唐珂：國(guó)外農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展及對(duì)我國(guó)的啟示

隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)走進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。國(guó)際電信聯(lián)盟認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)智能傳感器、射頻識(shí)別（RFID）設(shè)備、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）等信息傳感設(shè)備按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。近年來(lái)，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)自動(dòng)化需求的不斷增長(zhǎng)和信息技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在物理感知、數(shù)據(jù)傳輸、智能處理、應(yīng)用服務(wù)等領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。

近年來(lái)，世界農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、智能處理技術(shù)等方面取得了很大的進(jìn)展

一、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)取得重要進(jìn)展

隨著傳感技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，采用新材料、新機(jī)理、新工藝的新型傳感器不斷涌現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了高靈敏度、高適應(yīng)性、高可靠性并向嵌人式、微型化、模塊化、智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。美、德、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在傳感器技術(shù)與制造工藝方面處于國(guó)際領(lǐng)先地位。從近兩年國(guó)際工業(yè)展覽會(huì)展出產(chǎn)品和國(guó)際知名廠商技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r分析可以看出，傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是：數(shù)字補(bǔ)償技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)、智能化技術(shù)、多功能復(fù)合技術(shù)。同時(shí)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)更加嚴(yán)格，制造工藝更加精細(xì)，補(bǔ)償工藝更加完善外觀質(zhì)量更加精美。

從國(guó)際整體發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看傳感器技術(shù)主要有以下幾方面的發(fā)展趨勢(shì)：

一是本身變革的個(gè)方向：微型化、智能化和可移動(dòng)性；

二是運(yùn)用新原理、新結(jié)構(gòu)、新材料，以實(shí)現(xiàn)微功耗、低成本、高可靠性等參數(shù)指標(biāo)的提升；

三是研發(fā)更高技術(shù)和創(chuàng)新類(lèi)產(chǎn)品，并重視產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，如地震、颶風(fēng)等自然災(zāi)害預(yù)報(bào)與監(jiān)測(cè)類(lèi)傳感器產(chǎn)品。

（一）農(nóng)業(yè)傳感器微型化取得成效

納米傳感器有望為糧食問(wèn)題做貢獻(xiàn)。英國(guó)環(huán)境、食品和農(nóng)村事務(wù)大臣希拉里本表示，納米技術(shù)將具有真正的潛力，幫助滿足人口快速增長(zhǎng)的對(duì)世界糧食的需求，它不僅將使包裝食品的保存時(shí)間大大延長(zhǎng)，還能促使作物的生長(zhǎng)。在美國(guó)還有多項(xiàng)試驗(yàn)考察研制納米傳感器，這種可植入牲畜體內(nèi)的傳感器能夠在疾病感染整群牲畜之前將其檢測(cè)出來(lái)。納米技術(shù)在納米水平上取得的新突破有助于研制出用于防止食品和飲料受到致命細(xì)菌污染或阻止氧氣進(jìn)人容器內(nèi)的塑料包裝。該技術(shù)還將用于豐富食品的營(yíng)養(yǎng)并保持食品中通常會(huì)隨時(shí)間流失的維生素含量。農(nóng)民還可利用該項(xiàng)技術(shù)確保在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間為作物緩慢地釋放化肥，積極探査來(lái)自病蟲(chóng)害或污染物的威脅。

