物联网技术在现代农业中的应用

周杨

摘 要 作为一种先进管控技术，物联网技术的应用对于提高农作物种植的科学性及监测的有效性具有重要作用。由此，首先介绍了物联网技术体系及关键技术，然后，具体探讨了物联网技术在现代农业中的应用，以期为相关技术与研究人员提供参考。

关键词 物联网技术；现代农业；应用

中图分类号：S126 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2014）21-00-02

物联网是指针对有限管理对象的特定网络，其以完善管理以控制为主旨，利用网络、识别器及传感技术等将管理对象相互连接，从而完成情报处理、信息识别与感知、决策执行、态势诊断等智能化控制与管理过程。将物理网技术应用到现代农业中，可改善原有的传统农业经营管理方式，利用无线传感器网络以节省大量人力、物理，并采集有效作物及作为环境信息，提高种植和监测的科学性。因此，加强有关物联网技术在现代农业中的应用探讨，对于改善物联网技术的应用水平具有重要的理论和现实意义。

1 体系及其关键技术

1.1 物联网技术体系

物联网网络架构主要由网络层、感知层、应用层构成，其系统结构图如图1所示。

1.1.1 网络层

网络层是物联网能够开展基础服务的基本条件，其主要用于传输感知层获取的信息，利用广电网、互联网与通信网等完成信息数据的计算与传递。

1.1.2 感知层

感知层主要利用传感器、RFID电子标签、传感器网络及读写器等，完成对监测对象的识别、感知与信息获取，然后将获取的信息同网络层的设备实现信息交互与共享[1]。

1.1.3 应用层

应用层是完成输入输出的控制终端，其主要用于数据处理分析与决策，其可通过PC机和现代智能手机等采用智能化应用程序完成特定服务任务，实现人与物、物与物之间的交互。

1.2 物联网关键技术

1.2.1 传感器网络技术

传感器网络主要采用较多的传感器节点按照无线通信模式架构成一个多跳自组织的网络系统，进而完成数据的融合处理、量化采集及应用传输等过程。所以，传感器网络系统能对网络覆盖区域内的各类对象信息及环境进行采集、感知和监测，由此实现实时计算分析的服务。

1.2.2 传感器技术

传感器是完成对现实世界感知的重要手段，且是物理网应用与服务的关键，主要用于对物联网所需数据信息的收集。传感器通常由转换元件、敏感元件构成，根据位移、电、湿度、热、声、力和光等信号对物体信息进行感知，进而向物联网基础服务提供原状信息。不同类型的传感器其工作原理也大部相同。在传感器生产技术不断更新的推动下，逐渐涌现出更多高性能的传感器类型。传感器的发展趋势主要表现传感器自身的网络化与智能化、信息感知2个方面。

1.2.3 无线自动识别技术

无线自动识别系统主要由天线、读写器及电子标签构成，其一般工作原理为：在天线的射频场内放入电子标签时将会形成感应电流，电子标签自身被激活而转化为内置电源；电子标签利用内置天线把标签内的存储信息向外传递；读写器将接收到的信息进行解码和解调，然后，将信息传递到后台应用系统实施特定处理。此处理过程完全自动化进行且能在各类非正常环境下应用。当前的无线自动识别技术已经在交通运输、动物识别、物流管理、农畜产品安全生产监控、医疗卫生及产品追踪中获得广泛应用[2]。

2 在现代农业中的应用

2.1 农业信息推送

通常认为农业信息推送仅仅指天气预报方面，然而当代农业的正常发展则需要依靠其他大量支撑因素，如将物联网技术应用在养殖业中，相关监控人员便能实施掌握鱼塘数据，并对未来数据变化进行预测，通过短信平台将数据信息传输到各养殖户手中，提醒养殖户及时采取疾病预警、天气预警等防护措施，以尽量降低恶劣环境因素导致的损失；还有部分地区将测土配方及施肥数据等实时传输到农民手机中，为农民的施肥及播种等提供技术支撑。

