摘要：傳統農業生産方式粗犷且效率低下，造成資源浪費、環境污染。随着物聯網技術興起，将其應用與農業生産成為了熱門研究。文中先對物聯網技術應用于農業種植環節的節水灌溉、病蟲害防治和其他方面研究和應用現狀及其優缺點進行研究，最後總結了一些有待解決的問題和未來研究的方向。
關鍵詞：物聯網技術；農業；種植
引言
近年來物聯網技術不斷發展，包括工業等在内的各個領域均已将物聯網應用其中。我國人口數量全世界第一，糧食需求量巨大，農業發展對國家的發展起着至關重要的作用。傳統農業生産方式帶來的效率低下、資源浪費、環境污染等問題日益突出，已經制約了農業經濟發展。物聯網的定義是通過傳感設備采集信息，将其按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接進行信息交換和通信，以對海量數據進行整理分析，實現識别、定位和管理等智能化的一種網絡[1]。物聯網主要分為三層結構：感知層、傳輸層、應用層。
1、物聯網在農業種植中的應用
種植是農業中占比重很大的一個部分，種植業的經濟效益直接對農業的經濟效益産生巨大影響。在農業種植環節中結合物聯網技術能夠節省人力、節省資源，實現科學管理。
物聯網應用于農業種植最主要依靠傳感器。傳感器對作物生長環境等必要信息進行采集，從而對作物的生長狀态進行檢測和監控，根據相應的結果數據，結合不同的判别方法做出準确的決策。
目前針對節水灌溉和病蟲害防治這兩個方面的理論研究和應用已經比較成熟。
1.1物聯網在節水灌溉中的應用
相比傳統灌溉方法，滴灌和微灌等技術盡管一定程度上緩解了水資源浪費嚴重現象，節省了水資源，但是灌溉作物所需的時間、水量依舊都由人靠經驗來做出判斷決策，并沒有節省人力；另外，通過經驗判斷作物需水量和灌溉時間并不能達到以最小的水量滿足作物所需的目的。因此，在灌溉環節利用物聯網技術可以做到實時、精确地對作物進行節水灌溉。
1.1.1基于無線傳感器網絡Zigbee協議的節水灌溉應用
傳感器網絡應用在節水灌溉環節主要是将土壤信息經過無線傳感器網絡傳輸，據此設計的節水灌溉系統包括[2-3]。系統主要通過在農田土壤中利用土壤水分傳感器，依據植物的土壤含水率自動控制灌溉實現農田土壤墒情的實時監測，節約農田灌溉用水。
文獻[4]設計了一個監控土壤的濕度和水位高度的濕度無線傳感器的智能灌溉控制系統，但存在穩定性問題。文獻[5]提出一種創新的平衡簇頭選擇路由協議實現自動灌溉管理。
目前應用無線傳感器網絡中Zigbee協議受到青睐，具有功耗成本低、安全可靠等特點[6]，主要用于短距離對傳輸速率要求不高的電子設備之間的數據進行傳輸。
該類型系統主要組成部分：傳感器節點、Zigbee無線傳輸網絡以及中心控制機。其中傳感器節點采集土壤墒情，經過轉化為預先規定好格式的數據以後通過Zigbee傳送到中心控制機，中心控制機根據判斷條件來決定是否進行灌溉以及灌溉的水量。
據此設計的灌溉系統包括使用可控參數、選擇作物類型自動監控作物灌溉和控制農田的濕度溫度的灌溉系統[7]以及自動控制滴灌系統[8]。實施分區精确灌溉，安全可靠，能夠長期且穩定工作。
文獻[9]針對棉花采用對莖杆直徑變化進行測量方法得到參數用于後續灌溉需水量判斷和計算。但是系統的穩定性有影響。另外，由于傳感器節點處于植株的根莖部，通信距離變長，通信能力下降。
1.1.2基于Zigbee+GPRS的節水灌溉應用
GPRS是通用分組無線服務技術，是GSM移動電話用戶可用的一種移動數據業務[10]。具有傳輸速率高，接入時間短等優點。基于Zigbee+GPRS的節水灌溉應用主要有兩種，一種是與前述的基于Zigbee技術的系統相比采用了GPRS無線傳輸；另一種是在此基礎之上加入移動終端接收信息進行控制。
（1）在利用Zigbee基礎上結合GPRS技術實現節水灌溉系統。系統以單片機為控制核心，采用Zigbee以及組态等技術，通過傳感器采集數據并将數據打包後通過GPRS發送到監控終端的中心控制機；中心控制機軟件接收處理數據，根據作物用水規律和土壤墒情作出判斷實施精準灌溉。采用這種結構設計的系統包括文獻[11-12]。這些系統在提高農業灌溉用水利用率和灌溉系統自動化的水平方面有效。
文獻[13]設計了一種溫度和土壤濕度臨界值算法并将其編程到一個微控制器為基礎的網關中來控制水量。系統有一條基于蜂窩因特網接口的雙工通信鍊路來使得數據允許被檢測。
（2）在第一種系統結構的基礎上，加入移動終端，用戶可以随時随地掌握田間信息，監控作物需水情況，并實時發出相應的操作指令。
據此設計的節水灌溉系統包括文獻[14]。其中系統上層指令使終端節點對作物生長相關信息進行讀取和傳輸，網關節點基于TCP/IP協議連接到監控服務器形成遠程灌溉監控網絡，将數據經過處理後發送至監控中心及手機用戶，實現對作物的精準灌溉。
1.2物聯網在病蟲害防治中的應用
植物病蟲害診斷對實時性要求較高，另外農藥的不合理利用會影響了作物生長和農民收成，還會引起環境污染問題。目前并沒有真正實現直接對作物病蟲害情況檢測的傳感器，可以采用紅外檢測和圖像識别方法精準防治作物病蟲害。
1.2.1采用紅外檢測方式采集病蟲害信息
