物联网技术在智慧农业发展中的应用模式分析

刘国杰

（1.山东省聊城市农业农村局，山东 聊城 252000；2.聊城市农村改革和农业农村经济服务中心，山东 聊城 252000）

智慧农业就是将现代科学技术积极融入农业生产过程中，不仅包括农业种植，还涵盖了物流管理、食品溯源、休闲农业、电子商务等更大的范畴，能够全面提升农业全产业链的科技含量，实现智能化、自动化、无人化管理。物联网技术是一系列科学技术的集合，对于打造智慧农业具有较强的可行性，因此加强理论研究和实践应用是十分必要的。

1 物联网技术内涵解析

1.1 概念解读

物联网，顾名思义，就是实现人与物、物与物之间的相互联通，利用信息传感器、全球定位系统、射频识别技术、激光扫描器、红外感应器等技术装备，能够获取各种物体的信息，并实现智能化识别和控制。物联网技术是在互联网技术的基础上发展起来的，在用户端可以扩展到现实中存在的物品，使物品之间能够进行信息交换和通信，实现随时随地的人、机、物互联互通。物联网技术是新一代信息技术的重要组成，引起了世界各国的广泛关注，并将成为发展科技、振兴经济的重要突破口。

1.2 体系架构

物联网的体系架构主要包括应用层、网络层、感知层。其中，感知层相当于人体的皮肤和五官，通过各种传感器，采集识别物体信息，因此数据获取成为关键所在，通过摄像头、扫描仪、传感器等设备设施，都可以进行广泛的数据采集，感知层是物联网体系架构的基础，为后续的信息传递和处理决策提供了有力支持。网络层相当于人类的大脑中枢，主要负责信息的传递和处理，包括各种计算机应用平台、网络管理中心、信息处理中心，等等，随着5G移动通信技术的不断成熟，能够为物联网发展提供更好地网络环境。应用层主要负责信息的处理和决策，更好地获取有价值信息，并得到有效利用，应用层是物联网与各行各业的深入结合，比如，智慧农业、智能家居、公共安全、工业监测、城市管理等[1]。

1.3 关键技术

1.3.1 信息感知技术

现阶段，物联网的信息感知技术主要包括传感器技术、射频识别技术、坐标定位技术等。作为物联网的基本构成单元，传感器已经成了不可或缺的存在，不但能够获取信息，而且还可以识别物体状态，并作出及时反应，发出信号，传感器技术具有智能化、数字化、微缩化、系统化等诸多优点，为物联网的广泛应用提供了支持。射频识别技术广泛应用于停车场、防盗器、超市等，比较常见的存在形式如感应卡、电子条码、电子标签、门禁。坐标定位技术主要利用了卫星空间定位，具有高动态性、高判断力、高精确度的特点，广泛应用于导航、测绘等相关行业。

1.3.2 信息通信技术

信息通信技术包括了有线信息传播技术、无线信息传播技术、光纤通信技术、交换技术、组网技术等。随着5G移动技术的推广，应用无线传输技术，能够实现更加便捷的信息传递，推动着物联网技术持续向前发展。光纤通信技术也至关重要，最大程度地满足了数据传输的准确、高效、实时要求，为提供高性能的网络环境奠定了基础。交换技术主要指的是软交换技术，有利于解决传统通信业务和新型多媒体业务相关的网络问题，实现更高效、便捷的数据交换。组网技术主要包括以太网组网技术和ATM局域网组网技术，以太网组网技术应用广泛，通过多种物理介质和拓扑结构，使组网更为灵活。

1.3.3 信息处理技术

信息处理技术需要对信息进行及时有效的处理，维护系统的正常运转，主要包括中间件、数据挖掘、智能技术等。中间件主要负责系统软件和应用软件的连接，能够使多台机器上的多个软件进行交互，实现无障碍的信息交换。数据挖掘是通过各种算法从海量数据中寻找有价值的信息，从而加以针对性的开发利用。智能技术涵盖了智能信号处理、智能控制、人机交互等方面，能够显著提高信息处理质量和效率[2]。

