農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在魯西南農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)中應(yīng)用研究Abstract：ThispaperismainlybasedonthetransformationoftraditionalagriculturetoWisdomAgricultureinthesouthwestareaofShandongprovince.Weanalyzethebasicsituationoftraditionalagriculture，andpresentsomecountermeasuresandsolutionsbasedontheusingofInternetinWisdomAgriculture.InWisdomAgriculture，wecanuseagriculturalsensortocollectdataofCropInformationManagementSystem，andupdatethedatatoDataProcessingControlCenter，real-timely，andprecisely.Wecanrealizethemonitoranddatamanagementoftheproductionprocess.Finally，wecanspeedupthetransformationofagriculture，andconstructsupportforsocialdevelopment.Keywords：agriculturalInternetofthings；southwestareaofShandongProvince；agricultureinformatization；transformation中圖分類號(hào)：TP29文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311〔2016〕12-0248-020引言魯西南，即山東的西南部，廣義上包括菏澤、濟(jì)寧、棗莊，以菏澤市為主。地形東高西低，受自然影響，以平原農(nóng)田旱地耕作為主，地區(qū)屬暖溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，光熱充足，四季分明，但自然災(zāi)害頻繁，加上農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，規(guī)劃化經(jīng)營(yíng)程度低，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)多數(shù)農(nóng)民還憑經(jīng)驗(yàn)施肥灌溉，缺乏科學(xué)指導(dǎo)，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)方面智能問(wèn)題和困難，對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在解決以上農(nóng)業(yè)問(wèn)題顯得尤為重要。1農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的背景及意義我們國(guó)家農(nóng)業(yè)正處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型時(shí)期，全面實(shí)踐這一新技術(shù)體系的轉(zhuǎn)變，信息化技術(shù)發(fā)揮獨(dú)特而重要的作用。以歐美為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家，在農(nóng)業(yè)信息建設(shè)、農(nóng)業(yè)信息技術(shù)開(kāi)發(fā)、農(nóng)業(yè)信息資源利用等方面，全方位推進(jìn)農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息化的步伐，利用“5S〞技術(shù)〔GPS、RS、GIS、ES、DSS〕、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、氣象與病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)等，對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行精細(xì)化和調(diào)控，有力地促進(jìn)農(nóng)業(yè)整體水平的提高。當(dāng)前我們國(guó)家正處在互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的進(jìn)程之中，我們國(guó)家高度重視互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，21年前接入國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)以來(lái)，我們按照積極利用、科學(xué)發(fā)展、依法管理、確保安全的思路，加強(qiáng)信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，發(fā)展網(wǎng)絡(luò)，推進(jìn)信息惠民。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)迅速崛起，物聯(lián)網(wǎng)3.0時(shí)代悄然來(lái)臨，這給未來(lái)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化提供一個(gè)平臺(tái)和發(fā)展空間。物聯(lián)網(wǎng)以感知為前提，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是將大量的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)各種傳感器采集信息，以幫助農(nóng)民及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并且準(zhǔn)確地確定發(fā)生問(wèn)題的位置，這樣農(nóng)業(yè)將逐漸地從以人力為中心、依賴于孤立機(jī)械的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)向以信息和為中心的生產(chǎn)模式，從而大量使用各種自動(dòng)化、智能化、遠(yuǎn)程控制的生產(chǎn)設(shè)備。一場(chǎng)農(nóng)業(yè)科技革命的浪潮正在席卷中國(guó)大地，越來(lái)越多的人放棄了傳統(tǒng)耕作模式，開(kāi)始用傳感器與農(nóng)作物進(jìn)行“交流〞，成為智慧農(nóng)業(yè)時(shí)代的“新農(nóng)人〞。這就是“農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)〞，一個(gè)幾年前還略顯陌生的事物，如今卻給我們國(guó)家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式帶來(lái)了深刻變革。2魯西南地區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)在狀況及存在的問(wèn)題2.1魯西南地區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)在狀況山東是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大省，而魯西南地區(qū)以菏澤為例，菏澤是山東省傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大市，粗放式農(nóng)業(yè)耕作模式還處于主導(dǎo)地位，耕作方式受環(huán)境及天氣影響，農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平不高，裝備技術(shù)水平落后，抗自然災(zāi)害能力低下，資源不能科學(xué)利用，農(nóng)民信息化意識(shí)薄弱，制約著農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。以大豆為例：大豆是魯西南地區(qū)主要夏季播種物之一，種植規(guī)模每年都在百萬(wàn)畝以上，因自然災(zāi)害，據(jù)調(diào)查，2013年8月到9月，服務(wù)區(qū)域降水偏少，氣溫又高，受自然災(zāi)害影響，土壤含水量不足，導(dǎo)致大豆畝產(chǎn)減幅15.5%[1]。而2014年9月13日開(kāi)始降雨，到16日降水量有地區(qū)高達(dá)96.9毫米，土壤水分含量極高，農(nóng)民對(duì)土壤水分含量掌握很難達(dá)到精確。如果能做到科學(xué)種田，控旺防倒，土壤水分實(shí)時(shí)采集，土壤化肥營(yíng)養(yǎng)元素，溫度等信息農(nóng)民及時(shí)獲取并有效控制，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化，將大幅度提高農(nóng)作物產(chǎn)量。