引言
物聯網 被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業的第三次浪潮, 這一當前迅猛發展的新技術已經成為當今的熱門話題。業內專家認為, 物聯網是下一個經濟增長點。一方面, 物聯網可以提高經濟效益, 大大節約成本; 另一方面, 可以為全球經濟的復蘇提供技術動力。
近幾年, 我國農業機械化發展速度較快, 農業機械化支撐農業發展的能力顯著增強, 加速了農業增長方式的轉變和農業現代化進程。但是, 由于受我國農村經濟發展水平、農業勞動力轉移程度、農業經營規模和農機工業水平等多因素的影響, 農業機械化發展仍存在一些問題。目前, 農業物聯網已經在智能化培育控制、農產品質量安全、農業信息監測等方面表現出獨特的優勢, 但在農業機械方面的應用還不廣泛。本文對農業物聯網技術在農業機械化領域的應用進行深入分析, 論證其可行性與發展前景, 以期促進我國農業機械化科技發展。
1 農業物聯網技術及其發展趨勢
1. 1 物聯網的概念
物聯網( Internet of Th ings) 是指通過射頻識別( RFID)、紅外感應器、全球定位系統和激光掃描器等信息傳感設備, 按約定的協議, 把任何物品與互聯網連接起來, 進行信息交換和通訊, 以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。這一概念是在1999年提出的, 簡而言之就是物物相連的互聯網。這意味著物聯網的核心仍是互聯網, 但它將 物 帶入了互聯網, 進行信息交換和通訊。歐洲聯盟對物聯網的定義是: 物聯網是一個動態的全球網絡基礎設施,它具有基于標準和互操作通信協議的自組織能力。其中, 物理的和虛擬的 物 具有身份標識、物理屬性、虛擬的特性和智能的接口, 并與信息網絡無縫整合。物聯網將與媒體互聯網、服務互聯網和企業互聯網一道, 構成未來互聯網。
物聯網主要包括3個層次(如圖1所示): 第1個層次是傳感器網絡, 是指包括RFID、條形碼、傳感器等設備在內的傳感網, 可以實現信息的感知、識別和采集; 第2 個層次是信息傳輸網絡, 可以實現遠距離無縫傳輸來自傳感網所采集的巨量數據信息; 第3個層次是信息應用網絡, 該網絡可以實現通過數據處理及解決方案來提供人們所需要的信息服務[ 5] 。正是這3個層次賦予了物聯網能全面感知信息、可靠傳遞數據、有效優化系統以及智能處理信息等特征。
所謂農業物聯網, 是指通過物聯網技術實現農作物生長、農民生活、農產品生產流通等信息的獲取, 通過智能農業信息技術實現農業生產的基本要素與農作物栽培管理、畜禽飼養、施肥、植保以及農民教育相結合, 以提升農業生產、管理、交易和物流等各環節智能化程度, 為建立現代農業、發展農村經濟、增加農民收入、完善基層農業技術推廣和服務體系、提高農業綜合生產能力、推進農村綜合改革、提升農村行政服務效能以及推進社會主義新農村建設提供新一代技術支撐平臺。
1. 2 農業物聯網發展趨勢
物聯網作為當代信息技術的新發展方向, 很多國家都在投入巨資研究物聯網, 我國也正高度關注對此的研究。溫家寶總理在 2010年政府工作報告 中提出 當計算機和互聯網產業大規模發展時, 我們因為沒有掌握核心技術而走過一些彎路。在傳感網發展中, 要早點謀劃未來, 早一點攻破核心技術。 在這樣的有利形勢下, 我國嘗試在各個行業進行應用物聯網示范工作, 在農業上的應用也取得一些成效。農業物聯網可以把感應器嵌入農業機械、土地、灌溉系統等各種物體中, 然后將 物 與互聯網整合起來, 通過智能分析, 實施實時的管理和控制。這樣, 人類可以以更加精細和動態的方式管理農業生產, 提高資源利用率和生產力水平, 促進可持續發展。主要體現在: 應用無線傳感器網絡進行農作物田間及溫室環境控制和信息反饋, 用其檢測動植物的環境信息監測, 保證動植物良好的生長環境以提高產量保證質量; 還可以應用農用傳感器于移動信息裝備制造產業、農業信息網絡服務產業、農業自動識別技術與設備產業、農業精細作業機具產業和農產品物流產業。
