智慧農業發展現狀及趨勢范文

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第1篇

關鍵詞：物聯網；智慧農業；系統設計

中圖分類號：TP391.44 文獻標識碼：A

隨著農業產業規模的不斷提高和土地集中化耕種的推行，越來越多的農產品在大棚中培育，傳統的人工控制模式已不能滿足現代精準農業的要求[1]。

物聯網技術在農業中的應用是當今世界農業發展的新潮流[2]，引領現代農業發展，它既能提高農業精細化水平，又能節約資源、增產增效，確保農產品質量安全。

1 系統設計

1.1 系統目標

基于物聯網的智慧農業大棚系統通過傳感器實時采集室內溫度和土壤溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照等環境參數，經由無線信號收發模塊傳輸數據，根據用戶需求，實現對大棚的遠程智能控制[3]。

該系統還可推廣到園林園藝、畜牧養殖等相關農業領域，為實現對環境進行自動控制、智能管理，對農業綜合生態信息自動監測提供科學依據[4]。

1.2 系統架構

系統通過環境參數傳感器和高清視頻攝像頭等組建了一個可以遠程感知的數字大棚，采集的數據通過3G移動網絡傳輸到控制中心進行數據關聯、數據分析，實現智慧農業大棚一體化解決方案。

系統的總體架構分為傳感信息采集、無線傳輸、遠程控制和數據分析處理四部分[5]。

圖1 系統總體架構圖

傳感信息采集系統：主要負責大棚內環境參數的采集與控制；采用高清網絡攝像機，實時拍攝大棚內視頻信息。

無線傳輸系統：將采集的環境參數和視頻信息，通過3G移動網絡傳送到控制中心。

遠程控制系統：通過控制設備和繼電器電路可以自由操控各種農業生產設備。

數據分析處理系統：用戶可隨時隨地通過電腦或移動終端進行數據查詢與分析，為用戶提供決策依據。

圖2 系統組成圖

2 系統功能特點

基于物聯網的智慧農業大棚系統，內置先進的無線感應器，不用布線，可實時監測溫室大棚中的溫、濕度等信息，通過無線ZigBee技術，與相關設備連接，當室內溫、濕度、光照等信息超過或低于系統設定范圍時，可自動打開或關閉相關設備進行調控，營造作物適宜生長環境。

圖3 系統管理示意圖

主要系統功能特點如下：

（1）系統可實時、連續的采集各項環境參數，以數字、圖形、圖像等多種方式進行記錄和顯示。

（2）系統可對傳感器采集的溫濕度、光照等數據在后臺實現自動處理，與設定閾值比對，并根據結果自動調節大棚內溫濕度、光照控制設備，實現大棚的全自動化管理。

（3）系統可設定各監控點的報警閥值，當出現數據異常時自動發出報警信號。

（4）無線網關設備具備豐富的硬件接口，可以提供有線、無線等多種方式的通訊手段。

3 結語

相關資料表明，在智慧農業大棚中，每平方米一季可產番茄30kg-50kg，黃瓜40kg，相當于露地栽培產量10倍以上，其他各類作物在這種環境下的產量也將得到明顯的提升。另外，由于溫、光、水、肥、氣等諸多因素綜合直接協調到最佳狀態，據計算，可有效節水、節肥和節藥，使整體能耗降低15%—50%。

基于物聯網的智慧農業大棚系統將互聯網從桌面延伸到田野，讓溫室實時在線，從而實現農業大棚與數據世界的完美融合。

圖4 產量比較圖

圖5 能耗比較圖

參考文獻

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作者簡介：

第2篇

關鍵詞 智慧農業；物聯網；物聯網架構；發展現狀；問題

中圖分類號 F49 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）14-0338-03

Discussion Development of Internet of Things and Wisdom Agriculture

DONG Miao HUANG Rong-rong ZHENG Yong ZHAO Shi-jing CHEN Jie *

（Tongji University，Shanghai 201800）

Abstract With the development of internet，wisdom agriculture is a trend of agriculture in our country，and the internet of things is the key technology of wisdom agriculture. This paper mainly introduced the connotation of internet of things and wisdom agriculture，architecture of internet of things，mainly including perception layer，network layer and application layer.At the same time，the paper concretely introduced the internet of things in wisdom agriculture development situation and existing problems.

