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物聯(lián)網:傳感器改變農業(yè)“靠天吃飯”的傳統(tǒng)

作者:RFID世界網收錄
來源:IT經理世界
日期:2013-07-22 09:40:27
摘要:從北疆到南陲,從東海到西防,中國復雜的地理、氣候環(huán)境,決定了農業(yè)也以不同的形態(tài)呈現(xiàn)出鮮明的地域特色,即便如北京這樣的政治、經濟、文化中心,亦有獨具個性的都市農業(yè)發(fā)展思路。這種多樣性給了ICT技術極大的用武之地,比如物聯(lián)網。

  從北疆到南陲,從東海到西防,中國復雜的地理、氣候環(huán)境,決定了農業(yè)也以不同的形態(tài)呈現(xiàn)出鮮明的地域特色,即便如北京這樣的政治、經濟、文化中心,亦有獨具個性的都市農業(yè)發(fā)展思路。這種多樣性給了ICT技術極大的用武之地,比如物聯(lián)網。

  物聯(lián)網技術并非新生事物,早年的傳感網就是其雛形。近幾年來,無線通信技術和數(shù)據(jù)處理技術的發(fā)展,使得傳感網逐漸演進為今天的物聯(lián)網(Internet of Things)。經典的物聯(lián)網模型基本可以分為傳感、傳輸、存儲、計算四個環(huán)節(jié),近兩年興起的移動互聯(lián)、云計算、大數(shù)據(jù)等概念和物聯(lián)網也密不可分。某種意義上,數(shù)據(jù)量的爆發(fā)式增長正是因為泛在的聯(lián)接,由此對傳輸、存儲和計算能力提出了新的要求。

  當物聯(lián)網遇上農業(yè),一般人首先想到的可能是用傳感器獲取溫度、濕度、光照、風力等數(shù)據(jù)進行作物監(jiān)控管理,或者在牛耳朵上打上RFID耳標進行動物溯源。但今天,看似簡單的物聯(lián)網技術對農業(yè)的滲透其實遠超常識,因為應用場景的不同,物聯(lián)網漸漸改變著古老農業(yè)“靠天吃飯”的傳統(tǒng)。

  農機有“智慧”

  我國重要的糧食主產地東北,是應用大型農機裝備的主要區(qū)域。在東北,糧食生產主要以農場為單位,比如黑龍江紅星農場、856農場、閆家崗農場等。由于耕地面積廣大,農場的生產經營與“一畝三分地”式的小農作業(yè)完全不同。

  比如土地平整和起壟作業(yè),一方面對拖拉機手的技術和經驗提出了很高的要求,因為這直接決定了作業(yè)質量如直線度、平整度;另一方面由于作業(yè)過程中需要注意力高度集中,造成勞動強度很大,非常需要拖拉機在作業(yè)過程中減少人為操作。

  因此科研人員想到給拖拉機安裝傳感器、激光儀、導航設備等,賦予拖拉機“智慧”,使得拖拉機在導航狀態(tài)下自動走直;利用激光發(fā)收設備結合傳感器精確完成土地平整作業(yè)。

  除了生產作業(yè)之外,農場的管理同樣需要借助物聯(lián)網。據(jù)黑龍江紅星農場技術負責人孫洪江介紹,基于精準農業(yè)和現(xiàn)代化大農業(yè)的發(fā)展趨勢,紅星農場近年引進了一套機車監(jiān)管服務系統(tǒng)。

  孫洪江說,紅星農場屬于國營農場,行使國家土地管理職能。農場把土地承租給農戶,機車由農戶自己購買,農場實行統(tǒng)一管理,每輛機車在農場有編制。農場根據(jù)農戶的作業(yè)量進行結算。

  以往每年耕種時節(jié),是由農機統(tǒng)計員手工統(tǒng)計每個農戶的工作量,但因為耕種面積大,往往一塊地有3~5臺機車作業(yè),有的車干得多,有的車干得少,統(tǒng)計員就偷懶取平均數(shù),農戶吃大鍋飯。

  因此,為了能準確獲取每個農戶每天的工作量,農場和國家農業(yè)智能裝備工程技術研究中心合作,給每臺機車上安裝一個傳感器和GPS定位,傳感器能實時獲取機車作業(yè)數(shù)據(jù)并傳送到機載終端,終端把數(shù)據(jù)發(fā)送到農場的系統(tǒng)平臺。

  孫洪江說,就是這樣一套系統(tǒng),一方面能讓農場管理者實時了解機車的田間位置、作業(yè)軌跡、農戶的作業(yè)量,系統(tǒng)自動生成日、月、年報表,給核算提供支持;另一方面由于機載終端可以自動生成作業(yè)報表,農戶自己也可以很清楚地知道每天干了多少活,產生了多少效益。

