探究物联网核心技术在现代农业领域的应用

康宪芝 陈静 滕岳 高贝贝

(沧州交通学院，河北 沧州 061000)

近年来，物联网技术一出现，国家就出台了多项政策鼓励物联网行业的发展与创新。我国作为传统的农业大国，一直注重在农业领域中采用先进的科学技术，因此使用物联网技术推动农业发展具有重要意义。目前北京、上海、山东、广东等地区已经建立特色农业物联网示范基地，促进了物联网技术在现代农业中的应用[1]。

1 物联网技术

物联网主要指通过使用各种不同类型的传感器，采集需要监控、互动、连接的信息，并通过各种类型的网络接入，实现物与物、物与人的连接，实现感知、识别和管理的智能化，可以让能够被独立寻址的普通对象组成互联互通的网络。物联网技术在社会生活各个领域有了很多的应用空间，物联网核心技术主要有以下几个方面。

1.1 射频识别技术

射频识别技术是通过射频信号自动识别特定目标并获取相关数据，实现非接触识别。射频识别技术和传统的条形码相比优点突出，不仅能够防水、耐高温，使用寿命长；而且能够自动识别、识别能力强、可实现长距离识别；对得到的数据可以加密、存储信息可以随时修改，并且可以存储比较大的数据量。该技术在物流、零售等行业可以实现全球范围的物品跟踪和信息共享。

1.2 传感器网络技术

传感器网络技术在物联网智能领域应用很广。传感器是外部信息获取的源头，利用各种类型的传感器获取需要的各种物品信息、环境信息，并把采集到的数据进行存储或根据实时采集的数据进行监控和管理。传感网络技术主要目的就把信息的获取、处理、传输和执行集成在一起，可以有效提高系统的自动化和智能化。

1.3 全球定位技术

1.4 计算机技术

物联网技术是计算机技术的发展，能够使万物之间互通互联。在智慧农业领域，运用计算机技术将各类传感器采集的数据上传到监控云平台。通过网络把多个成本性能较低的计算实体组成一个具有强大计算能力的系统。

1.5 网络通讯技术

通过传感器网络采集到的数据信息需要通过网络通讯技术进行传输。最常使用的通讯技术有4G通讯技术及5G通讯技术，还有非常普及的LORA无线通讯技术及M2M技术。在智慧农业中，网络通讯技术能够远程完成自动化控制，实现人、机、系统的交互，使机器之间能够在无人干预的情况下进行通信和操作。

在物联网技术中，5个核心技术相辅相成。计算机技术就像大脑处理数据进行决策，传感器网络就像神经系统感知外界的信息变化，射频识别技术就像眼睛获取周边信息，全球定位技术就像人体细胞，而网络通讯技术就像血管传递不同信息。无论外界环境还是物体有任何变化，传感网络都能够感受到，并把信息传递给大脑进行处理和控制。

2 物联网核心技术在现代农业领域的应用

2.1 农业智能化种植、养殖

2.1.1 大田基地智慧种植

采用物联网技术可以对农作物生长过程中的环境信息、土壤信息、农作物信息进行全面的监控。要落实全部监控智能化要配备卫星定位导航系统、计算机系统、进行监测的所有传感器及相应的机械设备。

环境信息包括大气的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度以及是否存在有害物质，通过物联网技术对这些参数进行实时的监测分析，再通过手机或电脑终端对相应的机械设备进行控制可以调整环境达到植物最佳的生长状态。

土壤环境是影响农作物产量的重要方面，通过对土壤酸碱度、溶解氧含量、电导率、湿度、养分等参数的实时检测与分析，结合所种植农作物的不同确定施肥和灌溉的措施。根据传感器测得的土壤数据，经过计算机的分析，确定灌溉时间、时长，确定施肥量及施肥路线。农民可以通过智能设备进行控制，可以有效节约水和化肥的使用量。

由于甄峰所提出的理论时间过于久远，不适合现在的发展环境。同时，我国区域创新的指标体系中知识创新、技术创新、创新资源投入能力、创新产出、创新环境投入、人才实现能力和国家政策等多项指标都为研究提供了更多的支持。现存的评价体系因缺乏选取协同性的指标，单一的指标不能满足企业以及多部门的创新，创新的需要加强知识和技术的融合，多主体、区域间的合作将成为未来创新发展的核心。结合辽宁地区实际情况，对辽宁地区区域创新能力建立指标体系，并以辽宁省大连市和鞍山市为例，对两地的创新能力优势进行比较，进而找到最适合辽宁地区的区域创新指标。

