李道亮教授：智慧技术与物联网技术如何升级农业
作者：新京报
2024/8/15 14:18:17
智慧农业是以物联网技术为支撑和手段的一种现代农业形态，它和电脑农业、精准农业和数字农业一样属于农业信息化的范畴，是现代信息技术发展到一定阶段的产物。目前公认的物联网定义是通过智能传感器、射频识别(RFID）、激光扫描仪、全球定位系统(GPS）、遥感等信息传感设备及系统和其他基于物－物通信模式(M2M)的短距无线自组织网络，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，
智慧農業是以物聯網技術為支撐和手段的一種現代農業形態，它和電腦農業、精準農業和數字農業一樣屬于農業信息化的范疇，是現代信息技術發展到一定階段的產物。 目前公認的物聯網定義是通過智能傳感器、射頻識別(RFID）、激光掃描儀、全球定位系統(GPS）、遙感等信息傳感設備及系統和其他基于物－物通信模式(M2M)的短距無線自組織網絡，按照約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種巨大智能網絡。根據物聯網的技術體系架構，可將農業物聯網分為 3 個層次: 信息感知層、信息傳輸層和信息應用層。信息感知層由各種傳感器節點組成，通過先進傳感器技術，多種支持過程精細化管理的參數可通過物聯網獲取，如土壤肥力、作物苗情長勢以及動物個體產能、健康和行為等信息。信息傳輸層中，傳感器通過有線或無線方式獲取各類數據，并以多種通信協議，向局域網、廣域網發布。信息應用層對數據進行融合，處理后制定科學的管理決策，對農業生產過程進行控制。
農業信息感知技術是智慧農業的基礎，作為智慧農業的神經末梢，是整個智慧農業鏈條上需求總量最大和最基礎的環節。主要涉及農業傳感器技術、RFID 技術、GPS 技術以及 RS 技術等。農業傳感器技術是農業物聯網的核心，也是智慧農業的核心，農業傳感器主要用于采集各個農業要素信息，包括種植業中的光、溫、水、肥、氣等參數;畜禽養殖業中的二氧化碳、氨氣和二氧化硫等有害氣體含量，空氣中塵埃、飛沫及氣溶膠濃度，溫、濕度等環境指標等參數; 水產養殖業中的溶解氧、酸堿度、氨氮、電導率和濁度等參數。
農業信息感知技術是智慧農業傳輸信息的必然路徑，在智慧農業中運用最廣泛的是無線傳感網絡。無線傳感網絡 ( WSN) 是以無線通信方式形成的一個自組織多跳的網絡系統，由部署在監測區域內大量的傳感器節點組成，負責感知、采集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信息，并發送給觀察者。在智慧農業中，ZigBee 技術是基于 IEEE802. 15. 4 標準的關于無線組網、安全和應用等方面的技術標準，被廣泛應用在無線傳感網絡的組建中，如大田灌溉、農業資源監測、水產養殖和農產品質量追溯等。
信息處理技術是實現智慧農業的必要手段，也是智慧農業自動控制的基礎，主要涉及云計算、GIS、專家系統和決策支持系統等信息技術。
傳感器是把被測量的信息轉換為另一種易于檢測和處理的量 ( 通常是電學量) 的獨立器件或設備，傳感器的核心部分是具有信息形式轉換功能的敏感元件。在物聯網中傳感器的作用尤為突出，是物聯網中獲得信息的主要設備。物聯網依靠于傳感器感知到每個物體的狀態、行為等數據。
無 線 傳 感 器 網 絡 ( Wireless Sensor Network，WSN) 是由多個節點組成的面向任務的無線網絡，是一種無基礎設施的網絡。它綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術和分布式信息處理技術等多種領域技術，能協作地進行實時監測、感知和采集節點部署區域的各種環境或監測對象的信息，并對這些數據進行處理，獲得詳盡而準確的信息，通過無線網絡最終發送給觀察者。
智能信息處理技術研究內容主要包括 4 個方面。①人工智能理論研究，即智能信息獲取的形式化方法、海量信息處理的理論和方法以及機器學習與模式識別。②先進的人－機交互技術與系統，即聲音、視頻、圖形、圖像及文字處理以及虛擬現實技術與流媒體技術。③智能控制技術與系統，即給物體賦予智能，以實現人與物或物與物之間互相溝通和對話，如準確的定位和跟蹤目標等。④智能信號處理，即信息特征識別和數據融合技術。通過研究發現，目前我國已研究的農業決策模型、預測預警模型等信息處理技術，大部分還只是停留在論文和測試階段，尚未形成真正的產品化應用軟件和可共享的軟件平臺。農業智能決策信息處理智能化程度低、共享度差，缺乏有效的信息載體和集成應用技術，無法實現農業生產問題的實時診斷和協同決策。
物聯網概念的提出與我國現代農業發展的迫切內在需求相吻合，既是歷史機遇的巧合，也是農業發展的必然。物聯網技術在農業領域良好的發展前景，不是概念的炒作，而是農業生產集約化、自動化、智能化和信息化發展的必然趨勢。我國目前農業發展正處于由傳統農業向現代農業轉變的拐點上，生產信息化的核心是高產、高效、低成本和優質，物聯網技術是實現上述目標最主要的技術保障。
物聯網農業應用的最大領域在于設施農業和現代物流。農業傳感器和無線傳感網是需要優先發展的領域。從農業傳感器來說，作為農業可控因子的傳感器應放在更重要的位置加強研究。農業傳感器和無線傳感網產品化和產業化應作為國家 “十二五”電子信息產業發展的優先領域。
物聯網農業應用技術與產品需要經過一個培育、發展和成熟的過程，培育期需要2 ～ 3 年，發展期 2 ～3 年，成熟期需要 5 年，物聯網農業應用的成熟期，可能要在 “十三五”末期 ( 2020 年) 。按照 10 年的規劃期，做物聯網農業應用規劃，分階段制定技術目標、產業化目標比較符合實際，發展規劃要重點突出，分層實施，逐步擴散，全面推進。
物聯網農業領域應用發展的共性關鍵科學技術問題主要有 3 個方面。①先進傳感機理與工藝 ( 農業光學傳感、微納傳感、生物傳感) 。②高通量、快處理、大存儲的無線傳感網技術。③農業云計算與云服務 ( 模型、方法與平臺) 。
( 1) 農業物聯網作為農業高新技術，具有基礎薄弱、一次性投入大、受益面廣和公益性強的特點，在當前農業產出效益不高、農民收入水平較低、農業信息化市場化運作還不完善的情況下，需要公益性行業專項支持。( 2) 根據我國現代農業發展需求，實施一批有重大影響的農業物聯網應用示范工程，建設一批國家級農業物聯網示范基地，推動物聯網技術在現代農業中的集成應用，發展智慧農業。( 3) 對研發農業物聯網產品的企業和科研院所以及使用農業物聯網產品的用戶進行補貼
