1绪论
l.l研究目的与意义
近年以来,物联网技术作为新科技的代表被广泛运用于许多领域,在当今人们享受物联网这一高科技带来便利的同时,物联网技术在农业方面的应用却显得相对薄弱。我国是个农业大国,物联网技术在农业方面的应用有着广阔的前景。
为了加快我国农业现代化的进程、提高农产品的产量和质量、促进农产品流通、保障农民经济效益,实现我国农业强国的梦想,物联网在农业方面的应用越来越显得不可或缺。
农业物联网的应用是未来农业发展的趋势所在,物联网技术能够显着有效地推动农业生产力,解放劳动力,改变传统农业的生产模式。物联网技术与现代科技相结合,可以便利地追溯农产品信息,实现农产品的智能化培育和精细化控制,对农产品进行方便、快捷、高效的运输和存储等。从而改变相对粗放、落后、封闭的经营管理方式,加强农业信息的监测力度,提高农产品的质量,极大地降低农业生产的成本。
但局限于知识层面,现在许多农业从业者仍对物联网这一新兴学科并不了解或者并不信任,从而提升了物联网技术在农业方面应用推广的难度。为了进一步推动农业信息化进程、促进社会经济的发展,适应现代化的步伐,就必须有计划、有步骤地将物联网技术广泛应用到农业的生产过程之中,从而达到提升农业机械化比率,增强农业生产能力,降低农业成本,提髙农民生活水平的目的。并通过物联网的应用逐步提高农民素质,改变农民对高科技不信任的思想,拓展农产品市场,引导农民调整生产结构,促进农业增效、农民增收,提升农产品质量和其在市场上的竞争力。
1.2国内外研究现状
自进入新世纪以来,我国与世界上的一些其他国家相继开展了对物联网技术的研究,而物联网在农业方面的应用作为一个起步较晚的新兴产业也越来越受到各国的重视,资料显示,近年来国内外已有不少科研工作者不但将物联网在农业领域的研究视作研究重点来进行,并且在农情监测、农产品安全监管、农产品物流、农业精细化控制、设施农业等方面取得了一定的成果。
1.2.1国外研究现状
在美国,为了使本国经济尽快走出低谷,奥巴马政府极力推进物联网的建设工作,奥巴马甫上任便将IBM首席执行官彭明盛提出的“智慧地球”战略构想纳入国家战略体系——所谓的“智慧地球”,简单来说就是将传感器嵌入到包括交通、供电、供水、管道在内的各种系统,以及包括了大坝、大楼、桥梁、公路、铁道、隧道等各种建筑在内的人们社会生活的各个方面的各个物体当中,并且将之连接起来,从而形成所谓的“物联网” [1]。然后将其与现有的互联网进行整合,从而实现物理系统与人类社会的整合。奥巴马政府将物联网视之为化解经济危机、提升竞争优势的关键所在。在其提出这一概念之前,美国许多高校早已开始针对无线传感器等关键技术开展了研究工作[2]。举例来说,加州大学、麻省理工学院、州立克利夫兰大学、奥本大学很早之前便建立了从事与物联网相关研究的实验室。而许多大型企业也不甘于人下,早在2003年,美国的最大零售商沃尔玛就己要求其供应商在每个商品上单独安装RFID标签,而Crossbow公司更是在很早以前便已开展了在无线传感器网络方面的研究,迄今为止其在物联网方面的研究水平己在世界上遥遥领先[3]。
在欧盟,其委员会近几年来一直致力于鼓励和促进各种与物联网相关的产业的发展,为了使欧盟在未来的物联网产业中占据主导作用,欧盟委员会在2009年提出了所谓的《欧盟物联网行动计划》[4]。该计划展示了物联网技术的未来应用前景,并且在其中提出了包括了管理、隐私及数据的保护、潜在危险、关键资源、“芯片沉默”的权利、研究、创新、管理机制、公私合作、国际对话、标准化、环境为题、统计数据和进展监督等在内的14项内容。该行动方案呼吁欧盟政府加强在物联网方面的管理,并描绘了物联网技术在各个方面应用的广泛前景,要求物联网增强在隐私和个人数据方面的保护,从而提升物联网的接受度、可靠度、便利性、安全性。为了保证计划的顺利进行,欧盟计划投资4亿欧元用于各项科研设计,并启动了九十多个相关的研发项目用以提升物联网的技术水平[8]。
