nullnull專 家 視 點中國農(nóng)業(yè)文摘·農(nóng)業(yè)工程 2018年第2期引言作為人口大國，以小規(guī)模粗放勞作為主的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)依然是我國農(nóng)業(yè)的主要生產(chǎn)、經(jīng)營模式。由于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小、組織化程度低，導(dǎo)致我國農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率低下，作為已實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)達國家，美國、法國、德國的人均勞動力所負擔(dān)耕地面積分別是我國的145倍、55倍、45倍。同時，伴隨著農(nóng)業(yè)勞動力老齡化問題，勞動力成本大幅提升，農(nóng)產(chǎn)品的勞動力成本高達70%，導(dǎo)致我國農(nóng)產(chǎn)品價格全面超過國際水平。在資源利用率方面，發(fā)達國家主要糧食作物的水分生產(chǎn)效率、廢料利用率、農(nóng)藥利用率分別為2kg/m3、65%、50%60%，相比之下，我國主要糧食作物的水分生產(chǎn)效率、廢料利用率、農(nóng)藥利用率分別僅有1kg/m3、35%、25%。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)低下的資源利用效率進一步加劇了生態(tài)環(huán)境惡化、人均農(nóng)業(yè)資源短缺，并由此帶來更為嚴峻的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題。發(fā)展高效、精準、環(huán)保的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營模式是解決當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)諸多難題的主要出路。我國提出“感知中國”的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，“設(shè)施農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)”是其中至關(guān)重要的應(yīng)用。我國農(nóng)業(yè)正處于從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)迅速推進的過程中，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要技術(shù)支撐。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理和服務(wù)中的具體應(yīng)用，就是運用各類傳感器、RFID、視覺采集終端等感知設(shè)備，廣泛采集大田種植、設(shè)施園藝、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品物流等領(lǐng)域的現(xiàn)場信息；按照約定的協(xié)議，通過建立數(shù)據(jù)傳輸和格式轉(zhuǎn)換方法，充分利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等多種現(xiàn)代信息傳輸通道，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息的多尺度的可靠傳輸；最后將獲取的海量農(nóng)業(yè)信息進行融合、處理，并通過智能化操作終端實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的自動化生產(chǎn)、最優(yōu)化控制、智能化管理、系統(tǒng)化物流、電子化交易，進而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)集約、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)和安全的目標。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及電子、通訊、計算機、農(nóng)學(xué)等學(xué)科和領(lǐng)域，依據(jù)信息學(xué)的基本研究內(nèi)容，即信息的獲取、處理、傳遞和利用。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)可劃分4個層次，即感知層、傳輸層、處理層、應(yīng)用層，重點解決農(nóng)業(yè)個體識別、情景感知、異構(gòu)設(shè)備組網(wǎng)、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)處理、知識發(fā)現(xiàn)、決策支持等問題。在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，不同種類的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究進展與發(fā)展趨勢分析李道亮1，2，楊 昊1，2（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，北京 100083；2.北京市農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)研究中心，北京 100083）摘要：以人力為主的現(xiàn)有生產(chǎn)模式與勞動力持續(xù)減少、人均農(nóng)業(yè)資源匱乏與農(nóng)業(yè)資源利用率低、新農(nóng)民年輕化與一線勞動力老齡化是阻礙我國農(nóng)業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化的主要矛盾。依賴智能裝備實現(xiàn)精準化、自動化和智能化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率、資源利用率和土地產(chǎn)出率，是解決以上矛盾的重要途徑。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是以挖掘農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力、提高農(nóng)業(yè)裝備精準化水平、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)智能化的新興技術(shù)，集農(nóng)業(yè)信息感知、數(shù)據(jù)傳輸、智能信息處理技術(shù)于一體，并根據(jù)大田種植、設(shè)施園藝、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖以及農(nóng)產(chǎn)品物流的重大需求，形成典型的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。本文重點總結(jié)了近年來農(nóng)業(yè)信息感知方向在農(nóng)業(yè)個體標識研究與感知機理、工藝的最新發(fā)現(xiàn)、農(nóng)業(yè)信息傳輸方向在低功耗廣域網(wǎng)的最新成果、農(nóng)業(yè)智能信息處理方向在農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)與農(nóng)業(yè)人工智能技術(shù)的重大突破，提出以農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)模型驅(qū)動農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)控制、以設(shè)備管理設(shè)備的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，人的主要角色是實時數(shù)據(jù)與價值信息的消費者，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動的農(nóng)機裝備智能化作業(yè)是最主要的勞動力來源；進而對比國內(nèi)外農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用與集成現(xiàn)狀，分析農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的制約因素，提出我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展策略，最終得出農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的未來研究重點與發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)；農(nóng)業(yè)信息感知；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)；人工智能；集成應(yīng)用基金項目：科技部國際合作項目農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)先進傳感與智能處理關(guān)鍵技術(shù)合作(2013DFA11320)作者簡介：李道亮，博士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)業(yè)信息先進感知與智能處理研究，Email：dlianglcau.edu.cnnullnull 專 家 視 點 中國農(nóng)業(yè)文摘·農(nóng)業(yè)工程 2018年第2期農(nóng)業(yè)設(shè)備、傳感器突破數(shù)據(jù)共享屏障，通過M2M通訊技術(shù)共享運行參數(shù)，遵循基于大數(shù)據(jù)與人工智能的控制策略實現(xiàn)農(nóng)業(yè)全過程的最優(yōu)自動化控制。