农业物联网在鲁西南农业信息化建设中应用研究
Abstract： This paper is mainly based on the transformation of traditional agriculture to Wisdom Agriculture in the southwest area of Shandong province. We analyze the basic situation of traditional agriculture， and present some countermeasures and solutions based on the using of Internet in Wisdom Agriculture. In Wisdom Agriculture， we can use agricultural sensor to collect data of Crop Information Management System， and update the data to Data Processing Control Center， real-timely， and precisely. We can realize the monitor and data management of the production process. Finally， we can speed up the transformation of agriculture，and construct support for social development.
Key words： agricultural Internet of things；southwest area of Shandong Province；agriculture informatization；transformation
中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）12-0248-02
0 引言
鲁西南，即山东的西南部，广义上包括菏泽、济宁、枣庄，以菏泽市为主。地形东高西低，受自然环境影响，以平原农田旱地耕作为主，地区属暖温带季风型大陆性气候，光热充足，四季分明，但自然灾害频繁，加上农业基础设施建设滞后，规划化经营程度低，导致农业生产多数农民还凭经验施肥灌溉，缺乏科学指导，现代农业方面智能管理问题和困难，对农业可持续性发展带来严峻挑战，农业物联网在解决以上农业问题显得尤为重要。
1 农业物联网应用的背景及意义
我国农业正处于传统农业向现代农业转型时期，全面实践这一新技术体系的转变，网络信息化技术发挥独特而重要的作用。以欧美为代表的发达国家，在农业信息网络建设、农业信息技术开发、农业信息资源利用等方面，全方位推进农业网络信息化的步伐，利用“5S”技术（GPS、RS、GIS、ES、DSS）、环境监测系统、气象与病虫害监测预警系统等，对农作物进行精细化管理和调控，有力地促进农业整体水平的提高。目前我国正处在互联网快速发展的历史进程之中，我国高度重视互联网发展，21年前接入国际互联网以来，我们按照积极利用、科学发展、依法管理、确保安全的思路，加强信息基础设施建设，发展网络经济，推进信息惠民。随着工业互联网迅速崛起，物联网3.0时代悄然来临，这给未来农业物联网的发展标准化提供一个平台和发展空间。
物联网以感知为前提，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。农业物联网是将大量的传感器节点构成监控网络，通过各种传感器采集信息，以帮助农民及时发现问题，并且准确地确定发生问题的位置，这样农业将逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式，从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备。一场农业科技革命的浪潮正在席卷中国大地，越来越多的人放弃了传统耕作模式，开始用传感器与农作物进行“交流”，成为智慧农业时代的“新农人”。这就是“农业物联网”，一个几年前还略显陌生的事物，如今却给我国的农业生产方式带来了深刻变革。
2 鲁西南地区农业现状及存在的问题
2.1 鲁西南地区农业现状
山东是传统的农业大省，而鲁西南地区以菏泽为例，菏泽是山东省传统的农业大市，粗放式农业耕作模式还处于主导地位，耕作方式受地理环境及天气影响，农业机械化水平不高，装备技术水平落后，抗自然灾害能力低下，资源不能科学利用，农民信息化意识薄弱，制约着农业可持续发展。
