設(shè)施農(nóng)業(yè)是利用工程技術(shù)手段和工業(yè)化生產(chǎn)方式，為植物生產(chǎn)提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，使其在最經(jīng)濟(jì)的生長(zhǎng)空間內(nèi)，獲得最高的產(chǎn)量、品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益的一種高效農(nóng)業(yè)。

規(guī)模經(jīng)營(yíng)不斷推進(jìn)的同時(shí)，旅游思維、品牌思維、大數(shù)據(jù)思維……不斷涌現(xiàn)的農(nóng)業(yè)新思維新技術(shù)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展注入了新動(dòng)力。

當(dāng)前，我國(guó)人均耕地面積遠(yuǎn)低于世界平均水平且耕地總面積不斷減少、優(yōu)質(zhì)耕地比例極低、過度使用農(nóng)藥化肥造成的耕地質(zhì)量下降和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降、自然災(zāi)害頻發(fā)、種植過程中的病害蟲害等問題是制約我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量的主要問題。

解決我國(guó)農(nóng)業(yè)問題迫在眉睫，傳統(tǒng)耕作方式已不能滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)需求，設(shè)施農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向，設(shè)施農(nóng)業(yè)不僅可以促使農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)高產(chǎn)，也能促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)和農(nóng)民生活水平的提高。

01

物聯(lián)網(wǎng)：農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的加速器

隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)是設(shè)施農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)，在精準(zhǔn)灌溉、精準(zhǔn)施肥、病蟲害防治、環(huán)境智能調(diào)控、智慧水產(chǎn)、智慧畜禽業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。

作為集成新一代信息技術(shù)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。對(duì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)集約化和高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全等目標(biāo)會(huì)產(chǎn)生積極意義。

狹義的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的物與物聯(lián)接的一項(xiàng)新技術(shù)，廣義農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)就是農(nóng)業(yè)大系統(tǒng)中的人、機(jī)、物一體化的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，具有人機(jī)物一體化、生命體數(shù)字化、應(yīng)用體系社會(huì)化、發(fā)展理念“三全化”（全要素、全系統(tǒng)、全過程）四項(xiàng)關(guān)鍵特征。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將數(shù)據(jù)采集、分析、實(shí)時(shí)控制集于一體，使得運(yùn)營(yíng)管理人員可以基于數(shù)據(jù)進(jìn)行感知、決策和調(diào)控，有助于農(nóng)業(yè)運(yùn)營(yíng)管理方式由經(jīng)驗(yàn)型、定性化、粗放式向科學(xué)化、定量化、精細(xì)化轉(zhuǎn)變。

02

物聯(lián)網(wǎng)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)將逐漸從傳統(tǒng)依賴于孤立機(jī)械、小作坊式的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向以現(xiàn)代化信息技術(shù)為中心的大規(guī)模生產(chǎn)模式。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，基礎(chǔ)技術(shù)是傳感器網(wǎng)絡(luò)的完善。傳感系統(tǒng)的完善與否直接影響著整個(gè)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)行。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)由感知層、傳輸層和處理層構(gòu)成。感知層的傳感器技術(shù)、條碼技術(shù)、全球定位等技術(shù)采集的數(shù)據(jù)信息通過傳輸層的有線、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和移動(dòng)通信技術(shù)傳輸?shù)教幚韺拥霓r(nóng)業(yè)預(yù)測(cè)、診斷、控制、決策以及預(yù)警等智能化模塊。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)

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感知層主要包括各類傳感器及節(jié)點(diǎn)技術(shù)、全球定位系統(tǒng)技術(shù)和條形碼技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤水分、環(huán)境溫濕度、家禽水產(chǎn)健康狀況等信息的采集功能，是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。

目前，光溫水氣熱等環(huán)境傳感器應(yīng)用相對(duì)成熟，土壤傳感器是研究的熱點(diǎn)，通過電磁波反射或吸收能量水平的大小可判斷土壤結(jié)構(gòu)，根據(jù)離子選擇性膜電極與被測(cè)離子溶液間的點(diǎn)位輸出可測(cè)定土壤里的特定離子。利用光學(xué)和電磁學(xué)原理制成的動(dòng)植物生命信息傳感器也是研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。

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農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)

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當(dāng)前，我國(guó)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的傳輸技術(shù)主要為無線和有線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及移動(dòng)通信技術(shù)。其中，無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用最為普遍，國(guó)外無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用已經(jīng)到了實(shí)踐階段。

荷蘭的某個(gè)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到馬鈴薯生長(zhǎng)環(huán)境的監(jiān)測(cè)中，生產(chǎn)者可根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果控制疫病，從而實(shí)現(xiàn)防患于未然。我國(guó)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸技術(shù)處于試驗(yàn)階段，有學(xué)者構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對(duì)種植環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，園區(qū)布置的傳感器節(jié)點(diǎn)可采集土壤與空氣的溫濕度、CO2 的濃度以及光照強(qiáng)度等參數(shù)。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)處理技術(shù)

