭醫療傳感設備,對家中病人或老人的生理指標進行自測,并將生成的生理指標數據通過電信的固定網絡或3G無線網絡傳送到護理人或有關醫療單位。

  3.4智能家居

  智能家居產品融合自動化控制系統、計算機網絡系統和網絡通訊技術于一體,將各種家庭設備(如音視頻設備、照明系統、窗簾控制、空調控制、安防系統、數字影院系統、網絡家電等)通過智能家庭網絡聯網實現自動化,通過寬帶、固話和3G無線網絡,可以實現對家庭設備的遠程操控。

  在這些應用領域之中,又數在農業領域的應用最具有潛力和顛覆意義。以下筆者將以農業方面的應用予以詳細說明。

  4.農業物聯網的幾個特征

  第一,"感知"是基礎。物聯網農業之所以被認為對于傳統農業生產具有顛覆意義,重要一點就是改變了以往農業人員依靠有限農業知識對植物、土壤以及農業環境進行主觀判斷,傳統農業,澆水、施肥、打藥,農民全憑經驗、靠感覺,隨著時間的推移,經驗判斷有可能出現遺漏乃至斷層,而依靠感覺也會造成誤判,對于個體生產而言,這樣的失誤造成的損失不會太大,但是處于企業化的農業生產中,造成的損失的就大大增加了。所以,"感知農業"的優勢就在此時得以凸顯。"感知農業"通過室內傳感器"捕捉"各項數據,經數據采集控制器匯總、中控室電腦分析處理,結果即時顯示在屏幕上。這其中就包括溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等,中央計算機還會通過計算給出決策方案,農業人員只需根據方案進行澆水、施肥或者改善植物生長環境。

  第二,"鏈條"是重點。在通過傳感器以及GPRS和地理信息系統采集了視頻、溫度、濕度、光照和土壤等數據之后,還要通過一系列的系統實施操作,例如進行精準施肥、施藥、灌溉以及光照,在實施完成之后,還可收集反饋信息以做進一步的判斷。從收集信息--作出決策--實施操作--后續反饋,這是一個完成的"鏈條",如果缺少其中任何一個環節,都難以稱之為智能農業。除此之外,在作物生長周期內,從播種到收割,以致倉儲,都需要相應的科技裝備支撐,這樣才能大幅高效地提升農業生產效率。

  第三,"武器"是關鍵。農業物聯網的"武器"就是物聯網產品,即農業生產解決方案。以小湯山國家精準農業示范基地為例,基地就安裝了綠地自動化灌溉系統,這套系統主要采用噴灌灌溉方式,控制4個電磁閥開啟,檢測的項目主要有風速和空氣溫濕度信息。自動控制系統與上位機通過485方式進行通訊,用戶還可以通過手機短信進行控制。

  只有裝備了匹配的系統,農業才可能逐漸地從以人力為中心、依賴于孤立機械的生產模式轉向以信息和軟件為中心的生產模式,從而大量使用各種自動化、智能化、遠程控制的生產設備,才能使得物聯網在農業領域運行的更加流暢和高效。

  5.農業物聯網發展現狀

  第一,農業物聯網應用尚處于試點階段。筆者以為農業物聯網發展的路徑應該是:概念的提出——產品的研制——試點實驗——小范圍部分領域推廣——大面積推廣——萬物互聯,而我國農業物聯網發展剛剛步入起步時期的試點實驗階段,在這一階段,雖然產品以及技術的問題已經基本解決,但是仍然面臨著找到推廣捷徑以及如何降低推廣成本的問題。由于農業物聯網概念并未誕生于本土以及發自農民實際自身的需求,雖然它是未來農業的發展方向,但是如果農民沒有近期的實際的需求,其大范圍推廣使用就面臨不小的困難。僅以物聯網發展走在前沿的江蘇為例,首先出現的農業物聯網網試點也處于經濟效益增長較快以及有實際需要的水產養殖領域。所以農業種植方面應用物聯網恐怕還需要走不短的路程。

  第二,農業物聯網應用尚處于部分環節。按照目前的設想,最終農業物聯網將會實現從種植到出售乃至產品追溯全產業鏈的應有。也是就從田間地頭到餐桌冰箱,全程實現互聯和信息共享,任何節點都可實現順查、倒查以及智能操控。而目前我們的農業物聯網主要應用領域還是出現例如農產品流通、農產品質量追溯等部分環節。其中最為典型的就是全國豬肉質量安全追溯體系的建設和推廣以及政府大力推進的“農超對接”。這種部分環節的物聯網應用可能也是打開物聯網應用局面的一個突破口,但是,同時也說明了距離萬物互聯的真正農業物聯網還有差距。

