智慧农业发展现状及趋势范文

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第1篇

关键词：物联网；智慧农业；系统设计

中图分类号：TP391.44 文献标识码：A

随着农业产业规模的不断提高和土地集中化耕种的推行，越来越多的农产品在大棚中培育，传统的人工控制模式已不能满足现代精准农业的要求[1]。

物联网技术在农业中的应用是当今世界农业发展的新潮流[2]，引领现代农业发展，它既能提高农业精细化水平，又能节约资源、增产增效，确保农产品质量安全。

1 系统设计

1.1 系统目标

基于物联网的智慧农业大棚系统通过传感器实时采集室内温度和土壤温度、湿度、二氧化碳浓度、光照等环境参数，经由无线信号收发模块传输数据，根据用户需求，实现对大棚的远程智能控制[3]。

该系统还可推广到园林园艺、畜牧养殖等相关农业领域，为实现对环境进行自动控制、智能管理，对农业综合生态信息自动监测提供科学依据[4]。

1.2 系统架构

系统通过环境参数传感器和高清视频摄像头等组建了一个可以远程感知的数字大棚，采集的数据通过3G移动网络传输到控制中心进行数据关联、数据分析，实现智慧农业大棚一体化解决方案。

系统的总体架构分为传感信息采集、无线传输、远程控制和数据分析处理四部分[5]。

图1 系统总体架构图

传感信息采集系统：主要负责大棚内环境参数的采集与控制；采用高清网络摄像机，实时拍摄大棚内视频信息。

无线传输系统：将采集的环境参数和视频信息，通过3G移动网络传送到控制中心。

远程控制系统：通过控制设备和继电器电路可以自由操控各种农业生产设备。

数据分析处理系统：用户可随时随地通过电脑或移动终端进行数据查询与分析，为用户提供决策依据。

图2 系统组成图

2 系统功能特点

基于物联网的智慧农业大棚系统，内置先进的无线感应器，不用布线，可实时监测温室大棚中的温、湿度等信息，通过无线ZigBee技术，与相关设备连接，当室内温、湿度、光照等信息超过或低于系统设定范围时，可自动打开或关闭相关设备进行调控，营造作物适宜生长环境。

图3 系统管理示意图

主要系统功能特点如下：

（1）系统可实时、连续的采集各项环境参数，以数字、图形、图像等多种方式进行记录和显示。

（2）系统可对传感器采集的温湿度、光照等数据在后台实现自动处理，与设定阈值比对，并根据结果自动调节大棚内温湿度、光照控制设备，实现大棚的全自动化管理。

（3）系统可设定各监控点的报警阀值，当出现数据异常时自动发出报警信号。

（4）无线网关设备具备丰富的硬件接口，可以提供有线、无线等多种方式的通讯手段。

3 结语

相关资料表明，在智慧农业大棚中，每平方米一季可产番茄30kg-50kg，黄瓜40kg，相当于露地栽培产量10倍以上，其他各类作物在这种环境下的产量也将得到明显的提升。另外，由于温、光、水、肥、气等诸多因素综合直接协调到最佳状态，据计算，可有效节水、节肥和节药，使整体能耗降低15%—50%。

基于物联网的智慧农业大棚系统将互联网从桌面延伸到田野，让温室实时在线，从而实现农业大棚与数据世界的完美融合。

图4 产量比较图

图5 能耗比较图

参考文献

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[5] 郭阳雪，等.农业大棚温度远程实时监控系统设计[J].安徽农

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作者简介：

第2篇

关键词 智慧农业；物联网；物联网架构；发展现状；问题

中图分类号 F49 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）14-0338-03

Discussion Development of Internet of Things and Wisdom Agriculture

DONG Miao HUANG Rong-rong ZHENG Yong ZHAO Shi-jing CHEN Jie *

（Tongji University，Shanghai 201800）

Abstract With the development of internet，wisdom agriculture is a trend of agriculture in our country，and the internet of things is the key technology of wisdom agriculture. This paper mainly introduced the connotation of internet of things and wisdom agriculture，architecture of internet of things，mainly including perception layer，network layer and application layer.At the same time，the paper concretely introduced the internet of things in wisdom agriculture development situation and existing problems.