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)將扭轉(zhuǎn)當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以人為主，以機器、科技為輔的局面，開創(chuàng)以機器、科技為主，以人為輔的生產(chǎn)模式，解放農(nóng)業(yè)設(shè)備生產(chǎn)力，大幅提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、物流的透明度，全面降低農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)營成本。目前，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)已在我國實現(xiàn)初步應(yīng)用，然而隨著信息技術(shù)的不斷提升，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程邁入了全新的信息環(huán)境，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的升級過程對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)提出了新的需求。本文依次針對農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)與標準化、感知技術(shù)、傳輸技術(shù)、智能信息處理技術(shù)、集成與應(yīng)用現(xiàn)狀進行梳理，分析在新信息環(huán)境下農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展瓶頸，提出我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展策略。1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進展1.1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)與標準化進展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示，標準化的數(shù)據(jù)共享協(xié)議、數(shù)據(jù)接口、業(yè)務(wù)模型訪問協(xié)議、用戶外部訪問協(xié)議促成農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的實時環(huán)境數(shù)據(jù)及設(shè)備運行狀態(tài)共享，并實現(xiàn)多源異構(gòu)分布式的海量農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)存儲；農(nóng)業(yè)智能信息處理技術(shù)是建立農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)模型的途徑，是智能控制策略的來源，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)獲取價值關(guān)系信息與業(yè)務(wù)特征、結(jié)合人工智能算法獲取業(yè)務(wù)模型的主要參數(shù)。在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)框架中，人的主要角色是實時數(shù)據(jù)與價值信息的消費者；農(nóng)業(yè)全過程業(yè)務(wù)的運行，例如農(nóng)業(yè)產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后及補給運維管理業(yè)務(wù)等，則主要依靠控制策略自動運行，控制策略由業(yè)務(wù)模型與底層控制網(wǎng)絡(luò)共同完成，人僅可以通過頂層軟件平臺的人機接口進行輔助控制，農(nóng)業(yè)各個過程的業(yè)務(wù)控制已不再是人的主要任務(wù)，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動的農(nóng)機裝備智能化作業(yè)是最主要的勞動力來源。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標準是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。作為底層控制網(wǎng)絡(luò)、海量農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、業(yè)務(wù)模型、用戶需求的交互中心，頂層平臺與各部分的接入必然涉及各種網(wǎng)絡(luò)制式、數(shù)據(jù)接口、行業(yè)接口、異構(gòu)數(shù)據(jù)交匯，此外，底層控制網(wǎng)絡(luò)不同廠商設(shè)備的組網(wǎng)、業(yè)務(wù)模型的標準交互通道、海量農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)存儲、用戶訪問通道內(nèi)部更是需要更為詳細、精確的標準規(guī)范，因此數(shù)據(jù)共享協(xié)議、數(shù)據(jù)接口、業(yè)務(wù)模型訪問協(xié)議、用戶外部訪問的標準化是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)，也是目前制約我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解放設(shè)備生產(chǎn)力、以設(shè)備為主以人為輔，最終實現(xiàn)無人化管理的主要難題。近年來專門面向農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)標準體系正圖1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖 1.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標準是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。作為底層控制網(wǎng)絡(luò)、海量農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、業(yè)務(wù)模型、用戶需求的交互中心，頂層平臺與各部分的接入必然涉及各種網(wǎng)絡(luò)制式、數(shù)據(jù)接口、行業(yè)接口、異構(gòu)數(shù)據(jù)交匯，此外，底層控制網(wǎng)絡(luò)不同廠商設(shè)備的組網(wǎng)、業(yè)務(wù)模型的標準交互通道、海量農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)存儲、用戶訪問通道內(nèi)部更是需要更為詳細、精確的標準規(guī)范，因此數(shù)據(jù)共享協(xié)議、數(shù)據(jù)接口、業(yè)務(wù)模型訪問協(xié)議、用戶外部訪問的標準化是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)，也是目前制約我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解放設(shè)備生產(chǎn)力、以設(shè)備為主以人為輔，最終實現(xiàn)無人化管理的主要難題。近年來專門面向農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)標準體系正在不斷完善，我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用標準工作組和國家傳感器網(wǎng)絡(luò)標準農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究項目正在努力。 雖然如此，由于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的學(xué)科間交叉深度達到了前所未有的水平，當(dāng)前的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標準體系還不足以全面支撐農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的標準化。根據(jù)國務(wù)院關(guān)于推進物聯(lián)網(wǎng)有序健康發(fā)展的指導(dǎo)意見 ，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標準體系應(yīng)著重基礎(chǔ)共性標準、關(guān)鍵技術(shù)標準和重點應(yīng)用標準建設(shè)。我國提出初步的物聯(lián)網(wǎng)標準體系框架大體上由總體共性標準、感知層標準、網(wǎng)絡(luò)層標準、服務(wù)支撐標準、應(yīng)用層標準等部分組成。按照目前農(nóng)業(yè)中行業(yè)的規(guī)模和信息化狀況，以及農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，可以劃分選取大田種植、設(shè)施園藝、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品物流 5 個代表性農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)標準體系進行重點攻關(guān)。