国外农业物联网技术发展及对我国的启示

□唐 珂

(接上期)

四、农业物联网取得了广泛应用

在国外，农业物联网的应用主要集中在农业资源监测和利用、农业生态环境监测、农业生产精细管理和农产品安全溯源等方面。

（一）农业资源监测和利用领域。在农业资源监测和利用领域，利用各种资源卫星收集国土资源情况，利用先进的传感器、信息传输和互联网等综合化信息监测、传输、分析平台实现区域农业的统筹规划和资源监测。如美国加州大学洛杉矶分校建立的林业资源环境监测网络，通过对加州地区的森林资源进行实时监测，为相应部门提供实时的资源利用信息，为统筹管理林业提供支撑。欧洲主要利用资源卫星对土地利用信息进行实时监测，其中，法国利用通信卫星技术对灾害性天气进行预报，对病虫害进行测报。

（二）农业生态环境监测领域。在农业生态环境监测领域，主要利用高科技手段构建先进农业生态环境监测网络，利用无线传感器技术、信息融合传输技术和智能分析技术感知生态环境变化。如美国加州大学伯克利分校的研究人员通过无线传感器网络对大鸭岛上海燕的栖息情况进行了9个月周期性的环境监测，采用区域化静态MICA传感器节点部署，实现了无人侵、无破坏的对敏感野生动物及其栖息地的监测。美国、法国和日本等一些国家主要综合运用建立覆盖全国的农业信息化平台，实现对农业生态环境的自动监测，保证农业生态环境的可持续发展。

（三）农业生产精细管理领域。在农业生产精细管理领域，将光、温、水、气、土、生物等传感器布局于大田作物生产、果园种植、畜禽水产养殖等方面，实现不间断化感知、实时化决策、精细化生产。如2002年英特尔公司率先在美国俄勒冈州建立了世界上第一个无线传感器网络葡萄园。通过采用Crossbow公司的Mote系列传感器，每隔一分钟采集一次光照、土壤温湿度等数据，实时监控葡萄生长环境的细微变化，确保葡萄的健康生长；2004年美国佐治亚州的两个农场使用了与无线互联网配套的远距离视频系统和GPS定位技术，分别监控蔬菜的包装和灌溉系统。荷兰VELOS智能化母猪管理系统，能够实现自动供料、自动管理、自动数据传输和自动报警。泰国初步形成了小规模的水产养殖物联网，解决了RFID技术在水产品领域的应用难题。

（四）在农产品安全溯源领域。在农产品安全溯源领域，利用条码技术和RFID技术等来跟踪、识别、监测农产品的生产、运输、消费过程，保证农产品的质量安全。例如2001年起，加拿大肉牛使用一维条形码耳标之后又过渡电子耳标；2004年日本基于RFID技术构建了农产品追溯试验系统，利用RFID标签，实现了对农产品流通管理和个体识别。近年来，RFID的应用更加广泛并由此形成了自动识别技术与装备制造产业。据美国市调公司ABIresearch2007年度第一季报告显示，2006年全球RFID市场为38.12亿美元，其中亚太地区已跃为全球最大市场，规模为14.07亿美元。

（五）农业物联网云服务领域。在云存储、云计算和云分析等方面建立了平台化服务。2007年Google第一次提出“云计算”概念，2008年微软推出Windows Azure操作系统，力图在互联网架构上搭建新的云计算平台。亚马逊使用弹性计算云（EC2）和简单存储服务（S3）为企业开展云计算和存储服务，美国政府推出了包括美国农业部在内的各大部委主要数据的大型数据开发平台USA.gov，并且开发了第一个云计算成果Apps.gov网站。日本从2009年5月开始，致力于建设Kasumigaseki Cloud系统，打造国家云计算战略部署。将云技术迁移到农业领域可以更好地促进农业物联网的发展，在农业云平台上，云存储通过在线存储、网络硬盘等方式解决了农业信息资源分散、行业条块分割和涉农信息与资源整合不够的问题；云计算针对农业也逐步完善基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）、软件即服务（SaaS）的架构模式，“平台上移、服务下延”的模式变得更加泛在云服务使得农业物联网的发展变得更加及时、方便和泛在。

五、国外农业物联网技术发展对我国的启示

西方发达国家和周边国家在农业物联网技术的研究和应用方面巳取得了很大的成就，与之相比，我国农业物联网技术发展还存在着一定的差距。

（一）农业精细化、自动化程度较低，物联网应用环境不完善。近年来，一些发达国家已开始大面积推广精细化、自动化的农业生产技术，对农作物的生长环境进行监测，并针对作物生长需要进行生长环境、农业机械的自动控制，因此物联网技术可以无缝接入，应用环境较为完善。而我国在农业生产精细化、自动化方面还比较薄弱，现有的农业监测及动控制技术普及率较低，物联网应用环境还不完善，制约了农业物联网应用的发展。

（二）物联网传感器实用化程度较低，管理不方便。与国际先进的物联网传感器技术相比，我国的物联网传感器还存在着设备体积大、功耗高、感知数据精度低、设备在恶劣自然环境下不稳定等问题。由于农田环境下传感器电源不易更换、损坏检修困难，传感器的上述问题给传感器管理带来了不便，阻碍了传感器在农业生产环境下的广泛部署。

（三）物联网数据传输可靠性较差，数据收集不稳定。农业生产环境的自身特点和传感器低功耗的技术需求给农业物联网数据传输提出了更高的要求。我国在低功耗下的网络传输安全性技术抗干扰技术、自动动态组网技术等方面相比国际先进水平还存在一定的差距，网络传输的不稳定给后端数据处理和智能分析带来了一定的困难。

作为一个农业大国，我国应该努力学习国外先进技术，结合我国实际情况研究开发出适合我国国情的农业物联网技术和设备，努力扩展农业物联网技术在我国的试点应用。

1. 发展微型化传感器。努力发展微型化传感器。微型传感器可以有效地节约资源、降低制造成本、减少能源消耗，同时微型传感器更加便于使用，可以减少传感器占用的空间。目前发达国家已在相关方面开展了大量的研究，我国应加快脚步，在微型传感器领域进行更力深入的研究。

2. 寻求系统节能策略。无线传感器网络应用于特殊场合时，电源不可更换，因此功耗问题显得至关重要。目前国内外在节点的低功耗问题上已取得了很大的研究进展，提出了一些低功耗的无线传感器网络协议，未来将会取得更大的进步。

3. 努力降低传感器成本。由于传感器网络的节点数量非常大，往往是成千上万个。要使传感器网络达到实用化要求每个节点的价格翻在1美元以下，而现在每个传感器节点的造价大约在80美元左右。如果能够有效地降低节点的成本，将会大大推动传感器网络的发展。

4. 着手解决传感器网络安全性问题和抗干扰问题。与普通的网络一样，传感器网络同样也面临着安全性的考验，即如何利用较少的能量和较小的计算量来完成数据加密、身份认证等。在破坏或受干扰的情况下可靠地完成执行的任务，也是一个重要的研究课题。

5. 研究节点的自动配置问题。未来将着重于研究如何将大量的节点按照一定的规则组成一个网络。当其中某些节点出现错误时，网络能够迅速找到这些节点并且不影响到网络的正常使用。配置冗余节点是必要的。

我们相信，在学习了国外先进的农业物联网技术后，我国必将在农业物联网领域研究出更加先进和实用的农业物联网应用，并使之服务于我国的农业生产和流通领域，为提髙我国农业的快速可持续发展做出贡献。