农作物信息监测，不同位置的土地上农作物生长情况也会存在不同，可以根据监测到的信息规划施肥措施。农作物生长过程中除了浇水、施肥还有一个非常重要的问题就是防虫害。随着5G技术的发展，物联网系统性能进一步提高，可以根据大数据和高新科技进行精确检测。通过数据分析可以有效预测虫害发生的时间、轨迹，能够更加有效更加精准的防治，避免大量使用农药对人体造成伤害。

2.1.2 畜禽养殖

在畜禽安全饲养方面，通过物联网技术能够获取畜禽的生长情况、喂养环境、防疫用药情况等信息，可以实现自动化的喂食、喂水及环境调节，及时发现畜禽生病情况有效防疫，并建立相应的数据档案对畜禽数量、繁殖、用药、饲养等情况做相应记录，作为畜禽产品可以安全溯源的数据基础[2]。同时利用物联网技术开发出的针对养殖场的管理系统，可以对畜禽进行档案管理、防疫管理、医疗管理。通过电子标签可以快速获得每个畜禽的所有养殖信息，可以对养殖生产进行有效的监督和管理。

2.1.3 渔业生态养殖

物联网技术应用到到渔业各个环节。在水产养殖中，通过对养殖环境安装不同类型的传感器和网络监控设备，对水体温度、溶解氧、pH值、盐度、浊度等信息进行监测，并对测量数据进行评估，根据所得参数进行智能控制。在海洋渔业中，可以通过海洋监测站、图像采集系统及卫星定位通信技术监测海洋盐度、温度、溶氧、浮游生物以及污染物等情况。海洋监测渔船无法到达的地方可以通过卫星实时传输数据。对提供海洋渔业资源信息，防治海洋污染，为海洋突发事件预警提供了帮助。

2.2 农产品流通及安全溯源

物联网技术可以给农产品提供一个平台，使农产品能够更好的“卖出去”。与发达的城市相比，农村交通设施不便，且消息相对闭塞。随着电商知识越来越普及和政府的大力支持，许多企业搭建了农村物流的大数据平台，农资网上商城也逐渐建立，物联网技术结合电商模式可以给农业的种植、养殖及销售开启一个新的篇章，产品信息通过互联网可以被更多的消费者看到，能够更好的销售出去。

通过农业物联网可以使农户和经销商建立联系。经销商可以通过物联网了解哪些地方的农作物成熟了，哪些地方农作物数量多质量好，可以提前和农户做好收购计划。农户也可以通过物联网知道农产品的销路情况，哪些农产品过剩不好销售，哪些农产品比较稀缺供应不足，根据统计数据对经销商进行选择，根据农产品销售情况确定下一季度的种植、养殖计划，可以有效防止由于农产品滞销带来的经济损失。

通过物联网还可以对农产品进行供应链管理。物联网技术可以收集农产品种植养殖、生产、加工、存储、物流及供应商等信息，并根据这些信息对产品的供销进行系统科学的管理。物联网技术可以赋予农产品身份信息，通过条码、二维码、射频识别标签可以使用扫描设备读取产品的所有信息，如产地、物流、配送人员，不仅有利于保障食品安全，而且方便实施售后，也为近几年新冠肺炎疫情的流调溯源提供了帮助。

2.3 数据采集中心

基于物联网技术对农业种植养殖生产销售过程中的数据进行实时采集，可以提高数据采集效率和数据质量。传统的统计方法效率低、误差大、成本高。利用物联网技术可以使数据收集更加方便快捷，可以存储大量数据，在保证数据准确性的同时还能有效防止数据丢失。由于物联网的数据具有实时性和动态变化性，可以对需要监控的对象采用建模的方法进行数据整理。使用不同的数据流分类方法针对用户需要了解的侧重点可以得到不同的分类结果。将计算机网络技术和统计分析技术相结合，建立农业数据采集中心，能够有效提高工作效率，并保证结果的准确性。

3 农业物联网存在的问题

3.1 农业种植养殖环境的问题

农产品的生产和流通有其自身的特点。农村的种植养殖环境一般比较分散、偏远。虽然政府投出大量的财力物力来改善农村生产生活环境，但是有些偏远地区农作物种植基地、畜禽水产养殖基地环境复杂，农户散落，给农产品的生产和运输带来很大的不便。农产品种植、养殖与季节息息相关，不同季节供需差距较大。物流需要根据农产品的成熟季节的不同进行调整。一些较偏远的地区网络环境比较差，不能够搭建云平台实时读取数据和外界有效交流信息；基础设施薄弱的地方电力系统也不完善，电力系统不足导致所有电子设备都不能正常工作，无法提供物联网需要的基本物理条件。