目前已有國家批準立項的 14 項農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)國家標準已取得重大進展。由于農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)受地域分布影響較大， 各地也相應(yīng)推動局部地區(qū)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標準體系研究。1.2 農(nóng)業(yè)信息感知技術(shù)進展1.2.1 農(nóng)業(yè)個體標識技術(shù)統(tǒng)一標識體系是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)由全球定位系統(tǒng)、基nullnull專 家 視 點中國農(nóng)業(yè)文摘·農(nóng)業(yè)工程 2018年第2期在不斷完善，我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用標準工作組和國家傳感器網(wǎng)絡(luò)標準農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究項目正在努力。雖然如此，由于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的學(xué)科間交叉深度達到了前所未有的水平，當(dāng)前的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標準體系還不足以全面支撐農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的標準化。根據(jù)國務(wù)院關(guān)于推進物聯(lián)網(wǎng)有序健康發(fā)展的指導(dǎo)意見，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標準體系應(yīng)著重基礎(chǔ)共性標準、關(guān)鍵技術(shù)標準和重點應(yīng)用標準建設(shè)。我國提出初步的物聯(lián)網(wǎng)標準體系框架大體上由總體共性標準、感知層標準、網(wǎng)絡(luò)層標準、服務(wù)支撐標準、應(yīng)用層標準等部分組成。按照目前農(nóng)業(yè)中行業(yè)的規(guī)模和信息化狀況，以及農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，可以劃分選取大田種植、設(shè)施園藝、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品物流5個代表性農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)標準體系進行重點攻關(guān)。目前已有國家批準立項的14項農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)國家標準已取得重大進展。由于農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)受地域分布影響較大，各地也相應(yīng)推動局部地區(qū)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標準體系研究。1.2 農(nóng)業(yè)信息感知技術(shù)進展1.2.1 農(nóng)業(yè)個體標識技術(shù)統(tǒng)一標識體系是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)由全球定位系統(tǒng)、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)以及傳感器、RFID、條碼技術(shù)等各類信息承載技術(shù)，實現(xiàn)到具體對象如人員、傳感器、農(nóng)機設(shè)備、農(nóng)田水域等地理設(shè)施、農(nóng)產(chǎn)品等的精確定位、查找和信息追溯；此外，基于統(tǒng)一標識體系所建立的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠在統(tǒng)一規(guī)劃的前提下，兼容現(xiàn)有的基礎(chǔ)建設(shè)體系，避免信息資源的重復(fù)建設(shè)，及時發(fā)現(xiàn)問題、排除故障，能夠?qū)崿F(xiàn)對農(nóng)業(yè)監(jiān)測環(huán)境的精準信息搜尋。射頻識別（RFID）是一種無線通信技術(shù)，它通過無線信號自動識別和感知貼附在物體上的射頻標簽并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，RFID技術(shù)具有防水、防磁、耐高溫、讀取距離大、數(shù)據(jù)加密、存儲數(shù)據(jù)容量大、信息更改簡單等特點，還可以實現(xiàn)多個標簽的防沖突操作，從而可以解決很多傳統(tǒng)識別技術(shù)上的缺陷，以上特點使得RFID成為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)個體規(guī)?；R別的主要技術(shù)。近年來，RFID在質(zhì)量追溯、倉儲管理、圖書管理、物流運輸、產(chǎn)品唯一性標識、醫(yī)藥及病人樣本跟蹤、電力通訊標識等領(lǐng)域的應(yīng)用已取得令人矚目的成果。進一步而言，基于RFID進行標識的研究熱點已延伸至精準位置標識、定位及自主導(dǎo)航上，具體的研究內(nèi)容包括參數(shù)提取、幾何位置估計、指紋位置估計、代價函數(shù)最小化、貝葉斯估計，主要通過將RFID信號同WSN、Zigbee、GPS信號中的位置信息加以融合從而實現(xiàn)物體位置標識、定位以及自主導(dǎo)航。此外，針對RFID的鏈路及防碰撞協(xié)議、遠距離通訊、改進標簽技術(shù)等方面的研究將進一步改進RFID，使其適應(yīng)更多的應(yīng)用場景。綜上，農(nóng)業(yè)個體標識技術(shù)已在個體識別、個體信息共享上取得巨大進展，將顛覆傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)粗獷、不區(qū)分個體差異的管理方式，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)節(jié)點設(shè)備、農(nóng)業(yè)動植物的精細化個體管理的基礎(chǔ)。1.2.2 農(nóng)業(yè)信息感知機理與工藝（1）電化學(xué)感知機理與工藝電化學(xué)感知是以待測物質(zhì)、修飾電極分別作為敏感源和轉(zhuǎn)化元件，把電流、電勢或者電導(dǎo)等作為特征檢測信號的機理。電化學(xué)傳感器通常由2個或2個以上的電極組成，可分為參比電極、工作電極和輔助電極，根據(jù)電極界面間電子或離子的交換情況，電極又可分為電子交換型電極和離子交換型電極（也稱膜電極）。新型電化學(xué)感知機理在農(nóng)業(yè)中的重金屬、有毒物質(zhì)監(jiān)測具有極大潛力，例如：納米材料與納米技術(shù)的發(fā)展實現(xiàn)了單鏈DNA在電極表面的固定，各種類型的DAN電化學(xué)傳感機理得以廣泛研究；基于電化學(xué)感知機理針對重金屬、有毒化合物的痕量監(jiān)測已有較為廣泛的研究，并取得較好的效果。電化學(xué)傳感器制備工藝的研究熱點是納米片修飾電極工藝、分子印跡工藝、絲網(wǎng)印刷工藝。（2）光學(xué)感知機理與工藝相比于電化學(xué)傳感器，基于光學(xué)感知機理的傳感器不需要與被檢測物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的電極，不存在電極表面鈍化、中毒以及電極膜污染的問題，重復(fù)性與穩(wěn)定性良好，能夠?qū)崿F(xiàn)長期在線監(jiān)測。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)所應(yīng)用的光學(xué)感知機理主要包括熒光淬滅效應(yīng)、分光光度法，此外也有應(yīng)用光纖倏逝場效應(yīng)檢測氨氣的研究，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。（3）電學(xué)感知機理與工藝電學(xué)感知機理在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中主要用于溫度、濕度的測量。介電法是土壤水分定量檢測的最佳機nullnull 專 家 視 點 中國農(nóng)業(yè)文摘·農(nóng)業(yè)工程 2018年第2期理。測量土壤含水率的方法主要包括時域反射法（TDR）和頻域法（FD），基于TDR法的土壤水分測量是國外的主流方法，也是國內(nèi)亟需進行深入研究的熱點。（4）遙感學(xué)感知機理遙感學(xué)的理論基礎(chǔ)是物質(zhì)成分在不同波段電磁波下的光譜吸收和反射特征。農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)具有覆蓋面積大、重訪周期短、獲取成本相對低等優(yōu)勢，對大面積露天農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的調(diào)查、評價、監(jiān)測和管理具有獨特的作用，能夠解決農(nóng)業(yè)作物種植種類分散、地域復(fù)雜的難題。農(nóng)業(yè)遙感的收益約占遙感應(yīng)用總收益的70%，可分為四大研究方向：農(nóng)業(yè)資源調(diào)查、農(nóng)作物估產(chǎn)、農(nóng)業(yè)災(zāi)害預(yù)報、精準農(nóng)業(yè)。綜上，農(nóng)業(yè)信息感知研究不僅涉及到化學(xué)分析、物質(zhì)表面特性、光譜學(xué)、生物學(xué)、微電子學(xué)、遙感學(xué)等多門學(xué)科的機理探索，還在不斷突破加工方式，以追求更高的工藝精度、更長的使用壽命、更低的感知成本。