摘要 摘 要： 本文在物联网的基础上， 提出了农业物联网体系结构模型， 并对每层所研究的重点问题进行了分析， 为农业物联网的通用架构设计奠定了一定的基础。 在此基础上， 重点描述
摘 要： 本文在物联网的基础上， 提出了农业物联网体系结构模型， 并对每层所研究的重点问题进行了分析， 为农业物联网的通用架构设计奠定了一定的基础。 在此基础上， 重点描述了农业物联网在农业生产不同领域方面的应用， 最后结合当前信息化产业的发展及软硬件功能， 对农业物联网的发展进行展望。
关键词： 物联网; 智慧农业; 系统架构; 农业物联网
一、农业物联网概念
物联网的概念最早由麻省理工学院的 As hton 教授在 1999 年提出，物联网就是建立在互联网基础上物与物相连的网络，物联网通过智能感知技术、识别技术及普适技术等通讯感知机技术，广泛应用于网络融合，也被称之为继计算机、互联网之后信息产业发展的第三次浪潮。
二、物联网的体系结构
传统物联网一般分为感知层、传输层与应用层三层[3]。为适应农业物联网的需求，满足不同系统架构的问题，经过改进，农业物联网可以分为应用层、数据处理层、网络层、中间件层、异构网络适配层、感知层六层结构，如附图所示。通过细化每层的功能，构建面向服务的农业物联网系统架构，达到整合现有应用，避免“信息孤岛”出现，并能实时包容新旧传感设备及网络设备，为构建“一站式农业服务”打好基础，实现农业产品产前、产中、产后等各个环节的集成服务。
(一) 感知层感知层发展研究的重点方向概括为：(1) 新型传感器、敏感材料、工艺、技术方法的研究。如光学传感器、生物传感器及微纳传感器等。(2) 农业机械设备物联研究。如农机作业 GNSS 定位，油耗、远程故障判断，驾驶员生理状态在线监测及机械设备远程控制等。(3) 农作物、动植物远程视频采集数据分析技术。通过分析视频、图像，对农作物生产过程的生长状态进行自动分析识别。如农作物病变造成外观、颜色发生变化，与正常色进行比对后，提醒管理人员及时处理。(4) 土壤营养元素分析、酸碱性检测、盐分、重金属等检测的传感器与设备的研究。(5) 生物识别设备如 RFID 的研究。(6) 恶劣环境下传感器稳定性研究。(7) 传感器网络安全性问题和抗干扰问题。(8) 传感器微型化、节能化、高性价比研究。
(二) 异构网络适配层对异构网络适配层的研究重点表现在：(1) 不同通信接口标准化的研究。(2) 面向复杂农业应用环境及多种传感器环境实时通信标准及效率的研究。(3) 高可靠性、自适应的接口技术。
(三) 中间件层中间件层一般研究的重点包括：(1) 通讯支持。中间件解决了不同分布式服务或系统的交互问题，提供通讯支持屏蔽底层复杂的接口。(2) 并发支持。中间件对应用系统提供的并发支持，是提供一种“单线程”或“单进程”的编程模型，开发者在开发系统时，无需考虑并发对程序的影响。
三、农业物联网的应用
(一) 农业环境智能监控农业环境智能监控系统，主要采用传感器技术采集及获取农业生产过程中温室大棚及大田的空气温湿度、土壤水分温度、土壤酸碱度、土壤肥力、二氧化碳浓度、光照强度及视频图像等数据， 水产养殖过程中的水温监测、酸碱度、电导率、溶解氧、氨、氮及浊度等，畜禽养殖业中的氨气、粉尘等有害物质浓度等参数，大中型农业机械设备的远程作业调度与辅助维修、远程监控、状态预警等生产环境要素信息，通过模型分析，可以自动控制温室湿帘风机、喷淋滴灌、内外遮阳、顶窗侧窗、加温补光等设备;调节水温、酸碱度、氧氨氮的含量等。同时，还可以通过手机、 PDA、计算机等信息终端向管理者推送实时监测信息、报警信息，实现温室大棚信息化、智能化远程管理。我国南北气候差异较大，农业生产环境复杂，高山、洼地、梯田、旱地、高温、高湿、雨水、低温等不同的生产环境，使得传感器节点布置稀疏不规则，有线网络布线难度大且维护成本高，所以采用无线传感器进行布线组网是现在普遍采用的方式。