  第三,農業物聯網應用投資主體不明確。投資是一個產業得以起步、發展、興盛的初始動力。而目前為止,我們尚沒有看見農業物聯網產業形成清晰的投資格局,很大一部分原因就是因為沒有一個自發、持續、雄厚的投資主體。政府的投資雖然具有帶動效應,但是如果沒有對市場底層的觀察的深刻體會,極易造成投資的浪費和泡沫。企業在農業物聯網的投資也只是一些試點的建設,示范作用大于實際意義。作為農業生產的主體——農民,龐大的農業物聯網基礎設施建設是他們無力承擔的,同時也沒有迫切的投資動力。

  最后,農業物聯網目前的發展除過以上問題之外,例如還有農業領域各個參與者如何合作、企業和農民如何加強信息溝通、農業物聯網軟件環境如何形成以及收益如何分成等等問題。問題的存在恰恰是一個行業處于發展階段和面臨發展機遇的標志。而看清農業物聯網發展所具備的條件就是抓住機遇的關鍵。

  6.農業物聯網系統應該包括的功能

  6.1實時監測功能

  該系統通過傳感設備實時采集溫室(大棚)內的空氣溫度,空氣濕度,二氧化碳,光照,土壤水分,土壤溫度,棚外溫度與風速等數據。將數據通過移動數據網絡傳輸給服務管理平臺,服務管理平臺對數據進行處理。

  6.2遠程控制技術

  針對條件較好的大棚,安裝有電動卷門,排風機,電動灌溉系統等機電設備,可實現遠程控制功能。農戶可通過手機或電腦登陸系統,控制溫室內的水閥,排風機,卷簾機的開關。也可控制好控制邏輯,系統會根據內外情況自動開啟或者關閉卷簾門,水閥,風機等大棚電機設備。

  6.3查詢功能

  農戶使用手機或電腦登陸系統后,可根據查詢溫室(大棚)內的各項環境參數,歷史溫濕度指數,歷史機電操作記錄,歷史照片等信息;登陸系統后,還可以查詢當地的農業政策,市場行情,供求信息,專家通告等,實現有針對性的綜合信息服務。

  6.4警告功能

  警告功能需要預先設置適合條件下的上限值和下限值,設定值可以根據農作物種類,生長周期和季節的變化進行修改。當某個數據超出限值時,系統立即將警告信息發送給相信的農戶,提示農戶及時采取措施。

  7.物聯網成本以及風險

  物聯網的成本不僅有硬件設備的安裝以及軟件配套的成本,更重要的是和收益相比較的成本。因為這決定了物聯網應用的范圍和縱深。比如,在農業領域的智能農業應用,不管是對于農業環境的檢測,還是農田機械設施的自動控制,其成本與人工的成本到底有多大優勢?如果沒有較大的成本優勢,就很難進行大面積的商業化推廣。再比如,在家電方面的應有,對于家電產品的智能控制,增加的成本是否能夠消弭給消費者帶來的實惠,這是市場能否接受產品首要考慮的問題。總之,物聯網技術要得以推廣,在短期來看,要能夠實現投入和產出的均衡,如此,才能有一個長遠的未來,否則,物聯網只能先行在小領域內實現應用,那樣距離真正的“物聯網時代”還有很遠。

  另外,技術的發展正在顯現一種特征:那就是商業化的推廣逐漸形成了"自上而下"的模式,這改變了過去技術革新產生、改進于底層的模式。這也就難免會產生"泡沫"。"泡沫"產生于對未來預期的過高。只要我們回顧一下過去很多領域的"泡沫":房地產、金融泡沫、互聯網泡沫,其中又以"互聯網"泡沫為甚,因為人們對于新事物總有接受的過程,以及投資者對于行業的不切實際的期望所致。物聯網亦是如此,據筆者統計,目前已經有數十個省市制定了物聯網發展的產業政策,各地物聯網規劃也是如火如荼。物聯網的發展更應該切實考慮我國廉價的人力資本因素和市場需求,同時,也應建立資本完善的退出機制,這樣雖然不能完全避免"泡沫"的產生,至少對"泡沫"有一定的擠壓作用。

 

  基本的哲學原理告訴我們:新舊食物的區分不在于產生的前后、力量的強弱以及形式的新奇與否,而在于能夠與現實需求有高度的契合、能夠對市場反應做出靈活的變通以及不斷在自身中植入創新的基因。物聯網作為一個新的事物,一方面發展前景是廣闊和具有潛力的,另一方面其發展路徑、發展模式以及發展進程還有待觀察和檢驗。

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