【中國安防展覽網(wǎng) 視點跟蹤】 隨著信息技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)走進了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。電信聯(lián)盟認為，物聯(lián)網(wǎng)是通過智能傳感器、射頻識別(RFID)設(shè)備、衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)等信息傳感設(shè)備按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。近年來，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)自動化需求的不斷增長和信息技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在物理感知、數(shù)據(jù)傳輸、智能處理、應(yīng)用服務(wù)等領(lǐng)域取得了重要進展。
近年來，世界農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、智能處理技術(shù)等方面取得了很大的進展
一、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)取得重要進展
隨著傳感技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，采用新材料、新機理、新工藝的新型傳感器不斷涌現(xiàn)，實現(xiàn)了高靈敏度、高適應(yīng)性、高可靠性并向嵌人式、微型化、模塊化、智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。美、德、日等工業(yè)發(fā)達國家在傳感器技術(shù)與制造工藝方面處于地位。從近兩年工業(yè)展覽會展出產(chǎn)品和廠商技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r分析可以看出，傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢是：數(shù)字補償技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)、智能化技術(shù)、多功能復(fù)合技術(shù)。同時技術(shù)參數(shù)指標(biāo)更加嚴格，制造工藝更加精細，補償工藝更加完善外觀質(zhì)量更加精美。
從整體發(fā)展?fàn)顩r來看傳感器技術(shù)主要有以下幾方面的發(fā)展趨勢：
一是本身變革的個方向：微型化、智能化和可移動性;
二是運用新原理、新結(jié)構(gòu)、新材料，以實現(xiàn)微功耗、低成本、高可靠性等參數(shù)指標(biāo)的提升;
三是研發(fā)更高技術(shù)和創(chuàng)新類產(chǎn)品，并重視產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，如地震、颶風(fēng)等自然災(zāi)害預(yù)報與監(jiān)測類傳感器產(chǎn)品。
(一)農(nóng)業(yè)傳感器微型化取得成效
納米傳感器有望為糧食問題做貢獻。英國環(huán)境、食品和農(nóng)村事務(wù)大臣希拉里本表示，納米技術(shù)將具有真正的潛力，幫助滿足人口快速增長的對世界糧食的需求，它不僅將使包裝食品的保存時間大大延長，還能促使作物的生長。在美國還有多項試驗考察研制納米傳感器，這種可植入牲畜體內(nèi)的傳感器能夠在疾病感染整群牲畜之前將其檢測出來。納米技術(shù)在納米水平上取得的新突破有助于研制出用于防止食品和飲料受到致命細菌污染或阻止氧氣進人容器內(nèi)的塑料包裝。該技術(shù)還將用于豐富食品的營養(yǎng)并保持食品中通常會隨時間流失的維生素含量。農(nóng)民還可利用該項技術(shù)確保在恰當(dāng)?shù)臅r間為作物緩慢地釋放化肥，積極探査來自病蟲害或污染物的威脅。
美國制成新型生物傳感器。美國普渡大學(xué)等機構(gòu)的研究人員制成了新型生物傳感器，能夠探測出人體唾液和眼淚中極低的葡萄糖濃度。該項技術(shù)無需過于繁復(fù)的生產(chǎn)步驟，從而可降低傳感器的制造成本，并可能幫助消除或降低利用針刺進行糖尿病測試的幾率。相關(guān)研究論文發(fā)表在《先進功能材料》雜志上。新型生物傳感器包括3個主要部分：石墨烯制成的納米片層、鉑納米粒子和葡萄糖氧化酶。其中的納米片仿效微小的玫瑰花瓣每片花瓣上均包含著多個堆疊的石墨烯層。花瓣的邊緣也懸掛著不完整的化學(xué)鍵使鉑納米粒子可以附著在這里。納米片和鉑納米粒子相結(jié)合能夠形成電極，隨后葡萄糖氧化酶也可附著在鉑納米粒子上。酶能將葡萄糖轉(zhuǎn)化為過氧化物，并且在電極上產(chǎn)生一個信號。通常情況下在獲得具有納米結(jié)構(gòu)的生物傳感器成品前需要經(jīng)歷復(fù)雜的處理步驟，其中包括光刻、化學(xué)處理、蝕刻等。而這些納米片花瓣的好處就是，它們能夠在任一表面上生長，也無需經(jīng)歷這些步驟因此可稱得上是商業(yè)化的理想選擇。這種探測器能探測到濃度為0.3微摩爾的葡萄糖，比其他基于石墨烯、碳納米管或金屬納米粒子等材質(zhì)的電氣化學(xué)生物傳感器更為敏感。這項技術(shù)有望在農(nóng)產(chǎn)品葡萄糖含量檢測中推廣應(yīng)用。
(二)農(nóng)業(yè)傳感器智能化獲得突破