1.3.4 信息安全技术

物联网具有开放性、匿名性等特点，虽然能够提升操作便利性，但是也容易形成许多安全漏洞，为了保证物联网内的信息安全，必须加强信息安全技术的研究应用，保护用户隐私，提升用户黏性。与传统网络安全相比，物联网的信息安全技术具有一定的特殊性，除了能够借鉴部分互联网安全机制外，还需要根据相关特征，完善认证机制、加密机制等方面工作，满足信息的保密性、真实性、完整性要求。

2 物联网技术在智慧农业发展中的应用模式分析

2.1 农情监测

农情监测在智慧农业中占据着举足轻重的地位，利用物联网技术，可以全面采集农作物生长区域的地理信息，包括土壤类型、有机质含量、pH值、地下水分布等，通过科学分析判断，能够对农作物进行定位定量的灌溉施肥。如果将农业机械设备连入到物联网中，还可以实现更大规模的农业生产，提高对突发事件的应对能力，下面以土壤墒情监测系统为例，简要分析物联网技术在农情监测中的有效应用。

土壤墒情管理水平直接影响着农作物的生长状况，而水肥管理是其中的重要内容。建立土壤墒情系统，可以自动采集土壤含水量、降雨量、地下水位等相关信息，通过信息处理，获得最佳的灌溉时间和用水量，从而实现节约农业用水、提高作物产量的目标。土壤墒情系统主要由硬件平台和软件平台组成，涵盖了数据采集、信息传输、数据接收与存储、数据分析挖掘、远程监控管理等主要功能模块。数据采集模块需要对土壤数据进行实时采集和监控，分析土壤含水量，该模块应该满足监测范围、数据精度等方面的要求。数据发送模块可以利用移动通信网络、ADSL、无线节点等多种网络通信技术，保证数据传递的安全性、稳定性、可靠性，实现远程的数据传输和共享。数据接收与存储模块主要负责接收发送模块传递来的数据信息，并将其存储到数据库中。数据分析挖掘模块主要作用在于从海量数据中检索出有效数据，形成土壤墒情分析报告，为灌溉决策、施肥时机、旱涝分析提供科学依据，并且可以根据土壤墒情变化预测农作物产量数据。监控管理模块是数据传输的终端，通过电子屏幕、移动产品、计算机等设备，将数据信息可视化展示给用户，提供数据查询、调用等功能，为相关决策提供有力支持[3]。

2.2 安全溯源

俗话说，“民以食为天，食以安为先”。然而，食品安全依然是最突出的民生难题之一，与人民群众的生命健康、经济发展的质量水平、社会生活的和谐稳定息息相关，如何让口号成为现实，物联网技术的应用提供了有力支撑。在食品监管体系中，可以分为种植养殖、生产加工、市场流通、餐饮消费4个主要环节，由于部门分管体系的原因，存在着许多监管漏洞，难以明确划分权责。建立食品安全溯源系统，能够打破部门之间的壁垒，实现从生产端到消费端的全过程监管，下面以肉类产品溯源系统为例展开分析，探讨研究物联网技术在各环节的有效运用。

基于物联网技术的肉类安全溯源系统可以分为政府联合监督系统和供应链用户业务管理系统，政府联合监管系统涵盖了农业委员会监管、商务部门监管、工商部门监管、质量监督部门监管、卫生部门监管，各相关政府职能部门通过相应的子系统就可以实现肉类质量联合管控的目标。而供应链用户业务管理系统应该包括养殖、屠宰、批发、零售、加工、消费等主要环节，在养殖子系统，收录着养殖户、免疫防疫、喂养诊疗、出栏死亡等信息；在屠宰子系统，记载了收购登记、品质检验、无害化处理等相关信息；在批发子系统，主要涵盖销售信息统计、销售商管理、外地肉检测等方面信息；在零售子系统，应该包括摊位信息、巡检记录等方面信息；在加工及消费子系统，主要管理各相关单位的台账及信息。在整个流通环节，信息的感知和采集都至关重要。养殖阶段，需要为仔猪佩戴 RFID标签，里面应该存储着该个体饲料、用药、防疫等情况信息，并且将数据信息上传到数据库，形成完整的养殖档案；屠宰阶段，通过物联网可以将达到出栏标准的禽畜就近分配到合适厂区，同样需要建立屠宰档案，记录收购信息、检疫信息，检疫合格后才能开具证明，绑定电子标签，然后流入市场；在批发、零售、加工、消费环节，肉类电子标签持续传递和完善，消费者和食品安全监管人员可以通过二维码、电话等多种方式进行信息溯源。对于信息不完善的情况，消费者可以积极举报，相关部门要严肃处理，杜绝违法违规行为。溯源数据中蕴藏着巨大的价值，通过建立省级信息管理平台，不但能够查询食品安全、加强监督管理，而且可以根据价格波动供求变化进行市场预测，生产者可以及时采取应对措施，减少不必要的损失，政府相关部门可以提前制定宏观调控政策，维护市场稳定，保障人民群众的基本生活需求[4]。