Key words internet of things；wisdom agriculture；framework of internet of things；development situation； problems

智慧农业是我国近几年根据农业的发展而新产生的一个概念，就是在传统农业的基础上应用物联网技术，充分利用传感器和其他平台软件对农业生产生活进行监测和控制。由于我国农业已经步入由传统农业向现代化农业发展的阶段，越来越多的现代化智能技术融入到农业中，而物联网技术则是智慧农业的主要支撑技术，我们越来越多地感受到智慧农业给我们带来的便捷、高产和优质，这是我国未来农业发展的一个主要趋势。

1 物联网与智慧农业

1.1 物联网

物联网[1]（internet of things）定义的核心和基础仍然是互联网，主要是将物品与物品之间用互联网进行连接，所使用的技术包括智能感知识别技术、普适计算等通信感知技术，简而言之，就是利用互联网等通信技术实现远程管理控制的智能化网络，从而更好地将物与物、人与物进行连接，可以说物联网是互联网的延伸，在兼容了互联网所有的应用后，同时又具有自己的私有化和个性化。农业物联网是将物联网技术与农业相结合，是将其具体应用在农产品生产、经营、管理、服务的整个产业链当中，即将农产品与农产品之间的信息应用现代智能感知技术进行采集测定，然后将收集到的信息数据进行识别处理，再传到操作终端，实现智能化控制[2]。物联网在农业生产中的具体应用就是通过在农业生产中安装各类传感器，如温度传感器、湿度传感器等，通过数据连接，将无线传感网络、电信网、互联网进行集成，实现农业生产信息在各个环节的传输，最后将大量农业生产信息进行整理融合，由操作终端实现对农业生产的过程监控，进而实现现代化农业生产高产、高效、集约的目标。

1.2 智慧农业

智慧农业即在传统农业的基础上应用物联网技术，充分利用传感器和其他平台软件对农业生产生活进行监测和控制，使农业系统不再像传统农业一样封闭，而是具有“智慧”，智慧农业不仅可以进行基本的感知、控制和管理，更是扩展到了电子商务、食品溯源防伪、农业休闲旅游、农业信息服务等方面的内容，物联网技术可以说是智慧农业的基础[3]。

2 智慧农业物联网架构

2.1 信息感知层

顾名思义，感知层相对于物联网而言，类似于人类的感觉器官，主要是用于识别物体并进行信息采集。信息感知层通过采用先进的传感技术，即利用温度、湿度、光照、风速等各种传感器，得到农业生产过程中的精细化信息，如设施内温度、湿度、光照情况、CO2浓度、土壤湿度、营养液浓度等信息，是对植物生长状况进行判定的基础[4]。

2.2 信息传输层

信息传输层由互联网、云计算平台、移动通信网、无线传感器网络等组成，主要负责传递和处理感知层获取的信息，也是物联网的中枢环节。信息传输层主要作用就是将信息感知层获取的数据以多种通信协议向局域网或广域网。其中应用较多的为无线传感网络。无线传感器网络[5]通过无线通信方式自行组网，对网络覆盖区域中的对象的动态信息进行采集，并进一步计算处理。由于其监控效率高，且具有成本低的有点，因而在农业领域的信息采集工作中应用广泛。

2.3 信息应用层

信息应用层通过对数据进行科学处理而制定相应的管理决策，从而实现对农业生产过程的控制。例如利用无线传感器网络获取作物生长环境的温湿度、光照强度等信息，并对各类信息进行分析，依据制定的管理策略，与传动机构进行通讯，控制传动机构，进行自动灌溉、施肥、加温、控光等，同时对异常信息自动报警[6]。

3 智慧农业物联网技术分析

3.1 信息感知技术

物联网技术是智慧农业的基础，而信息感知技术又是物联网技术的基础，信息感知技术是整个智慧农业中最基础的环节。该技术包括射频识别技术、全球定位系统技术、农业传感器技术、遥感技术等。