2.2 农产品质量监测

目前，国内食品安全问题多发，其中食品监管不善是其重要原因之一，将物联网技术应用到食品监管中，可为食品质量检测提供有效支持手段。已研发出的食品安全追溯系统将无线自动识别技术应用到当前畜牧业食品生产的全过程中，包括产品加工、饲养、食品流通和防疫灭菌等。如将无线自动识别芯片注入到生猪身上，对生猪饲养、屠宰、销售的总体生命过程进行跟踪监控，特别是对生猪的饲养生长过程，可实时监测体温及生长环境等数据；待生猪屠宰后，对各地区的猪肉销售店安置电子溯源秤，消费者在猪肉购买过程中可收取有关视频安全溯源码的凭证条，根据凭证条上的溯源码对生猪的屠宰单位、饲养单位、检疫部门等信息进行查询。

2.3 生物传感器

生物传感器是一种对生物物质反应强烈并能将生物浓度转化成电信号实施检测的仪器。其主要将微生物、酶、核酸、细胞、抗体、组织及抗原等生物活性物质制作的敏感材料当做基本识别单元，使用压电晶体管、氧电极、场效应管、光敏管等制作理化换能器，同时，具备转换器与接收器的功能。生物传感器是将医学、生物、物理、化学及电子等多种技术进行结合使用的高新技术，其本身具有投资小、高灵敏度、可在恶劣环境下完成在线连续监测、选择性强、分析效率高等优点，且其具备集成化、微型化及智能化等优势，在环境监测、动植物检测等领域中均可适用[3]。

生物传感器的具体应用：（1）空气湿度、土壤湿度、光照、二氧化碳浓度等对于农作物的生长都起着非常关键的作用。在温室内使用生物传感器，利用不同传感器节点对土质pH值、成分、湿度、温度及二氧化碳浓度、气压、空气湿度、光照强度等进行测量，然后在数据分析处理的基础上对温度环境、施肥等进行自动控制，以此为农作物生长营造最优氛围。在温室环境监测的基础上，加强信息数据分析处理，并将传感器节点同无线传感器结合，由此将无线传感器传输数据进行大范围的管理和分析，实现农业管控的高效化与科学化。（2）对于水产养殖行业，水中的氨氮含量、pH值及溶氧量等都会对鱼类生长造成影响，利用生物传感器可对水质进行实时监测，对溶氧量、pH值、水温及氨氮含量等水质参数进行检测预警，在参数出现异常时便采取自动防控措施进行处理并将事故信息及时传输到养殖户手中。物联网技术的应用，可有效改善种植、养殖产业的产品品质，进而提高经济效益。

2.4 节水灌溉无线传感网

作为农业生产发展的重要环节，灌溉所需的用水量通常会占到总用水量的70%以上。因维护技术缺陷和人为管理不善等原因，使得当前灌溉用水浪费非常严重，其有效利用率仅在35%左右。如果能对土壤墒情信息进行监测，进而调控灌溉水量及时机，由此便能有效改善用水率。若通过人工定时进行墒情检测，不仅会浪费大量人力物力，还会影响检测实际效果；而使用有线测控系统，一方面需进行综合布线排线，且扩展效果低，另一方面容易给农田耕种等造成干扰。所以通过研发设计出一种以无线传感器网络技术为支撑的节水灌溉控制系统，此种系统主要采用能耗低的无线传感网络节点按照ZigBee自组网模式进行架构，能对土壤墒情进行连续在线监控。农田节水灌溉控制的自动化过程，不仅能够提高灌溉用水的利用率，缓解当前灌溉用水紧张的难题，还能为农作物生长提供适宜的生长环境。

3 结语

物联网技术的应用质量将直接关系着农业生产发展的整体经济效益和社会效益，因此，相关技术与研究人员应加强有关物联网技术在现代农业中的应用研究，总结物联网使用关键技术及重要应用模式，以逐步改善物联网技术应用水平。

参考文献

[1]曹静，凡燕，朱科峰，等.物联网应用于江苏农业的发展分析[J]. 江苏农业学报，2010，13（14）：74-75.

[2]朱会霞，王福林，索瑞霞.物联网在中国现代农业中的应用[J].中国农学通报，2011，6（10）：61-62.

[3]潘明，钟锋.物联网在现代农业上的应用研究[J].现代农业装备，2011，5（35）：57-58.