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農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)處理層的技術(shù)包括云計(jì)算、云服務(wù)和模塊決策，這個(gè)層面是將采集的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為實(shí)際的操作，利用控制模型和策略對(duì)相關(guān)農(nóng)業(yè)設(shè)施進(jìn)行智能控制，比如打開水龍頭、關(guān)閉燈光、自動(dòng)施肥等。

智能決策是預(yù)先把經(jīng)驗(yàn)和專家知識(shí)輸入模塊，通過推理模擬思維，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供技術(shù)參考，智能預(yù)警是以數(shù)學(xué)模型為手段，對(duì)實(shí)際不正常狀態(tài)進(jìn)行報(bào)警，給出危害提醒。

03

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心應(yīng)用領(lǐng)域

按照監(jiān)測(cè)對(duì)象的不同，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以分為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)、動(dòng)植物生命信息監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)機(jī)作業(yè)監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)與質(zhì)量安全追溯物聯(lián)網(wǎng)等。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)

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農(nóng)業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)，主要指利用傳感器技術(shù)采集和獲取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境各要素信息，如種植業(yè)中的光照、溫濕度，二氧化碳濃度、土壤肥力、土壤含水量等參數(shù)，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中的酸堿度、溶解氧、氨、氮、濁度和電導(dǎo)率，畜禽養(yǎng)殖業(yè)中的氨氣、二氧化硫、粉塵等有害物質(zhì)濃度等參數(shù)，通過對(duì)采集信息的分析決策來指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)種養(yǎng)殖業(yè)的高產(chǎn)高效。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜，需要在高溫、高濕、低溫、雨水等惡劣多變環(huán)境下連續(xù)不間斷運(yùn)行，且傳感器節(jié)點(diǎn)布置稀疏不規(guī)則，布線不方便，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)簡(jiǎn)單、無需布線，具有低成本、靈活的優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用方式。

動(dòng)植物生命信息監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)

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對(duì)植物信息采集的研究主要包括表觀可視信息的獲取和內(nèi)在信息的獲取，表觀信息如作物苗情長(zhǎng)勢(shì)、病蟲害、果實(shí)膨大狀況、生物量、莖干直徑、葉面積等信息，內(nèi)在信息包括葉綠素含量、作物氮素、光合速率、種子活力、葉片溫濕度等，主要監(jiān)測(cè)手段為光譜技術(shù)及圖像分析等；

對(duì)動(dòng)物生命信息的監(jiān)測(cè)主要包括動(dòng)物的體溫、體重、行為、運(yùn)動(dòng)量、取食量、疾病信息等，通過相關(guān)監(jiān)測(cè)，了解動(dòng)物自身的生理狀況和營(yíng)養(yǎng)狀況以及對(duì)外界環(huán)境條件的適應(yīng)能力，確保動(dòng)物個(gè)體健康生長(zhǎng)，主要監(jiān)測(cè)手段包括動(dòng)物本體監(jiān)測(cè)傳感器、視頻分析等。

智能農(nóng)機(jī)物聯(lián)網(wǎng)

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近年來隨著土地流轉(zhuǎn)的進(jìn)行，農(nóng)機(jī)作業(yè)范圍不斷擴(kuò)大，農(nóng)機(jī)作業(yè)信息滯后、時(shí)效性差、缺乏有效的監(jiān)管手段，機(jī)收的組織者和參與者對(duì)信息快捷、準(zhǔn)確、詳細(xì)的要求難以滿足等問題逐漸突顯。

如何通過技術(shù)手段有效地進(jìn)行農(nóng)機(jī)作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控與調(diào)度，提高工作效率和作業(yè)質(zhì)量尤其是保障農(nóng)機(jī)夜間作業(yè)質(zhì)量和農(nóng)機(jī)裝備的智能化水平，是農(nóng)機(jī)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的迫切需求之一。

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯物聯(lián)網(wǎng)

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農(nóng)產(chǎn)品信息感知技術(shù)主要包括農(nóng)產(chǎn)品顏色、大小、形狀及缺陷損傷等外觀信息和農(nóng)產(chǎn)品成熟度、糖度、酸度、硬度、農(nóng)藥殘留等內(nèi)在品質(zhì)信息。

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與追溯對(duì)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)用集中在農(nóng)產(chǎn)品倉(cāng)儲(chǔ)及農(nóng)產(chǎn)品物流配送等環(huán)節(jié)，通過電子數(shù)據(jù)交換技術(shù)、條形碼技術(shù)和RFID 電子標(biāo)簽等技術(shù)實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別和出入庫(kù)，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)車間及物流配送車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)主要農(nóng)產(chǎn)品來源可追溯，去向可追蹤的目標(biāo)。

設(shè)施農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分，而農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的引入將進(jìn)一步加速其現(xiàn)代化和智能化進(jìn)程。

隨著各種傳感器、自動(dòng)化設(shè)備和數(shù)據(jù)分析工具在溫室和大棚中的廣泛應(yīng)用，農(nóng)民可以更加精確地控制作物的生長(zhǎng)環(huán)境，從而提高產(chǎn)量、質(zhì)量和資源使用效率。在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的推動(dòng)下，設(shè)施農(nóng)業(yè)將迎來一個(gè)更加繁榮、高效和可持續(xù)的新時(shí)代。