物联网技术在设施农业中的应用研究
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[摘 要]设施农业是摆脱农业生产对于外界环境和资源的依赖性的重要手段。物联网技术可通过互联网与感知系统的结合，进行物品间的信息实时共享。随着我国工业化、城市化的进程逐步加快，环境承载压力和自然资源的制约越来越突出，在此背景下，将设施农业与物联网技术合理结合，可以极大地降低农业生产成本、提高作物产量与资源利用率，为农业的可持续发展提供稳定保障。
[关键词]农业科技;物联网;设施农业
[中图分类号]S316 [文献标识码]A
农业物联网是一个综合性和复杂性的系统，其涉及领域众多，如农学、计算机学、通信学以及电子学等，是物联网技术在农业领域中的具体应用。在设施农业中，可以采用各类感知技术和传感器设备来采集生产过程中的农作物生长环境等相关信息，再利用移动通信等技术进行实时传输与整合，最终通过自动化和远程控制来实现农业管理的智能化、集约化、高效化。
1 物联网在设施农业中的应用优势
1.1 提高农业工作者的工作舒适度和工作效率
通过物联网技术，可以将种植生产区内的所有农业设施的监测信息和设备的控制信息集中起来，工作人员只通过远程操作即可有效控制与管理，极大地减轻了农业工作者的工作负担，提高了工作效率。
1.2 提高作物的产量和品质
利用物联网技术，可对作物的生长环境进行全过程的实时监测，以此保证作物生长在一个良好安全的环境之中。该技术的应用一定程度上减少了病虫害的发生与化学农药的使用，提高了农产品的品质与产量，从源头上增加了此类农产品的市场竞争能力。
1.3 节约自然资源
通过农业物联网，可以实现对于土壤水分、土壤肥力及酸碱度等参数的精确控制，再加上喷灌、滴灌这类灌溉措施，极大程度提高了自然资源的利用效率，降低了传统人工操作的成本。
1.4 有利农产品安全溯源
在农产品的生产期间，可通過传感器、监测设备等设备自动录入作物各阶段的生长状态、人员种植操作等信息，实现农产品的实时监测和管理。与此同时，也可利用射频识别技术对供应链的每一个节点进行有效的标识，从而对供应链中食品原料、加工、包装、贮藏、运输、销售等环节进行示踪与追溯，及时发现存在的问题，并进行妥善处理。
2 物联网在设施农业中的应用现状
2.1 大棚温控中的应用
在设施大棚中，通过温度、湿度、日照数、风速等多种无线传感器，可对其中农作物的生长环境参数进行实时采集与分析，实行全过程数据化管理。再依照数据分析结果，智能化地开启或者关闭特定系统。
2.2 智能灌溉系统中的应用
在传统的农业生产中，农民多是“凭经验”进行灌溉，缺乏标准的指导，因此常导致灌溉量与实际需水量相比，较多或者较少，阻碍了作物的正常生长。随着物联网的深入发展，生产上可以通过土壤温湿度和土壤pH等传感器的综合利用，结合该农作物生长过程中的需水量和土壤酸碱性喜好等特点进行精准灌溉，既实现了农作物的适时适量灌溉，又节约了水资源，达到节约增产的目的。
2.3 虫害监测控制中的应用
对于农业生产中虫害的监测与控制问题，可采用多种害虫监测传感器来解决。在生产中，可依据对害虫群密度发热获取，结合传统的监测技术，采用计算机视觉技术、声音信号技术、传感器技术、雷达技术、遥感技术等，对不同种类的害虫进行自动监测和计数。
2.4 设施养殖中的应用
在水产养殖方面，可采用智能监控系统。该系统主要利用一系列传感器对水体温度、pH、溶解氧、盐度、浊度、氨氮含量等对水产品生长有重大影响的水质及环境参数进行实时采集和监测。再根据收集到的不同的数据情况，智能化地控制、操作设备，使其形成一个科学且适宜的养殖环境。其中pH值、温度、溶解氧以及水位等环境参数在水产养殖环境监测中使用最为广泛，监测效果较好，精确度较高。
在禽畜养殖方面，可通过各类传感器对家禽家畜的养殖环境、行为特征以及生长健康状况进行实时监测，以精细养殖为目标，最终实现养殖的智能生产和自动化管控。目前，针对家畜养殖有较多的开发与研究，王冉等人设计开发了一套可对畜禽舍环境参数进行实时监测，并根据其设定的指标来智能化控制畜禽舍中相关设备的环境监控系统。林惠强等人针对目前各饲养场无法实时获取动物行为特征和健康状况的情况，提出了一种利用无线传感网络传送动物信息的方法，解决了无法实时传输饲养动物生理特征信息的问题。
3 物联网在设施农业中的应用瓶颈
3.1 设备成本过高
信息技术在设施农业的应用前景虽然十分广阔，但是其建设投入巨大，维持成本较高，回报期长。高昂的建设费用限制了其在农业中的应用与发展。因此，要达到信息化的现代农业目标，还需要各组织机构加大相关设备的研发力度，提高整体性能，降低设备成本，同时也需要国家出台更多惠民政策对建设现代信息化农业进行补贴。
3.2 缺乏技术标准化体系的构建
我国目前尚未出现公认的、合理的、权威的技术标准化体系。如，设施种植的同一作物，在不同的生长发育时期，对环境条件的要求也不同。针对这些不同植物或同一植物的不同生长发育阶段，具体所需的水、肥、光、热等需求参数，应有一套标准化的操作体系。
3.3 应用设备开发不足
在物联网技术的应用中，传感器是核心。但是目前我国的农用传感器功能单一，特色性低，准确性不高，市场份额占有率低，大部分依赖进口。而且，目前农业物联网用在数据监测上的较多，而用于智能控制上的产品寥寥无几，其中主要原因就是因为缺少相关的软件产品研究与开发。
3.4 盈利模式尚不明确，投资风险较大
当前，我国的农业物联网的应用较少，缺乏一套清晰的可行性方案。因此，仍需要各组织及科研机构去深入探索和研究农业信息化的应用模式，加快农业物联网应用基地的建设，扩大物联网技术在农业领域的应用规模和范围，以及建立一个合理的且具有活力的互利互惠机制，减小投资风险。
3.5 农业从业者的文化素质不高
现阶段我国农业从业者的文化素质普遍偏低，接受新鲜事物的能力和学习能力相对较弱，但物联网这项技术对从业者的专业能力和知识水平要求较高，既要求掌握农业基础知识，又要求对信息技术、传感技术、通信技术等现代技术有所涉猎。因此，在实际的农业发展过程中，达到标准要求的企业及组织较少，致使目前物联网在农业上的推广应用不足，严重制约了农业信息化产业的健康发展。
4 展望
随着我国信息技术的蓬勃发展，未来物联网在农业中的应用将会越来越广泛。但就目前情况来说，物联网在设施农业中的应用仍停留在初级阶段，存在着关键技术不先进，应用集成体系不成熟、农业物联网的应用标准不完善，以及专业技术与人才的匮乏等一系列问题。这些问题仍需要我们不断地去探索和研究，相信通过政府的合理引导，相关研究机构的开发创新，媒体的宣传科普，我国的设施农业信息化产业必将拥有一片光明前景，农业全智能化指日可期。
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