其中基于電化學(xué)、光學(xué)、電學(xué)感知機理的農(nóng)業(yè)傳感器，應(yīng)側(cè)重于感知機理與硬件工藝的改善，同時注意組合不同機理的優(yōu)勢，研發(fā)多參數(shù)、多途徑的農(nóng)用傳感器；另一方面，基于高光譜遙感、無人機遙感的精準遙感是特殊的農(nóng)業(yè)感知途徑，是實現(xiàn)精準農(nóng)業(yè)的重要技術(shù)，應(yīng)側(cè)重于數(shù)據(jù)處理、挖掘與特征提取算法的改進，組合農(nóng)業(yè)遙感數(shù)據(jù)與地面農(nóng)業(yè)傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)，進行信息融合以提高農(nóng)業(yè)遙感精度。1.3 農(nóng)業(yè)信息傳輸技術(shù)進展1.3.1 農(nóng)業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)農(nóng)業(yè)現(xiàn)場總線（field bus）為惡劣工作環(huán)境設(shè)計，保證了農(nóng)業(yè)機械控制系統(tǒng)的高可靠性和實時性。目前農(nóng)業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)主要包括控制器局域網(wǎng)總線（CAN bus）、RS485總線。此外，對應(yīng)于特定廠商的硬件產(chǎn)品，還有LON總線、Avalon總線、1-wire總線、Lonworks總線。CAN總線協(xié)議是汽車計算機控制系統(tǒng)、嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標準總線，可靠性高、錯誤檢測能力強，是農(nóng)機自動化控制、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、精準農(nóng)業(yè)應(yīng)用最多的總線技術(shù)，基于CAN2.0B協(xié)議，國際標準化組織制訂了農(nóng)林業(yè)機械專用的串行通信總線標準ISO11783協(xié)議，廣泛應(yīng)用于農(nóng)機數(shù)據(jù)采集傳輸、農(nóng)機導(dǎo)航控制、分布式溫室控制、農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控、節(jié)水灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)等領(lǐng)域。RS485總線是串口通訊的標準之一，采用平衡傳輸方式，當(dāng)采用二線制時，可實現(xiàn)多點雙向通信，抗干擾能力強，可實現(xiàn)傳感器節(jié)點的局域網(wǎng)兼容組網(wǎng)。由于靈活、易于維護，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中。農(nóng)業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，同時，由于其魯棒性、抗干擾能力強，故障率低，是確保農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點信息傳輸?shù)谋貍浼夹g(shù)。由于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的信息傳輸往往關(guān)系到農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)的正確執(zhí)行、農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)信息的準確共享，即使已通過其他信息傳輸方式實現(xiàn)了通訊，也應(yīng)盡可能額外配置一條農(nóng)業(yè)現(xiàn)場總線作為其他傳輸方式故障時的緊急信息傳輸通道。1.3.2 農(nóng)業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）是由大量具有片上處理能力的微型傳感器節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)通訊距離、覆蓋范圍可以分為無線局域網(wǎng)技術(shù)、無線廣域網(wǎng)技術(shù)，在無線廣域網(wǎng)技術(shù)中，低功耗廣域網(wǎng)（Low-power wide-area network，LPWAN）技術(shù)是近年來物聯(lián)網(wǎng)研究的熱點方向之一，相對于傳統(tǒng)的無線廣域網(wǎng)蜂窩移動通信技術(shù)（如2G、3G、4G等），具有低成本、低功耗的特點。無線局域網(wǎng)技術(shù)主要包括Zig Bee、Wi-Fi、Bluetooth，是主要頻段為2.4GHz的短距離通訊技術(shù)。無線廣域網(wǎng)技術(shù)包括蜂窩移動通信網(wǎng)、LPWAN（低功耗廣域網(wǎng)）；蜂窩移動通信技術(shù)目前經(jīng)歷了4代技術(shù)更新，以“萬物互聯(lián)”為目標的第5代移動通信技術(shù)（5G）也已在2016年公布，將為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)進一步升級農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)傳輸效率帶來新的動力。LPWAN依工作頻譜是否授權(quán)，又可分為為非授權(quán)頻譜LPWAN以及授權(quán)頻譜LPWAN。其中Lo Ra是非授權(quán)頻譜LPWAN代表，NB-Io T是授權(quán)頻譜LPWAN代表。目前國內(nèi)三大運營商以及華為、中興等設(shè)備供應(yīng)商已在2017年推動NB-Io T的應(yīng)用，然而NB-Io T對具體行業(yè)的需求適應(yīng)性相對Lo Ra較弱，更適合分散型應(yīng)用；Lo Ra作為最重要的非授權(quán)頻譜LPWAN技術(shù)之一，運營方式更加靈活，可以是以運營商主導(dǎo)的大范圍公開網(wǎng)絡(luò)，也可以是私人部署的專用局域網(wǎng)絡(luò)。另一方面，低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)按協(xié)議調(diào)制方式可以分為擴頻技術(shù)、超窄帶技術(shù)、窄帶技術(shù)、RPMA。nullnull專 家 視 點中國農(nóng)業(yè)文摘·農(nóng)業(yè)工程 2018年第2期綜上，WSN具有端節(jié)點和路由雙重功能：一方面實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理；另一方面將數(shù)據(jù)融合經(jīng)多條路由傳送到路由節(jié)點，最后經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)或其他通信網(wǎng)絡(luò)傳送到信息消費者。就無線局域網(wǎng)而言，已發(fā)展出基于不同協(xié)議標準的技術(shù)，Wi-Fi通訊速率高，但功耗高，適合易部署、固定點位的傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)；Bluetooth安全性高，但通訊距離過短、功耗高，適合短時近距離組網(wǎng)；Zigbee由于功耗較低，同時具有多跳、自組織的特點，每個節(jié)點均可作為相鄰節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站，容易擴展傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，是理想的長距離、大范圍傳感器組網(wǎng)方式。就無線廣域網(wǎng)而言，以Lo Ra、NBIo T為代表的LPWAN是未來農(nóng)業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的主要途徑，雖然架設(shè)LPWAN基站的成本高，但低功耗、低運營成本、大節(jié)點容量的特點無疑是為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)量身定做的組網(wǎng)技術(shù)，必將擁有巨大的應(yīng)用空間；作為LPWAN的傳輸速率補充，4G、5G移動通訊技術(shù)將使農(nóng)業(yè)圖像、音頻為代表的大文件傳輸變?yōu)楝F(xiàn)實，進一步擴充農(nóng)業(yè)信息維度。就研究側(cè)重點而言，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究主要集中于通信、節(jié)能和網(wǎng)絡(luò)控制三方面，將其應(yīng)用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究熱點之一。1.4 農(nóng)業(yè)智能信息處理技術(shù)進展1.4.1 基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)技術(shù)隨著信息技術(shù)的不斷普及，計算機存儲技術(shù)快速發(fā)展，數(shù)據(jù)量跨入ZB（211.024×1021bit）時代，待處理的信息量超過了一般計算機在處理數(shù)據(jù)時所能使用的內(nèi)存量，新的分布式系統(tǒng)架構(gòu)Hadoop和計算模型Map Reduce應(yīng)運而生。全新的技術(shù)條件使得對海量數(shù)據(jù)的整合、聚類、回歸等變得可行。舍恩伯格提出，大數(shù)據(jù)是人類學(xué)習(xí)新知識、創(chuàng)造新價值的源泉。