（责任编辑：刘昀）endprint

摘 要 作为一种先进管控技术，物联网技术的应用对于提高农作物种植的科学性及监测的有效性具有重要作用。由此，首先介绍了物联网技术体系及关键技术，然后，具体探讨了物联网技术在现代农业中的应用，以期为相关技术与研究人员提供参考。

关键词 物联网技术；现代农业；应用

中图分类号：S126 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2014）21-00-02

物联网是指针对有限管理对象的特定网络，其以完善管理以控制为主旨，利用网络、识别器及传感技术等将管理对象相互连接，从而完成情报处理、信息识别与感知、决策执行、态势诊断等智能化控制与管理过程。将物理网技术应用到现代农业中，可改善原有的传统农业经营管理方式，利用无线传感器网络以节省大量人力、物理，并采集有效作物及作为环境信息，提高种植和监测的科学性。因此，加强有关物联网技术在现代农业中的应用探讨，对于改善物联网技术的应用水平具有重要的理论和现实意义。

1 体系及其关键技术

1.1 物联网技术体系

物联网网络架构主要由网络层、感知层、应用层构成，其系统结构图如图1所示。

1.1.1 网络层

网络层是物联网能够开展基础服务的基本条件，其主要用于传输感知层获取的信息，利用广电网、互联网与通信网等完成信息数据的计算与传递。

1.1.2 感知层

感知层主要利用传感器、RFID电子标签、传感器网络及读写器等，完成对监测对象的识别、感知与信息获取，然后将获取的信息同网络层的设备实现信息交互与共享[1]。

1.1.3 应用层

应用层是完成输入输出的控制终端，其主要用于数据处理分析与决策，其可通过PC机和现代智能手机等采用智能化应用程序完成特定服务任务，实现人与物、物与物之间的交互。

1.2 物联网关键技术

1.2.1 传感器网络技术

传感器网络主要采用较多的传感器节点按照无线通信模式架构成一个多跳自组织的网络系统，进而完成数据的融合处理、量化采集及应用传输等过程。所以，传感器网络系统能对网络覆盖区域内的各类对象信息及环境进行采集、感知和监测，由此实现实时计算分析的服务。

1.2.2 传感器技术

传感器是完成对现实世界感知的重要手段，且是物理网应用与服务的关键，主要用于对物联网所需数据信息的收集。传感器通常由转换元件、敏感元件构成，根据位移、电、湿度、热、声、力和光等信号对物体信息进行感知，进而向物联网基础服务提供原状信息。不同类型的传感器其工作原理也大部相同。在传感器生产技术不断更新的推动下，逐渐涌现出更多高性能的传感器类型。传感器的发展趋势主要表现传感器自身的网络化与智能化、信息感知2个方面。

1.2.3 无线自动识别技术

无线自动识别系统主要由天线、读写器及电子标签构成，其一般工作原理为：在天线的射频场内放入电子标签时将会形成感应电流，电子标签自身被激活而转化为内置电源；电子标签利用内置天线把标签内的存储信息向外传递；读写器将接收到的信息进行解码和解调，然后，将信息传递到后台应用系统实施特定处理。此处理过程完全自动化进行且能在各类非正常环境下应用。当前的无线自动识别技术已经在交通运输、动物识别、物流管理、农畜产品安全生产监控、医疗卫生及产品追踪中获得广泛应用[2]。

2 在现代农业中的应用

2.1 农业信息推送

通常认为农业信息推送仅仅指天气预报方面，然而当代农业的正常发展则需要依靠其他大量支撑因素，如将物联网技术应用在养殖业中，相关监控人员便能实施掌握鱼塘数据，并对未来数据变化进行预测，通过短信平台将数据信息传输到各养殖户手中，提醒养殖户及时采取疾病预警、天气预警等防护措施，以尽量降低恶劣环境因素导致的损失；还有部分地区将测土配方及施肥数据等实时传输到农民手机中，为农民的施肥及播种等提供技术支撑。