美國(guó)制成新型生物傳感器。美國(guó)普渡大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員制成了新型生物傳感器，能夠探測(cè)出人體唾液和眼淚中極低的葡萄糖濃度。該項(xiàng)技術(shù)無(wú)需過(guò)于繁復(fù)的生產(chǎn)步驟，從而可降低傳感器的制造成本，并可能幫助消除或降低利用針刺進(jìn)行糖尿病測(cè)試的幾率。相關(guān)研究論文發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》雜志上。新型生物傳感器包括3個(gè)主要部分：石墨烯制成的納米片層、鉑納米粒子和葡萄糖氧化酶。其中的納米片仿效微小的玫瑰花瓣每片花瓣上均包含著多個(gè)堆疊的石墨烯層?；ò甑倪吘壱矐覓熘煌暾幕瘜W(xué)鍵使鉑納米粒子可以附著在這里。納米片和鉑納米粒子相結(jié)合能夠形成電極，隨后葡萄糖氧化酶也可附著在鉑納米粒子上。酶能將葡萄糖轉(zhuǎn)化為過(guò)氧化物，并且在電極上產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)。通常情況下在獲得具有納米結(jié)構(gòu)的生物傳感器成品前需要經(jīng)歷復(fù)雜的處理步驟，其中包括光刻、化學(xué)處理、蝕刻等。而這些納米片花瓣的好處就是，它們能夠在任一表面上生長(zhǎng)，也無(wú)需經(jīng)歷這些步驟因此可稱(chēng)得上是商業(yè)化的理想選擇。這種探測(cè)器能探測(cè)到濃度為0.3微摩爾的葡萄糖，比其他基于石墨烯、碳納米管或金屬納米粒子等材質(zhì)的電氣化學(xué)生物傳感器更為敏感。這項(xiàng)技術(shù)有望在農(nóng)產(chǎn)品葡萄糖含量精確檢測(cè)中推廣應(yīng)用。

（二）農(nóng)業(yè)傳感器智能化獲得突破

德國(guó)開(kāi)發(fā)出可聞出水果成熟度的儀器。德國(guó)弗勞恩霍夫分子生物學(xué)和應(yīng)用生態(tài)學(xué)研究所日前發(fā)表公報(bào)說(shuō)，該所研制了一種特殊的儀器其核心技術(shù)是用金屬氧化物氣敏傳感器去檢測(cè)水果釋放出的特殊氣味，最后分析判斷出水果的成熟度。這種儀器的具體工作過(guò)程是，先用高分子分離柱將待測(cè)水果的氣味提純?cè)僮寧в羞@一氣味的氣體通過(guò)溫度達(dá)300-400°C的傳感器，使其內(nèi)的金屬氧化物與氣味進(jìn)行反應(yīng)最后儀器根據(jù)反映狀態(tài)自動(dòng)分析出水果的成熟度。初步試驗(yàn)顯示，這種儀器與食品實(shí)驗(yàn)室中專(zhuān)用測(cè)量?jī)x的檢測(cè)效果一樣精確。利用這種儀器，大宗水果批發(fā)商將可以直接在倉(cāng)庫(kù)中高效監(jiān)測(cè)計(jì)劃出售水果的成熟度。

美國(guó)科羅拉多大學(xué)的科學(xué)家日前研制出智能微芯片，可置于植物葉片上，這種智能芯片類(lèi)似夾式耳環(huán)，比郵票還要輕薄，貼在植物葉片上，當(dāng)植物需要水時(shí)，會(huì)向農(nóng)戶(hù)的手機(jī)發(fā)送信息需求。采用此法可以省水省時(shí)省錢(qián)，可減少植物生長(zhǎng)所需的10%-40%的水量，每年為農(nóng)戶(hù)節(jié)省幾千美元。

（三）農(nóng)業(yè)傳感器可移動(dòng)化成為主流方向

韓國(guó)研究人員日前宣布，他們發(fā)明了一種小型生物芯片傳感器，可快速、準(zhǔn)確地對(duì)食品和環(huán)境污染進(jìn)行檢測(cè)。韓國(guó)生命科學(xué)和生物技術(shù)研究所的研究人員研發(fā)的生物芯片傳感器利用表面等離子共振技術(shù)，即通過(guò)接收被掃描物體表面反射的激光共振信號(hào)來(lái)辨別分子層的結(jié)構(gòu)，從而檢測(cè)被測(cè)對(duì)象的DNA和蛋白質(zhì)是否受到污染。這種便攜式新型裝置可進(jìn)行“即時(shí)檢驗(yàn)”，大大提高了檢測(cè)效率。