大數(shù)據(jù)的主要特征可以概括為“4V”特征，即規(guī)模性（Volume）、快速性（Velocity）、多樣性（Variety）、真實性（Veracity）。農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)主要是對各種農(nóng)業(yè)對象、關(guān)系、行為的客觀反映，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)是多源異構(gòu)的海量農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的抽象數(shù)學(xué)描述，是挖掘農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、加工、銷售、資源環(huán)境、過程等全產(chǎn)業(yè)鏈價值信息的有效工具，通過統(tǒng)計學(xué)的方法量化農(nóng)業(yè)對象、關(guān)系、行為，為精細農(nóng)業(yè)的研究與實施提供知識支持。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)資源的重要性日益凸顯，國家于2003年啟動農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心項目，經(jīng)過多年發(fā)展，數(shù)據(jù)量的積累已初見規(guī)模，截止2016年底，共積累2.9TB的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，其中包括1.2TB的高分辨率影像數(shù)據(jù)。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的來源包括：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)；生命信息數(shù)據(jù)；農(nóng)田變量信息；農(nóng)業(yè)遙感數(shù)據(jù)；農(nóng)產(chǎn)品市場經(jīng)濟數(shù)據(jù)；農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)抓取。海量多源數(shù)據(jù)為農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的研究奠定了基礎(chǔ)，相關(guān)方面的研究主要集中在監(jiān)測與預(yù)警、數(shù)據(jù)挖掘、信息服務(wù)等方面。農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)體量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、模態(tài)多變、實時性強、關(guān)聯(lián)度高，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)從海量農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)中獲取價值關(guān)系，是解決農(nóng)業(yè)變量高維、強耦合問題的主要途徑。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的本質(zhì)在針對特定農(nóng)業(yè)問題，依托大體量農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)與處理方法，分析數(shù)據(jù)變量間的關(guān)系，制定解決方案，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的規(guī)模性（Volume）、多樣性（Variety）是決定其復(fù)雜程度，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)處理方法的快速性（Velocity）、真實性（Veracity）決定其質(zhì)量?；谵r(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)，深入分析農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)潛在價值是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能信息處理的研究重點，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用主要集中在精準農(nóng)業(yè)可靠決策支持系統(tǒng)、國家農(nóng)村綜合信息服務(wù)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)、天地網(wǎng)一體化農(nóng)情監(jiān)測系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)。1.4.2 基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的人工智能技術(shù)人工智能AI（Aritificial intelligence）指基于計算機技術(shù)模擬或?qū)崿F(xiàn)的智能，亦稱人造智能或機器智能，AI的三個核心技術(shù)是：表示、運算、求解。農(nóng)業(yè)人工智能是人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、業(yè)務(wù)上的具體實現(xiàn)，農(nóng)業(yè)人工智能的主要研究方向可概括為知識表現(xiàn)、模式識別、智能規(guī)劃、信息搜索4個方面。農(nóng)業(yè)知識表現(xiàn)的研究內(nèi)容是農(nóng)業(yè)知識的數(shù)字化及決策支持；農(nóng)業(yè)模式識別的研究內(nèi)容是農(nóng)業(yè)對象的識別方法；農(nóng)業(yè)智能規(guī)劃的研究內(nèi)容是農(nóng)業(yè)機械的智能化作業(yè)；農(nóng)業(yè)信息搜索的研究內(nèi)容是農(nóng)業(yè)主題信息的搜索。通過對中國知網(wǎng)的SCI、EI、中文核心期刊載文分析，近5年我國農(nóng)業(yè)人工智能的重點研究方向是農(nóng)業(yè)模式識別和農(nóng)業(yè)智能規(guī)劃，農(nóng)業(yè)模式識別的研究熱點趨向于同深度學(xué)習(xí)算法的結(jié)合，農(nóng)業(yè)智能規(guī)劃的研究熱點側(cè)重于建模與控制方法的研究；農(nóng)業(yè)知識表現(xiàn)的最新研究熱點是知識圖譜，農(nóng)業(yè)信息搜索的研究側(cè)·8· 專 家 視 點 中國農(nóng)業(yè)文摘·農(nóng)業(yè)工程 2018年第2期重點在于網(wǎng)絡(luò)爬取技術(shù)及農(nóng)業(yè)信息搜索引擎技術(shù)。在國際上，農(nóng)業(yè)人工智能技術(shù)的研究始于2000年，農(nóng)業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)出現(xiàn)商業(yè)化的耕作、播種、采摘等面向單一農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)的智能機器人，也具備比較完善的智能土壤探測、病蟲害識別、氣候災(zāi)害預(yù)警的智能系統(tǒng)，用于畜禽養(yǎng)殖業(yè)的畜禽智能穿戴產(chǎn)品也已實現(xiàn)量產(chǎn)。農(nóng)業(yè)人工智能技術(shù)在農(nóng)業(yè)的產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后、運維方面均有應(yīng)用，產(chǎn)前業(yè)務(wù)的研究包括：土壤分析及土地景觀規(guī)劃、灌溉用水供求分析及河川日常徑流量預(yù)報、種植品種鑒別；在產(chǎn)中業(yè)務(wù)的研究包括：水質(zhì)預(yù)測預(yù)警、水產(chǎn)養(yǎng)殖投喂管理、作物種植及牧業(yè)管理專家系統(tǒng)、插秧系統(tǒng)、田間雜草管理；在產(chǎn)后階段的研究包括：農(nóng)產(chǎn)品收獲，農(nóng)產(chǎn)品檢驗、品種分類、染料提取及蒸餾冷點溫度預(yù)測；運維業(yè)務(wù)包括：農(nóng)業(yè)設(shè)施裝備運行管控、農(nóng)業(yè)設(shè)施裝備故障診斷等。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的成熟、海量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷積累，深度學(xué)習(xí)算法迎來第3次科研成果爆發(fā)，深度學(xué)習(xí)算法是一種以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)原理為基礎(chǔ)、以多層參數(shù)學(xué)習(xí)體系為結(jié)構(gòu)、以海量數(shù)據(jù)訓(xùn)練參數(shù)的機器學(xué)習(xí)算法，其特點是可自動抽取數(shù)據(jù)中蘊含的特征，并可對高維復(fù)雜變量間的關(guān)系進行數(shù)學(xué)表示，理論上可以通過深度學(xué)習(xí)算法獲得對現(xiàn)實世界的一切過程進行數(shù)學(xué)表達。