在日本,从20世纪90年代起其政府为了推动国家信息化陆续提出了 e —Japan, u — Japan,i 一 Japan等多项国家信息化发展战略而其中u—Japan,i 一 Japan两项战略则是与物联网息息相关。2004年,日本政府提出了被称为u —Japan的2006-2010年间的IT发展规划,其目标是在2010年时将日本建立成一个任何人与任何物体可以通过泛在网络在任何时候与任何地点互联的社会,从而广泛提升居民的生活水平[n_12]。2008年,日本政府将其所谓的u — Japan的重心从过去的居民生活水平转移到了促进地区和产业的发展方面。2009年所提出的i 一Japan战略则致力于让信息技术融入到生活的每个领域,并且将之重点转移至电子政务、医疗健康、教育人才培育这三大领域。截至今时,日本政府在远程教育、远程医疗、远程政务等方面的研究和应用已取得了很大的进展[13]。
在韩国,其政府从20世纪90年代开始便出台了一系列的对国家信息化发展有利的政策,与此同时韩国电子通信研究院(ETRI)还在2006年设立了推动RFED发展的专门项目[14]。2003年,韩国政府提出了 “IT839”战略规划,着力于建设无所不在的网络社会。2006年韩国提出了自己的“U—Korea”战略,致力于在人们生活的社会环境中建立无所不在的智能型网络。并且大力进行信息基础设施的建设,让人们在生活的各个方面享受到智慧、便利的服务,并大力扶持本国的IT产业,加强国家竞争力。2009年,韩国政府出台了 “物联网基础设施构建基本规划”,将物联网视作新的市场增长动力,对其进行全力的扶持,与此同时还不断构建与物联网相关的各种基础设施、研发物联网方面的技术、发展物联网服务、营造能够令物联网得到充分扩展的环境[14~17]。
在物联网产业蓬勃发展的同时,各国在物联网农业应用方面的研究也取得了一定的建树。美国和欧洲的许多国家采取了资源卫星等方式对土地的利用信息进行实时的监测,以达到建立信息决策系统、实现农业统筹规划的目的。而日本为了保证农业环境的可持续发展也早已开始利用先进的传感技术构建农业生态环境监测网络。澳大利亚、法国等国家也已早早地开始将物联网应用在农业生产精细管理领域,并将物联网技术广泛应用在信息采集、灌溉施肥控制、精细化养殖、动植物疾病诊断、农作物储运等工作当中。
1.2.2国内研究现状
1999年,中国科学院(Chinese Academy of Sciences)启动了对传感网的研究计划。先后投入了数亿元、组建了两千多人的团队进行这一科研项目的研究。迄今为止,中科院己在无线智能传感器、移动基站、微型传感器等方面取得了很大的进展,形成了相对完整的产业链[18]9]。
2006年,我国国务院发布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》,该纲要中涉及到了很多与物联网相关的内容,在介绍物联网相关概念的同时还将之作为重大专项及重要领域提出。
2009年,我国工业和信息化部部长李毅中在《科技日报》上发表了一篇题名为《我国工业和信息化发展的现状与展望》的署名文章,文章中公开提及了 “传感网络”这一概念,并将之归纳为“战略性新型产业” [22]。同年8月,移动总裁王建宙在访问台湾期间对“物联网”这一概念进行了详尽的解释[23]。微电子公司在10月开办的第四届民营科技企业博览会上宣布其研制的“唐芯一号”芯片作为第一个与物联网紧密相关的芯片正式投入使用,“唐芯一号”已攻克了物联网的核心技术,并可以应对无线局域网、无线传感网、RFID等应用的普遍需要同年,温家宝总理前往无锡考察,在当地对物联网的发展提出了三大要求:其一,在国家重大科技专项中加快推进传感网的发展;其二,尽快将我国独立的传感信息中心建立起来;其三,将传感系统与3G中的TD技术相结合[25_26]。这三点要求对中国物联网的发展起到了极大的促进作用。
2010年5月,我国物联网标准联合工作组正式成立。迄今为止,我国完整的物联网产业体系已基本形成,在网络通信技术、传感器技术等方面与国外已不再存在普遍差距。但在集成服务、高端软件等方面的发展仍然相对滞后。与物联网相关的服务行业、通信行业均已经起步并逐步走向世界先进行列。RFID、敏感元件、传感器等产业已在京、沪、粤等较为发达的区域充分扩展。
