智慧農(nóng)業(yè)是智能農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的簡稱，是將科學(xué)技術(shù)融合在農(nóng)業(yè)發(fā)展領(lǐng)域中的具體實踐和應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是智慧農(nóng)業(yè)的核心技術(shù)之一，“智慧農(nóng)業(yè)”中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可分為三種類型: 傳感器技術(shù)、信息傳輸技術(shù)和信息決策技術(shù)。智慧農(nóng)業(yè)是我國未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要趨勢，是未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，隨著信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)會得到更大范圍的應(yīng)用。

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及城鄉(xiāng)一體化建設(shè)的升級，我國新農(nóng)村建設(shè)逐步向智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展，呈現(xiàn)出全面智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)的新氣象[1]。智慧農(nóng)業(yè)是充分應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)成果，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可視化遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程控制、災(zāi)變預(yù)警等智能管理的過程。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則是智慧農(nóng)業(yè)的核心技術(shù)之一[2]。

1 什么是“智慧農(nóng)業(yè)”

智慧農(nóng)業(yè)是智能農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的簡稱，一般是指利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、“5S”技術(shù)、云計算技術(shù)和大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)實現(xiàn)“三農(nóng)”產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化、智能化、低碳化、生態(tài)化、集約化，從空間、組織、管理整合現(xiàn)有農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施、通信設(shè)備和信息化設(shè)施，使農(nóng)業(yè)實現(xiàn)高效、聰明、智慧、精細(xì)的和諧發(fā)展和可持續(xù)生態(tài)發(fā)展，是將科學(xué)技術(shù)融合在農(nóng)業(yè)發(fā)展領(lǐng)域中的具體實踐和應(yīng)用[3-5]。具體來講，李輝等[6]指出，智慧農(nóng)業(yè)是利用現(xiàn)代計算機技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)手段與平臺，通過專家經(jīng)驗和專家系統(tǒng)的指導(dǎo)，定量數(shù)字化模擬、加工與決策，使得農(nóng)作物生長與產(chǎn)供銷全過程智能化、數(shù)字化和信息化，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息采集、加工、處理和評價分析現(xiàn)代化、科學(xué)化和智能化的目標(biāo)，是我國農(nóng)業(yè)未來發(fā)展的方向之一，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化重要舉措之一。在此基礎(chǔ)上，又提出了構(gòu)建智慧農(nóng)業(yè)理論體系和結(jié)構(gòu)及應(yīng)用措施[7]。

2 什么是“物聯(lián)網(wǎng)”

物聯(lián)網(wǎng)(the Internet of Things，簡稱IoT)的概念是在1999年提出的，2005年國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布的ITU互聯(lián)網(wǎng)報告，對物聯(lián)網(wǎng)做了如下定義：通過二維碼識讀設(shè)備、射頻識別(RFID)裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[8]。物聯(lián)網(wǎng)被列為我國五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[9]。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)在，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)告別了城市獨有專享的這一現(xiàn)象，已經(jīng)逐步進(jìn)入到了村鎮(zhèn)。在我國一些較為發(fā)達(dá)的村鎮(zhèn)已經(jīng)出現(xiàn)了光纖網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)電視也逐步入戶，基本上實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，為我國智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，為廣大民眾提供了良好的農(nóng)作物銷售渠道和農(nóng)產(chǎn)品研究的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)一步提高了農(nóng)作物生產(chǎn)的效率。與此同時，也幫助了廣大農(nóng)民群眾解決了農(nóng)作物銷售難這一問題，有利于幫助農(nóng)民群眾增收[10]。

目前 “智慧農(nóng)業(yè)”中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可分為三種類型：傳感器技術(shù)、信息傳輸技術(shù)和信息決策技術(shù)。

3.1 傳感器技術(shù)

用作農(nóng)業(yè)的傳感器技術(shù)是 “智慧農(nóng)業(yè)”的技術(shù)基礎(chǔ)和保障，它實現(xiàn)了信息的即時采集、記錄和傳輸，使農(nóng)業(yè)設(shè)備和裝備智能化。當(dāng)下被重點關(guān)注和投入使用的傳感器技術(shù)有：MEMS 微傳感器技術(shù)、光纖傳感器技術(shù)、高光譜檢測分析技術(shù)以及仿生傳感器技術(shù)等[11]。這些傳感器技術(shù)可以實現(xiàn) “智慧農(nóng)業(yè)”全鏈條的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測和傳輸。在產(chǎn)前階段，對農(nóng)業(yè)環(huán)境以及種苗選育等進(jìn)行全方位數(shù)據(jù)采集和對比。比如檢測空氣、溫室氣體中的O2、CO2、CH4 、C2H4等的濃度，監(jiān)測土壤的溫度、濕度、水分、肥力等，保證環(huán)境條件達(dá)到種植、放養(yǎng)和培育的最佳狀態(tài)，并運用GPS 導(dǎo)航精量播種，精確田間管理;在產(chǎn)中階段，采用RFID ( 射頻識別) 、GIS ( 地理信息系統(tǒng)) 、GPS ( 全球定位系統(tǒng)) 等技術(shù)，對動植物的生長狀況，活動位置，疫病預(yù)警、治療和監(jiān)測，災(zāi)害的預(yù)警和防治等信息及數(shù)據(jù)進(jìn)行全天候、即時性的反饋、分析和記錄;在產(chǎn)后階段，對采摘、收獲、出欄、加工等過程進(jìn)行持續(xù)性數(shù)據(jù)采集，為之后的銷售和交易鏈條提供信息[12]。