Key words internet of things；wisdom agriculture；framework of internet of things；development situation； problems

智慧農業是我國近幾年根據農業的發展而新產生的一個概念，就是在傳統農業的基礎上應用物聯網技術，充分利用傳感器和其他平臺軟件對農業生產生活進行監測和控制。由于我國農業已經步入由傳統農業向現代化農業發展的階段，越來越多的現代化智能技術融入到農業中，而物聯網技術則是智慧農業的主要支撐技術，我們越來越多地感受到智慧農業給我們帶來的便捷、高產和優質，這是我國未來農業發展的一個主要趨勢。

1 物聯網與智慧農業

1.1 物聯網

物聯網[1]（internet of things）定義的核心和基礎仍然是互聯網，主要是將物品與物品之間用互聯網進行連接，所使用的技術包括智能感知識別技術、普適計算等通信感知技術，簡而言之，就是利用互聯網等通信技術實現遠程管理控制的智能化網絡，從而更好地將物與物、人與物進行連接，可以說物聯網是互聯網的延伸，在兼容了互聯網所有的應用后，同時又具有自己的私有化和個性化。農業物聯網是將物聯網技術與農業相結合，是將其具體應用在農產品生產、經營、管理、服務的整個產業鏈當中，即將農產品與農產品之間的信息應用現代智能感知技術進行采集測定，然后將收集到的信息數據進行識別處理，再傳到操作終端，實現智能化控制[2]。物聯網在農業生產中的具體應用就是通過在農業生產中安裝各類傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器等，通過數據連接，將無線傳感網絡、電信網、互聯網進行集成，實現農業生產信息在各個環節的傳輸，最后將大量農業生產信息進行整理融合，由操作終端實現對農業生產的過程監控，進而實現現代化農業生產高產、高效、集約的目標。

1.2 智慧農業

智慧農業即在傳統農業的基礎上應用物聯網技術，充分利用傳感器和其他平臺軟件對農業生產生活進行監測和控制，使農業系統不再像傳統農業一樣封閉，而是具有“智慧”，智慧農業不僅可以進行基本的感知、控制和管理，更是擴展到了電子商務、食品溯源防偽、農業休閑旅游、農業信息服務等方面的內容，物聯網技術可以說是智慧農業的基礎[3]。

2 智慧農業物聯網架構

2.1 信息感知層

顧名思義，感知層相對于物聯網而言，類似于人類的感覺器官，主要是用于識別物體并進行信息采集。信息感知層通過采用先進的傳感技術，即利用溫度、濕度、光照、風速等各種傳感器，得到農業生產過程中的精細化信息，如設施內溫度、濕度、光照情況、CO2濃度、土壤濕度、營養液濃度等信息，是對植物生長狀況進行判定的基礎[4]。

2.2 信息傳輸層

信息傳輸層由互聯網、云計算平臺、移動通信網、無線傳感器網絡等組成，主要負責傳遞和處理感知層獲取的信息，也是物聯網的中樞環節。信息傳輸層主要作用就是將信息感知層獲取的數據以多種通信協議向局域網或廣域網。其中應用較多的為無線傳感網絡。無線傳感器網絡[5]通過無線通信方式自行組網，對網絡覆蓋區域中的對象的動態信息進行采集，并進一步計算處理。由于其監控效率高，且具有成本低的有點，因而在農業領域的信息采集工作中應用廣泛。

2.3 信息應用層

信息應用層通過對數據進行科學處理而制定相應的管理決策，從而實現對農業生產過程的控制。例如利用無線傳感器網絡獲取作物生長環境的溫濕度、光照強度等信息，并對各類信息進行分析，依據制定的管理策略，與傳動機構進行通訊，控制傳動機構，進行自動灌溉、施肥、加溫、控光等，同時對異常信息自動報警[6]。

3 智慧農業物聯網技術分析

3.1 信息感知技術

物聯網技術是智慧農業的基礎，而信息感知技術又是物聯網技術的基礎，信息感知技術是整個智慧農業中最基礎的環節。該技術包括射頻識別技術、全球定位系統技術、農業傳感器技術、遙感技術等。

