农业物联网在种植业中的应用探析

官文

（江苏省徐州市铜山区种子站，江苏徐州221113）

农业物联网在种植业中的应用探析

官文

（江苏省徐州市铜山区种子站，江苏徐州221113）

在介绍农业物联网组成的基础上，分析了物联网在种植业不同领域的应用现状，包括设施农业、大田生产、精细灌溉以及农业资源管理等农业生产的多个领域，并展望了物联网在种植业中的应用前景。

农业；物联网；种植业

物联网技术最早是由美国的麻省理工大学（MIT）在1999年提出来这一概念。它在不同的国家有不同的称呼，有的国家叫作无线传感器网络，或者泛载网，在我国叫作物联网。它最初的目的是实现物品的智能化监管。早在1999年，我国就已经存在物联网的应用，并且在世界传感网领域，与德国、美国、韩国一起，成为国际标准制定的主导国之一。时至目前，物联网的踪迹已经遍布人们的生活和工作的各个角落。

农业物联网就是通过无所不在的感知和智能化的控制，来实现农业生产的精播、精施和精准控制，以达到高产、高效、优质、生态和安全的生产目标。农业是个古老的产业，兼具地域性、季节性和多样性，这就决定了农业物联网是一个复杂的聚系统。该研究对农业物联网在种植业中的应用进行探讨，旨在为促进农业发展提供借鉴。

1 物联网组成

根据信息生成、传输、处理和应用的原则，农业物联网可以分为感知层、传输层和应用层。

1.1 感知层

感知层是农业物联网发展和应用的基础层，主要作用是以农业传感器、射频识别、GPS、遥感、条码等技术，采集各类物理量、身份标识、情境信息、音频、视频等数据，如农业传感器技术主要用于采集各个农业要素信息，包括农业水体信息传感器、环境类传感器、土壤类传感器、植物理化传感器等。而遥感技术则可以利用高分辨率传感器采集地面空间分布的地物光谱反射或辐射信息，主要用于作物长势、水分、养分、产量的监测，从而实现对“物”的识别。

1.2 传输层

传输层是建立在现有的移动通讯网（通讯塔与农网服务器等）和互联网基础上，具有大范围的信息传输和广泛的互联功能。农业物联网通过各种接入设备（天线）与移动通讯网和互联网相联（手机上塔发出圈），将感知层获取的农业生产信息，以多种通信协议，发布到局域网与广域网。

1.3 应用层

应用层面向终端用户，是农业物联网发展的最终目的。它的主要作用是对数据进行融合，利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量的感知信息进行分析和处理，处理后制定科学的管理决策，从而实现智能化控制农业生产过程。保证农业生产产前正确规划以提高资源利用率，产中精细管理，以提高生产效率，产后高效流通，实现安全溯源等多个方面，促进农业的高产、优质、高效、生态与安全。

2 物联网在种植业不同领域的应用现状

2.1 设施栽培

与养殖业有所不同，在种植业，主要是通过视频监控以及各种传感器获取农产品的各种信息。就如同在蔬菜大棚里所看到的，摄像头通过视频采集的方式监控大棚内蔬菜的生长状况，以及生产人员的管理操作；土壤传感器、光照传感器以及空气温湿度传感器等大量的传感器节点构成了一张张功能各异的监控网络，实时采集与蔬菜生产相关的各种生产信息和环境参数。无论是监控视频，还是各种生产信息、环境参数，最终都会通过无线传播的方式，实时上传到物联网的数据中心平台。

在物联网数据中心平台与大棚内的控制设施联接后，当大棚内的温度、湿度和光照等环境参数发生变化时，在无人状态下可以实现大棚遮阳、通风、喷洒装置的自动控制，从而保持大棚内最优的生产环境。

2.2 大田生产

不仅设施栽培能实现对农产品进行生产监控，大田农作物的生产，同样也可以对大田的苗情、墒情、病虫草鼠情和灾情等实现实时监控。高清摄像头通过视频与图像信息的采集，以监控大田农作物苗情；农田小型气象站对农田所处地理位置的风向、风速、空气温湿度以及光照强度进行实时监测，而太阳能诱虫灯则是通过对农田害虫的诱杀，获取农田的虫口密度等信息。土壤肥力感知系统通过激光、红外线等技术快速获取土壤肥力信息。这套土壤肥力感知系统主要是利用激光技术和近红外技术对土壤的要素进行全面感知，包括土壤中的重金属，土壤中的全氮、全磷、全钾，进行全面的信息获取。

这一系列监测设备获取的信息，最终将汇总到农业综合决策中心进行处理，从而对农作物的种植、病虫害管理、水肥管理、收获等工作进行科学的诊断、指挥和调度。如病虫草害自动识别系统，农民利用手机拍摄田间实时病虫草害危害图片，通过手机客户端上传到自动识别系统，经过自动识别后，系统立即将病虫草害对应的防治方法发送到手机客户端，从而指导农民合理用药、科学防治病虫草害。

