陶佳雯，徐 楠，劉松霖，陸怡成，陳威健

（金陵科技學(xué)院 智能科學(xué)與控制工程學(xué)院，江蘇 南京 211169）

0 引 言

我國是一個正在發(fā)展中的農(nóng)業(yè)大國，推進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展對于我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大意義。當(dāng)前基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)力發(fā)展水平與當(dāng)今社會發(fā)展要求出現(xiàn)了一定差距，難以滿足現(xiàn)代社會發(fā)展需求，導(dǎo)致農(nóng)村發(fā)展相對滯后、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)等問題?；A(chǔ)農(nóng)業(yè)暴露出的一系列問題催生了現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，且現(xiàn)代農(nóng)業(yè)已出現(xiàn)與新一代信息技術(shù)融合的趨勢。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自被正式列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一以來，受到了全社會極大的關(guān)注并得到了快速發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用旨在解決農(nóng)業(yè)發(fā)展的痛點(diǎn)問題，有助于實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品生長過程的實時監(jiān)測，保障農(nóng)產(chǎn)品生長全程可溯源追蹤，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的智能化生產(chǎn)管理，推進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)化與精細(xì)化，培養(yǎng)新型職業(yè)農(nóng)民。2020年5月，工信部發(fā)布工信廳通信[2020]25號文，即《工業(yè)和信息化部辦公廳關(guān)于深入推進(jìn)移動物聯(lián)網(wǎng)全面發(fā)展的通知》，旨在加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)的全面建設(shè)與應(yīng)用，故“物聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”必將成為未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢。

1 農(nóng)業(yè)發(fā)展產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)存問題

我國農(nóng)業(yè)發(fā)展正處在由基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型階段，這一轉(zhuǎn)型需要科學(xué)和技術(shù)不斷滲透到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，即完成從勞動密集型到技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)型過程中暴露出了我國農(nóng)業(yè)發(fā)展存在的問題。

1.1 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的不足

我國農(nóng)業(yè)發(fā)展正處在由基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型階段，基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)整體生產(chǎn)技術(shù)水平相對落后，生產(chǎn)形式多為小規(guī)模家庭經(jīng)營模式，制約了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)?；?。當(dāng)前基本農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益低下，間接影響了農(nóng)民的心態(tài)，致使勞動積極性不高，年輕勞動力多選擇外出務(wù)工，留鄉(xiāng)農(nóng)民趨于老齡化；缺少正確的科學(xué)技術(shù)指導(dǎo)，對農(nóng)產(chǎn)品品種的更新迭代能力較弱等種種原因又導(dǎo)致農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益低下。一定程度上，陷入基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)發(fā)展的死循環(huán)。

基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)銷售流通渠道單一。農(nóng)民將大部分農(nóng)產(chǎn)品對供貨商進(jìn)行大量批發(fā)供貨，單一的傳統(tǒng)線下交易模式難以滿足當(dāng)代人追求便利的快節(jié)奏生活習(xí)慣；且此銷售途徑存在中間商層層獲利問題，農(nóng)民直接獲取的經(jīng)濟(jì)利益較低，會打擊農(nóng)民勞動積極性，不利于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1.2 相關(guān)技術(shù)人才的短缺

農(nóng)村年輕勞動力多選擇外出務(wù)工，留鄉(xiāng)農(nóng)民趨于老齡化，大多數(shù)農(nóng)民自身文化水平偏低，對于相關(guān)技術(shù)的了解甚微，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)意識較薄弱。一部分農(nóng)民選擇不適合該農(nóng)作物生長的土地種植農(nóng)作物，過度依賴化肥、農(nóng)藥等化學(xué)產(chǎn)品，導(dǎo)致地下水資源被破壞和土壤肥力消耗過度，造成的一系列問題給現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的后續(xù)發(fā)展帶來一定阻礙。

盡管農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)人員及智慧農(nóng)業(yè)經(jīng)營者的培養(yǎng)已經(jīng)受到國家重視，并提出和實施培養(yǎng)相關(guān)人才的計劃，但是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)管理的一般環(huán)境條件和生活質(zhì)量與城市有一定差距，對于高素質(zhì)管理人才的吸引力較低，導(dǎo)致在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理者方面存在很大的人才缺口，難以支撐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支持

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要通過傳感器技術(shù)和嵌入式技術(shù)，將物體與網(wǎng)絡(luò)相連接，物體通過信息傳播媒介進(jìn)行信息交換和通信，輔之射頻識別（RFID）、大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈等技術(shù)，實現(xiàn)智能化識別、定位、監(jiān)管等功能。主要通過RFID標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、M2M終端、傳感器等識別物體和采集信息，掌握物體的基本屬性來對物體進(jìn)行分辨，通過合適的網(wǎng)絡(luò)形式根據(jù)其需求進(jìn)行信息處理。