3.1.1 射頻識別技術。射頻識別技術是一種利用射頻通信實現的非接觸式自動識別技術，該技術與互聯網、通訊等技術相結合，可實現全球范圍內的物品跟蹤與信息共享。射頻識別技術在食品行業中主要應用于食品的跟蹤和溯源。應用射頻識別技術系統可確保食品供應鏈的高質量數據交流，可確保食品源的清晰，實現產品追蹤，從而實現質量監控和追溯[7]。同時，射頻識別技術與傳感器技術相結合，可以感知食品加工和儲藏過程中環境的狀態信息，因為環境因素對食品品質影響很大，記錄分析這些因素就顯得十分重要。利用無線通信技術可以方便地把這些狀態信息及其變化傳遞出來。

3.1.2 全球定位系統技術。全球定位系統（global positioning system，GPS）是美國從20世紀70年代開始研制，在1994年全面建成，可以在海陸空的三維空間中進行全方位的導航和定位。全球定位系統技術的定位定時功能能夠實現對農田具體生產狀況的跟蹤與描述，同時輔助農業機械將農作物肥料等定點運送并噴灑到準確的位置[8]。

3.1.3 農業傳感器技術。農業傳感器技術是農業物聯網的核心，主要用于采集各類農業信息，包括空氣溫度、濕度等環境指標參數，畜禽養殖業中的有害氣體含量，種植業中的光、溫、水、肥、氣等參數，以及水產養殖業中的酸堿度、氨氮、溶解氧、濁度、電導率等參數。

3.1.4 遙感技術。遙感技術從不同高度的平臺上，使用不同的傳感器，對地球表層各類地物的電磁波譜信息進行收集，并進行分析處理。遙感技術利用地面目標反射或輻射電磁波的固有特性，通過觀察目標的電磁波信息以達到獲取目標的幾何信息和物理屬性的目的。在智慧農業采集地面空間分布的地物光譜反射或輻射信息，實施全面監測，同時根據光譜信息，進行空間的定性與定位分析，從而提供大量的田間時空變化信息[9]。

3.2 信息傳輸技術

農業信息感知技術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[10]采用無線通信方式，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。藍牙（bluetooth）[11]是一種短距離無線通信技術規范 ，能夠實現數據和語音通信，藍牙通信帶寬為lMb/s，一個“藍牙”主設備最多同時與7個其他的“藍牙”設備通信，支持點對點和點對多的連接，使用靈活的無基站組網方式。目前主要的應用場景有數碼相機圖像傳輸，計算機、手機等的交互會議，耳機、游戲機等的電子娛樂產品等，汽車產品等。Wi-Fi（wireless fidelity）是IEEE定義的無線網絡通信的工業標準（IEEE802.11），主要特點是可靠性高、速度快，在開放的環境通信距離達到300 m以上，在相對封閉的環境里通信距離在100 m。組網靈活、成本低、可移動性好，與現有的有線以太網絡非常容易整合。但是其明顯的缺點是信號強度影響其穩定性，抗干擾性不好，且設備的功耗非常高。目前，Wi-Fi應用在如手機、PAD等的便攜式電子產品中，有效解決校園網或辦公室無線局域網的無線接入問題[12]。

3.3 信息應用技術

信息處理技術是物聯網技術的最后環節，也是智慧農業實現自動控制的基礎，應用的技術有云計算、決策支持系統、專家系統、地理信息系統、智能控制技術等技術。

3.3.1 云計算。云計算指將計算任務分布在資源池上，使應用系統實現根據需要獲取存儲空間及軟件服務。面對智慧農業中的大量數據，云計算可以實現信息存儲資源和計算能力的分布式共享，超級強大的信息處理能力同時也為大量信息提供支撐[13]。

我國近年來開展云計算對于農業生產的應用，在農業相關領域的應用都有研究。目前農業云體驗平臺包括農業信息智能搜索與服務平臺和綠云格平臺，通過這2個平臺能夠實現農業市場信息和實用技術的準確獲取與分析，為農業主管部門、企業及農戶個人提供個性化檢索，同時提供全方位的農業生產環境遠程管理服務[14-18]。