2.2 农产品质量监测

目前，国内食品安全问题多发，其中食品监管不善是其重要原因之一，将物联网技术应用到食品监管中，可为食品质量检测提供有效支持手段。已研发出的食品安全追溯系统将无线自动识别技术应用到当前畜牧业食品生产的全过程中，包括产品加工、饲养、食品流通和防疫灭菌等。如将无线自动识别芯片注入到生猪身上，对生猪饲养、屠宰、销售的总体生命过程进行跟踪监控，特别是对生猪的饲养生长过程，可实时监测体温及生长环境等数据；待生猪屠宰后，对各地区的猪肉销售店安置电子溯源秤，消费者在猪肉购买过程中可收取有关视频安全溯源码的凭证条，根据凭证条上的溯源码对生猪的屠宰单位、饲养单位、检疫部门等信息进行查询。

2.3 生物传感器

生物传感器是一种对生物物质反应强烈并能将生物浓度转化成电信号实施检测的仪器。其主要将微生物、酶、核酸、细胞、抗体、组织及抗原等生物活性物质制作的敏感材料当做基本识别单元，使用压电晶体管、氧电极、场效应管、光敏管等制作理化换能器，同时，具备转换器与接收器的功能。生物传感器是将医学、生物、物理、化学及电子等多种技术进行结合使用的高新技术，其本身具有投资小、高灵敏度、可在恶劣环境下完成在线连续监测、选择性强、分析效率高等优点，且其具备集成化、微型化及智能化等优势，在环境监测、动植物检测等领域中均可适用[3]。

生物传感器的具体应用：（1）空气湿度、土壤湿度、光照、二氧化碳浓度等对于农作物的生长都起着非常关键的作用。在温室内使用生物传感器，利用不同传感器节点对土质pH值、成分、湿度、温度及二氧化碳浓度、气压、空气湿度、光照强度等进行测量，然后在数据分析处理的基础上对温度环境、施肥等进行自动控制，以此为农作物生长营造最优氛围。在温室环境监测的基础上，加强信息数据分析处理，并将传感器节点同无线传感器结合，由此将无线传感器传输数据进行大范围的管理和分析，实现农业管控的高效化与科学化。（2）对于水产养殖行业，水中的氨氮含量、pH值及溶氧量等都会对鱼类生长造成影响，利用生物传感器可对水质进行实时监测，对溶氧量、pH值、水温及氨氮含量等水质参数进行检测预警，在参数出现异常时便采取自动防控措施进行处理并将事故信息及时传输到养殖户手中。物联网技术的应用，可有效改善种植、养殖产业的产品品质，进而提高经济效益。

2.4 节水灌溉无线传感网

作为农业生产发展的重要环节，灌溉所需的用水量通常会占到总用水量的70%以上。因维护技术缺陷和人为管理不善等原因，使得当前灌溉用水浪费非常严重，其有效利用率仅在35%左右。如果能对土壤墒情信息进行监测，进而调控灌溉水量及时机，由此便能有效改善用水率。若通过人工定时进行墒情检测，不仅会浪费大量人力物力，还会影响检测实际效果；而使用有线测控系统，一方面需进行综合布线排线，且扩展效果低，另一方面容易给农田耕种等造成干扰。所以通过研发设计出一种以无线传感器网络技术为支撑的节水灌溉控制系统，此种系统主要采用能耗低的无线传感网络节点按照ZigBee自组网模式进行架构，能对土壤墒情进行连续在线监控。农田节水灌溉控制的自动化过程，不仅能够提高灌溉用水的利用率，缓解当前灌溉用水紧张的难题，还能为农作物生长提供适宜的生长环境。

3 结语

物联网技术的应用质量将直接关系着农业生产发展的整体经济效益和社会效益，因此，相关技术与研究人员应加强有关物联网技术在现代农业中的应用研究，总结物联网使用关键技术及重要应用模式，以逐步改善物联网技术应用水平。

参考文献

[1]曹静，凡燕，朱科峰，等.物联网应用于江苏农业的发展分析[J]. 江苏农业学报，2010，13（14）：74-75.

[2]朱会霞，王福林，索瑞霞.物联网在中国现代农业中的应用[J].中国农学通报，2011，6（10）：61-62.

[3]潘明，钟锋.物联网在现代农业上的应用研究[J].现代农业装备，2011，5（35）：57-58.