2.3 物流管理

大多数农产品保质期都比较短，因此对存储环境、运输条件等方面的要求比较高，很容易出现不新鲜或者腐烂变质等问题。现阶段，物流行业已经有了突飞猛进的发展，但是，对于农产品物流管理而言，依然存在许多不足之处。物联网技术对物流业发展具有积极的推动作用，通过射频识别、定位系统、传感网络、信息交互等技术应用，能够建立起更为高效的物流管理系统，简化物流管理环节，降低物流管理成本，促进物流管理的信息化、智能化发展。

基于物联网技术的物流管理系统可以对出入库、存储、盘点、配送等各个环节进行自动控制，有效避免了管理制度不严、人为操作误差等方面产生的负面影响，而且能够加快库存周转，改善业务流程，提高资源利用率，下面主要以基于物联网技术的智能仓储系统展开分析。该系统集合了射频识别技术、互联网技术、GPS定位技术、红外视频监控技术、图像监控技术，能够实现自动化的出入库、分配位置、盘点库存、信息管理等工作内容，主要采用了设备层、进程管理层、远程管理层三层结构。设备层主要负责系统运行及数据采集传输，进程管理层负责监控设备层及仓库状况，远程管理层负责远程监控系统运行状态。在各系统设施及功能模块上，智能仓库系统的硬件设施主要包括堆垛机控制系统、地面操控台系统、RFID系统，另外，还包括显示系统、警示系统、门禁系统、监控系统等。堆垛机控制系统负责货物的出入库工作，主要采用了可编程逻辑控制器作为控制核心，同时，安装了传感器，可以感知仓位、测量尺寸重量等相关数据。地面操控台系统能够控制堆垛机系统，二者可以实现信息双向传递，保证系统运行的安全性和准确性。RFID系统负责采集现场数据，并将数据上传到计算机，完成信息存储和获取工作。智能仓储系统的软件设施主要包括红外视频监控、RFID联网控制、物资配送、车辆管理、身份认证等多种功能子系统，能够尽可能提高自动化水平，减少人力资源需求量。红外视频监控系统可以通过多个位置的红外高清摄像头检查仓库情况，保证仓储安全。RFID联网控制系统可以利用RFID射频器读取电子标签信息，随时随地可以进行出入库管理和货物盘点。物资配送系统实现了配送管理、仓储管理、运输管理、数据分析的有效整合，有利于打造一体化、信息化的物资调送管理平台。车辆管理系统充分利用了GPS技术，根据相关信息，自动生成最佳配送方案。身份认证系统可以对出入库人员、管理人员进行有效识别监管，自动记录相关人员的出入库信息，防止出现管理不善的问题，减少人为因素产生的不良影响[5]。

3 结束语

综上所述，本文首先阐述了物联网技术的概念和体系架构，着重分析了几种关键技术，然后从农情监测、安全溯源、物流管理等方面出发，研究了物联网技术在智慧农业发展中的典型应用模式。希望能够起到积极的现实意义，充分认识物联网技术的优越性，把握智慧农业的发展趋势，通过先进技术应用，促进传统农业的转型升级，以求实现更好的综合效益。