深度學(xué)習(xí)算法有許多變種，從有無人工標注的參與可以分為監(jiān)督學(xué)習(xí)、非監(jiān)督學(xué)習(xí)；從算法輸出可以分為判決式學(xué)習(xí)、生成式學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)算法已在數(shù)據(jù)預(yù)測回歸、圖像識別、語音識別等模式識別方面應(yīng)用成熟，在自然語言處理、圖像內(nèi)容的語義表達（看圖說話）、圖像問答等非數(shù)值型數(shù)據(jù)的特征提取、建模方面不斷取得進展，為異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合提供更加強大的解決方案。通過以上的分析可以看出，我國農(nóng)業(yè)人工智能的研究側(cè)重點在由以往單一的知識表現(xiàn)研究向復(fù)雜系統(tǒng)規(guī)劃、模式識別、機器學(xué)習(xí)遷移，這也與國際農(nóng)業(yè)人工智能領(lǐng)域的研究熱點相符合，同時我國農(nóng)業(yè)人工智能技術(shù)主要側(cè)重于農(nóng)業(yè)產(chǎn)中業(yè)務(wù)，基于農(nóng)業(yè)機器人的綜合業(yè)務(wù)研究正處于基礎(chǔ)性研究階段；我國農(nóng)業(yè)人工智能技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品物流方面的研究比較欠缺。深度學(xué)習(xí)的研究成果與未來研究方向?qū)r(nóng)業(yè)人工智能技術(shù)的發(fā)展具有重大意義。由于農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)的未知變量多，且變量間相互影響、關(guān)系復(fù)雜，對某個區(qū)域農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)有效的農(nóng)業(yè)人工智能技術(shù)在另外的區(qū)域內(nèi)不見得足以代替人類在農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)上的重要作用。因此，通過全新的機器學(xué)習(xí)、模式識別技術(shù)研究變量間的復(fù)雜關(guān)系，從根本上提高基于農(nóng)業(yè)人工智能的復(fù)雜系統(tǒng)在不同地區(qū)的兼容性、準確性，進一步推進農(nóng)業(yè)機器人技術(shù)的整合，是我國農(nóng)業(yè)人工智能未來發(fā)展的側(cè)重點。2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集成與應(yīng)用現(xiàn)狀2.1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)嵌入式平臺與智能裝備農(nóng)業(yè)智能機械是代替人力的直接農(nóng)業(yè)勞動力來源，也是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)底層控制網(wǎng)絡(luò)的具體執(zhí)行機構(gòu)。國際各大嵌入式平臺與芯片平臺開發(fā)商早已有意識搶占物聯(lián)網(wǎng)嵌入式開發(fā)平臺高地，推出一系列適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的產(chǎn)品，例如Arduino Uno、Arduino Yun、Intel的伽利略創(chuàng)2等，這些物聯(lián)網(wǎng)平臺已實現(xiàn)農(nóng)機參數(shù)共享、農(nóng)機信息融合、農(nóng)機遠程通訊。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)嵌入式平臺推動了農(nóng)業(yè)智能裝備的研發(fā)、升級，農(nóng)業(yè)智能機械的研究內(nèi)容包括農(nóng)機作業(yè)導(dǎo)航自動駕駛技術(shù)、農(nóng)機具遠程監(jiān)控與調(diào)度、農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量監(jiān)控、農(nóng)業(yè)機器人等方面。在國內(nèi)，白小平等在建立收獲機群運動學(xué)模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合反饋線性化及滑?？刂评碚撛O(shè)計了漸進穩(wěn)定的路徑跟蹤控制律和隊形保持控制律，實現(xiàn)了聯(lián)合收獲機群協(xié)同導(dǎo)航作業(yè)；國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心研發(fā)了基于GNSS、GIS和GPRS等技術(shù)的農(nóng)業(yè)作業(yè)機械遠程監(jiān)控指揮調(diào)度系統(tǒng)，有效避免了農(nóng)機盲目調(diào)度、極大地優(yōu)化了農(nóng)機資源的調(diào)配。在國外，針對傳統(tǒng)的路徑生成方法Dubins路徑?jīng)]有考慮最大轉(zhuǎn)向速率問題，已有學(xué)者提出了曲率和速率連續(xù)的平滑路徑生成算法，使該算法平均計算時間為0.36s，適合實時和模擬方式來使用。在雙目視覺領(lǐng)域，已有學(xué)者研究通過一對前置的立體相機獲取圖像的顏色、紋理和三維結(jié)構(gòu)描述符信息，利用支持向量機回歸分析算法估計作物行的位置，并基于此進行農(nóng)業(yè)機器人自動導(dǎo)航。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)嵌入式平臺將突破由于制造商不同而造成的設(shè)備數(shù)據(jù)共享屏障，為底層控制網(wǎng)絡(luò)的組件、農(nóng)業(yè)裝備的智能化升級奠定了基礎(chǔ)。此外，政府部門是農(nóng)業(yè)智能機械技術(shù)研究與推廣的主力，2013年農(nóng)業(yè)部在糧食主產(chǎn)區(qū)啟動了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)區(qū)域試驗工程，利用無線傳感、定位導(dǎo)航與地理信息技術(shù)開發(fā)了nullnull專 家 視 點中國農(nóng)業(yè)文摘·農(nóng)業(yè)工程 2018年第2期農(nóng)機作業(yè)質(zhì)量監(jiān)控終端與調(diào)度指揮系統(tǒng)，實現(xiàn)了農(nóng)機資源管理、田間作業(yè)質(zhì)量監(jiān)控和跨區(qū)調(diào)度指揮，工程所取得的成功必然會推動各地農(nóng)業(yè)主管部門對農(nóng)業(yè)智能機械的推廣，并采取因地制宜的應(yīng)用。2.2 農(nóng)業(yè)環(huán)境智能監(jiān)控與決策平臺農(nóng)業(yè)智能環(huán)境監(jiān)控指利用傳感器技術(shù)采集和獲取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境各要素信息，通過對采集信息的分析決策來指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的調(diào)控，實現(xiàn)高產(chǎn)高效。目前國內(nèi)外已經(jīng)有許多針對農(nóng)業(yè)場景的環(huán)境智能監(jiān)控平臺，可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基本的自動化環(huán)境監(jiān)控業(yè)務(wù)，例如國外的Edyn平臺，已經(jīng)具備一定的用戶量，通過架設(shè)太陽能供電的底層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，用戶便可以在Edyn平臺上實時查看溫室的土壤、供水、肥料、空氣、光照信息，平臺會根據(jù)這些信息向用戶提出最佳的控制方案，用戶也可以自行設(shè)定各執(zhí)行器的工作時間與工作條件。同時，為確保飲用水的安全供應(yīng)，國內(nèi)外已存在低成本且技術(shù)成熟的實時水質(zhì)監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，監(jiān)測參數(shù)包括水溫、pH值、濁度、導(dǎo)電率、溶解氧等，并通過核心控制系統(tǒng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理，監(jiān)測數(shù)據(jù)可以通過互聯(lián)網(wǎng)進行查看；此外，可再生、低成本、能量自給的土壤無線環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)也已在國外初步實現(xiàn)，使用該項技術(shù)進行遠程農(nóng)田環(huán)境監(jiān)控可以降低人工和傳感器電池更換的成本。針對蔬菜溫室的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過分析溫室環(huán)境特點，國內(nèi)外均已實現(xiàn)基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的低成本溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合專家系統(tǒng)指導(dǎo)，采取遠程控制滴灌等適當(dāng)?shù)拇胧?，實現(xiàn)科學(xué)栽培、降低管理成本。農(nóng)業(yè)環(huán)境信息的精度與實時性程度，決定了農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)執(zhí)行的精度與實時性，農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控的精細化程度決定了農(nóng)業(yè)資源利用效率的高低，有效且精細的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控可提高農(nóng)業(yè)資源利用效率。