2.3 精细灌溉

无论是设施栽培，还是大田生产，都离不开灌溉，只要在农田中安装数个或数十个土壤水分传感器，同时，结合滴灌、喷灌等设备，什么时候灌溉、浇灌多少等便能够轻松而精确地掌握。因为多个土壤水分传感器组成了一个传感器网络，可以监测到不同区域、不同深度的土壤水分含量，监测到的数据发送到数字农业专家平台，经过分析处理后，在专家的指导下，再通过手机或网络的形式，实时向农民发送田间灌溉作业的指令。甚至，当某一区域内传感器测到土壤水分低于设定的灌溉阈值时，灌溉监测控制器可以自动开启灌溉设备，对农田进行浇灌，直到土壤水分超出设定灌溉阈值时，灌溉监测控制器自动关闭灌溉设备，停止灌溉，从而准确控制田间的灌水量，这就是通过物联网技术构建的精准农业灌溉系统。物联网在农业灌溉上的应用，不仅起到了节水、省工的作用，而且实现了精细灌溉。

不仅如此，就连这稻田内的水温都可以实现人为控制。主要是利用这个探头实时监测稻田水温，当水温高于系统设定的适宜温度后，系统就会自动发出命令，向田间注入新的水源以降低水温，从而避免水稻发生高温热害。

2.4 农业资源管理

物联网不仅在田间、温室、养殖场等小范围内可以实现物与物、人与物的“对话”，而且，通过近地遥感、高空探测、卫星遥感、地理信息系统等传感手段，还能宏观地获取各种农业资源的信息：利用遥感技术进行大面积、大规模、实时、动态的土地利用状况监测，监测到的信息能清晰地显示各种土地利用类型的特征与分布；通过农作物遥感识别，能准确识别土地覆盖类型，不仅如此，借助高光谱信息，还可以及时估算、预测农作物的生物量、叶面积指数、叶绿素等生理参数，甚至病虫为害情况；通过设置在天上、地下的各种传感器，能够直接观测或测量水资源的总量、地下水位深度等数据。无论是对土地资源的监测还是水资源以及生物资源的监测，获取的农业资源信息最终都将被进行融合处理，从而实现对作物种植种类和面积、土地变化及利用情况、水资源情况及气象气候等的宏观监控，为相关部门提供决策参考，指导农业发展和资源的可持续利用。如种子物联网，利用传感器、射频识别、条形码、全球定位系统等现代物联网技术，将种子选育单位、种子产地、种子企业、种子销售商、种植农户、监管单位、包装种子、种子库等相关元素通过互联网连接起来，在农作物种业形成一个农作物品种种子“选育→保护→审定→繁殖→生产→流通→销售”的信息追溯链条和全程的多功能服务网络体系。

3 物联网在种植业中的应用前景

3.1 种子物联网

种子物联网利用传感器、射频识别、条形码、全球定位系统等现代物联网技术，将种子选育单位、种子产地、种子企业、种子销售商、种植农户、监管单位、包装种子、种子库等相关元素通过互联网联接起来，在农作物种业形成一个农作物品种种子“选育→保护→审定→繁殖→生产→流通→销售”的信息追溯链条和全程的多功能服务网络体系。

3.2 土壤肥力感知系统

土壤肥力感知系统主要是利用激光技术和近红外技术对土壤的要素进行全面感知，包括土壤中的重金属，土壤中的全氮、全磷、全钾，进行全面的信息获取。

土壤肥力感知系统主要利用激光技术和近红外技术对土壤的要素进行全面感知，实现土壤中全氮、全磷、全钾和多种重金属的实时检测，有效地解决大面积、低成本的土壤肥力信息的快速获取问题，为精准施肥和有效保护土壤环境提供技术支持和保障。

3.3 病虫草害自动识别系统

农民在田间通过手机拍摄田间实时病虫草害为害图片，通过手机客户端上传到自动识别系统后，经过自动识别，系统立即将病虫草害对应的防治方法发送到手机客户端，从而指导农民合理用药、科学防治病虫草害。

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（责任编辑 张杨林）

Analysis on Applications of IOT in Farming

GUAN Wen(Tongshan District Seed Station in Xuzhou City of Jiangsu Province,Xuzhou,Jiangsu 221113)

Based on introducing the parts of IOT,the application status of IOT in different areas of farming, including agriculture,field production,fine irrigation and agricultural resource management and others were analyzed.Moreover,the prospects of IOT in farming were looked up.

Agriculture;Internet of things;Farming

S126

A

2095-0896（2014）02-060-03

官文（1968-），女，江苏铜山人，计算机信息处理技师，从事计算机信息处理研究，E-mail：455102627@qq.com。

2014-01-19