德國開發(fā)出可聞出水果成熟度的儀器。德國弗勞恩霍夫分子生物學(xué)和應(yīng)用生態(tài)學(xué)研究所日前發(fā)表公報說，該所研制了一種特殊的儀器其核心技術(shù)是用金屬氧化物氣敏傳感器去檢測水果釋放出的特殊氣味，后分析判斷出水果的成熟度。這種儀器的具體工作過程是，先用高分子分離柱將待測水果的氣味提純再讓帶有這一氣味的氣體通過溫度達300-400°C的傳感器，使其內(nèi)的金屬氧化物與氣味進行反應(yīng)后儀器根據(jù)反映狀態(tài)自動分析出水果的成熟度。初步試驗顯示，這種儀器與食品實驗室中專用測量儀的檢測效果一樣。利用這種儀器，大宗水果批發(fā)商將可以直接在倉庫中監(jiān)測計劃出售水果的成熟度。
美國科羅拉多大學(xué)的科學(xué)家日前研制出智能微芯片，可置于植物葉片上，這種智能芯片類似夾式耳環(huán)，比郵票還要輕薄，貼在植物葉片上，當(dāng)植物需要水時，會向農(nóng)戶的手機發(fā)送信息需求。采用此法可以省水省時省錢，可減少植物生長所需的10%-40%的水量，每年為農(nóng)戶節(jié)省幾千美元。
(三)農(nóng)業(yè)傳感器可移動化成為主流方向
韓國研究人員日前宣布，他們發(fā)明了一種小型生物芯片傳感器，可快速、準(zhǔn)確地對食品和環(huán)境污染進行檢測。韓國生命科學(xué)和生物技術(shù)研究所的研究人員研發(fā)的生物芯片傳感器利用表面等離子共振技術(shù)，即通過接收被掃描物體表面反射的激光共振信號來辨別分子層的結(jié)構(gòu)，從而檢測被測對象的DNA和蛋白質(zhì)是否受到污染。這種便攜式新型裝置可進行“即時檢驗”，大大提高了檢測效率。
美國專家研究RFID和傳感器保障農(nóng)業(yè)食品安全。美國幾家大學(xué)組成的研究團隊在美國農(nóng)業(yè)部國家食品安全資金項目支持下，預(yù)計用3年時間研究采用感應(yīng)器追蹤供應(yīng)鏈中多葉綠色蔬菜溫濕度狀況。研究人員將在運輸卡車內(nèi)的農(nóng)產(chǎn)品貨箱里安裝感應(yīng)器，監(jiān)測溫濕度水平，波動的發(fā)生時間以及它們?nèi)绾螌α闶鄣霓r(nóng)產(chǎn)品上的大腸桿菌或其他病原體的產(chǎn)生可能造成的影響。研究人員還希望利用研究結(jié)果為包裝、配送專業(yè)人士提供培訓(xùn)，通過監(jiān)測運輸和配送過程中的新鮮食品，防止食源性致病菌的產(chǎn)生。
從國外傳感器產(chǎn)業(yè)化技術(shù)成熟性角度分析來看，主要呈現(xiàn)出以下主要發(fā)展特征：
，重視基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)工藝和共性關(guān)鍵技術(shù)的研究，保證基礎(chǔ)技術(shù)與基礎(chǔ)工藝處于地位。
第二，重視制造工藝技術(shù)和裝備研究與應(yīng)用。配置優(yōu)良的工藝裝備和檢測儀器，特別是智能化工藝設(shè)備確保工藝裝備的先進性。
第三，重視新產(chǎn)品和自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的開發(fā)，增強核心競爭力。瞄準(zhǔn)傳感器技術(shù)和市場的發(fā)展潮流與戰(zhàn)略前沿，確定研究課題和產(chǎn)品開發(fā)方向。
第四，重視傳感器的可靠性設(shè)計、控制與管理，嚴格設(shè)計符合性控制和工藝可靠性控制，有效地提高產(chǎn)品生產(chǎn)成品率。
第五，重視市場競爭，加強市場調(diào)查與分析，快速響應(yīng)市場。注重市場競爭中的個性化服務(wù)特色，響應(yīng)及時，品質(zhì)優(yōu)良，性價比高。
第六，重視產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)熟悉系統(tǒng)信息采集過程中，上下游接口聯(lián)接的各項標(biāo)準(zhǔn)的完整性、統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性。
正因為如此，國外傳感器產(chǎn)品品種繁多，規(guī)格齊全，集成化與模塊化結(jié)構(gòu)性能強，產(chǎn)品內(nèi)在與外觀質(zhì)量并重。市場配套與服務(wù)能力較強，不斷把新技術(shù)運用和市場競爭推向新的高度，使同類產(chǎn)品不僅具有在靈敏度、精度、穩(wěn)定性和可靠性等指標(biāo)上的競爭，在新材料應(yīng)用、生產(chǎn)制造工藝與產(chǎn)業(yè)化技術(shù)水平上，也同樣形成了明顯的競爭優(yōu)勢。
二、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)快速提高
無線傳感網(wǎng)節(jié)點作為一種微型化的嵌入式系統(tǒng)，具有端節(jié)點和路由雙重功能：一方面實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理;另—方面將數(shù)據(jù)融合經(jīng)多條路由傳送到路由節(jié)點，后經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)或其他通信網(wǎng)絡(luò)傳送到觀察者。
(一)傳感、計算、通訊集成的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)得到發(fā)展