3.2 物联网技术与农业领域的融合度不够

虽然我国已经建立了许多大田种植基地、畜禽养殖基地、渔业养殖基地。总体来说物联网技术在种植养殖的应用中时间较短，还有许多不足需要在实践中摸索改进。在一些新的应用领域物联网还处于试验阶段，没有统一的技术指标和规范标准，随着物联网的发展，国内出现许多水平不一的云平台，企业和用户很难选择合适的平台和供应商。部分企业和种植养殖人员缺乏技术经验，推广难度较大。物联网技术和产业的融合还需要不断探索。

3.3 缺少熟悉物联网专业与现代农业的复合型人才

农业物联网是现代农业的新兴事物，迫切需要既熟悉物联网专业又懂得现代农业的复合型人才。在实际的农业领域，大部分农户文化水平较低，一些种植养殖人员和企业观念陈旧不能接受新的科学技术，种植养殖过程中仅凭借自身经验，缺少系统的科学的种植养殖管理理念，缺少相关技术的培训，缺少技术人员给予科学的种植养殖和管理办法的技术支持，很难满足智慧农业的发展需求。缺少能够对农业种植养殖数据的信息分析人才，难以根据获得的数据对环境灾害、市场需求进行有效分析、科学判断。因此，急需专业水平较高的复合型人才来推动我国智慧农业的发展[3]。

4 现代农业物联网技术的发展趋势

4.1 物联网配套设施越来越完善

国家正在加大资金投入、引入社会资金加强物联网在农村的基础设施建设，建立提供良好的电力资源和网络环境。政府已经出台相关政策大力扶植农资电商，以电商的发展带动配套体系的不断完善。

4.2 物联网使用越来越普及

国外的物联网技术已经比较成熟，能够实现对地区环境的实时监控，为农业提供数据支持。我国现阶段也已经建立了很多大田种植基地、畜禽养殖基地、渔业养殖基地，经过不断的完善也将在我国逐步普及。

要努力降低成本，物联网平台的建设，大量高精度传感器的使用，都会提高使用和研发的成本，而农业物联网的普及降低成本是一项非常重要的前提条件；平台标准化，目前国内存在着大量的云平台供应商，水平参差不齐，因此需要对平台设计建立统一的标准[4]；安全性，通过物联网可以快速读取大量数据，并进行处理，提高物联网的安全性是非常关键的。可以通过建立传感器网络秘钥管理系统，增加无线传感器安全路由协议，使用相关的算法提高物联网使用的安全性。

4.3 不断培养高精尖人才

任何技术的发展都离不开相关领域的人才培养，农业物联网具有一定的综合性，需要积极培养高素质、高水平的专业人才。要加强对农户的技术培训，由专业人员定期对农户进行技术支持；培养既熟悉物联网专业又懂得现代农业的复合型人才，出台激励政策鼓励大学生回乡支持农业发展建设[5]。

4.4 “5G+大数据+AI技术”共同发展

伴随着大数据、5G、AI等新一代信息技术的发展，物联网也将迎来新的契机。随着无线通讯技术占比的加大，5G技术正是面向产业互联网和智慧农业智慧城市等更广阔的应用，能够支持更多的智能终端设备的接入。有数据显示，5G可以做到1km2接入100万个传感器进行联网。大量的终端接入必然会积累大量的数据，大数据技术可以对这些数据进行分析存储，经过数据分析可以得到更有价值的信息。AI技术则会根据数据的分析，结合先进的算法进行优化，最终对终端进行反馈。有“5G+大数据+AI技术”的共同支持，物联网将不仅仅局限于万物皆可互联，而是可以实现万物皆可智联。

5 结语

物联网行业的出现促进了农村种植、养殖及生产销售模式的转变。采用物联网技术，可以对农作物种植、畜禽养殖、渔业的信息进行有效监测和控制，在保证农产品质量的同时提高产量。随着物联网技术在现代农业领域的应用越来越成熟，信息技术在农业领域应用的范围越来越广，借助国家对农业经济的扶持，对农业物联网人才的培养，智慧农业将得到全面的发展，农业生产销售水平必然要上一个新台阶。