可以說，傳感器技術(shù)是“智慧農(nóng)業(yè)”數(shù)字化、精準(zhǔn)化、智能化的最關(guān)鍵因素。

3.2 信息傳輸技術(shù)

傳感器技術(shù)的成熟和鋪開依賴于穩(wěn)定的信息傳輸技術(shù)，目前主要是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)技術(shù)在“智慧農(nóng)業(yè)”中廣泛地應(yīng)用。WSN 技術(shù)將物理世界與信息世界融為一體，以數(shù)據(jù)為中心，實現(xiàn)物與物、物與人的全新交互。傳感器網(wǎng)絡(luò)通常由隨機部署在感知區(qū)域的大量資源受限的節(jié)點組成。這些節(jié)點通過自組織方式構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作方式感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中特定的信息，觀察者可以隨時對任意地點的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和分析[13]。

3.3 信息處理技術(shù)

信息處理技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的最后環(huán)節(jié)，也是智慧農(nóng)業(yè)實現(xiàn)自動控制的基礎(chǔ)，應(yīng)用的技術(shù)有云計算、決策支持系統(tǒng)、 專家系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、智能控制技術(shù)等技術(shù)[14]。

3.3.1 云計算

云計算是指將計算任務(wù)分布在資源池上，使應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)根據(jù)需要獲取存儲空間及軟件服務(wù)。面對智慧農(nóng)業(yè)中的大量數(shù)據(jù)，云計算可以實現(xiàn)信息存儲資源和計算能力的分布式共享，超級強大的信息處理能力能為大量信息的處理提供支撐[15]。

近年來，我國開始將云計算應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，并對其在農(nóng)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了研究。目前農(nóng)業(yè)云體驗平臺包括農(nóng)業(yè)信息智能搜索與服務(wù)平臺和綠云格平臺，通過這2個平臺能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)市場信息和實用技術(shù)的準(zhǔn)確獲取與分析，為農(nóng)業(yè)主管部門、企業(yè)及農(nóng)戶個人提供個性化檢索，同時提供全方位的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境遠(yuǎn)程管理服務(wù)[16-20]。

3.3.2 決策支持系統(tǒng)

決策支持系統(tǒng)以人機交互方式進(jìn)行半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化決策。農(nóng)業(yè)決策支持系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉優(yōu)化、大型養(yǎng)雞廠管理、小麥栽培、飼料配方優(yōu)化設(shè)計、農(nóng)機化信息管理、土壤信息系統(tǒng)管理上進(jìn)行了廣泛應(yīng)用研究[21]。農(nóng)業(yè)決策支持系統(tǒng)可對地方農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行分析和模擬，預(yù)測不同決策方案的效果與效益，從而優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策。目前決策支持系統(tǒng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、產(chǎn)量預(yù)測及潛力分析、確定農(nóng)業(yè)投資規(guī)模等方面得到廣泛應(yīng)用[22]。

3.3.3 專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)模擬人類專家解決各種復(fù)雜的實際問題，具有與專家水平相同的解決問題的能力。該系統(tǒng)在利用農(nóng)業(yè)專家多年積累的知識與經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對需要解決的農(nóng)業(yè)問題進(jìn)行分析判斷，提出決策，使計算機在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起到人類農(nóng)業(yè)專家的作用[19]。例如專家系統(tǒng)在榨菜病蟲害防治中的應(yīng)用，為農(nóng)戶和科技人員提供了病蟲害信息交流平臺，為菜農(nóng)提供了病蟲害防治的科學(xué)指導(dǎo)，現(xiàn)實意義顯著[20]。

3.3.4 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)主要用于建立自然條件、 生產(chǎn)條件、土壤數(shù)據(jù)、作物病蟲草害發(fā)展趨勢、作物產(chǎn)量等的空間信息數(shù)據(jù)庫，為分析差異性和實施調(diào)控提供決策方案[17]。利用地理信息系統(tǒng)進(jìn)行土壤適宜性評價就是將土壤質(zhì)地、類型、氮磷鉀含量、有機質(zhì)含量等土地數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，并賦予權(quán)重，再進(jìn)行分析運算，生成土壤適宜性評價圖，也可建立數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)土地適宜性的分級[18]。

3.3.5 智能控制技術(shù)

智能控制技術(shù)主要用來解決用傳統(tǒng)方法無法順利解決的復(fù)雜問題。目前智能控制技術(shù)的主要研究方向包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、綜合智能控制技術(shù)，并在設(shè)施園藝、大田種植、畜禽養(yǎng)殖等方面得到初步應(yīng)用[22]。

4 展望

智慧農(nóng)業(yè)是我國未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要趨勢，是未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，隨著信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)會得到更大范圍的應(yīng)用?，F(xiàn)在，已經(jīng)可以看到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為智慧農(nóng)業(yè)帶來更多的智能化和信息化，而現(xiàn)在要做的就是提升農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的自主創(chuàng)新能力，加快低成本、高可靠性、 使用期限長的傳感器開發(fā)，加強Zig-Bee技術(shù)等新型無線傳輸技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用研究，提升智能決策系統(tǒng)的實用性和可靠性，通過單項技術(shù)突破與多項技術(shù)集成應(yīng)用并舉，加快技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的步伐，使基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)業(yè)可以在農(nóng)村地區(qū)大范圍使用，這是我國未來農(nóng)業(yè)的趨勢和目標(biāo)[14]。未來，物聯(lián)網(wǎng)必將讓農(nóng)業(yè)擁有更多“智慧”。

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