2 我國農業機械化發展的趨勢及技術需求
農業機械化是指用機器裝備代替人力、畜力進行農業生產的技術改造和經濟發展過程。農業機械化系統可以實現農業生產力的置換, 同時在農業生產力置換過程中有利于促進農業生產的發展, 促進經濟增長和科學技術水平的不斷提高[ 7] 。近年來, 隨著農村經濟的快速發展, 農村經濟結構發生深刻的變化, 減少勞動和土地等傳統資源要素的投入, 增加科技和裝備等現代生產要素的投入, 已成為目前建設現代農業的方向, 我國農業機械化發展也隨之呈現以下趨勢。
2. 1 智能化
高新技術不斷融合于農機化領域, 農業機械智能化已成為提升農業裝備制造業競爭力的需要, 能夠最大限度地發揮土壤和作物的潛力, 做到既滿足作物生長發育的需要, 又減少農業物資的投入, 從而降低物資消耗、增加利潤、保護生態環境, 實現農業的可持續發展。
2. 2 節約型
資源的不足和環境的退化是人類面臨的重大問題, 也是我國建設現代化農業和促進農村經濟可持續發展過程中不可忽視的問題。積極推進節約型農業機械化發展, 能夠實現節水、節油、節肥、節藥、節種和節能的目標, 同時減少對環境的污染, 獲得較大的社會、生態和經濟效益。因此, 農業機械節約化發展對于實現農業經濟增長方式的根本性轉變和促進社會經濟可持續發展具有重要的戰略意義。
2. 3 精準化
隨著節約型、環保型現代農業發展理念的深入,精量及定位播種和育秧、精準定位施肥及精量施藥等精準農藝生產需求的發展, 對高科技精量化農機裝備的需求日益增長, 給農機產品配備精準農業系統已經成為世界農機發展的潮流。
2. 4 大型化
考慮到我國土地集中、規模加大、復式作業和節本增效等問題, 農業機械化向大型發展的趨勢顯得尤為必要, 這是因為大型農業機械具有作業質量好、效率高、平均作業成本低和有利于進行聯合作業等優勢, 農用動力繼續大型化將是未來我國農機的發展趨勢之一。
目前, 我國農業正處于傳統農業向現代農業轉型的關鍵時期, 農業機械產品在滿足不同層次需求的同時, 逐步向大型化、精準化、智能化和節約型的方向發展, 更加注重產品質量和配套技術的集成應用。應該指出的是, 農業機械化作業的過程離不開對農作物信息的感知、農業數據的傳遞、系統的優化與農業生產智能決策, 而農業物聯網技術恰恰在這幾方面能發揮獨特而又重要的作用, 因為物聯網技術就是信息感知、數據傳輸、智能處理和優化決策等關鍵技術與互聯網技術的綜合集成體系。下面就農業物聯網技術在農機化領域的應用前景進行闡述。
3 在農業機械化中的應用前景
3. 1 在農機裝備技術領域的應用前景
物聯網的關鍵技術之一就是在 物 中安裝傳感器和其他控制系統。將這一技術應用于農業機械上就可以實現 讓土地說話 , 通過及時收集和掌握作物生長的一些重要參數, 如土壤濕度、土壤成分、pH 值、降水量、溫度、空氣濕度、光照強度、氣壓和CO2 濃度等, 可以摸索出植物生長對溫度、濕度、光、土壤的需求規律, 提供精準的科研實驗數據。通過智能分析與智能控制, 農業機械能及時做出決策, 精確地滿足植物生長對環境各項指標的要求, 達到增產增收的目的, 提高農業生產效率的效果。澳大利亞已經將物聯網運用于農業機械, 推出一種能識別莠草的噴霧器。這種噴霧器在田野移動時, 能借助專門的電子傳感器來識別莠草, 發現莠草時才噴出除莠劑, 從而大大節約了花費的除莠劑, 減輕了對環境的污染。浙江工業大學也成功利用傳感器網絡監測大田及溫室土壤溫濕度及建立節水灌溉系統, 隨時精確獲取作物需水信息, 為精量灌溉提供科學依據。可見, 如果綜合應用信息技術、先進加工工藝于農機產品上, 實現物聯網系統與農機產品的有機結合, 將提高產品的質量和性能, 更好地實現精確作業。
3. 2 在氣候智能型農業領域的應用前景