美國(guó)專(zhuān)家研究RFID和傳感器保障農(nóng)業(yè)食品安全。美國(guó)幾家大學(xué)組成的研究團(tuán)隊(duì)在美國(guó)農(nóng)業(yè)部國(guó)家食品安全資金項(xiàng)目支持下，預(yù)計(jì)用3年時(shí)間研究采用感應(yīng)器追蹤供應(yīng)鏈中多葉綠色蔬菜溫濕度狀況。研究人員將在運(yùn)輸卡車(chē)內(nèi)的農(nóng)產(chǎn)品貨箱里安裝感應(yīng)器，監(jiān)測(cè)溫濕度水平，波動(dòng)的發(fā)生時(shí)間以及它們?nèi)绾螌?duì)零售的農(nóng)產(chǎn)品上的大腸桿菌或其他病原體的產(chǎn)生可能造成的影響。研究人員還希望利用研究結(jié)果為包裝、配送專(zhuān)業(yè)人士提供培訓(xùn)，通過(guò)監(jiān)測(cè)運(yùn)輸和配送過(guò)程中的新鮮食品，防止食源性致病菌的產(chǎn)生。

從國(guó)外傳感器產(chǎn)業(yè)化技術(shù)成熟性角度分析來(lái)看，主要呈現(xiàn)出以下主要發(fā)展特征：

第一，重視基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)工藝和共性關(guān)鍵技術(shù)的研究，保證基礎(chǔ)技術(shù)與基礎(chǔ)工藝處于世界領(lǐng)先地位。

第二，重視制造工藝技術(shù)和裝備研究與應(yīng)用。配置優(yōu)良的工藝裝備和檢測(cè)儀器，特別是智能化工藝設(shè)備確保工藝裝備的先進(jìn)性。

第三，重視新產(chǎn)品和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力。瞄準(zhǔn)全球傳感器技術(shù)和市場(chǎng)的發(fā)展潮流與戰(zhàn)略前沿，確定研究課題和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方向。

第四，重視傳感器的可靠性設(shè)計(jì)、控制與管理，嚴(yán)格設(shè)計(jì)符合性控制和工藝可靠性控制，有效地提高產(chǎn)品生產(chǎn)成品率。

第五，重視市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，加強(qiáng)市場(chǎng)調(diào)查與分析，快速響應(yīng)市場(chǎng)。注重市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的個(gè)性化服務(wù)特色，響應(yīng)及時(shí)，品質(zhì)優(yōu)良，性?xún)r(jià)比高。

第六，重視產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)熟悉系統(tǒng)信息采集過(guò)程中，上下游接口聯(lián)接的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的完整性、統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性。

正因?yàn)槿绱?，?guó)外傳感器產(chǎn)品品種繁多，規(guī)格齊全，集成化與模塊化結(jié)構(gòu)性能強(qiáng)，產(chǎn)品內(nèi)在與外觀質(zhì)量并重。市場(chǎng)配套與服務(wù)能力較強(qiáng)，不斷把新技術(shù)運(yùn)用和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)推向新的高度，使同類(lèi)產(chǎn)品不僅具有在靈敏度、精度、穩(wěn)定性和可靠性等指標(biāo)上的競(jìng)爭(zhēng)，在新材料應(yīng)用、生產(chǎn)制造工藝與產(chǎn)業(yè)化技術(shù)水平上，也同樣形成了明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

二、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)快速提高

無(wú)線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)作為一種微型化的嵌入式系統(tǒng)，具有端節(jié)點(diǎn)和路由雙重功能：一方面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理；另—方面將數(shù)據(jù)融合經(jīng)多條路由傳送到路由節(jié)點(diǎn)，最后經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)或其他通信網(wǎng)絡(luò)傳送到觀察者。

