cookieOptions = {...}; .農業物聯網新技術的出現和完善,將重寫現代城市農業的新格局 - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網

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2019年6月10日 星期一

Internet of Things (IoT) - SMART AGRICULTURE


台灣區電信工程工業同業公會

來源:农博网


種植業離不開澆水、施肥、生技處理,農民種地憑經驗、靠感覺,他們面朝黃土背朝天地在田裡耕作,並把這些經驗和方法一代代相傳。
然而這些瓜果蔬菜該不該澆水、施肥、生技處理,怎樣才能保持精確的濃度、溫度、濕度、光照,如何實行按需供給,這些以往在作物不同生長週期憑經驗、靠感覺「模糊」處理的問題,農業物聯網開始了即時定量的「精確」把關。

作為整合新一代資訊技術的策略性新興產業之一,物聯網創造的「種地」模式,已經成為彌補傳統農業弊端的一種新型農業模式。這種透過物聯網技術,開啓的智慧風暴,讓農民實現了「環境可測、生產可控、品質可溯」的目標,確保農產品質安全,引領現代農業發展。

什麼是農業物聯網?
簡單說,農業物聯網即在大棚控制系統中,運用物聯網系統的溫度感測器、濕度感測器、PH值感測器、光感測器、CO2感測器等設備,檢測環境中的溫度、相對濕度、PH值、光照強度、土壤養分、CO2濃度等物理量參數,透過各種儀器、儀表,即時顯示或作為自動控制的參變量參數,與自動控制,保證農作物有一個良好的、適宜的生長環境。


遠端控制的實現,使種植人員在辦公室,就能對多個大棚的環境進行監測控制。採用無線網路測量,獲得作物生長的最佳條件,可以為溫室精準調控提供科學依據,達到增產、改善品質、調節生長週期、提高經濟效益的目的。

對於物聯網技術在農業中的應用,基礎技術是感測器網路的完善。感測系統的完善與否,直接影響著整個農業物聯網技術的運行。

農業物聯網由感知層、傳輸層和處理層構成。感知層的感測器技術、條碼技術、全球定位等技術採集的數據資訊,透過傳輸層的有線、無線感測器網路技術,和行動通信技術,傳輸到處理層的農業預測、診斷、控制、決策以及預警等智慧化模組。
關鍵技術
1、農業物聯網感知技術
感知層主要包括各類感測器及節點技術、全球定位系統技術和條碼技術等,實現對土壤水分、環境溫濕度、家禽水產健康狀況等資訊的採集功能,是農業物聯網的關鍵技術。

目前,光溫水氣熱等環境感測器應用相對成熟,土壤感測器是研究的熱點,透過電磁波反射或吸收能量水準的大小,可判斷土壤結構,根據離子選擇性膜電極,與被測離子溶液間的點位輸出,可測定土壤裡的特定離子。利用光學和電磁學原理,製成的動植物生命資訊感測器,也是研究的熱點和難點之一。


2、農業物聯網傳輸技術
當前,農業物聯網中的傳輸技術,主要為無線和有線感測網路技術,以及行動通信技術。其中,無線感測網路技術的應用最為普遍,很多無線感測器網路應用,已經到了實踐階段。

荷蘭的一個農業物聯網項目,將無線感測器網路技術,應用到馬鈴薯生長環境的監測中,生產者可根據監測結果控制疫病,從而實現防患於未然。

目前全球農業物聯網的資訊傳輸技術,很多地方處於試驗階段,有學者構建無線感測網路監控系統,該系統可對種植環境進行即時監測,園區佈置的感測器節點,可採集土壤與空氣的溫濕度、CO2 的濃度,以及光照強度等參數。
3、農業物聯網處理技術
農業物聯網處理層的技術包括雲計算、雲服務和模組決策,這個層面是將採集的數據資訊,轉化為實際的操作,利用控制模式和策略,對相關農業設施進行智慧控制,比如打開水龍頭、關閉燈光、自動施肥等。

