农业物联网体系架构及其技术应用与效益分析-农业机械化论文-农学论文.docx

农业物联网体系架构及其技术应用与效益分析-农业机械化论文-农学论文 ——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——　　0 引言　　自美国麻省理工学院( MIT) 自动识别中心( Auto－ID Center) 教授凯文艾什顿( Kevin Ashton) 于 1999首次提出物联网( Internet of Things，IoT) 概念以来，美国、欧盟、日本、韩国和中国等国家和地区高度重视物联网技术的发展和应用，纷纷将其纳入产业发展规划或政策支持范围，并将其视为全球经济新的增长点。　　物联网技术也从最初物流领域的应用逐步扩展到交通、医疗、工业、农业等领域，取得了明显的进展。其在农业领域的应用也称为农业物联网，受到我国各级政府的高度关注，当前通过项目和基地示范建设的方式，取得了明显的阶段性成效。但当前学界对农业物联网的研究还主要集中在技术实现和商业模式等领域的探讨，而对农业物联网自身社会经济效益的研究较少。为此，通过对农业物联网技术架构及其技术应用的解析，探讨其技术应用所带来的社会经济效益。　　1 文献回顾　　农产品的供给和安全事关人类基本生活质量和安全，世界各国都高度重视农业生产效率的提升和食品安全保障。近年来，信息技术尤其是物联网技术为提高农业生产效率和保障食品安全提供了重要契机。　　早期农业利用信息技术主要基于3S技术对农地定位、测量土地面积、监测土壤营养状况和作物长势、预测产量。发达国家除了注重3S技术的应用外，还加强了农业信息化体系建设，如专家系统、市场信息发布系统等。物联网技术的发展为实现更加精确化、数字化和智能化的物联网农业提供了条件。　　不少学者在不同技术及其应用领域进行探索研究，如射频识别技术( ＲFID)、传感器件在现代化农机中的嵌入应用技术、智能生产监控技术、设施农业中的技术应用、作物营养无损感知和自组织网络技术等。部分学者对农业物联网技术应用情况做综述类研究，还有部分学者对物联网企业的商业模式展开研究。以上这些研究对于揭示农业物联网的技术细节、可能的应用领域、关键技术及其难点、未来发展方向以及企业如何应用农业物联网实现商业价值等方面具有积极意义; 但对农业物联网技术如何给人类带来社会经济价值以及带来哪些社会经济价值缺乏系统解释。　　2 农业物联网体系架构及其技术应用　　2． 1 农业物联网体系架构　　在农业物联网体系架构层次划分上，大多学者采用物联网技术通用架构层次划分法，将其划分为感知层、传输层和应用层 3 个层次。笔者认为，这种通用划分法主要有两个缺陷: 一是无法表征物联网技术在各具体产业应用中的特色和差异; 二是无法体现具体用户的特征和差异。为了克服这种缺陷，笔者将农业物联网体系架构划分为 5 个层次，即用户层、应用层、传输层、感知层和对象层。其各层的功能、构成和逻辑关系如图 1 所示。 　　1) 用户层。部分学者在对用户层的认识上容易局限在农业生产者这一核心用户范畴，而忽视产业中其他环节的用户。笔者认为，农业物联网的用户不仅包括农业生产者，也包括系统管理员、远程专家、物流运输者、农产品加工者、经销零售商、终端消费者等各个环节使用者，各环节用户使用的技术类别和实现的技术功能有所差异。　　2) 应用层。应用层主要包括 3 部分: 一是终端设备; 二是由各模块集成的管理信息系统; 三是云端中心。其中，终端设备主要指农业物联网各级用户使用的各类网络计算机、智能手机、其他手持终端以及其他身份识别标签读取设备。集成管理信息系统主要包括环境感知、无损感知、过程感知、灾害感知、专家咨询、安全溯源、视频监控及专家系统等功能模块。云端中心主要指提供云计算、云存储、云服务和云应用的物联网云端中心。　　3) 传输层。传输层主要指网络传输层，具有两种主要网络传输类型: 一是无线网络传输。包括无线传感网 络 ( 如 Zigbee、WiFi、6LoWPAN、Bluetooth、3G、GPＲS 等无线网络传输技术) 和卫星通信网络( 如遥感技术) ; 二是有线网络传输: 包括有线广域网( WAN) 、局域网( LAN) 和个域网( PAN) 等网络传输技术。具体传输过程主要是由传感器件、遥感设备和身份识别技术标签等获取感知监测对象的各种数据信息，传入无线传输网络，经由其通过网关传入有线网络，由有线网络传入物联网云端中心进行加工和存储等。　　4) 感知层。感知层是利用卫星遥感技术、射频识别、二维码、传感器件、GPS 等技术实现对农业生产监测对象实施感知和监控的环节。遥感技术可以用来对土地资源的营养状况、墒情、作物长势等信息进行实时感知监测。射频识别和二维码技术可以将标识物的信息通过读卡器传入无线传输网络。传感器件( 如温、湿、光、P