3.3.2 決策支持系統。決策支持系統以人機交互方式進行半結構化或非結構化決策。農業決策支持系統在農業節水灌溉優化、大型養雞廠管理、小麥栽培、飼料配方優化設計、農機化信息管理、土壤信息系統管理上進行了廣泛應用研究[19]。農業決策支持系統可對地方農業生產過程進行分析和模擬，預測不同決策方案的效果與效益， 從而優化農業生產決策。目前決策支持系統技術在農業結構優化、產量預測及潛力分析、確定農業投資規模等方面得到廣泛應用[20]。

3.3.3 專家系統。專家系統模擬人類專家解決各種復雜的實際問題，具有與專家水平解決問題的能力。該系統在利用農業專家多年積累的知識與經驗的基礎上，對需要解決的農業問題進行分析判斷，提出決策，使計算機在農業生產中起到人類農業專家的作用[17]。例如專家系統在榨菜病蟲害防治中的應用，為農戶和科技人員提供了病蟲害信息交流平臺，為菜農提供了病蟲害防治的科學指導，現實意義顯著[18]。

3.3.4 地理信息系統。地理信息系統主要用于建立自然條件、生產條件、土壤數據、作物病蟲草害發展趨勢、作物產量等的空間信息數據庫，為分析差異性和實施調控提供處方決策方案[15]。利用地理信息系統進行土壤適宜性評價就是將土壤質地、類型、氮磷鉀含量、有機質含量等土地數據進行整合，并賦予權重，再進行分析運算，生成土壤適宜性評價圖，也可建立數學模型，實現土地適宜性的分級[16]。

3.3.5 智能控制技術。智能控制技術主要用來解決用傳統方法無法順利解決的復雜問題。目前智能控制技術的主要研究方向包括神經網絡控制、模糊控制、綜合智能控制技術，并在設施園藝、大田種植、畜禽養殖等方面得到初步應用[20]。比如，用神經網絡分析甜瓜質量的物理測量指標與人們感官對甜瓜香味、甜度、酸度、組織結構、水分等質量指標的相關關系，來預測甜瓜質量。將實測物理標與人的感官分類聯系起來，對食品質量進行預測，在食品工業中有很重要的意義。

4 智慧農業物聯網技術應用現狀

4.1 傳感器在溫室中的應用

為了提高農作物的產量和質量，優化作物品種，使作物的生長不受或少受季節的影響，現代化設施農業快速發展，它的主要發展形勢是溫室大棚，相配套的溫室栽培技術也得到了廣泛的關注和應用。該種技術主要是利用對溫度、濕度、光照、噴灌量、通風等影響因素的測量和控制，實現對作物生長的精準控制。

在此過程中，對各類參數的測定采集尤為重要。主要是采用溫度、濕度、光照、CO2、土壤濕度、土壤養分等各類傳感器檢測農業環境中的各項物理量參數，并根據生產控制策略，實現生產自動控制，保證農作物有一個良好的、適宜的生長環境[21]。

4.2 傳感器在自動化農業機械中的應用

由于農業現代化的快速發展，對農業機械精度的要求也越來越高，對于機械各部分強度的測量也就尤為重要。例如，應用傳感器技術測定農機的性能指標及零部件的結構強度；用應變式傳感器測定犁體的阻力，為犁體曲面設計提供科學依據；播種機上安裝的光電傳感器可隨時監測機器是否堵塞，保證農作物出苗率；自動灌溉裝置中土壤溫度、濕度傳感器的使用，在保證農作物灌溉用水的同時實現節約用水[22]。

4.3 遙感技術在農業中的應用

遙感技術是一種現代測量技術，它是通過非接觸、少破壞的方法對農林業等方面信息進行測定獲取，它可以測定農作物品種的分布區域、植物品種的分類、土地肥沃程度、植物生長情況、植物受災情況等，然后通過遙感所獲得的信息來確定最合適的種植和最適度的施肥，這也就在一定程度上控制了農藥化肥的不合理使用，防止了環境污染，從而獲得更高的效益[23]。