（一）傳感、計(jì)算、通訊集成的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)得到發(fā)展

國(guó)際上，無(wú)線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)COTS、weC、Rene、Dot、Mica、Spec幾代的發(fā)展，目前Spec所有器件都集成在CMOS芯片中，實(shí)現(xiàn)了傳感、計(jì)算和通訊功能。而Mica系列節(jié)點(diǎn)和Telo節(jié)點(diǎn)應(yīng)用最為廣泛，如大鴨島海燕生活習(xí)性和棲息地環(huán)境的監(jiān)測(cè)，紅杉樹(shù)微氣候環(huán)境監(jiān)測(cè)都采用了Mica系列節(jié)點(diǎn)，用于采集溫度、濕度、大氣壓強(qiáng)、聲音和光照等信息。目前許多研究機(jī)構(gòu)在構(gòu)建低帶寬數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用中都采用了這兩種節(jié)點(diǎn)作為硬件平臺(tái)。

美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校將若干節(jié)點(diǎn)布置在一棵紅松上用于觀測(cè)紅松的生長(zhǎng)狀況。因特爾在俄勒岡州建立了世界上第一個(gè)無(wú)線葡萄園，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布在葡萄園中，每隔一分鐘檢測(cè)一次土壤溫度，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)區(qū)域的溫度或該地區(qū)的有害物質(zhì)數(shù)量，確保葡萄健康成長(zhǎng)。勞爾·莫賴(lài)斯（RaulMorais）等開(kāi)發(fā)了一種ZigBee多電源供電的無(wú)線裝置，用以在葡萄園中協(xié)助對(duì)葡萄白粉病的預(yù)測(cè)。該系統(tǒng)使用JN5121作為通信模塊，為解決傳感器節(jié)點(diǎn)的能量消耗問(wèn)題，采用風(fēng)能、水能、太陽(yáng)能供電，但也因此造成節(jié)點(diǎn)體積過(guò)大，不便于安裝。洛佩斯·里克爾梅（LopezRiquelme）等在西班牙南部半干旱地區(qū)穆?tīng)栁鱽喌纳鷳B(tài)園藝企業(yè)內(nèi)進(jìn)行了WSN部署試驗(yàn),采用3種不同類(lèi)型節(jié)點(diǎn)部署方案在生態(tài)園中用于監(jiān)測(cè)土壤質(zhì)量（含水量、溫度）、作物生長(zhǎng)環(huán)境（空氣溫濕度）、水質(zhì)（鹽度、溫度）王寧（NingWang）等將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用概括成了4個(gè)方面：空間數(shù)據(jù)采集、精準(zhǔn)灌溉、變量作業(yè)、提供數(shù)據(jù)給農(nóng)民。

（二）近距離無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)路由算法動(dòng)態(tài)化

無(wú)線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)一般由處理器、無(wú)線傳輸、傳感器和電源模塊等單元組成。節(jié)點(diǎn)芯片方面，國(guó)外產(chǎn)品普遍采用通用超大規(guī)模集成電路片上系統(tǒng)（SoC），構(gòu)成了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)層支撐平臺(tái)。而B(niǎo)erkeley2003年發(fā)布Spec傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，將8位處理器、900MHZ無(wú)線發(fā)射器、3kRAM、通信、8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、溫度傳感器和TinyOS操作系統(tǒng)全部集成在一個(gè)2mm×2.5mm的CMOS芯片中，實(shí)現(xiàn)了傳感、計(jì)算和通訊功能。

ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集傳感器技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、嵌人式計(jì)算技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)于一體，具有易于布置、靈活通信、低功耗、低成本等特點(diǎn)，將其應(yīng)用于農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域已成為目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)之一。

近年來(lái)，由于嵌入式計(jì)算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、節(jié)點(diǎn)節(jié)能等技術(shù)的發(fā)展，也給無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)帶來(lái)了歷史性的變革。1993年美國(guó)加州洛杉磯分校（UCLA）與羅克韋爾科學(xué)中心合作成立了“繼承的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器”（WINS）計(jì)劃，該計(jì)劃的主要目的是在現(xiàn)有的無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)上，增加低功率電子技術(shù)和MEMS技術(shù)，在大大降低無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)能耗的同時(shí)提高了無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的測(cè)量精度。1999年，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的簡(jiǎn)·M·羅貝開(kāi)始了PicoRadio計(jì)劃，以支持“由自成體系、中等尺度、低成本、低能耗的傳感和監(jiān)視節(jié)點(diǎn)組成Ad hoc（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）形式的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)”的需要。美國(guó)、日本、以色列等國(guó)家一直致力于使得傳輸節(jié)點(diǎn)的集成化與小型化、網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)自組織、信息的分布式處理與管理的發(fā)展。