3.1.1 射频识别技术。射频识别技术是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术，该技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内的物品跟踪与信息共享。射频识别技术在食品行业中主要应用于食品的跟踪和溯源。应用射频识别技术系统可确保食品供应链的高质量数据交流，可确保食品源的清晰，实现产品追踪，从而实现质量监控和追溯[7]。同时，射频识别技术与传感器技术相结合，可以感知食品加工和储藏过程中环境的状态信息，因为环境因素对食品品质影响很大，记录分析这些因素就显得十分重要。利用无线通信技术可以方便地把这些状态信息及其变化传递出来。

3.1.2 全球定位系统技术。全球定位系统（global positioning system，GPS）是美国从20世纪70年代开始研制，在1994年全面建成，可以在海陆空的三维空间中进行全方位的导航和定位。全球定位系统技术的定位定时功能能够实现对农田具体生产状况的跟踪与描述，同时辅助农业机械将农作物肥料等定点运送并喷洒到准确的位置[8]。

3.1.3 农业传感器技术。农业传感器技术是农业物联网的核心，主要用于采集各类农业信息，包括空气温度、湿度等环境指标参数，畜禽养殖业中的有害气体含量，种植业中的光、温、水、肥、气等参数，以及水产养殖业中的酸碱度、氨氮、溶解氧、浊度、电导率等参数。

3.1.4 遥感技术。遥感技术从不同高度的平台上，使用不同的传感器，对地球表层各类地物的电磁波谱信息进行收集，并进行分析处理。遥感技术利用地面目标反射或辐射电磁波的固有特性，通过观察目标的电磁波信息以达到获取目标的几何信息和物理属性的目的。在智慧农业采集地面空间分布的地物光谱反射或辐射信息，实施全面监测，同时根据光谱信息，进行空间的定性与定位分析，从而提供大量的田间时空变化信息[9]。

3.2 信息传输技术

农业信息感知技术在智慧农业中运用最广泛的是无线传感网络。无线传感网络[10]采用无线通信方式，由部署在监测区域内大量的传感器节点组成，负责感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息。蓝牙（bluetooth）[11]是一种短距离无线通信技术规范 ，能够实现数据和语音通信，蓝牙通信带宽为lMb/s，一个“蓝牙”主设备最多同时与7个其他的“蓝牙”设备通信，支持点对点和点对多的连接，使用灵活的无基站组网方式。目前主要的应用场景有数码相机图像传输，计算机、手机等的交互会议，耳机、游戏机等的电子娱乐产品等，汽车产品等。Wi-Fi（wireless fidelity）是IEEE定义的无线网络通信的工业标准（IEEE802.11），主要特点是可靠性高、速度快，在开放的环境通信距离达到300 m以上，在相对封闭的环境里通信距离在100 m。组网灵活、成本低、可移动性好，与现有的有线以太网络非常容易整合。但是其明显的缺点是信号强度影响其稳定性，抗干扰性不好，且设备的功耗非常高。目前，Wi-Fi应用在如手机、PAD等的便携式电子产品中，有效解决校园网或办公室无线局域网的无线接入问题[12]。

3.3 信息应用技术

信息处理技术是物联网技术的最后环节，也是智慧农业实现自动控制的基础，应用的技术有云计算、决策支持系统、专家系统、地理信息系统、智能控制技术等技术。

3.3.1 云计算。云计算指将计算任务分布在资源池上，使应用系统实现根据需要获取存储空间及软件服务。面对智慧农业中的大量数据，云计算可以实现信息存储资源和计算能力的分布式共享，超级强大的信息处理能力同时也为大量信息提供支撑[13]。

我国近年来开展云计算对于农业生产的应用，在农业相关领域的应用都有研究。目前农业云体验平台包括农业信息智能搜索与服务平台和绿云格平台，通过这2个平台能够实现农业市场信息和实用技术的准确获取与分析，为农业主管部门、企业及农户个人提供个性化检索，同时提供全方位的农业生产环境远程管理服务[14-18]。