5 智慧農業物聯網技術存在的問題

農業物聯網是一項創新型現代化信息集成技術，正在不斷改變著我國傳統農業的面貌，即便如此，農業物聯網也遇到了一定的問題[24]。

5.1 物聯網設備概念性產品多于實際應用性產品

我國農業物聯網設備主要產自高校院所的實驗室，很多都是學生們研究出的概念性產品，實際應用推廣并不高，且實驗室理論研究與農業實際應用差異較大。

5.2 不計成本的示范對農業物聯網的推廣并沒有實際價值

物聯網技術雖然說是在農業中要進行普遍推廣，但更多的注重試點示范而不看重經濟指標，尚無法實現大規模商業化應用，實際價值不大。由于我國農業仍處于弱勢地位，物聯網在我國農業領域的應用受限，發展初期同時受到資金的限制。

5.3 資金投入回報周期長，不利于物聯網推廣

農業物聯網基礎設施建設具有一次性投入大、回報周期長的特點。在農業整體比較效益低、以小農戶分散經營為主的情況下，很多物聯網設備因價格偏高很難大面積推廣。

5.4 傳感器的缺乏

目前我國農用傳感器種類較少，主要集中在溫度和濕度監測方面，對其他農業生產環境因子的監測傳感器嚴重不足，對生物本體的感知傳感器則更少。同時，國產傳感器性能不穩定，監測數據的準確性不足，且器材壽命較短[25]。

6 結語

智慧農業是我國未來農業發展的主要趨勢，是未來農業的發展方向，隨著信息技術的進一步發展，物聯網技術會得到更大范圍的應用。現在，已經可以看到物聯網技術為智慧農業帶來更多智能化和信息化，而現在要做的就是提升農業物聯網的自主創新能力，加快低成本、高可靠性、使用期限長的傳感器開發，加強 Zig-Bee技術等新型無線傳輸技術在農業上的應用研究，提升專家系統等智能決策系統的實用性和可靠性，通過單項技術突破與多項技術集成應用并舉，加快技術研發應用步伐，使基于物聯網的智慧農業可以在農村地區大范圍使用，這是我國未來農業的趨勢和目標。

7 參考文獻

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第3篇

【關鍵詞】設施農業；現狀；優勢；措施；發展趨勢

1我國設施農業的發展現狀探究

我國是一個農業大國，農業依舊是我國經濟發展的命脈之一，農業的發展也是全面實現小康社會的重要任務。但我國的農業技術相對于一些西方發達國家來說還比較落后，設施農業技術也比較落后。推動設施農業技術與國際接軌，并共同發展是農業發展的重要任務。現階段，我國設施農業中塑料大棚種植和玻璃溫室種植比較普遍。設施結構不完善，溫室內空間利用率低，造成我國農業基礎設施對土地占用率較大卻又得不到高效的使用,從而造成了許多不必要的資源浪費情況。由于農民普遍收入較低，購買能力有限，造成了設施機械化程度不高，我國溫室中大多使用的設施裝備水平較差，所采用的設施極其簡單，基本上只是起到防雨和保溫作用。這種低水平的農業設施對于自然災害的抵抗能力較差，北方地區如果遇到連續的降雪天氣，溫室頂部的電動卷簾機會被冰凍，無法正常工作，影響了溫室的光照和通風。[1]下雪后，簾子卷不起來，沒有陽光光照，作物不生長，溫室內濕度增大，作物生病等一系列問題。農戶種植作物缺乏科學性，種植部分作物，會整袋肥料往菜畦里施，生怕肥力不夠影響產量，或者大量使用農藥，作物農藥殘留嚴重超標。

2先進設施農業技術的優勢

發展設施農業，必須依靠科技，提高生產效益。施肥前應該先對土壤進行檢測，測出土壤中的養分含量，推測出施肥結構、施肥數量、施肥時期和施肥方式。然后根據種植的蔬菜制定出專用的配方施肥方案，對癥下藥。利用先進施肥方式，如：秸稈生物反應堆、二氧化碳施肥等。殺蟲燈可以吸引害蟲接近，利用高壓電將害蟲殺死或者利用毒藥將害蟲毒死。通過安裝沾蟲板、殺蟲燈的方法可以取代農藥。高溫燜棚能消除溫室內病菌，殺滅蟲卵，改良土壤，減少后期農藥使用量。推動綠色防控技術，可從源頭上減少農藥殘留和污染，保證蔬菜產品質量安全。