三、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能處理技術(shù)取得重要進(jìn)展

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能處理技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、存儲(chǔ)、索引、查詢(xún)、智能分析計(jì)算。主要技術(shù)包括大數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、預(yù)測(cè)預(yù)警技術(shù)、人工智能技術(shù)等。在世界范圍內(nèi)已經(jīng)得到了廣泛的研究。

（一）流數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)得到廣泛應(yīng)用

由于各種傳感器等新型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的普及使用，大數(shù)據(jù)呈快速爆發(fā)之勢(shì)，根據(jù)IDC（International Data Corporation）預(yù)測(cè)，到2020年，預(yù)計(jì)全球所管理的數(shù)據(jù)將達(dá)到35ZB。世界各國(guó)積極投入大數(shù)據(jù)潮流，2012年3月美國(guó)發(fā)布“大數(shù)據(jù)研發(fā)計(jì)劃”，基于大數(shù)據(jù)推動(dòng)科研和創(chuàng)新，隨后英國(guó)、日本、德國(guó)、加拿大等國(guó)紛紛仿效推出了大數(shù)據(jù)應(yīng)用相關(guān)的戰(zhàn)略研究。隨著氣象災(zāi)害、生物基因以及資源環(huán)境等大量非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的急劇爆發(fā)，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也進(jìn)人了大數(shù)據(jù)時(shí)代。而要從體量巨大、種類(lèi)多樣的農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中去粗取精、去偽存真?zhèn)鹘y(tǒng)的存儲(chǔ)和計(jì)算很難做到，所以大數(shù)據(jù)的處理分析迫切需要從處理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)向處理非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、從處理單一數(shù)據(jù)集向迭代增長(zhǎng)數(shù)據(jù)集、從批處理向流處理、從集中式分析向分布式分析、從驗(yàn)證性分析向探索性分析轉(zhuǎn)變。

由于物聯(lián)網(wǎng)傳感器具備小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，每個(gè)傳感器都會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，因此物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)產(chǎn)生大量的不間斷數(shù)據(jù)流。對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效和高效的管理成為后續(xù)數(shù)據(jù)智能分析、數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)的重要前提。在大數(shù)據(jù)處理技術(shù)上，美國(guó)巳經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作。美國(guó)政府將大數(shù)據(jù)處理技術(shù)作為戰(zhàn)略性技術(shù)進(jìn)行大力發(fā)展，結(jié)合政府、科研機(jī)構(gòu)和非政府組織的力量進(jìn)行大數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究。公司開(kāi)發(fā)了大數(shù)據(jù)平臺(tái)，可以有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，高效整合管理不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)環(huán)境下的數(shù)據(jù)流計(jì)算、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和信息整合。其開(kāi)發(fā)的Infosphere Stream系統(tǒng)支持連續(xù)分析海量流數(shù)據(jù)，幫助用戶(hù)快速獲取、分析和關(guān)聯(lián)多個(gè)實(shí)時(shí)源的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的快速響應(yīng)，集成應(yīng)用程序，支持結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)源；IBM Infosphere Warehouse提供了一個(gè)綜合數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)平臺(tái)，支持實(shí)時(shí)訪問(wèn)結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。