以大豆为例：大豆是鲁西南地区主要夏季播种物之一，种植规模每年都在百万亩以上，因自然灾害，据调查，2013年8月到9月，服务区域降水偏少，气温又高，受自然灾害影响，土壤含水量不足，导致大豆亩产减幅15.5%[1]。而2014年9月13日开始降雨，到16日降水量有地区高达96.9毫米，土壤水分含量极高，农民对土壤水分含量掌握很难达到精确。如果能做到科学种田，控旺防倒，土壤水分实时采集，土壤化肥营养元素，温度等信息农民及时获取并有效控制，实现农业生产的自动化、智能化，将大幅度提高农作物产量。实现从传统农业向现代农业的顺利过渡，必须依赖信息化，以农业信息化发展带动农业产业发展。
2.2 鲁西南地区农业存在的问题
农业的精细化要求：喜温植物不能长期忍受5度以下的低温，10度以下停止生长，如黄瓜，西葫芦，茄果类，菜豆等；耐热蔬菜生长温度要求在20至30度，要求昼夜温差不低于10度。但农民对农作物的生长环境主要依靠感官经验，而不是精确、可靠的量化数据，成功的种植经验不容易被总结和复制；完全依赖人工控制种植过程，无法对过程进行监督和控制，尤其以科研机构和大型种植基地为例，温室的种植往往是聘请农民工，由于缺乏有效的信息化手段，使得难于对他们工作的质量进行控制。 3 农业物联网应用下转型智慧农业的对策方案
3.1 方案目的及依据
借助物联网技术和云计算技术，在远程支持与远程服务平台上，建立智慧农业远程托管中心，实现远程栽培指导、远程故障诊断、远程信息监测、远程设备维护等。
物联网技术在农业领域应用广泛：农业资源管理（农业土地资源、水资源、生产资料等）、农业生态环境管理（土壤、大气、水质、气象、灾害等）、生产过程管理（农业精耕细作、设备农业、健康养殖等）、农业装备与设施（工程检测、远程诊断、服务调度等）等方面。植物生长环境（土壤、水、大气）、生命信息（生长、发育、营养、病变、胁迫等），利用农用传感器“感知”信息，托普农业物联网技术，在农作物服务区内安装农业物联网监测设备，通过农业物联网技术实时监测生长环境信息，根据产生的智能监测信息对农作物进行精确管理，通过土壤湿度传感器对灌溉自动控制，完全实现自动化，以远程技术为服务手段，促进有机高效农业发展。
3.2 物联网技术下农作物信息管理系统控制平台建设方案
3.2.1 农作物信息管理系统架构
整个系统从下到上分感知层、网络层、应用层三次架构如图1所示。
感知层：传感器的选择，满足露天农田中土壤温湿度、土壤养分、光照、风向等数据的采集。
网络层：搭建无线传感器网络，做好节点的部署；移动互联的应用，满足大数据的传输。
应用层：动态实时监控，专家系统，手机APP的开发，食品溯源系统的建立。
3.2.2 系统实施方案
系统感知层的农用传感器等设备[2]，检测环境中的物理量参数，通过各种仪器仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到远程对生产环境监控。达到增产、改善品质、适应需求、提高经济效益的目的。
建立无线网络传输层，通过PAN网络、LAN网络、WAN网络将感知层获得的农作物信息数据实时上传到控制监控平台，控制监控平台做出的控制反馈到感知层。
利用云计算、模糊识别等智能计算机技术，监控平台海量的数据和信息进行分析和处理，对农作物的生产过程进行实时监管和控制。构建农业物联网信息管理系统，在农作物生产过程中，对作物的生长环境等智能化监控，不仅节省了大量的人力资源，而且降低生产成本，提高产量，达到规范化和网络化管理。
4 农业物联网鲁西南农业信息化建设中的发展趋势
鲁西南农作物种植过程中受自然天气影响很严重，信息化建设对鲁西南农业发展至关重要。农业物联网鲁西南农业信息化建设中的发展趋势有：
①数据信息的准确和及时性要求信息化建设是未来的发展趋势之一[3]。②土壤温湿度等生产环境、病虫害预警方面要求精细农业管理。③生产效率提高要求人工到智能自动化生产。④劳动力成本与劳动者工作环境改善要求智能化控制和管理。⑤未来也是大数据时代，大数据在农业物联网应用在优化数据、分析数据、规划管理有很大前景。⑥关键技术发展趋势有：身份识别技术由现在的RFID国际化标准发展为高可靠性的身份识别和动物DNA识别技术；物联网架构技术由现在的广域网架构技术发展到高可靠性的物联网架构、自适应的物联网架构；通讯技术、传感器技术、信号处理技术、电源与能力存储技术、搜索引擎技术方面也会有大的发展。
农业物联网在鲁西南农业的应用，可以使管理信息系统的数据由人工采集、输入，变为农用传感器采集，并且能做到数据被实时上传数据中心控制中心，更关键的是提高了数据的实时性、准确性，提高了种植效率，对农作物的种植管理有很大的帮助。