  美國風河公司認為,利用物聯(lián)網等技術使農田與農機網絡化、為農場主提供決策支持是未來智能農業(yè)的發(fā)展趨勢。未來不管是火星上的探測車、空中的飛機還是田間的農機,都需要具備一些基本能力——物聯(lián)網中每一個終端設備都需要網絡互連性、可管理性和安全性。

  孫洪江對這樣的趨勢看得很清楚,但多年的實踐也讓他深切體會到理論與現(xiàn)實的差距。他以精準農業(yè)中的變量施肥為例指出,困擾變量施肥的瓶頸在土壤取樣和化驗,雖然國外提供了土壤取樣機和快速化驗的設備,但誤差率高,所以精確的變量施肥依然沒有從技術上解決。

  溫室與節(jié)水

  如果說大型農場的物聯(lián)網技術還有些“粗獷”,那么對于溫室種植而言,物聯(lián)網加上自動控制技術,已經讓整個生產過程變得智能化。

  在北京瑞正園種植部經理穆金星眼里,如今的草莓種植與十幾年前已完全不同。穆金星介紹,他手下的一位草莓技術員種了20多年草莓,來瑞正園之前一直在遼寧老家種?!?個棚五畝地,一天看三次,夫妻二人忙得沒時間扭秧歌?!蹦陆鹦切φf。

  在草莓種植過程中,濕度控制很關鍵,所以農戶都會在大棚里放濕度計。“濕度不夠就要澆水,所以人得成天在棚里呆著?!?/P>

  北京瑞正園成立于2008年,創(chuàng)始人張建國稱最初的想法就是讓家人吃上健康食物,養(yǎng)雞種菜。后來漸漸涉足有機蔬菜水果的種植,基地面積從最初的160畝發(fā)展到現(xiàn)在2000余畝,投資超過3億元。

  2011年瑞正園和北京市農林科學院、國家農業(yè)信息化工程技術研究中心合作利用物聯(lián)網技術種植草莓,在大棚里裝上可以探測土壤和空氣溫度、濕度以及光照強度的傳感器,通過無線網絡把數(shù)據(jù)實時傳到監(jiān)測系統(tǒng),系統(tǒng)自動調節(jié)棚內的溫度、濕度和光照。

  穆金星說,瑞正園的草莓一共156個大棚,技術管理員有52人,平均一個人管理三個棚,生產效率大為提高。

  節(jié)水灌溉是農業(yè)生產中相當重要的技術熱點。在重慶忠縣柑橘種植過程中,智能灌溉控制系統(tǒng)圍繞“信息監(jiān)測—決策控制—系統(tǒng)集成”三個關鍵環(huán)節(jié),根據(jù)柑橘種植特征,對不同海拔高度柑橘生理生態(tài)信息及本地氣象進行實時監(jiān)測,同時配套灌溉施肥系統(tǒng),為柑橘生長提供了最優(yōu)的水肥保障。

  柑橘園相關負責人表示,這套系統(tǒng)的運行實現(xiàn)了果園信息采集自動化,信息管理遠程化,生產經營決策智能化,大幅度提高了柑橘栽培與經營的效益,為柑橘產業(yè)現(xiàn)代化提供了基礎數(shù)據(jù)源。

  嘗到甜頭的瑞正園,接下來還要把物聯(lián)網及自動控制技術引入到葡萄等其他水果蔬菜的種植中。但是穆金星也承認,目前有些工作機器仍然沒法替代人工,比如摘除老化的葉片、梳花梳果。

  蜜蜂的啟示

  把傳感器安裝在田間地頭并不困難,但要在動物身上放傳感器就不那么容易了。一個有趣的例子是在蜜蜂身上貼RFID標簽,這是倫敦大學Queen Mary學院的一項動物行為學研究。研究人員把實驗室的幾百只黃蜂貼上RFID標簽,當黃蜂尋蜜時,安裝在蜂箱或者假花里的閱讀器就可以獲取黃蜂的RFID數(shù)據(jù)。

  獲取這些數(shù)據(jù)后就能更好地研究諸如“一個蜂房內可以容納多少只蜜蜂”、“蜜蜂可以連續(xù)在外活動多久”、“蜜蜂‘迷巢’現(xiàn)象的原因”等蜜蜂行為學的課題。這改變了傳統(tǒng)用顏料標識導致速度慢、精度差的弊端。

  國內的RFID企業(yè)遠望谷(002161,股吧)在2009年與江西農業(yè)大學蜜蜂研究所合作建設了“基于RFID的蜜蜂研究信息平臺”,在國內尚屬首例。

  給蜜蜂貼上RFID芯片的例子大大拓展了傳感器應用場景的想象空間,盡管這只是一項學術研究。在實踐中,除司空見慣的給牛羊貼RFID耳標外,日本富士通公司給韓國的牛蹄綁上計步器觀察“牛的發(fā)情行為學”,則產生了不小的商業(yè)價值。