（二）分布式數(shù)據(jù)處理技術(shù)得到快速發(fā)展

近年來(lái)，以色列在存儲(chǔ)研究方面取得了一定的進(jìn)展。以色列存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)保護(hù)廠商CTERA Networks研究了集成存儲(chǔ)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)的存儲(chǔ)設(shè)備和方法，涉及一個(gè)網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)設(shè)備，用來(lái)執(zhí)行基于存儲(chǔ)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)操作。該設(shè)備包含至少一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制器用于局域網(wǎng)客戶(hù)端的通信，并且通過(guò)廣域網(wǎng)來(lái)使用存儲(chǔ)服務(wù)；一套本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備；一個(gè)至少在本地存儲(chǔ)設(shè)備中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)在存儲(chǔ)服務(wù)數(shù)據(jù)的同步存儲(chǔ)服務(wù)模型；和一個(gè)使客戶(hù)端運(yùn)行在使用文件共享協(xié)議設(shè)備上的基于文件操作的處理器。該存儲(chǔ)器可以有效地解決農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的問(wèn)題。

（三）智能安全技術(shù)使得農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)更有保障

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)、集聚了海量的軟硬件資源，同時(shí)也面臨著大量的安全隱患，如無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層等最容易遭受多種類(lèi)型的攻擊，RFID設(shè)備在感知層中易受到標(biāo)簽永久失效、標(biāo)簽暫時(shí)失效攻擊物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合也面臨一定的危險(xiǎn)。傳統(tǒng)方式下維護(hù)硬件、安裝和升級(jí)軟件、防范病毒和各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)攻擊需要耗費(fèi)大量的人力物力資源，而且防范的效果不理想。而云安全融合了并行處理、網(wǎng)格計(jì)算、未知病毒行為判斷等新興技術(shù)，通過(guò)網(wǎng)狀的大量客戶(hù)端對(duì)網(wǎng)絡(luò)中軟件行為的異常監(jiān)測(cè)，獲取互聯(lián)網(wǎng)中木馬、惡意程序的最新信息推送到Server端進(jìn)行自動(dòng)分析和處理，再把病毒和木馬的解決方案分發(fā)到每一個(gè)客戶(hù)端。

四、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)取得了廣泛應(yīng)用

在國(guó)外，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用主要集中在農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測(cè)和利用、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)管理和農(nóng)產(chǎn)品安全溯源等方面。

（一）農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測(cè)和利用領(lǐng)域

在農(nóng)業(yè)資源監(jiān)測(cè)和利用領(lǐng)域，利用各種資源衛(wèi)星收集國(guó)土資源情況，利用先進(jìn)的傳感器、信息傳輸和互聯(lián)網(wǎng)等綜合化信息監(jiān)測(cè)、傳輸、分析平臺(tái)實(shí)現(xiàn)區(qū)域農(nóng)業(yè)的統(tǒng)籌規(guī)劃和資源監(jiān)測(cè)。如美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校建立的林業(yè)資源環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)對(duì)加州地區(qū)的森林資源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為相應(yīng)部門(mén)提供實(shí)時(shí)的資源利用信息，為統(tǒng)籌管理林業(yè)提供支撐。歐洲主要利用資源衛(wèi)星對(duì)土地利用信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其中，法國(guó)利用通信衛(wèi)星技術(shù)對(duì)災(zāi)害性天氣進(jìn)行預(yù)報(bào)，對(duì)病蟲(chóng)害進(jìn)行測(cè)報(bào)。

（二）農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域

在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，主要利用高科技手段構(gòu)建先進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，利用無(wú)線傳感器技術(shù)、信息融合傳輸技術(shù)和智能分析技術(shù)感知生態(tài)環(huán)境變化。如美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的研究人員通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)大鴨島上海燕的棲息情況進(jìn)行了9個(gè)月周期性的環(huán)境監(jiān)測(cè)，采用區(qū)域化靜態(tài)MICA傳感器節(jié)點(diǎn)部署，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人侵、無(wú)破壞的對(duì)敏感野生動(dòng)物及其棲息地的監(jiān)測(cè)。美國(guó)、法國(guó)和日本等一些國(guó)家主要綜合運(yùn)用建立覆蓋全國(guó)的農(nóng)業(yè)信息化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的自動(dòng)監(jiān)測(cè)，保證農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