作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的代表，智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展必將在未來農(nóng)業(yè)發(fā)展中占據(jù)主導(dǎo)地位，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)產(chǎn)品等多項因素進(jìn)行管控與監(jiān)督，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在的問題進(jìn)行預(yù)測、遠(yuǎn)程監(jiān)測與管理控制。因此，“物聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供一定支持，助推農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)為智慧農(nóng)業(yè)提供技術(shù)支持

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵是傳感器技術(shù)和嵌入式技術(shù)。傳感器是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的根基，其智能化轉(zhuǎn)型是提升種植業(yè)、畜禽業(yè)的信息化與智能化的核心。系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信流程如圖1所示，通過各類傳感器和攝像頭等感知層的設(shè)備獲取信息，將獲得信息通過ZigBee、4G、NB-IoT等上傳至網(wǎng)絡(luò)，利用云計算、算法與模型融合等信息處理技術(shù)對各類信息進(jìn)行處理、分析，實現(xiàn)智能判斷和決策，為農(nóng)業(yè)的智能化控制提供理論依據(jù)。利用溫濕度、光照、CO等傳感器對農(nóng)田環(huán)境信息進(jìn)行感知，有利于實現(xiàn)在作物種植前進(jìn)行土地選擇，在生長過程中實現(xiàn)實時監(jiān)測。利用攝像頭、RFID技術(shù)、紅外探測技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，實現(xiàn)對家畜行為信息的監(jiān)測。農(nóng)產(chǎn)品流通對數(shù)據(jù)技術(shù)、定位技術(shù)和共享發(fā)展的要求較高，利用區(qū)塊鏈去中心化、信息共享和數(shù)據(jù)加密的體系建立公開透明的大數(shù)據(jù)庫。

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信流程

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人才為智慧農(nóng)業(yè)提供智力支持

由于基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)發(fā)展相對滯后導(dǎo)致農(nóng)村生活環(huán)境和生活質(zhì)量沒有城市好，年輕人選擇農(nóng)業(yè)類專業(yè)進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究的興趣不高，當(dāng)前智慧農(nóng)業(yè)經(jīng)營者的新型農(nóng)業(yè)從業(yè)者缺口較大。目前，我國開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的高校較多，開始重視科技人才的培養(yǎng)，政府還對學(xué)成返鄉(xiāng)進(jìn)行農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)建設(shè)的學(xué)生給予一定經(jīng)濟(jì)支持。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如今在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已得到一定范圍的應(yīng)用，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)開始向技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，農(nóng)村生活質(zhì)量得到了一定程度的改善，并且獲得了政策扶持，會有越來越多的年輕人選擇回到農(nóng)村，這些人將是新型職業(yè)農(nóng)民的預(yù)備人選；另外，政策鼓勵外出務(wù)工人員返鄉(xiāng)建設(shè)，可以從中選擇一批能接受新事物、有能力掌握農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的青年人進(jìn)行培養(yǎng)。保證新型職業(yè)農(nóng)民能夠創(chuàng)新和應(yīng)用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、現(xiàn)代化、智能化，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供智力支持。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)助推農(nóng)業(yè)發(fā)展的分析及各子系統(tǒng)流程實施

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以通過傳感器和通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對農(nóng)情的監(jiān)控，有效提升農(nóng)業(yè)管理水平；同時可利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立自然災(zāi)害預(yù)警機(jī)制。物聯(lián)網(wǎng)與區(qū)塊鏈技術(shù)的結(jié)合，在農(nóng)產(chǎn)品流通過程中有著顯著的應(yīng)用效果。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以從農(nóng)作物選種、生長、流通等多方面促進(jìn)農(nóng)業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和智能化。

3.1 土地集中管理

小規(guī)模家庭經(jīng)營模式顯然不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求，須進(jìn)行土地集中管理，將零散的土地整合成片，進(jìn)行統(tǒng)一種植和經(jīng)營。利用溫濕度、光照、CO等傳感器感知農(nóng)田環(huán)境信息，獲取、分析整片土地的信息，了解土地的土壤有機(jī)物含量、鹽漬化程度、水分含量，對農(nóng)作物的種植種類進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃。在作物生長過程中，通過設(shè)置傳感器對風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、相對濕度等信息進(jìn)行采集，可實現(xiàn)對自然災(zāi)害的預(yù)警機(jī)制。結(jié)合氣象系統(tǒng)，分析未來一段時間的降雨時長、強(qiáng)度、風(fēng)力大小等信息，并作出相應(yīng)的防御機(jī)制。