主要通過紅外檢測形成顔色深淺不一的圖像，分析目标作物上病蟲害的情況。文獻介紹了一種基于Zigbee網絡的農作物病蟲害自動測報系統。該系統采用誘捕器誘捕害蟲，利用紅外傳感器檢測害蟲。但是系統檢測範圍有限，對更小的病蟲識别能力還需要加強。另外網絡覆蓋還不夠全面。
1.2.2采用圖像識别方式采集病蟲害信息
采用圖像識别方法利用物聯網技術防治病蟲害流程通常如下：拍攝作物圖片；通過無線傳感器網絡将圖片傳送到已建立的數據庫進行比對進行判斷；根據情況對症下藥。在此大體流程基礎之上，許多系統相繼被開發出來。
文獻設計了一種基于GPRS網絡和GSM的農業物聯網監測系統。用戶可通過短信方式獲取數據和遠程操作設備。文獻[14]設計了一個以分布式成像器件為基礎的系統，生成害蟲數量曲線，當密度超過臨界值時發出警報。
1.3物聯網在種植其他環節的應用
除了應用于節水灌溉和病蟲害防治這兩個環節外，物聯網技術也應用到其他環節來促進農業生産，節約資源。施肥也是種植中的一個重要環節，針對施肥的特點，許多研究提出了相應的設想。
文獻通過RS技術、農業傳感器、測土數據等多尺度異構數據的融合，生成土壤肥力分布圖，并根據領域專家知識和施肥模型，形成适合不同生産區域及不同作物品種的精準施肥處方。
文獻提出用GPS結合RS技術進行精确定位來定點施肥。用不同顔色标注的圖像表示土壤是否需要施肥的嚴重程度，後根據顔色對掃描到的特定區域施肥。
2、總結與展望
物聯網技術在農業種植方面的研究和應用已經取得了不小的成果，大大降低了人的參與性，節省了人力成本，提高了效率，同時節約資源，保護了環境。另外也同樣存在一些問題。
（1）我國目前農業種植作物多以家庭承包形式，布設傳感器節點、建立無線傳感器網絡費用較高，目前還沒有辦法大規模推廣。
（2）針對病蟲害防治這一方面的傳感器有待研發，對病蟲害識别還可以設計出更有效的算法。
參考文獻
[1]蔡目梅.物聯網概述[J].電子産品可靠性與環境試驗,2011,2(1):59－64.
[2]匡秋明,趙燕東等.節水灌溉自動控制系統的研究[J].農業工程學報,2007,23(6):136－139.
[3]錢夢清,于泓川,蘇中濱.稻田節水灌溉控制決策研究[J].農機化研究,2012,34(12):128－131.
[4]XiaoK,XiaoD,LuoX.Smartwater-savingirrigationsysteminprecisionagriculturebasedonwirelesssensornetwork[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering,2010,26(11):170－175.
[5]NikolidakisSA,KandrisD,VergadosDD,etal.Energyefficientautomatedcontrolofirrigationinagriculturebyusingwirelesssensornetworks[J].ComputersandElectronicsinAgriculture,2015,113:154－163.
[6]謝力.物聯網中的幾種短距離無線傳輸技術淺析[J].四川省通信學會2010年學術年會論文集,2010.
[7]ChikankarPB,MehetreD,DasS.AnautomaticirrigationsystemusingZigBeeinwirelesssensornetwork[C]//PervasiveComputing(ICPC),2015InternationalConferenceon.IEEE,2015:1－5.
[8]楊婷,汪小.基于Zigbee無線傳感網絡的自動滴灌系統設計[J].節水灌溉,2010(2):10-12.
[9]蔡镔,李勉,邱秀榮等.基于莖直徑微變化的Zigbiee棉花精準灌溉監控系統的設計[J].河南農業大學學報,2013,47(4):430-435.
[10]張航,孫占研,史智博.利用GPRS構建GPS監控系統[J].科技與創新,2014(4):136-136.
[11]高軍,豐光銀,黃彩梅.基于無線傳感器網絡的節水灌溉控制系統[J].現代電子技術,2010,1:204-206.
[12]李野,董守田,黃丹丹.基于Zigbee技術的水稻自動灌溉控制系統設計[J].農機化研究,2015,37(2):226-229.
[13]GutierrezJ,Villa-MedinaJF,Nieto-GaribayA,etal.AutomatedirrigationsystemusingawirelesssensornetworkandGPRSmodule[J].InstrumentationandMeasurement,IEEETransactionson,2014,63(1):166-176.
[14]王福平,馮盼盼.基于GPRS和Zigbee的智能灌溉監控系統的設計[J].江蘇農業科學,2014,42(12):404-406.
作者簡介：吳成偉，江蘇克勝集團總經理、克勝藥業有限公司董事長，華中理工大學、EMBA雙碩士研究生；徐其文，鄭焱方：單位：江蘇克勝集團；蔣孝雯，單位：南京郵電大學計算機學院。