3.3.2 决策支持系统。决策支持系统以人机交互方式进行半结构化或非结构化决策。农业决策支持系统在农业节水灌溉优化、大型养鸡厂管理、小麦栽培、饲料配方优化设计、农机化信息管理、土壤信息系统管理上进行了广泛应用研究[19]。农业决策支持系统可对地方农业生产过程进行分析和模拟，预测不同决策方案的效果与效益， 从而优化农业生产决策。目前决策支持系统技术在农业结构优化、产量预测及潜力分析、确定农业投资规模等方面得到广泛应用[20]。

3.3.3 专家系统。专家系统模拟人类专家解决各种复杂的实际问题，具有与专家水平解决问题的能力。该系统在利用农业专家多年积累的知识与经验的基础上，对需要解决的农业问题进行分析判断，提出决策，使计算机在农业生产中起到人类农业专家的作用[17]。例如专家系统在榨菜病虫害防治中的应用，为农户和科技人员提供了病虫害信息交流平台，为菜农提供了病虫害防治的科学指导，现实意义显著[18]。

3.3.4 地理信息系统。地理信息系统主要用于建立自然条件、生产条件、土壤数据、作物病虫草害发展趋势、作物产量等的空间信息数据库，为分析差异性和实施调控提供处方决策方案[15]。利用地理信息系统进行土壤适宜性评价就是将土壤质地、类型、氮磷钾含量、有机质含量等土地数据进行整合，并赋予权重，再进行分析运算，生成土壤适宜性评价图，也可建立数学模型，实现土地适宜性的分级[16]。

3.3.5 智能控制技术。智能控制技术主要用来解决用传统方法无法顺利解决的复杂问题。目前智能控制技术的主要研究方向包括神经网络控制、模糊控制、综合智能控制技术，并在设施园艺、大田种植、畜禽养殖等方面得到初步应用[20]。比如，用神经网络分析甜瓜质量的物理测量指标与人们感官对甜瓜香味、甜度、酸度、组织结构、水分等质量指标的相关关系，来预测甜瓜质量。将实测物理标与人的感官分类联系起来，对食品质量进行预测，在食品工业中有很重要的意义。

4 智慧农业物联网技术应用现状

4.1 传感器在温室中的应用

为了提高农作物的产量和质量，优化作物品种，使作物的生长不受或少受季节的影响，现代化设施农业快速发展，它的主要发展形势是温室大棚，相配套的温室栽培技术也得到了广泛的关注和应用。该种技术主要是利用对温度、湿度、光照、喷灌量、通风等影响因素的测量和控制，实现对作物生长的精准控制。

在此过程中，对各类参数的测定采集尤为重要。主要是采用温度、湿度、光照、CO2、土壤湿度、土壤养分等各类传感器检测农业环境中的各项物理量参数，并根据生产控制策略，实现生产自动控制，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境[21]。

4.2 传感器在自动化农业机械中的应用

由于农业现代化的快速发展，对农业机械精度的要求也越来越高，对于机械各部分强度的测量也就尤为重要。例如，应用传感器技术测定农机的性能指标及零部件的结构强度；用应变式传感器测定犁体的阻力，为犁体曲面设计提供科学依据；播种机上安装的光电传感器可随时监测机器是否堵塞，保证农作物出苗率；自动灌溉装置中土壤温度、湿度传感器的使用，在保证农作物灌溉用水的同时实现节约用水[22]。

4.3 遥感技术在农业中的应用

遥感技术是一种现代测量技术，它是通过非接触、少破坏的方法对农林业等方面信息进行测定获取，它可以测定农作物品种的分布区域、植物品种的分类、土地肥沃程度、植物生长情况、植物受灾情况等，然后通过遥感所获得的信息来确定最合适的种植和最适度的施肥，这也就在一定程度上控制了农药化肥的不合理使用，防止了环境污染，从而获得更高的效益[23]。