上，無線傳感網(wǎng)節(jié)點經(jīng)過COTS、weC、Rene、Dot、Mica、Spec幾代的發(fā)展，目前Spec所有器件都集成在CMOS芯片中，實現(xiàn)了傳感、計算和通訊功能。而Mica系列節(jié)點和Telo節(jié)點應(yīng)用為廣泛，如大鴨島海燕生活習(xí)性和棲息地環(huán)境的監(jiān)測，紅杉樹微氣候環(huán)境監(jiān)測都采用了Mica系列節(jié)點，用于采集溫度、濕度、大氣壓強、聲音和光照等信息。目前許多研究機構(gòu)在構(gòu)建低帶寬數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用中都采用了這兩種節(jié)點作為硬件平臺。
美國加州大學(xué)伯克利分校將若干節(jié)點布置在一棵紅松上用于觀測紅松的生長狀況。因特爾在俄勒岡州建立了世界上個無線葡萄園，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布在葡萄園中，每隔一分鐘檢測一次土壤溫度，監(jiān)測節(jié)點區(qū)域的溫度或該地區(qū)的有害物質(zhì)數(shù)量，確保葡萄健康成長。勞爾·莫賴斯(RaulMorais)等開發(fā)了一種ZigBee多電源供電的無線裝置，用以在葡萄園中協(xié)助對葡萄白粉病的預(yù)測。該系統(tǒng)使用JN5121作為通信模塊，為解決傳感器節(jié)點的能量消耗問題，采用風(fēng)能、水能、太陽能供電，但也因此造成節(jié)點體積過大，不便于安裝。洛佩斯·里克爾梅(LopezRiquelme)等在西班牙南部半干旱地區(qū)穆爾西亞的生態(tài)園藝企業(yè)內(nèi)進行了WSN部署試驗,采用3種不同類型節(jié)點部署方案在生態(tài)園中用于監(jiān)測土壤質(zhì)量(含水量、溫度)、作物生長環(huán)境(空氣溫濕度)、水質(zhì)(鹽度、溫度)王寧(NingWang)等將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在精細農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用概括成了4個方面：空間數(shù)據(jù)采集、灌溉、變量作業(yè)、提供數(shù)據(jù)給農(nóng)民。
(二)近距離無線傳感網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)路由算法動態(tài)化
無線傳感網(wǎng)節(jié)點一般由處理器、無線傳輸、傳感器和電源模塊等單元組成。節(jié)點芯片方面，國外產(chǎn)品普遍采用通用超大規(guī)模集成電路片上系統(tǒng)(SoC)，構(gòu)成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)層支撐平臺。而Berkeley2003年發(fā)布Spec傳感網(wǎng)節(jié)點，將8位處理器、900MHZ無線發(fā)射器、3kRAM、通信、8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、溫度傳感器和TinyOS操作系統(tǒng)全部集成在一個2mm×2.5mm的CMOS芯片中，實現(xiàn)了傳感、計算和通訊功能。
ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集傳感器技術(shù)、微機電系統(tǒng)技術(shù)、無線通信技術(shù)、嵌人式計算技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)于一體，具有易于布置、靈活通信、低功耗、低成本等特點，將其應(yīng)用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域已成為目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究熱點之一。
近年來，由于嵌入式計算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、節(jié)點節(jié)能等技術(shù)的發(fā)展，也給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)帶來了歷史性的變革。1993年美國加州洛杉磯分校(UCLA)與羅克韋爾科學(xué)中心合作成立了“繼承的無線網(wǎng)絡(luò)傳感器”(WINS)計劃，該計劃的主要目的是在現(xiàn)有的無線傳感節(jié)點基礎(chǔ)上，增加低功率電子技術(shù)和MEMS技術(shù)，在大大降低無線傳感器節(jié)點能耗的同時提高了無線傳感節(jié)點的測量精度。1999年，美國加州大學(xué)伯克利分校的簡·M·羅貝開始了PicoRadio計劃，以支持“由自成體系、中等尺度、低成本、低能耗的傳感和監(jiān)視節(jié)點組成Ad hoc(點對點)形式的無線網(wǎng)絡(luò)”的需要。美國、日本、以色列等國家一直致力于使得傳輸節(jié)點的集成化與小型化、網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)自組織、信息的分布式處理與管理的發(fā)展。
三、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能處理技術(shù)取得重要進展