實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的順利過(guò)渡，必須依賴信息化，以農(nóng)業(yè)信息化發(fā)展帶動(dòng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2.2魯西南地區(qū)農(nóng)業(yè)存在的問(wèn)題農(nóng)業(yè)的精細(xì)化要求：喜溫植物不能長(zhǎng)期忍受5度以下的低溫，10度以下停止生長(zhǎng)，如黃瓜，西葫蘆，茄果類，菜豆等；耐熱蔬菜生長(zhǎng)溫度要求在20至30度，要求晝夜溫差不低于10度。但農(nóng)民對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境主要依靠感官經(jīng)驗(yàn)，而不是精確、可靠的量化數(shù)據(jù)，成功的種植經(jīng)驗(yàn)不容易被總結(jié)和復(fù)制；完全依賴人工控制種植過(guò)程，無(wú)法對(duì)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督和控制，尤其以科研機(jī)構(gòu)和大型種植基地為例，溫室的種植往往是聘請(qǐng)農(nóng)民工，由于缺乏有效的信息化手段，使得難于對(duì)他們工作的質(zhì)量進(jìn)行控制。3農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)下轉(zhuǎn)型智慧農(nóng)業(yè)的對(duì)策方案3.1方案目的及依據(jù)借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)，在遠(yuǎn)程支持與遠(yuǎn)程服務(wù)平臺(tái)上，建立智慧農(nóng)業(yè)遠(yuǎn)程托管中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程栽培指導(dǎo)、遠(yuǎn)程故障診斷、遠(yuǎn)程信息監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程設(shè)備維護(hù)等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛：農(nóng)業(yè)資源管理〔農(nóng)業(yè)土地資源、水資源、生產(chǎn)資料等〕、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境管理〔土壤、大氣、水質(zhì)、氣象、災(zāi)害等〕、生產(chǎn)過(guò)程管理〔農(nóng)業(yè)精耕細(xì)作、設(shè)備農(nóng)業(yè)、健康養(yǎng)殖等〕、農(nóng)業(yè)裝備與設(shè)施〔工程檢測(cè)、遠(yuǎn)程診斷、服務(wù)調(diào)度等〕等方面。植物生長(zhǎng)環(huán)境〔土壤、水、大氣〕、生命信息〔生長(zhǎng)、發(fā)育、營(yíng)養(yǎng)、病變、脅迫等〕，利用農(nóng)用傳感器“感知〞信息，托普農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在農(nóng)作物服務(wù)區(qū)內(nèi)安裝農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，通過(guò)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生長(zhǎng)環(huán)境信息，根據(jù)產(chǎn)生的智能監(jiān)測(cè)信息對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行精確管理，通過(guò)土壤濕度傳感器對(duì)灌溉自動(dòng)控制，完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，以遠(yuǎn)程技術(shù)為服務(wù)手段，促進(jìn)有機(jī)高效農(nóng)業(yè)發(fā)展。3.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下農(nóng)作物信息管理系統(tǒng)控制平臺(tái)建設(shè)方案3.2.1農(nóng)作物信息管理系統(tǒng)架構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)從下到上分感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三次架構(gòu)如此圖1所示。感知層：傳感器的選擇，滿足露天農(nóng)田中土壤溫濕度、土壤養(yǎng)分、光照、風(fēng)向等數(shù)據(jù)的采集。網(wǎng)絡(luò)層：搭建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，做好節(jié)點(diǎn)的部署；移動(dòng)互聯(lián)的應(yīng)用，滿足大數(shù)據(jù)的傳輸。應(yīng)用層：動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，專家系統(tǒng)，手機(jī)APP的開(kāi)發(fā)，食品溯源系統(tǒng)的建立。3.2.2系統(tǒng)實(shí)施方案系統(tǒng)感知層的農(nóng)用傳感器等設(shè)備[2]，檢測(cè)環(huán)境中的量參數(shù)，通過(guò)各種儀器儀表實(shí)時(shí)顯示或作為自動(dòng)控制的參變量參與到遠(yuǎn)程對(duì)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控。達(dá)到增產(chǎn)、改善品質(zhì)、適應(yīng)需求、提高效益的目的。建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸層，通過(guò)PAN網(wǎng)絡(luò)、LAN網(wǎng)絡(luò)、WAN網(wǎng)絡(luò)將感知層獲得的農(nóng)作物信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到控制監(jiān)控平臺(tái)，控制監(jiān)控平臺(tái)做出的控制反饋到感知層。利用云計(jì)算、模糊識(shí)別等智能技術(shù)，監(jiān)控平臺(tái)海量的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理，對(duì)農(nóng)作物的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管和控制。構(gòu)建農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，在農(nóng)作物生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)作物的生長(zhǎng)環(huán)境等智能化監(jiān)控，不僅節(jié)省了大量的，而且降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)量，達(dá)到規(guī)范化和網(wǎng)絡(luò)化管理。4農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)魯西南農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)中的發(fā)展趨勢(shì)魯西南農(nóng)作物種植過(guò)程中受自然天氣影響很嚴(yán)重，信息化建設(shè)對(duì)魯西南農(nóng)業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)魯西南農(nóng)業(yè)信息化建設(shè)中的發(fā)展趨勢(shì)有：①數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確和及時(shí)性要求信息化建設(shè)是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)之一[3]。②土壤溫濕度等生產(chǎn)環(huán)境、病蟲(chóng)害預(yù)警方面要求精細(xì)農(nóng)業(yè)管理。③生產(chǎn)效率提高要求人工到智能自動(dòng)化生產(chǎn)。④勞動(dòng)力成本與勞動(dòng)者工作環(huán)境改善要求智能化控制和管理。⑤未來(lái)也是大數(shù)據(jù)時(shí)代，大數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在優(yōu)化數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、規(guī)劃管理有很大前景。⑥關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)有：身份識(shí)別技術(shù)由現(xiàn)在的RFID國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展為高可靠性的身份識(shí)別和動(dòng)物DNA識(shí)別技術(shù)；物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)技術(shù)由現(xiàn)在的廣域網(wǎng)架