(二) 农业物联网云服务农业物联网数据信息庞大，其应用方面的关键技术是对海量信息的管理与数据挖掘技术 (云计算)，数据资源虚拟化与智能信息推送技术 (云服务)，农业物联网信息融合与优化处理技术 (模型决策)，农业物联网数据、服务、系统技术标准规范[2，4~5]。杜永文等[6]通过对传统网络环境下信息推送系统和传输协议进行研究，发现其不能有效适应物联网环境下海量多媒体数据的处理，针对物联网的特点和信息推送技术的工作原理与机制，该文对物联网中现有的信息推送技术的应用特性进行了分析和探讨，并提出和设计了其在农业物联网几种应用场景中的基本架构和流程模型。唐珂[7]介绍了云存储、云计算在物联网领域及农业物联网领域的发展现状，目前，全球共有五股势力瓜分云计算产业，分别是：以亚马逊和阿里云为代表的先入者，它们对云计算市场培育做出了巨大贡献，也有雄厚的人才资源、丰富的细分产品和庞大的数据中心;以微软、谷歌、腾讯与百度等为代表的跟进者;以 Facebook 和网易为代表的黑马公司;以 Sale force、青云等为代表的创业公司;以 IBM、甲骨文为代表的传统 IT 企业。五股势力中，亚马逊、微软与谷歌是云计算发展最好的三家公司。美国、日本政府在云计算及物联网领域发展都比较靠前，已经成功打造了 App s.g ov 网站及 Ka s umiga se ki Cloud 系统，国内云计算产业各领域主要领先厂商众多，在 IT 基础设施与系统集成服务，有浪潮信息、华胜天成、浙大网新和华东电脑等;在 IaaS (基础设施即服务) 运营维护方面，有中国电信、中国联通、中国移动、百度和世纪互联等;PaaS (平台即服务) 云平台，有八百客、阿里云、华为和华胜天成等;SaaS 云应用软件，有八百客、阿里软件、三五互联、焦点科技和东软集团等[8]， 如附表所示。打造国家云计算战略部署，通过将云技术迁移到农业领域，在云平台上通过云存储的在线存储及网络硬盘的方式解决农业信息资源分散，行业条块及资源整合不足的问题。通过“平台上移、服务下移”的模式，云服务使得农业物联网的发展更加及时方便和泛在[7]。
(三) 农业网物联网追溯姜洋[9]等通过对农产品质量追溯系统进行研究，提出了基于 SOA 思想的追溯系统框架，将农产品种植、加工、储存、运输、销售等环节分解成相对独立的服务，并对服务进行了设计。目前在物联网领域 RFID、条码技术、二维码技术等被用来跟踪、识别及检测农产品的生产、运输及消费过程。RFID 利用先进的 RFID 无线射频技术实现农产品的安全质量溯源系统，可以全过程追溯农产品所有环节详细信息，消费者使用手机终端可直接查看农产品环节信息，并且保证出现群体性食品安全事故后，农产品等原材料可全程追溯，从根本上解决并防止食品安全事故的发生。终端用户通过平台进行农产品全程溯源信息查询的统计入口，用户通过输入条形码或农产品唯一安全码即可查看农产品从生长到销售各个重要环节的详细信息。
四、 结束语
物联网作为信息产业发展的第三次浪潮，受到了各个国家的重视。我国是农业大国，物联网发展可作为新的创新点和经济增长点，其发展对我们挑战也是机遇。本文通过对传统物联网的分析，对现有的农业物联网系统结构进行改进，就每一层要研究的问题进行了分析，进而对物联网的应用进行了一定的介绍，但是农业物联网是一个非常庞大的系统工程，需要从硬件、软件、网络、管理、政策等各方面进行突破。农业物联网的发展具有很大的潜力，正在向着产业和和信息化方向发展，农业物联网技术的应用，对于可持续发展，绿色农业及提高农作物生产过程的科学管理和生产作业的精细化水平有着积极的促进作用。智慧农业必将逐步替代传统农业生产作业方法，随着国家政策的支持，基金项目的大力投入，结合云计算、大数据、云服务、人工智能的应用，建立面向不同应用的农业专家系统及知识决策模型，研发适合不同生产环境的物联网设备，对改造我国传统农业，发展现代化农业具有举足轻重的作用。
《农业物联网架构及应用研究》来源：《信息技术》，作者：周 鹏 ， 田维平。
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