農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能處理技術(shù)對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理、存儲、索引、查詢、智能分析計算。主要技術(shù)包括大數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、預(yù)測預(yù)警技術(shù)、人工智能技術(shù)等。在世界范圍內(nèi)已經(jīng)得到了廣泛的研究。
(一)流數(shù)據(jù)實時處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)得到廣泛應(yīng)用
由于各種傳感器等新型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的普及使用，大數(shù)據(jù)呈快速爆發(fā)之勢，根據(jù)IDC(International Data Corporation)預(yù)測，到2020年，預(yù)計所管理的數(shù)據(jù)將達到35ZB。世界各國積極投入大數(shù)據(jù)潮流，2012年3月美國發(fā)布“大數(shù)據(jù)研發(fā)計劃”，基于大數(shù)據(jù)推動科研和創(chuàng)新，隨后英國、日本、德國、加拿大等國紛紛仿效推出了大數(shù)據(jù)應(yīng)用相關(guān)的戰(zhàn)略研究。隨著氣象災(zāi)害、生物基因以及資源環(huán)境等大量非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的急劇爆發(fā)，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也進人了大數(shù)據(jù)時代。而要從體量巨大、種類多樣的農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中去粗取精、去偽存真?zhèn)鹘y(tǒng)的存儲和計算很難做到，所以大數(shù)據(jù)的處理分析迫切需要從處理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)向處理非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、從處理單一數(shù)據(jù)集向迭代增長數(shù)據(jù)集、從批處理向流處理、從集中式分析向分布式分析、從驗證性分析向探索性分析轉(zhuǎn)變。
由于物聯(lián)網(wǎng)傳感器具備小時不間斷監(jiān)測的特點，每個傳感器都會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，因此物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用將會產(chǎn)生大量的不間斷數(shù)據(jù)流。對這些數(shù)據(jù)進行有效和的管理成為后續(xù)數(shù)據(jù)智能分析、數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)的重要前提。在大數(shù)據(jù)處理技術(shù)上，美國巳經(jīng)進行了大量的研究工作。美國政府將大數(shù)據(jù)處理技術(shù)作為戰(zhàn)略性技術(shù)進行大力發(fā)展，結(jié)合政府、科研機構(gòu)和非政府組織的力量進行大數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究。公司開發(fā)了大數(shù)據(jù)平臺，可以有效地進行數(shù)據(jù)管理，整合管理不同的數(shù)據(jù)類型，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)環(huán)境下的數(shù)據(jù)流計算、數(shù)據(jù)倉庫和信息整合。其開發(fā)的Infosphere Stream系統(tǒng)支持連續(xù)分析海量流數(shù)據(jù)，幫助用戶快速獲取、分析和關(guān)聯(lián)多個實時源的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的快速響應(yīng)，集成應(yīng)用程序，支持結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)源;IBM Infosphere Warehouse提供了一個綜合數(shù)據(jù)倉庫平臺，支持實時訪問結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。
(二)分布式數(shù)據(jù)處理技術(shù)得到快速發(fā)展
近年來，以色列在存儲研究方面取得了一定的進展。以色列存儲和數(shù)據(jù)保護廠商CTERA Networks研究了集成存儲服務(wù)網(wǎng)絡(luò)附加存儲的存儲設(shè)備和方法，涉及一個網(wǎng)絡(luò)附加存儲設(shè)備，用來執(zhí)行基于存儲服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)附加存儲操作。該設(shè)備包含至少一個網(wǎng)絡(luò)控制器用于局域網(wǎng)客戶端的通信，并且通過廣域網(wǎng)來使用存儲服務(wù);一套本地數(shù)據(jù)存儲設(shè)備;一個至少在本地存儲設(shè)備中存儲的數(shù)據(jù)和存儲在存儲服務(wù)數(shù)據(jù)的同步存儲服務(wù)模型;和一個使客戶端運行在使用文件共享協(xié)議設(shè)備上的基于文件操作的處理器。該存儲器可以有效地解決農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲的問題。