通過上述分析可知，國外絕大多數(shù)農(nóng)業(yè)智能環(huán)境監(jiān)控平臺能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基本的智能環(huán)境監(jiān)控業(yè)務(wù)，即做到農(nóng)業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)實時共享、農(nóng)業(yè)環(huán)境控制方案的輔助決策、用戶對農(nóng)業(yè)環(huán)境的實時與定制化控制，且絕大多數(shù)平臺同時具備移動客戶端。在各大科研院所的推動下，我國也已具備相同水平的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控平臺，然而平臺的用戶量、普及率遠遠低于國外平臺。普及農(nóng)業(yè)環(huán)境智能監(jiān)控平臺、推動平臺智能決策機理的進一步研究，以及平臺的標準化、組件化、云化是國內(nèi)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要任務(wù)之一。2.3 農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)模型與云平臺農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)模型是農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)、農(nóng)業(yè)人工智能技術(shù)的結(jié)合，是農(nóng)業(yè)智能決策、農(nóng)業(yè)智能控制的重要依據(jù)，涉及知識表示、模式識別、機器學(xué)習(xí)、圖像處理等領(lǐng)域，在作物栽培、節(jié)水灌溉優(yōu)化、農(nóng)業(yè)災(zāi)害預(yù)測預(yù)警、養(yǎng)殖場智能管理、飼料配方優(yōu)化設(shè)計、土壤信息與資源環(huán)境系統(tǒng)管理以及農(nóng)機信息化管理等方面進行了廣泛應(yīng)用。例如，通過挖掘特定農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)的專業(yè)知識、變量間關(guān)系，整合農(nóng)業(yè)專家多年積累的知識、經(jīng)驗和成果，對專家知識庫建模，模型以農(nóng)業(yè)問題為輸入，輸出等同于專家水平的結(jié)論。云平臺是農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)建模的廣泛數(shù)據(jù)資源，也為建模算法提供了更為有效的運算途徑。在具體的應(yīng)用方面，劉雙印等以南美對蝦養(yǎng)殖為研究對象，融合養(yǎng)殖環(huán)境實時數(shù)據(jù)、對蝦疾病圖像數(shù)據(jù)和專家疾病診治經(jīng)驗等多種信息，構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)的南美對蝦疾病遠程智能診斷模型。在國外發(fā)達畜牧業(yè)國家，已有通過在牛身上安裝運動頸圈和GPS傳感器，觀察和記錄牛的覓食、反芻、走動、休息和其他活動的行為（包括與物體磨蹭、搖頭、梳理皮毛），對牛的行為分類進行建模，實現(xiàn)了對動物個體行為的準確掌握，提升了養(yǎng)殖場的管理水平；在國外發(fā)達畜禽養(yǎng)殖業(yè)國家已廣泛存在針對各類畜禽動物的健康診斷模型，基于該業(yè)務(wù)模型的ZigBee監(jiān)控系統(tǒng)可根據(jù)熱濕度指數(shù)分析畜禽的應(yīng)激水平，已廣泛普及。精準的農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)模型有助于農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)擺脫對傳統(tǒng)主觀經(jīng)驗的過度崇拜而導(dǎo)致的盲目性、不確定性，使農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)各具體環(huán)節(jié)的決策依賴于科學(xué)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果與專業(yè)業(yè)務(wù)知識，推進農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)的智能化、集群化、跨媒體管理，提高自動化水平與精度，實現(xiàn)穩(wěn)定的高產(chǎn)、高效、低成本。2.4 農(nóng)產(chǎn)品物流與安全溯源農(nóng)產(chǎn)品物流與安全溯源層面的集成與應(yīng)用主要體現(xiàn)在農(nóng)產(chǎn)品包裝標識信息化及農(nóng)產(chǎn)品物流配送控制技術(shù)，農(nóng)產(chǎn)品物流配送信息化的主要技術(shù)包括條形碼技術(shù)、電子數(shù)據(jù)交換技術(shù)、個體標識技術(shù)、射頻技術(shù)等；農(nóng)產(chǎn)品物流配送控制技術(shù)主要包括冷鏈技術(shù)、農(nóng)產(chǎn)品配送機器人分揀與自主行走等技術(shù)。通過電子數(shù)·10· 專 家 視 點 中國農(nóng)業(yè)文摘·農(nóng)業(yè)工程 2018年第2期據(jù)交換技術(shù)、條形碼技術(shù)和RFID電子標簽等技術(shù)實現(xiàn)物品的自動識別和出入庫，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對農(nóng)產(chǎn)品配送機器人的分揀與自主行走進行控制，并通過冷鏈技術(shù)保證配送過程中農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量與鮮活度要求，實現(xiàn)配送過程農(nóng)產(chǎn)品的保質(zhì)保量、來源可追溯、去向可追蹤的目標。國外對農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)進行了深入研究，如美國的農(nóng)產(chǎn)品全程溯源系統(tǒng)、瑞典的農(nóng)產(chǎn)品可追溯管理系統(tǒng)、澳大利亞的牲畜標識和追溯系統(tǒng)、日本的食品追溯系統(tǒng)和歐盟的牛肉可追溯系統(tǒng)等；RFID技術(shù)在動物個體標號識別、農(nóng)產(chǎn)品包裝標識及農(nóng)產(chǎn)品物流配送等方面得到非常廣泛的應(yīng)用，如加拿大肉牛已從2001年起使用的一維條形碼耳標過渡到電子耳標；日本2004年構(gòu)建了基于RFID技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品追溯試驗系統(tǒng)，利用RFID標簽實現(xiàn)對農(nóng)產(chǎn)品流通的管理和個體識別；國外發(fā)達國家也已實現(xiàn)豬肉的可追溯系統(tǒng)，并通過實驗證明了該系統(tǒng)的可行性。我國在北京、上海、天津等地相繼采用條碼技術(shù)、RFID技術(shù)、IC卡技術(shù)等建立了以農(nóng)產(chǎn)品流通體系監(jiān)管為主的質(zhì)量安全溯源系統(tǒng)，國內(nèi)學(xué)者針對各類農(nóng)產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)進行了較為全面的研究：例如已有將數(shù)據(jù)網(wǎng)格技術(shù)與RFID技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建了基于數(shù)據(jù)網(wǎng)格的RFID農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤與追溯系統(tǒng)，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品跟蹤與信息共享的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用；以RFID電子標簽為數(shù)據(jù)載體、結(jié)合EPC編碼體系對豬肉進行唯一標識的基礎(chǔ)上構(gòu)建RFID/EPC物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下的豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)，實現(xiàn)豬肉供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)溯源信息數(shù)據(jù)的自動采集和豬肉生產(chǎn)全程的網(wǎng)絡(luò)化管理；針對水產(chǎn)品冷鏈配送控制研究方面，汪庭滿等基于RFID對每批次的冷鏈羅非魚進行編碼，實現(xiàn)了冷鏈配送過程中的實時溫度監(jiān)控及運輸后羅非魚的貨架期預(yù)測；對于農(nóng)資產(chǎn)品，我國已具備由農(nóng)資溯源防偽、農(nóng)資調(diào)度和農(nóng)資知識服務(wù)3個子系統(tǒng)組成的農(nóng)資溯源服務(wù)系統(tǒng)。荷蘭、比利時、美國等國家的農(nóng)產(chǎn)品交易市場已經(jīng)搭建好具備農(nóng)產(chǎn)品物流自動配送、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯業(yè)務(wù)功能的農(nóng)產(chǎn)品物聯(lián)網(wǎng)：每個農(nóng)產(chǎn)品均通過個體標識技術(shù)連接進入農(nóng)產(chǎn)品交易網(wǎng)絡(luò)，農(nóng)產(chǎn)品信息會上報至交易平臺供用戶估價、交易，交易成功的農(nóng)產(chǎn)品由配送機器人自動下單、篩選、搬運，質(zhì)量追溯信息會隨個體標識信息伴隨農(nóng)產(chǎn)品配送至每個消費者。