（三）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)管理領(lǐng)域

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)管理領(lǐng)域，將光、溫、水、氣、土、生物等傳感器布局于大田作物生產(chǎn)、果園種植、畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面，實(shí)現(xiàn)不間斷化感知、實(shí)時(shí)化決策、精細(xì)化生產(chǎn)。如2002年英特爾公司率先在美國(guó)俄勒岡州建立了世界上第一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)葡萄園。通過(guò)采用Crossbow公司的Mote系列傳感器，每隔一分鐘采集一次光照、土壤溫濕度等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控葡萄生長(zhǎng)環(huán)境的細(xì)微變化，確保葡萄的健康生長(zhǎng)；2004年美國(guó)佐治亞州的兩個(gè)農(nóng)場(chǎng)使用了與無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)配套的遠(yuǎn)距離視頻系統(tǒng)和GPS定位技術(shù)，分別監(jiān)控蔬菜的包裝和灌溉系統(tǒng)。荷蘭VELOS智能化母豬管理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)供料、自動(dòng)管理、自動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸和自動(dòng)報(bào)警。泰國(guó)初步形成了小規(guī)模的水產(chǎn)養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)，解決了RFID技術(shù)在水產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用難題。

（四）在農(nóng)產(chǎn)品安全溯源領(lǐng)域

在農(nóng)產(chǎn)品安全溯源領(lǐng)域，利用條碼技術(shù)和RFID技術(shù)等來(lái)跟蹤、識(shí)別、監(jiān)測(cè)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、運(yùn)輸、消費(fèi)過(guò)程，保證農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全。例如2001年起，加拿大肉牛使用一維條形碼耳標(biāo)之后又過(guò)渡電子耳標(biāo)；2004年日本基于RFID技術(shù)構(gòu)建了農(nóng)產(chǎn)品追溯試驗(yàn)系統(tǒng)，利用RFID標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)產(chǎn)品流通管理和個(gè)體識(shí)別。近年來(lái)，RFID的應(yīng)用更加廣泛并由此形成了自動(dòng)識(shí)別技術(shù)與裝備制造產(chǎn)業(yè)。據(jù)美國(guó)市調(diào)公司ABIresearch2007年度第一季報(bào)告顯示，2006年全球RFID市場(chǎng)為38.12億美元，其中亞太地區(qū)已躍為全球最大市場(chǎng)，規(guī)模為14.07億美元。

（五）農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)領(lǐng)域

在云存儲(chǔ)、云計(jì)算和云分析等方面建立了平臺(tái)化服務(wù)。2007年Google第一次提出“云計(jì)算”概念，2008年微軟推出Windows Azure操作系統(tǒng)，力圖在互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)上搭建新的云計(jì)算平臺(tái)。亞馬遜使用彈性計(jì)算云（EC2）和簡(jiǎn)單存儲(chǔ)服務(wù)（S3）為企業(yè)開(kāi)展云計(jì)算和存儲(chǔ)服務(wù)，美國(guó)政府推出了包括美國(guó)農(nóng)業(yè)部在內(nèi)的各大部委主要數(shù)據(jù)的大型數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)USA.gov，并且開(kāi)發(fā)了第一個(gè)云計(jì)算成果Apps.gov網(wǎng)站。日本從2009年5月開(kāi)始，致力于建設(shè)Kasumigaseki Cloud系統(tǒng)，打造國(guó)家云計(jì)算戰(zhàn)略部署。將云技術(shù)遷移到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域可以更好地促進(jìn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，在農(nóng)業(yè)云平臺(tái)上，云存儲(chǔ)通過(guò)在線存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)等方式解決了農(nóng)業(yè)信息資源分散、行業(yè)條塊分割和涉農(nóng)信息與資源整合不夠的問(wèn)題；云計(jì)算針對(duì)農(nóng)業(yè)也逐步完善基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）、軟件即服務(wù)（SaaS）的架構(gòu)模式，“平臺(tái)上移、服務(wù)下延”的模式變得更加泛在云服務(wù)使得農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展變得更加及時(shí)、方便和泛在。