(三)智能安全技術(shù)使得農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)更有保障
農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)、集聚了海量的軟硬件資源，同時也面臨著大量的安全隱患，如無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層等容易遭受多種類型的攻擊，RFID設(shè)備在感知層中易受到標(biāo)簽失效、標(biāo)簽暫時失效攻擊物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合也面臨一定的危險。傳統(tǒng)方式下維護硬件、安裝和升級軟件、防范病毒和各類網(wǎng)絡(luò)攻擊需要耗費大量的人力物力資源，而且防范的效果不理想。而云安全融合了并行處理、網(wǎng)格計算、未知病毒行為判斷等新興技術(shù)，通過網(wǎng)狀的大量客戶端對網(wǎng)絡(luò)中軟件行為的異常監(jiān)測，獲取互聯(lián)網(wǎng)中木馬、惡意程序的新信息推送到Server端進行自動分析和處理，再把病毒和木馬的解決方案分發(fā)到每一個客戶端。
四、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)取得了廣泛應(yīng)用
在國外，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用主要集中在農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測和利用、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細管理和農(nóng)產(chǎn)品安全溯源等方面。
(一)農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測和利用領(lǐng)域
在農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測和利用領(lǐng)域，利用各種資源衛(wèi)星收集國土資源情況，利用先進的傳感器、信息傳輸和互聯(lián)網(wǎng)等綜合化信息監(jiān)測、傳輸、分析平臺實現(xiàn)區(qū)域農(nóng)業(yè)的統(tǒng)籌規(guī)劃和資源監(jiān)測。如美國加州大學(xué)洛杉磯分校建立的林業(yè)資源環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，通過對加州地區(qū)的森林資源進行實時監(jiān)測，為相應(yīng)部門提供實時的資源利用信息，為統(tǒng)籌管理林業(yè)提供支撐。歐洲主要利用資源衛(wèi)星對土地利用信息進行實時監(jiān)測，其中，法國利用通信衛(wèi)星技術(shù)對災(zāi)害性天氣進行預(yù)報，對病蟲害進行測報。
(二)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域
在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，主要利用高科技手段構(gòu)建先進農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，利用無線傳感器技術(shù)、信息融合傳輸技術(shù)和智能分析技術(shù)感知生態(tài)環(huán)境變化。如美國加州大學(xué)伯克利分校的研究人員通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對大鴨島上海燕的棲息情況進行了9個月周期性的環(huán)境監(jiān)測，采用區(qū)域化靜態(tài)MICA傳感器節(jié)點部署，實現(xiàn)了無人侵、無破壞的對敏感野生動物及其棲息地的監(jiān)測。美國、法國和日本等一些國家主要綜合運用建立覆蓋全國的農(nóng)業(yè)信息化平臺，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的自動監(jiān)測，保證農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。
(三)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細管理領(lǐng)域