5 智慧农业物联网技术存在的问题

农业物联网是一项创新型现代化信息集成技术，正在不断改变着我国传统农业的面貌，即便如此，农业物联网也遇到了一定的问题[24]。

5.1 物联网设备概念性产品多于实际应用性产品

我国农业物联网设备主要产自高校院所的实验室，很多都是学生们研究出的概念性产品，实际应用推广并不高，且实验室理论研究与农业实际应用差异较大。

5.2 不计成本的示范对农业物联网的推广并没有实际价值

物联网技术虽然说是在农业中要进行普遍推广，但更多的注重试点示范而不看重经济指标，尚无法实现大规模商业化应用，实际价值不大。由于我国农业仍处于弱势地位，物联网在我国农业领域的应用受限，发展初期同时受到资金的限制。

5.3 资金投入回报周期长，不利于物联网推广

农业物联网基础设施建设具有一次性投入大、回报周期长的特点。在农业整体比较效益低、以小农户分散经营为主的情况下，很多物联网设备因价格偏高很难大面积推广。

5.4 传感器的缺乏

目前我国农用传感器种类较少，主要集中在温度和湿度监测方面，对其他农业生产环境因子的监测传感器严重不足，对生物本体的感知传感器则更少。同时，国产传感器性能不稳定，监测数据的准确性不足，且器材寿命较短[25]。

6 结语

智慧农业是我国未来农业发展的主要趋势，是未来农业的发展方向，随着信息技术的进一步发展，物联网技术会得到更大范围的应用。现在，已经可以看到物联网技术为智慧农业带来更多智能化和信息化，而现在要做的就是提升农业物联网的自主创新能力，加快低成本、高可靠性、使用期限长的传感器开发，加强 Zig-Bee技术等新型无线传输技术在农业上的应用研究，提升专家系统等智能决策系统的实用性和可靠性，通过单项技术突破与多项技术集成应用并举，加快技术研发应用步伐，使基于物联网的智慧农业可以在农村地区大范围使用，这是我国未来农业的趋势和目标。

7 参考文献

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第3篇

【关键词】设施农业；现状；优势；措施；发展趋势

1我国设施农业的发展现状探究

我国是一个农业大国，农业依旧是我国经济发展的命脉之一，农业的发展也是全面实现小康社会的重要任务。但我国的农业技术相对于一些西方发达国家来说还比较落后，设施农业技术也比较落后。推动设施农业技术与国际接轨，并共同发展是农业发展的重要任务。现阶段，我国设施农业中塑料大棚种植和玻璃温室种植比较普遍。设施结构不完善，温室内空间利用率低，造成我国农业基础设施对土地占用率较大却又得不到高效的使用,从而造成了许多不必要的资源浪费情况。由于农民普遍收入较低，购买能力有限，造成了设施机械化程度不高，我国温室中大多使用的设施装备水平较差，所采用的设施极其简单，基本上只是起到防雨和保温作用。这种低水平的农业设施对于自然灾害的抵抗能力较差，北方地区如果遇到连续的降雪天气，温室顶部的电动卷帘机会被冰冻，无法正常工作，影响了温室的光照和通风。[1]下雪后，帘子卷不起来，没有阳光光照，作物不生长，温室内湿度增大，作物生病等一系列问题。农户种植作物缺乏科学性，种植部分作物，会整袋肥料往菜畦里施，生怕肥力不够影响产量，或者大量使用农药，作物农药残留严重超标。

2先进设施农业技术的优势

发展设施农业，必须依靠科技，提高生产效益。施肥前应该先对土壤进行检测，测出土壤中的养分含量，推测出施肥结构、施肥数量、施肥时期和施肥方式。然后根据种植的蔬菜制定出专用的配方施肥方案，对症下药。利用先进施肥方式，如：秸秆生物反应堆、二氧化碳施肥等。杀虫灯可以吸引害虫接近，利用高压电将害虫杀死或者利用毒药将害虫毒死。通过安装沾虫板、杀虫灯的方法可以取代农药。高温焖棚能消除温室内病菌，杀灭虫卵，改良土壤，减少后期农药使用量。推动绿色防控技术，可从源头上减少农药残留和污染，保证蔬菜产品质量安全。