3.2 生長智能監(jiān)測系統(tǒng)

在農(nóng)作物生長的土地搭建智能監(jiān)測系統(tǒng)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用攝像頭、乙醇傳感器、pH值傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等模塊，對農(nóng)作物生長的環(huán)境和生長狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，將所測得數(shù)據(jù)按時段上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺并整合，供農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)管理人員查看。通過此系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)管理人員可進(jìn)行遠(yuǎn)程管控，不必深入田間地頭，吸引一部分高素質(zhì)管理人才對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行更優(yōu)的管理。獲得的數(shù)據(jù)可通過算法分析，對是否存在病蟲害、是否需要進(jìn)行施肥等問題進(jìn)行判斷，具體流程如圖2（a）所示。結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，了解當(dāng)前消費(fèi)者的需求和對各類農(nóng)產(chǎn)品的反饋數(shù)據(jù)，將信息傳達(dá)給農(nóng)民以便進(jìn)行作物種植方式的調(diào)整，及時、有效地幫助農(nóng)民與消費(fèi)市場之間進(jìn)行產(chǎn)品對接，避免農(nóng)民盲目種植帶來損失。

圖2 生長監(jiān)測實施流程

如圖2（b）所示，對于家畜的養(yǎng)殖，利用攝像頭、RFID技術(shù)、紅外探測技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，對家畜的行為信息進(jìn)行監(jiān)測，使用溫濕度傳感器、CO傳感器等對其生長環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，并將飼料喂養(yǎng)信息等數(shù)據(jù)一同上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺。對測得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解家畜的進(jìn)食、生長情況，以此判斷家畜進(jìn)食是否正常。根據(jù)家畜行為狀態(tài)、進(jìn)食分析結(jié)果進(jìn)行飼養(yǎng)配方的調(diào)整。結(jié)合環(huán)境的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析牲畜是否患有流感等疾病，在疾病爆發(fā)初期將患病家畜進(jìn)行隔離處理，避免因疾病全面爆發(fā)而造成的農(nóng)民難以承受的損失。

3.3 身份溯源和運(yùn)輸系統(tǒng)

當(dāng)代人越來越注重食品安全，故設(shè)置身份溯源系統(tǒng)來實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品生長階段的“透明化”，通過運(yùn)輸實時監(jiān)測系統(tǒng)避免產(chǎn)品在運(yùn)輸途中發(fā)生腐壞，流程如圖3所示。

圖3 溯源運(yùn)輸實施流程

在農(nóng)產(chǎn)品售賣之前，由于生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷售環(huán)節(jié)所需獲取信息的需求不同，所以將其生長周期內(nèi)的情況數(shù)據(jù)整合并生成RFID標(biāo)簽和二維碼。在經(jīng)過篩選或是加工過的農(nóng)產(chǎn)品的包裝袋上，附上RFID標(biāo)簽和二維碼；在加工、運(yùn)輸環(huán)節(jié)通過讀取RFID標(biāo)簽鑒別農(nóng)產(chǎn)品是否符合售賣標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)標(biāo)即可成功出庫；在銷售環(huán)節(jié)，顧客通過手機(jī)掃描二維碼，獲得所購置農(nóng)產(chǎn)品的“整合生命周期”的信息。

在運(yùn)輸環(huán)節(jié)，對運(yùn)輸車通過物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行智能監(jiān)控，在車中裝入GPS定位模塊、溫濕度傳感器、乙醇傳感器等模塊，將所獲取的信息上傳至云端，以此查看產(chǎn)品運(yùn)輸途中的實時位置、運(yùn)輸車內(nèi)環(huán)境信息及經(jīng)手人等多維度的信息。通過傳回的數(shù)據(jù)，利用云計算推算出車內(nèi)產(chǎn)品的“新鮮度”信息，確保農(nóng)產(chǎn)品新鮮度。通過分析傳回的數(shù)據(jù)對運(yùn)輸方案進(jìn)行不斷改進(jìn)完善，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)戒N售等環(huán)節(jié)信息共享和透明化管理，保證其安全可追溯，推動農(nóng)作物品牌打造，提高其產(chǎn)品附加值。

4 結(jié) 語

本文分析了如何利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、銷售等環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，可為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供指導(dǎo)，提升農(nóng)業(yè)發(fā)展水平；培養(yǎng)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)型人才，有利于提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，推進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、現(xiàn)代化、智能化轉(zhuǎn)型升級，助推農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展及智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展；應(yīng)用新一代技術(shù)與農(nóng)業(yè)結(jié)合，實施“互聯(lián)網(wǎng)+”農(nóng)業(yè)，實現(xiàn)第一產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效，惠及大眾，造福人民。