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細管理領(lǐng)域，將光、溫、水、氣、土、生物等傳感器布局于大田作物生產(chǎn)、果園種植、畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面，實現(xiàn)不間斷化感知、實時化決策、精細化生產(chǎn)。如2002年英特爾公司在美國俄勒岡州建立了世界上個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)葡萄園。通過采用Crossbow公司的Mote系列傳感器，每隔一分鐘采集一次光照、土壤溫濕度等數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控葡萄生長環(huán)境的細微變化，確保葡萄的健康生長;2004年美國佐治亞州的兩個農(nóng)場使用了與無線互聯(lián)網(wǎng)配套的遠距離視頻系統(tǒng)和GPS定位技術(shù)，分別監(jiān)控蔬菜的包裝和灌溉系統(tǒng)。荷蘭VELOS智能化母豬管理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動供料、自動管理、自動數(shù)據(jù)傳輸和自動報警。泰國初步形成了小規(guī)模的水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)，解決了RFID技術(shù)在水產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用難題。
(四)在農(nóng)產(chǎn)品安全溯源領(lǐng)域
在農(nóng)產(chǎn)品安全溯源領(lǐng)域，利用條碼技術(shù)和RFID技術(shù)等來跟蹤、識別、監(jiān)測農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、運輸、消費過程，保證農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全。例如2001年起，加拿大肉牛使用一維條形碼耳標(biāo)之后又過渡電子耳標(biāo);2004年日本基于RFID技術(shù)構(gòu)建了農(nóng)產(chǎn)品追溯試驗系統(tǒng)，利用RFID標(biāo)簽，實現(xiàn)了對農(nóng)產(chǎn)品流通管理和個體識別。近年來，RFID的應(yīng)用更加廣泛并由此形成了自動識別技術(shù)與裝備制造產(chǎn)業(yè)。據(jù)美國市調(diào)公司ABIresearch2007年度季報告顯示，2006年RFID市場為38.12億美元，其中亞太地區(qū)已躍為大市場，規(guī)模為14.07億美元。
(五)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)領(lǐng)域
在云存儲、云計算和云分析等方面建立了平臺化服務(wù)。2007年Google次提出“云計算”概念，2008年微軟推出Windows Azure操作系統(tǒng)，力圖在互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)上搭建新的云計算平臺。亞馬遜使用彈性計算云(EC2)和簡單存儲服務(wù)(S3)為企業(yè)開展云計算和存儲服務(wù)，美國政府推出了包括美國農(nóng)業(yè)部在內(nèi)的各大部委主要數(shù)據(jù)的大型數(shù)據(jù)開發(fā)平臺USA.gov，并且開發(fā)了個云計算成果Apps.gov網(wǎng)站。日本從2009年5月開始，致力于建設(shè)Kasumigaseki Cloud系統(tǒng)，打造國家云計算戰(zhàn)略部署。將云技術(shù)遷移到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域可以更好地促進農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，在農(nóng)業(yè)云平臺上，云存儲通過在線存儲、網(wǎng)絡(luò)硬盤等方式解決了農(nóng)業(yè)信息資源分散、行業(yè)條塊分割和涉農(nóng)信息與資源整合不夠的問題;云計算針對農(nóng)業(yè)也逐步完善基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)、平臺即服務(wù)(PaaS)、軟件即服務(wù)(SaaS)的架構(gòu)模式，“平臺上移、服務(wù)下延”的模式變得更加泛在云服務(wù)使得農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展變得更加及時、方便和泛在。
五、國外農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展對我國的啟示
西方發(fā)達國家和周邊國家在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究和應(yīng)用方面巳取得了很大的成就，與之相比，我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展還存在著一定的差距。
(1)農(nóng)業(yè)精細化、自動化程度較低，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境不完善。
近年來，一些發(fā)達國家已開始大面積推廣精細化、自動化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，對農(nóng)作物的生長環(huán)境進行監(jiān)測，并針對作物生長需要進行生長環(huán)境、農(nóng)業(yè)機械的自動控制，因此物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以無縫接入，應(yīng)用環(huán)境較為完善。而我國在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細化、自動化方面還比較薄弱，現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)監(jiān)測及動控制技術(shù)普及率較低，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境還不完善，制約了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展。
