农业物联网中关键技术研究与探讨

　　1 物联网的发展概述

　　1.1 物联网的概念及发展

　　物联网是由多项信息技术融合而成的新型技术体系，被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。物联网（Internet of Thlngs，IoT）是通过射频识别（RFID）、传感器网络、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理，并触发相应事件的一种网络。物联网通过基于"物-物"通信模式（M2M）的短距无线自组织网络，实现物体与物体之间的相互连接和交互。

　　物联网最初的概念起源于美国麻省理工学院（MIT）于1999年提出的无线射频识别系统（RFID）。RFID将物体与物体之间用射频识别的通信技术连接在一起，实现对物体智能化的识别，并通过接人互联网，实现对物体远距离的定位、监控和管理。同时，随着无线传感器网络技术的日益成熟，以RFID技术和传感器网络技术为感知基础的物联网架构也应运而生。继互联网实现了人与人的远程交互之后，物联网将实现物与物、人与物之间的远程交互。目前，全球范围内的各个重要国家都将物联网的发展确定为国家战略的重点。2008年起，已经发展为世界范围内多个研究机构组成的Auto-ID联合实验室组织了 "Internet of Things"国际年会。2009年6月18日，欧盟执委会发表了《Internet of things——an action plan for Europe》，描述了物联网的发展前景，在世界范围内首次系统地提出了物联网发展和管理设想，并提出了12项行动保障物联网加速发展。美国国家情报委员会（NIC）发表的"2025年对美国利益潜在影响的关键技术"报告中，把物联网列为六种关键技术之一。我国也在《2010年政府工作报告》中提出了利用物联网技术推动经济发展方式的转变，物联网将成为国家经济技术发展的战略支柱之一。

　　1.2 物联网的体系架构

　　根据欧盟第七框架项目CASAGRAS2给出的物联网体系架构（图1略），物联网应该具备4个层次：①感知层。在感知层中，各种物体通过嵌入RFID和无线传感器等感知器件，自组地形成局部网络，获取自身状态或周围环境信息，并通过接入网将信息传入传输层。在有些系统中，感知层可以根据收集的信息进行一些初步的处理和响应。②传输层。通过各种电信网络（包括宽带无线网络、光纤网络、蜂窝网络和各种专用网络）与互联网的融合，实时准确的接收感知层的信息，并将该信息送至处理层进行计算处理。③处理层。利用互联网络的资源，采取云计算的方式提供数据存储、处理、决策、控制等功能，实现全球物体之间的深度互联和互动。④应用层，在农业、军事、环境灾害监测、物流供应链等不同领域建立各种具体应用。

图1 物联网体系结构

　　1.3 物联网在农业中的应用

　　我国农业正处于传统农业向现代农业的转型时期，网络信息化技术在这一时期将发挥独特而重要的作用，也为现代农业发展提供了前所未有的机遇。农业物联网可以把感应器嵌入农业机械、土地、灌溉系统等各种物体中，然后将"物"与互联网整合起来，通过智能分析，实施实时的管理和控制。这样，人类可以以更加精细和动态的方式管理农业生产，提高资源利用率和生产力水平，促进可持续发展。

　　物联网在现代农业中的应用范围主要体现在以下几个方面：（1）应用无线传感器网络建立农业精准控制系统。进行农作物田间及温室环境控制和信息反馈，用其检测作物的环境信息，监测收集土壤的温度湿度、大气气压、风速、作物生长情况等数据，并对这些信息进行处理，为农业专家进行决策并制定农田变量作业处方提供主要数据源和参数；也可自动触发相关行为，如智能灌溉或自动调节温度，保证作物良好的生长环境。（2）应用RFID技术建立现代养殖业食品供应链跟踪与可追溯体系。将RFID技术用于畜禽的个体标识，并结合无线传感网络、手持移动设备和PC机数据库技术等构建RFID养殖管理信息系统，以跟踪猪肉产品的生产、加工、批发以及零售等各个环节，实现畜禽数据的有效追溯和数据及业务的共享。（3）农用传感器还可以应用于移动信息装备制造产业、农业资源管理、农业信息网络服务产业、农业自动识别技术与设备产业、农业精细作业机具产业和农产品物流产业，实现农业生产自动化、智能化。

　　2 农业物联网中关键技术的发展

近年来，物联网的关键理论、技术和应用成为业界和学术界的研究热点，涵盖了从信息获娶传输、存储、处理直至应用的全过程。物联网应该具备三个特征：一是全面感知，即利用RFID、传感器等随时随地获取物