2010年上半年, 我國的極端氣候日益增多。年初, 西南五省特大旱災; 7月中下旬, 我國南北諸多地區接連遭受洪澇災害 有農業專家指出: 農業是對氣候條件依賴性很高且生產周期較長的產業, 面對這些極端氣候現象, 必然會給脆弱的農業產業帶來嚴重危害, 直接威脅國家 米袋子 和 菜籃子 的安全。因此, 快速反應、積極應對極端氣候已成為農業農村面臨的一項極其緊迫而艱巨的任務。利用物聯網的感應器技術原理, 可以在該領域實現信息的實時監測,提高農業對洪水和干旱等破壞性自然災害的抵御能力, 加強對農業的管理, 降低氣候災害對農業社區的危害程度, 同時建立農業機械化應急體系來幫助農民應對氣候變化。如在農業的水利水位上安裝水位測定感應器, 可以實現對水位數據的識別、采集和處理。
3. 3 在農機化區劃與農機4S中的應用前景
每年農時, 農機戶大多數是根據經驗進行農業機器的配備及更新, 而由于每年的生產要求與氣候變化, 常常造成農機配備過剩或短缺兩種結果, 從而造成資金的浪費及農戶經濟利益受損。尤其在生產的關鍵時刻, 由于農業機械未及時到位, 就會造成嚴重的油料、時間、人力的浪費, 甚至延誤農時[ 9] 。基于物聯網技術, 可以給農業機械貼上電子標簽, 那么農機信息就可以實時獲取, 清楚地了解到作業機械的具體位置, 進行自動跟蹤。經過數據處理, 可以實現對農機裝備的統籌管理, 了解各區域農業機械的類別及配套數量等, 從而增強了農機化區劃的準確性和快捷性, 才能發揮農機系統優化配備的最大效用。
農機4S體系是一種以整機銷售( Sale)、零配件( Spare- part)、售后服務( Serv ice)、信息反饋( Survey)四位一體 為核心的農機特許經營模式。對于這種新型的 一條龍 農機經營服務模式, 物聯網技術的應用可以在運輸、銷售、使用和回收等其他環節實現產品的定位追蹤。改進農機銷售商的庫存管理, 實現快速供貨、適時補貨, 并最大限度地減少儲存成本, 提高效率, 減少出錯。即使在農機作業過程中出現問題,也可以準確地定位, 做出及時的補救, 使損失盡可能降到最低。這就大大提高了農機供應商送貨的可靠性和效率, 大幅度提升了對農機用戶的服務水平、檔次、效能和質量。另外, 對不合格的產品也可以實現及時召回, 降低產品退貨率, 提高了自己的服務水平,同時也提高了消費者對產品的信賴度。
3. 4 在農業機械化應急體系中的應用前景
我國是世界上災害頻發的地區之一。災害的突發性、難以預料性是超乎人類想象的。如果處理得不及時, 就會嚴重影響農業生產和農村社會的穩定, 因此提高農業機械應急工作能力刻不容緩。考慮將農業物聯網技術與農業機械結合來構建農業機械化應急體系, 一是可以對不同災害的有關環境參數進行實時采集, 集中信息資源, 建立災害預警模型庫、告警信息指導模型庫, 為災害事故的預測、預報和防止提供可靠的數據基礎和技術支持, 如在小型超低空飛行器底部支架上裝備數碼攝像機實時的獲取地面蝗蟲圖像,從而實現災情預警; 二是在一些極端環境下, 可以迅速決策, 調配農業機械, 做到運轉有序、避免混亂, 保證所需農機裝備在最短的時間內運送到災區第一線,如一旦發現災情, 可以及時調用農業航空飛機及所需的農用機械救災; 三是這樣有針對性地調用農業機械可以避免運輸費用的浪費, 降低抗災救災的成本, 最大限度地減輕農業損失。
4 結束語
1) 物聯網是一個概念, 其內涵清晰、外延無限。雖然物聯網的概念在1999年才被提出, 但人們的實踐早已開始, 其應用已觸及各個領域, 在農業機械化領域的應用前景廣闊, 應該受到重視。
2)物聯網是一種思想, 一種使物變人、呆變聰、死變活、靜變動的思想, 一種地球數字化的思想, 具有明顯的社會經濟特征, 它的應用將改變人們的生產方式和生活方式。農業機械有了物聯網技術, 人們耕作時即可實現 不在情景、盡在掌控 , 增產增收, 大大地提高生產效率。
3)物聯網是一種戰略, 不可一蹴而就, 因為物聯網技術的發展也是有周期的, 從技術創生、成長到成熟有一個過程, 因此物聯網技術的發展是一個動態的經濟過程。國內在物聯網方面處于發展初級階段, 在核心技術和生產規模方面都還有差距, 必須考慮成本、效率和收益, 走 宏觀戰略、因地制宜、分步實施、效果優先 的發展路徑。