(2)物聯(lián)網(wǎng)傳感器實用化程度較低，管理不方便。
與先進的物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)相比，我國的物聯(lián)網(wǎng)傳感器還存在著設(shè)備體積大、功耗高、感知數(shù)據(jù)精度低、設(shè)備在惡劣自然環(huán)境下不穩(wěn)定等問題。由于農(nóng)田環(huán)境下傳感器電源不易更換、損壞檢修困難，傳感器的上述問題給傳感器管理帶來了不便，阻礙了傳感器在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下的廣泛部署。
(3)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸可靠性較差，數(shù)據(jù)收集不穩(wěn)定。
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的自身特點和傳感器低功耗的技術(shù)需求給農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸提出了更高的要求。我國在低功耗下的網(wǎng)絡(luò)傳輸安全性技術(shù)抗干擾技術(shù)、自動動態(tài)組網(wǎng)技術(shù)等方面相比先進水平還存在一定的差距，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟环€(wěn)定給后端數(shù)據(jù)處理和智能分析帶來了一定的困難。
作為一個農(nóng)業(yè)大國，我國應(yīng)該努力學(xué)*外先進技術(shù)，結(jié)合我國實際情況研究開發(fā)出適合我國國情的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和設(shè)備，努力擴展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國的試點應(yīng)用。
(1)發(fā)展微型化傳感器。努力發(fā)展微型化傳感器。微型傳感器可以有效地節(jié)約資源、降低制造成本、減少能源消耗，同時微型傳感器更加便于使用，可以減少傳感器占用的空間。目前發(fā)達國家已在相關(guān)方面開展了大量的研究，我國應(yīng)加快腳步，在微型傳感器領(lǐng)域進行更力深入的研究。
(2)尋求系統(tǒng)節(jié)能策略。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于特殊場合時，電源不可更換，因此功耗問題顯得至關(guān)重要。目前國內(nèi)外在節(jié)點的低功耗問題上已取得了很大的研究進展，提出了一些低功耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，未來將會取得更大的進步。
(3)努力降低傳感器成本。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)量非常大，往往是成千上萬個。要使傳感器網(wǎng)絡(luò)達到實用化要求每個節(jié)點的價格翻在1美元以下，而現(xiàn)在每個傳感器節(jié)點的造價大約在80美元左右。如果能夠有效地降低節(jié)點的成本，將會大大推動傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。
(4)著手解決傳感器網(wǎng)絡(luò)安全性問題和抗干擾問題。與普通的網(wǎng)絡(luò)一樣，傳感器網(wǎng)絡(luò)同樣也面臨著安全性的考驗，即如何利用較少的能量和較小的計算量來完成數(shù)據(jù)加密、身份認證等。在破壞或受干擾的情況下可靠地完成執(zhí)行的任務(wù)，也是一個重要的研究課題。
(5)研究節(jié)點的自動配置問題。未來將著重于研究如何將大量的節(jié)點按照一定的規(guī)則組成一個網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)其中某些節(jié)點出現(xiàn)錯誤時，網(wǎng)絡(luò)能夠迅速找到這些節(jié)點并且不影響到網(wǎng)絡(luò)的正常使用。配置冗余節(jié)點是必要的。
我們相信，在學(xué)習(xí)了國外先進的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后，我國必將在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域研究出更加先進和實用的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，并使之服務(wù)于我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和流通領(lǐng)域，為提髙我國農(nóng)業(yè)的快速可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。
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