（责任编辑：刘昀）endprint

摘 要 作为一种先进管控技术，物联网技术的应用对于提高农作物种植的科学性及监测的有效性具有重要作用。由此，首先介绍了物联网技术体系及关键技术，然后，具体探讨了物联网技术在现代农业中的应用，以期为相关技术与研究人员提供参考。

关键词 物联网技术；现代农业；应用

中图分类号：S126 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2014）21-00-02

物联网是指针对有限管理对象的特定网络，其以完善管理以控制为主旨，利用网络、识别器及传感技术等将管理对象相互连接，从而完成情报处理、信息识别与感知、决策执行、态势诊断等智能化控制与管理过程。将物理网技术应用到现代农业中，可改善原有的传统农业经营管理方式，利用无线传感器网络以节省大量人力、物理，并采集有效作物及作为环境信息，提高种植和监测的科学性。因此，加强有关物联网技术在现代农业中的应用探讨，对于改善物联网技术的应用水平具有重要的理论和现实意义。

1 体系及其关键技术

1.1 物联网技术体系

物联网网络架构主要由网络层、感知层、应用层构成，其系统结构图如图1所示。

1.1.1 网络层

网络层是物联网能够开展基础服务的基本条件，其主要用于传输感知层获取的信息，利用广电网、互联网与通信网等完成信息数据的计算与传递。

1.1.2 感知层

感知层主要利用传感器、RFID电子标签、传感器网络及读写器等，完成对监测对象的识别、感知与信息获取，然后将获取的信息同网络层的设备实现信息交互与共享[1]。

1.1.3 应用层

应用层是完成输入输出的控制终端，其主要用于数据处理分析与决策，其可通过PC机和现代智能手机等采用智能化应用程序完成特定服务任务，实现人与物、物与物之间的交互。

1.2 物联网关键技术

1.2.1 传感器网络技术

传感器网络主要采用较多的传感器节点按照无线通信模式架构成一个多跳自组织的网络系统，进而完成数据的融合处理、量化采集及应用传输等过程。所以，传感器网络系统能对网络覆盖区域内的各类对象信息及环境进行采集、感知和监测，由此实现实时计算分析的服务。

1.2.2 传感器技术

传感器是完成对现实世界感知的重要手段，且是物理网应用与服务的关键，主要用于对物联网所需数据信息的收集。传感器通常由转换元件、敏感元件构成，根据位移、电、湿度、热、声、力和光等信号对物体信息进行感知，进而向物联网基础服务提供原状信息。不同类型的传感器其工作原理也大部相同。在传感器生产技术不断更新的推动下，逐渐涌现出更多高性能的传感器类型。传感器的发展趋势主要表现传感器自身的网络化与智能化、信息感知2个方面。

1.2.3 无线自动识别技术

无线自动识别系统主要由天线、读写器及电子标签构成，其一般工作原理为：在天线的射频场内放入电子标签时将会形成感应电流，电子标签自身被激活而转化为内置电源；电子标签利用内置天线把标签内的存储信息向外传递；读写器将接收到的信息进行解码和解调，然后，将信息传递到后台应用系统实施特定处理。此处理过程完全自动化进行且能在各类非正常环境下应用。当前的无线自动识别技术已经在交通运输、动物识别、物流管理、农畜产品安全生产监控、医疗卫生及产品追踪中获得广泛应用[2]。

2 在现代农业中的应用

2.1 农业信息推送

通常认为农业信息推送仅仅指天气预报方面，然而当代农业的正常发展则需要依靠其他大量支撑因素，如将物联网技术应用在养殖业中，相关监控人员便能实施掌握鱼塘数据，并对未来数据变化进行预测，通过短信平台将数据信息传输到各养殖户手中，提醒养殖户及时采取疾病预警、天气预警等防护措施，以尽量降低恶劣环境因素导致的损失；还有部分地区将测土配方及施肥数据等实时传输到农民手机中，为农民的施肥及播种等提供技术支撑。