3設施農業的改進措施

3.1提高設施農業科技水平

科學技術是第一生產力，各行各業的發展，都要以科學技術作為支撐，設施農業自然而然也不例外。唯有依靠科技創新，才能使設施農業取得更快、更好、更加持續的發展，才能真正將資源優勢，轉變為競爭和效益優勢，才能真正促進設施農業的良好、平穩發展。[2]這就要求，必須認真重視起科研開發，不斷加大其力度，使那些設施農業中的關鍵性技術問題得以解決，注重利用相關的生物技術開展工作，加快研究開發設施農業的配套技術，比如農用的小型機械設備、溫室大棚新型的覆蓋材料，加快設施農業的機械化進程。要注重溫室大棚先進技術的研究開發，例如節能增溫、節水灌溉技術等等。除此之外，還應加大對新品種及后加工處理技術的研究，提高我國在國際市場上的競爭力。

3.2產品生產過程中建立生產技術保障體制

隨著人們生活水平的不斷提高，人們越來越注重生活質量.當今社會，隨著環境污染問題的不斷出現，人們越來越關注自己生存的環境，越來越注重健康問題，飲食健康儼然已成為一個熱門話題，綠色無公害是人們對飲食的高質量追求。所以，綠色產品生產技術保障體系的建設，是設施農業生產發展的必然趨勢。在設施農業中，所使用的生產資料都是專用的，比如生物肥料、生物藥劑、生物制劑等等。促使我國的農業發展更加的精準化，所生產出來的食品更加的安全、無污染純天然的綠色食品，符合當代人環保、健康、綠色的理念，有利于我國農業的可持續、健康、平穩的發展。與此同時，設施農業的發展也產生了一些問題，比如地膜產生的污染，養殖廠、工廠的廢棄物造成的環境污染等等，這些問題的發生，都對我們賴以生存的環境產生了新的污染，嚴重威脅了人們的健康問題，在大力發展設施農業的同時，環境污染問題也不容忽視，必須不斷強化農業生態環保的意識，將這些環境問題重視起來，并進行有效的解決。

3.3建立符合我國國情的設施農業體系

要加快設施農業的產業化進程，必須從企業抓起，加大高新技術所占的比例，加快技術和產品的更新換代。利用龍頭企業，將農戶、市場及企業，以合同形式緊密聯系在一起，形成技術、生產及銷售的一體化，促進設施農業企業的進步與發展。我國土地面積廣闊，各地的地域及氣候條件，都有著明顯的差別，各地的經濟、市場以及技術也存在著一定的差異性，所以，各個地區的農業生產條件也是不盡相同的，也是有不小差異的。這就要求，在發展設施農業的時候，必須根據本地區的特點，做到因地制宜，不能單純拿來任一的模式就照搬，在符合本地區特點的同時，將實用性和先進性有機融合起來，只有這樣，才能建立符合我國國情的設施農業發展體系，促使設施農業有目的、有計劃的發展。

3.4大力發展農村設施農業

伴隨著我國經濟的不斷發展與進步，人們的生活水平不斷提高，人們越來越注重對高生活質量的追求。為了使廣大的農民受益，我國在推進社會主義新農村建設，設施農業對加快其發展作出了重大的貢獻，它對農業的產業結構，進行了合理的調整，實現了農民的增產增收，加快了農村生產力的發展，使農村的生態環境得到了改善。從整個農村設施農業的現狀來看，其發展水平仍有待提高，設施機械化程度不高，對農村設施農業的發展，產生了一定的阻礙作用。[3]由此可見，大力普及與推廣生產科技知識是十分重要的，組織相關的專家人士，深入一線崗位進行指導，運用以點帶面的方式，加快生產科技知識的普及推廣，通過科技示范的建設作用，加快我國農村設施農業的發展。

4我國設施農業的發展趨勢

我國從事農業工作的人數會不斷減少，這一狀況下，機械設備將起到更加重要的作用。耕作機械，栽苗機械，灌溉機械的發展顯得尤為重要。隨著施肥設備、灌溉設備等研究的深入，農業工程機械也會在設施農業上得到廣泛的應用。精準化、智能化將是設施農業的發展趨勢。設施農業是人類智慧和現代科技的融合，將為我國的農業發展做出了更重要貢獻。

參考文獻

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