五、國(guó)外農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展對(duì)我國(guó)的啟示

西方發(fā)達(dá)國(guó)家和周邊國(guó)家在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究和應(yīng)用方面巳取得了很大的成就，與之相比，我國(guó)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展還存在著一定的差距。

（1）農(nóng)業(yè)精細(xì)化、自動(dòng)化程度較低，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境不完善。

近年來(lái)，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已開(kāi)始大面積推廣精細(xì)化、自動(dòng)化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并針對(duì)作物生長(zhǎng)需要進(jìn)行生長(zhǎng)環(huán)境、農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)控制，因此物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以無(wú)縫接入，應(yīng)用環(huán)境較為完善。而我國(guó)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精細(xì)化、自動(dòng)化方面還比較薄弱，現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)及動(dòng)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，制約了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展。

（2）物聯(lián)網(wǎng)傳感器實(shí)用化程度較低，管理不方便。

與國(guó)際先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)相比，我國(guó)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(wèn)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(wèn)題給傳感器管理帶來(lái)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。

（3）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(diǎn)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(guó)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(dòng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)技術(shù)等方面相比國(guó)際先進(jìn)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(lái)了一定的困難。

作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，我國(guó)應(yīng)該努力學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況研究開(kāi)發(fā)出適合我國(guó)國(guó)情的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和設(shè)備，努力擴(kuò)展農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國(guó)的試點(diǎn)應(yīng)用。

（1）發(fā)展微型化傳感器。努力發(fā)展微型化傳感器。微型傳感器可以有效地節(jié)約資源、降低制造成本、減少能源消耗，同時(shí)微型傳感器更加便于使用，可以減少傳感器占用的空間。目前發(fā)達(dá)國(guó)家已在相關(guān)方面開(kāi)展了大量的研究，我國(guó)應(yīng)加快腳步，在微型傳感器領(lǐng)域進(jìn)行更力深入的研究。

（2）尋求系統(tǒng)節(jié)能策略。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于特殊場(chǎng)合時(shí)，電源不可更換，因此功耗問(wèn)題顯得至關(guān)重要。目前國(guó)內(nèi)外在節(jié)點(diǎn)的低功耗問(wèn)題上已取得了很大的研究進(jìn)展，提出了一些低功耗的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，未來(lái)將會(huì)取得更大的進(jìn)步。

（3）努力降低傳感器成本。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量非常大，往往是成千上萬(wàn)個(gè)。要使傳感器網(wǎng)絡(luò)達(dá)到實(shí)用化要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)的價(jià)格翻在1美元以下，而現(xiàn)在每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的造價(jià)大約在80美元左右。如果能夠有效地降低節(jié)點(diǎn)的成本，將會(huì)大大推動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

（4）著手解決傳感器網(wǎng)絡(luò)安全性問(wèn)題和抗干擾問(wèn)題。與普通的網(wǎng)絡(luò)一樣，傳感器網(wǎng)絡(luò)同樣也面臨著安全性的考驗(yàn)，即如何利用較少的能量和較小的計(jì)算量來(lái)完成數(shù)據(jù)加密、身份認(rèn)證等。在破壞或受干擾的情況下可靠地完成執(zhí)行的任務(wù)，也是一個(gè)重要的研究課題。

（5）研究節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)配置問(wèn)題。未來(lái)將著重于研究如何將大量的節(jié)點(diǎn)按照一定的規(guī)則組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)其中某些節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，網(wǎng)絡(luò)能夠迅速找到這些節(jié)點(diǎn)并且不影響到網(wǎng)絡(luò)的正常使用。配置冗余節(jié)點(diǎn)是必要的。

我們相信，在學(xué)習(xí)了國(guó)外先進(jìn)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后，我國(guó)必將在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域研究出更加先進(jìn)和實(shí)用的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，并使之服務(wù)于我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和流通領(lǐng)域，為提髙我國(guó)農(nóng)業(yè)的快速可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

原文載于《中國(guó)科學(xué)院院刊》 2013年06期

來(lái)源：轉(zhuǎn)載自新三農(nóng)

編輯：裴遜琦