与此同时,各大高校也不断地在对物联网技术进行深入的探究。以北京邮电大学为例,该学校与无锡市合作,在其市区建立起了以物联网技术为核心的“感知中心”。并且建立了研究院对传感网、无线通信、计算机控制等与物联网相关的技术领域进行联合研究。2009年9月10日,全国首家以高校为中心的物联网研究院在南京邮电大学正式成立[30~31]。
在物联网的网络通信和服务领域,我国物联网的各种应用终端数量已超过千万,其领域更是覆盖了公共安全、交通运输、农业、医疗、教育、卫生、旅游、公共事业等多个方面。互联网已基本覆盖全国,无线网络也已实现了城市和一部分乡村的基本覆盖。
在物联网应用的基础设施服务业领域,“云计算”这一概念被越来越多的人所熟知——作为我国物联网应用服务业的重要组成部分,物联网和云计算对彼此都有着显着的推动作用。我国的云计算商业服务已经起步,云安全这一技术更是己被广大的网络安全公司广泛使用。
在物联网数据服务和信息处理领域,我国近年来的研究主要集中在数据库和商务智能两个方面。BI (Business Intelligence)即商务智能,其可以看作考一套完整的企业数据解决方案,可以用于整合企业中的各种数据,并为其提供报表和决策依据等[32%,从而帮助企业做出经营决策的一系列过程。我国在这一领域已形成了一定的规模,国内与之相关的厂家也有数百之多。而我国的数据库产业相对薄弱,竞争性不强,仍然是物联网发展的短板所在。
在物联网应用服务这一领域,我国己形成了一系列与之相关的产业链和服务链,物联网的使用也已扩展到了人们生活的方方面面,被一部分人广泛接受。但由于许多人对物联网缺乏显着的认知,外加成本、安全等方面的问题难以完全解决等原因,物联网产业在近期仍难以得到最大限度的扩张。虽然物联网拥有极大的市场潜力,但还需要一段相当长的时间进行培育。
除此之外,我国在物联网农业应用领域也取得了一定的成果。近几年来,以物联网技术为基础的土壤墒情监测系统和环境监测系统已在黑龙江、辽宁、南京、河南等地广泛应用。各种养殖监控系统、农产品溯源系统、农产品物流系统、动植物疾病诊断系统等也已被很多农户接受并投入了使用。与此同时,我国通过对GPS定位技术、传感技术、GIS技术、移动通信技术等的结合应用,实现了对农业资源的信息釆集、定位、传输、管理,自此极大地优化了农业资源分配、避免了盲目的资源调度、降低了农业成本。
1.3研究的主要内容和研究方法
1.3.1主要研究内容
本文对物联网技术及其应用由浅入深地进行了理论方面的研究,并结合了各种相关的系统和案例加以进一步的分析。本文的主要研究内容可概括如下:
(1)第一章节是绪论,主要介绍了本文的研究目的与意义、国内外研究现状、研究的主要内容以及研究方法等。
(2)第二章节是物联网的相关理论和技术,其内容包括了物联网的产生与发展、物联网的定义、物联网对于现代农业的意义、物联网的体系架构、并对物联网的信息感知、信息通讯、信息处理、信息安全四大技术加以介绍。
(3)第三章节是物联网在农情监测中的应用研究,主要以基于物联网的区域农田土壤墒情监测系统为例,阐述了其应用背景和必要性,并介绍了该系统的设计方案、系统关键技术和功能模块等。
(4)第四章节是物联网在农产品安全溯源中的应用研究,主要以基于物联网的生猪肉安全溯源系统为例,阐述了其应用背景和必要性,并介绍了该系统的设计方案、系统关键技术和功能模块等。
(5)第五章节是物联网在农产品物流中的应用研究,主要以基于物联网技术的无人值守仓库系统为例,阐述了其应用背景和必要性,并介绍了该系统的设计方案、系统关键技术和功能模块等。
(6)第六章节是物联网在现代农业应用中的问题及对策,主要对物联网农业应用中存在的问题加以分析,并提出了相应的解决策略。
(7)第七章节是总结与展望,对本文进行总结,并对物联网未来的发展趋势加以预测分析。
1.3.2研究方法
本文釆用了文献研究法,通过各种调查文献获取了大量的资料,对物联网的理论知识进行了研究;采用面向对象方法将物联网技术应用于相关实践,就物联网在农情监测、农产品溯源、农产品物流管理方面的作用进行了研究。
本文的研究分两条路线进行——在理论方面查阅文献、收集资料,国内外研究动态和研究现状进行分析;在实践方面确定研究目标,进行实地调研,对物联网在农情监测、农产品溯源、农产品物流方面的应用进行研究,最终达到将物联网设计应用于现代化农业的目的。