2.2 农产品质量监测

目前，国内食品安全问题多发，其中食品监管不善是其重要原因之一，将物联网技术应用到食品监管中，可为食品质量检测提供有效支持手段。已研发出的食品安全追溯系统将无线自动识别技术应用到当前畜牧业食品生产的全过程中，包括产品加工、饲养、食品流通和防疫灭菌等。如将无线自动识别芯片注入到生猪身上，对生猪饲养、屠宰、销售的总体生命过程进行跟踪监控，特别是对生猪的饲养生长过程，可实时监测体温及生长环境等数据；待生猪屠宰后，对各地区的猪肉销售店安置电子溯源秤，消费者在猪肉购买过程中可收取有关视频安全溯源码的凭证条，根据凭证条上的溯源码对生猪的屠宰单位、饲养单位、检疫部门等信息进行查询。

2.3 生物传感器

生物传感器是一种对生物物质反应强烈并能将生物浓度转化成电信号实施检测的仪器。其主要将微生物、酶、核酸、细胞、抗体、组织及抗原等生物活性物质制作的敏感材料当做基本识别单元，使用压电晶体管、氧电极、场效应管、光敏管等制作理化换能器，同时，具备转换器与接收器的功能。生物传感器是将医学、生物、物理、化学及电子等多种技术进行结合使用的高新技术，其本身具有投资小、高灵敏度、可在恶劣环境下完成在线连续监测、选择性强、分析效率高等优点，且其具备集成化、微型化及智能化等优势，在环境监测、动植物检测等领域中均可适用[3]。

生物传感器的具体应用：（1）空气湿度、土壤湿度、光照、二氧化碳浓度等对于农作物的生长都起着非常关键的作用。在温室内使用生物传感器，利用不同传感器节点对土质pH值、成分、湿度、温度及二氧化碳浓度、气压、空气湿度、光照强度等进行测量，然后在数据分析处理的基础上对温度环境、施肥等进行自动控制，以此为农作物生长营造最优氛围。在温室环境监测的基础上，加强信息数据分析处理，并将传感器节点同无线传感器结合，由此将无线传感器传输数据进行大范围的管理和分析，实现农业管控的高效化与科学化。（2）对于水产养殖行业，水中的氨氮含量、pH值及溶氧量等都会对鱼类生长造成影响，利用生物传感器可对水质进行实时监测，对溶氧量、pH值、水温及氨氮含量等水质参数进行检测预警，在参数出现异常时便采取自动防控措施进行处理并将事故信息及时传输到养殖户手中。物联网技术的应用，可有效改善种植、养殖产业的产品品质，进而提高经济效益。

2.4 节水灌溉无线传感网

作为农业生产发展的重要环节，灌溉所需的用水量通常会占到总用水量的70%以上。因维护技术缺陷和人为管理不善等原因，使得当前灌溉用水浪费非常严重，其有效利用率仅在35%左右。如果能对土壤墒情信息进行监测，进而调控灌溉水量及时机，由此便能有效改善用水率。若通过人工定时进行墒情检测，不仅会浪费大量人力物力，还会影响检测实际效果；而使用有线测控系统，一方面需进行综合布线排线，且扩展效果低，另一方面容易给农田耕种等造成干扰。所以通过研发设计出一种以无线传感器网络技术为支撑的节水灌溉控制系统，此种系统主要采用能耗低的无线传感网络节点按照ZigBee自组网模式进行架构，能对土壤墒情进行连续在线监控。农田节水灌溉控制的自动化过程，不仅能够提高灌溉用水的利用率，缓解当前灌溉用水紧张的难题，还能为农作物生长提供适宜的生长环境。

3 结语

物联网技术的应用质量将直接关系着农业生产发展的整体经济效益和社会效益，因此，相关技术与研究人员应加强有关物联网技术在现代农业中的应用研究，总结物联网使用关键技术及重要应用模式，以逐步改善物联网技术应用水平。

参考文献

[1]曹静，凡燕，朱科峰，等.物联网应用于江苏农业的发展分析[J]. 江苏农业学报，2010，13（14）：74-75.

[2]朱会霞，王福林，索瑞霞.物联网在中国现代农业中的应用[J].中国农学通报，2011，6（10）：61-62.

[3]潘明，钟锋.物联网在现代农业上的应用研究[J].现代农业装备，2011，5（35）：57-58.

（责任编辑：刘昀）endprint