  據(jù)韓國首爾韓暢牧場社長金希澈解釋,對于畜牧農戶而言,通過牛的發(fā)情期來支配懷孕、分娩的管理方法是直接影響銷售的關鍵。

  牛的發(fā)情周期為21天,其中可孕時間僅有16個小時。如果錯過這一時間段,就必須再等21天。在傳統(tǒng)管理模式下,為了觀察牛的發(fā)情征兆,牧場工作人員需要隨時確認牛的狀態(tài)。而牛的發(fā)情時間主要在夜晚和凌晨,即使安裝有攝像頭,依然難以有效觀察。實際上,即便是經驗豐富的工作人員,在肉眼觀察時,平均發(fā)現(xiàn)率也只有58%。

  相比肉眼直接觀察,富士通牛步系統(tǒng)使用計步器能準確掌握牛的生理周期。事實上,有發(fā)情征兆的牛步伐數(shù)會比平時增加。安裝計步器后,每頭牛的步伐數(shù)信息會通過發(fā)射器搜集到牛棚一邊的接收器上。每隔一小時,接收器所采集的信息會傳輸?shù)礁皇客ǖ钠脚_進行分析,得到的分析結果又傳送給牧場管理員。

  金希澈說,牛步系統(tǒng)大幅降低了牧場的工作量,為工作人員贏得了更多時間。而最重要的收獲是:發(fā)情發(fā)現(xiàn)率達到幾乎100%,大大提高了繁殖率,增加了銷售額。

  天安樣本

  很多從事農業(yè)生產經營的管理者一直存有某種觀念,認為物聯(lián)網等ICT技術只是農業(yè)生產管理某一環(huán)節(jié)的“錦上添花”,但在北京天安農業(yè)副總經理劉雁飛看來,ICT技術已經全方位滲透到了農業(yè)全產業(yè)鏈的所有環(huán)節(jié),舊有的農業(yè)模式正在被顛覆。

  天安農業(yè)始建于1984年,其前身為北京市農業(yè)局組建的小湯山特菜基地,2006年成立了北京天安農業(yè)發(fā)展有限公司,主要從事蔬菜的生產、加工和銷售。據(jù)劉雁飛介紹,公司目前以有機蔬菜種植為主,全北京約有基地3000畝,140多家合作商超,并配備了自有物流。

  劉雁飛認為,傳統(tǒng)的農業(yè)生產與市場銷售是基本脫節(jié)的,農民的種植完全根據(jù)經驗,“供不應求”或者“菜賤傷農”的現(xiàn)象經常發(fā)生。天安打破了這一模式,按照工業(yè)生產方式“以銷定產”,由公司搜集市場需求,繼而指導農戶種植。

  “比如我預計今年需要提供1000斤黃瓜給市場,那我就會根據(jù)這個指標換算成具體每個種植單元的種植面積,然后與農戶簽訂合約。同時我要對農戶的生產全程管控,保證食品安全。”劉雁飛說,“這就需要依靠信息技術?!?/P>

  為此,天安農業(yè)引入了多個信息管理系統(tǒng),如生產管理系統(tǒng)、銷售管理系統(tǒng)、ERP管理系統(tǒng)、溫室管家系統(tǒng)、二維碼追溯系統(tǒng)、配送管理系統(tǒng)等。據(jù)天安農業(yè)信息工程部經理李長春介紹,公司每年沉淀的數(shù)據(jù)量已經從4年前的40G提升到現(xiàn)在的100G,“老的SQL Server數(shù)據(jù)庫已經跑不動了?!?/P>

  為此,天安將上馬SAP公司新推出的基于內存計算技術的高性能實時數(shù)據(jù)計算平臺HANA,這也是HANA在SAP Business One平臺的首次應用。劉雁飛回憶,2008年,天安在考察了用友、金蝶等軟件企業(yè)之后,決定采用SAP Business One系統(tǒng),天安也成為SAP中小企業(yè)中的經典用戶。

  “一旦走上了信息化這條路就沒有退路,只能前行?!眲⒀泔w開玩笑稱,“現(xiàn)在沒有系統(tǒng)不知道怎么干活了?!?/P>

  天安模式下,一切都是數(shù)據(jù):蔬菜水果品類、銷售價格利潤、農戶種植面積、溫室環(huán)境因子、消費者購買行為……這些數(shù)據(jù)如何關聯(lián)分析產生商業(yè)價值,不光對天安,對所有的致力于農業(yè)信息化的企業(yè),都是未來的課題。

  劉雁飛說,農業(yè)是一個看起來很美,做起來很累,沉下去又覺得樂在其中的行業(yè)。

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