3设施农业的改进措施

3.1提高设施农业科技水平

科学技术是第一生产力，各行各业的发展，都要以科学技术作为支撑，设施农业自然而然也不例外。唯有依靠科技创新，才能使设施农业取得更快、更好、更加持续的发展，才能真正将资源优势，转变为竞争和效益优势，才能真正促进设施农业的良好、平稳发展。[2]这就要求，必须认真重视起科研开发，不断加大其力度，使那些设施农业中的关键性技术问题得以解决，注重利用相关的生物技术开展工作，加快研究开发设施农业的配套技术，比如农用的小型机械设备、温室大棚新型的覆盖材料，加快设施农业的机械化进程。要注重温室大棚先进技术的研究开发，例如节能增温、节水灌溉技术等等。除此之外，还应加大对新品种及后加工处理技术的研究，提高我国在国际市场上的竞争力。

3.2产品生产过程中建立生产技术保障体制

随着人们生活水平的不断提高，人们越来越注重生活质量.当今社会，随着环境污染问题的不断出现，人们越来越关注自己生存的环境，越来越注重健康问题，饮食健康俨然已成为一个热门话题，绿色无公害是人们对饮食的高质量追求。所以，绿色产品生产技术保障体系的建设，是设施农业生产发展的必然趋势。在设施农业中，所使用的生产资料都是专用的，比如生物肥料、生物药剂、生物制剂等等。促使我国的农业发展更加的精准化，所生产出来的食品更加的安全、无污染纯天然的绿色食品，符合当代人环保、健康、绿色的理念，有利于我国农业的可持续、健康、平稳的发展。与此同时，设施农业的发展也产生了一些问题，比如地膜产生的污染，养殖厂、工厂的废弃物造成的环境污染等等，这些问题的发生，都对我们赖以生存的环境产生了新的污染，严重威胁了人们的健康问题，在大力发展设施农业的同时，环境污染问题也不容忽视，必须不断强化农业生态环保的意识，将这些环境问题重视起来，并进行有效的解决。

3.3建立符合我国国情的设施农业体系

要加快设施农业的产业化进程，必须从企业抓起，加大高新技术所占的比例，加快技术和产品的更新换代。利用龙头企业，将农户、市场及企业，以合同形式紧密联系在一起，形成技术、生产及销售的一体化，促进设施农业企业的进步与发展。我国土地面积广阔，各地的地域及气候条件，都有着明显的差别，各地的经济、市场以及技术也存在着一定的差异性，所以，各个地区的农业生产条件也是不尽相同的，也是有不小差异的。这就要求，在发展设施农业的时候，必须根据本地区的特点，做到因地制宜，不能单纯拿来任一的模式就照搬，在符合本地区特点的同时，将实用性和先进性有机融合起来，只有这样，才能建立符合我国国情的设施农业发展体系，促使设施农业有目的、有计划的发展。

3.4大力发展农村设施农业

伴随着我国经济的不断发展与进步，人们的生活水平不断提高，人们越来越注重对高生活质量的追求。为了使广大的农民受益，我国在推进社会主义新农村建设，设施农业对加快其发展作出了重大的贡献，它对农业的产业结构，进行了合理的调整，实现了农民的增产增收，加快了农村生产力的发展，使农村的生态环境得到了改善。从整个农村设施农业的现状来看，其发展水平仍有待提高，设施机械化程度不高，对农村设施农业的发展，产生了一定的阻碍作用。[3]由此可见，大力普及与推广生产科技知识是十分重要的，组织相关的专家人士，深入一线岗位进行指导，运用以点带面的方式，加快生产科技知识的普及推广，通过科技示范的建设作用，加快我国农村设施农业的发展。

4我国设施农业的发展趋势

我国从事农业工作的人数会不断减少，这一状况下，机械设备将起到更加重要的作用。耕作机械，栽苗机械，灌溉机械的发展显得尤为重要。随着施肥设备、灌溉设备等研究的深入，农业工程机械也会在设施农业上得到广泛的应用。精准化、智能化将是设施农业的发展趋势。设施农业是人类智慧和现代科技的融合，将为我国的农业发展做出了更重要贡献。

参考文献

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