智慧決策是預先把經驗和專家知識輸入模組,透過推理模擬思維,為農業生產提供技術參考,比如對農田肥力、灌溉、病蟲防治、動物飼料配方和園藝設施等方面提供技術支持。智慧預警是以數學模型為手段,對實際不正常狀態進行報警,給出危害提醒。

2核心應用領域
按照監測對象的不同,物聯網系統可以分為農業生產環境監控物聯網、動植物生命資訊監控物聯網、農機作業監控物聯網、農產品品質檢測與品質安全追溯物聯網等。
1、農業生產環境監控物聯網
農業生產監控物聯網,主要指利用感測器技術採集,和獲取農業生產環境各要素資訊,如種植業中的光照、溫濕度,二氧化碳濃度、土壤肥力、土壤含水量等參數,水產養殖業中的酸鹼度、溶解氧、氨、氮、濁度和電導率,畜禽養殖業中的氨氣、二氧化硫、粉塵等有害物質濃度等參數,透過對採集資訊的分析決策,來指導農業生產環境的調控,實現種養殖業的高產高效。

農業生產環境複雜,需要在高溫、高濕、低溫、雨水等惡劣多變環境下連續不間斷運行,且感測器節點佈置稀疏不規則,佈線不方便,而無線感測器網路組網簡單、無需佈線,具有低成本、靈活的優勢,成為當前農業生產環境監控系統,主要應用方式。
2、動植物生命資訊監控物聯網
對植物資訊採集的研究,主要包括外觀可視資訊的獲取,和內在資訊的獲取,外觀資訊如作物苗情長勢、病蟲害、果實膨大狀況、生物量、莖乾直徑、葉面積等資訊,內在資訊包括葉綠素含量、作物氮素、光合速率、種子活力、葉片溫濕度等,主要監測手段為光譜技術及圖像分析等;

對動物生命資訊的監測,主要包括動物的體溫、體重、行為、運動量、取食量、疾病資訊等,透過相關監測,瞭解動物自身的生理狀況和營養狀況,以及對外界環境條件的適應能力,確保動物個體健康生長,主要監測手段包括動物本體監測感測器、影像分析等。
3、智慧農機物聯網
近年來隨著土地流轉的進行,農機作業範圍不斷擴大,農機作業資訊滯後、時效性差、缺乏有效的監管手段,機收的組織者和參與者對資訊快捷、準確、詳細的要求,難以滿足等問題逐漸突顯。

如何透過技術手段,有效地進行農機作業遠端監控與調度,提高工作效率和作業品質,尤其是保障農機夜間作業品質,和農機裝備的智慧化水準,是農機物聯網發展的迫切需求之一。農機物聯網主要研究方向,包括農機作業導航自動駕駛技術、農機具遠程端監控與調度、農機作業品質監控等方面。


4、農產品品質安全追溯物聯網
農產品資訊感知技術,主要包括農產品顏色、大小、形狀及缺陷損傷等外表資訊和農產品成熟度、糖度、酸度、硬度、農藥殘留等內在品質資訊。

農產品資訊安全與追溯,對農業物聯網的運用,集中在農產品倉儲及農產品物流配送等環節,透過電子數據交換技術、條碼技術和RFID 電子標籤等技術,實現物品的自動辨識和出入庫,利用無線感測器網路,對倉儲車間及物流配送車輛,進行即時監控,從而實現主要農產品來源可追溯,去向可追蹤的目標。
在未來的農業生產中,農業物聯網系統的應用將更加廣泛,農民看到了運用先進技術帶來的效益,將主動選擇適合自己農業生產的智慧化系統,以提高農產品產量、增加收益,並且在未來的農業數據處理中,數據處理系統將更加精準化、智慧化。

隨著雲計算技術的不斷成熟,農業數據更加精準、安全、智慧。農業數據處理系統會主動分析出,最適合當地種植的品種,及各種品種的優劣勢,供農民選擇。243181105

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