我國目前還處于農(nóng)產(chǎn)品物流與安全溯源相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵研發(fā)期，雖然國內(nèi)在個體標識技術(shù)、機器人室內(nèi)定位與導(dǎo)航技術(shù)、質(zhì)量追溯技術(shù)的研究已經(jīng)比較完善，但并不適合應(yīng)用在當(dāng)前相對落后的農(nóng)產(chǎn)品交易模式，政府也在積極搭建農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯環(huán)境、培育民眾的食品安全意識，讓農(nóng)產(chǎn)品物聯(lián)網(wǎng)真正在國內(nèi)落地。3 制約農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的瓶頸難題（1）我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍以小規(guī)模模式為主，使以物聯(lián)網(wǎng)為代表的新興信息技術(shù)的進入門檻較高，此外，我國在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細化、自動化方面還比較薄弱，現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)監(jiān)測及自動控制技術(shù)普及率較低，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境還不完善，嚴重制約了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)品的穩(wěn)定性差，故障率高，影響了用戶的使用積極性。（2）農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)配套標準滯后。目前國內(nèi)還沒建立完整的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標準體系。由于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用標準規(guī)范缺失，使得物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域規(guī)范化應(yīng)用發(fā)展受到制約，農(nóng)業(yè)傳感器標準化程度不夠，可靠性難以保證，難于實現(xiàn)廣泛的集成應(yīng)用；傳感網(wǎng)建設(shè)缺乏統(tǒng)一的指導(dǎo)規(guī)范，多采用自定義傳輸協(xié)議，隨意性較大；感知數(shù)據(jù)的融合應(yīng)用和上層應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)也沒有標準可循，無法互聯(lián)共享，不利于產(chǎn)業(yè)化技術(shù)發(fā)展。（3）物聯(lián)網(wǎng)傳感器實用化程度較低，管理不方便。與國際先進的物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)相比，我國的物聯(lián)網(wǎng)傳感器還存在著設(shè)備體積大、功耗高、感知數(shù)據(jù)精度低、設(shè)備在惡劣自然環(huán)境下不穩(wěn)定等問題。由于農(nóng)田環(huán)境下傳感器電源不易更換、損壞檢修困難，傳感器的上述問題給傳感器管理帶來了不便，阻礙了傳感器在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下的廣泛部署。（4）物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸可靠性較差，數(shù)據(jù)收集不穩(wěn)定。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的自身特點和傳感器低功耗的技術(shù)需求給農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸提出了更高的要求。我國在低功耗下的網(wǎng)絡(luò)傳輸安全性技術(shù)抗干擾技術(shù)、自動動態(tài)組網(wǎng)技術(shù)等方面相比國際先進水平還存在一定的差距，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟环€(wěn)定給后端數(shù)據(jù)處理和智能分析帶來了一定的困難。（5）農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)模型的實用性需要加強。雖然農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用匯集了大量農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)，但這些實時感知·11·專 家 視 點中國農(nóng)業(yè)文摘·農(nóng)業(yè)工程 2018年第2期數(shù)據(jù)沒有得到充分挖掘利用。目前主要還是時序控制、單一指標控制，難于實現(xiàn)按需控制和多指標控制，應(yīng)用系統(tǒng)的智能化程度需要提高。雖然目前在農(nóng)業(yè)知識模型、農(nóng)業(yè)模式識別、農(nóng)業(yè)知識表示、農(nóng)業(yè)業(yè)務(wù)模型的機器學(xué)習(xí)方面已有突破性進展，但部分的模型、算法不足以反應(yīng)客觀現(xiàn)實，以致于失去了指導(dǎo)農(nóng)業(yè)精細生產(chǎn)的實際意義。（6）農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)廣泛存在的異質(zhì)性問題。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的異質(zhì)性問題涉及不同廠商的異構(gòu)設(shè)備、不同格式的異構(gòu)數(shù)據(jù)、不同輸出格式的業(yè)務(wù)模型。設(shè)備的異構(gòu)性阻礙了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的擴展，數(shù)據(jù)的異構(gòu)性阻礙了模型對融合信息的利用。4 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展策略我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵在于結(jié)合中國國情和農(nóng)業(yè)特點，實現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)和共性技術(shù)的突破創(chuàng)新，最終成為精細農(nóng)業(yè)應(yīng)用實踐的重要驅(qū)動力。發(fā)達國家在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面已經(jīng)取得了較大的進展，相比我國存在以下優(yōu)勢：美歐日韓等發(fā)達國家在物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中非常重視基礎(chǔ)技術(shù)的研發(fā)，尤其是傳感器技術(shù)的研發(fā)，并投入大量支持經(jīng)費；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模大，為以農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供了廣闊的應(yīng)用空間，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進一步提高了農(nóng)業(yè)機械的生產(chǎn)效率，形成了以平臺推技術(shù)，以技術(shù)提高平臺優(yōu)勢的良性循環(huán)；政府支撐強大，互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境完善、物流基礎(chǔ)環(huán)境等各類硬件基礎(chǔ)設(shè)施先進。以養(yǎng)殖大戶、家庭農(nóng)場為主的高級農(nóng)村主體的互聯(lián)網(wǎng)和電商知識扎實；農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標準化體系完善，具備有國際影響力的標準體系，如IEEE、EPC global、ETSI M2M、ITU-T等，涵蓋了M2M通信、標簽數(shù)據(jù)、空中接口、無線傳感網(wǎng)等農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)與通訊標準。我國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展應(yīng)重點對比發(fā)達國家農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，同時結(jié)合我國農(nóng)業(yè)特點，在拉近與農(nóng)業(yè)發(fā)達國家在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)差距的同時，克服我國制約農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的