摘要：传统农业生产方式粗犷且效率低下，造成资源浪费、环境污染。随着物联网技术兴起，将其应用与农业生产成为了热门研究。文中先对物联网技术应用于农业种植环节的节水灌溉、病虫害防治和其他方面研究和应用现状及其优缺点进行研究，最后总结了一些有待解决的问题和未来研究的方向。
关键词：物联网技术；农业；种植
引言
近年来物联网技术不断发展，包括工业等在内的各个领域均已将物联网应用其中。我国人口数量全世界第一，粮食需求量巨大，农业发展对国家的发展起着至关重要的作用。传统农业生产方式带来的效率低下、资源浪费、环境污染等问题日益突出，已经制约了农业经济发展。物联网的定义是通过传感设备采集信息，将其按约定的协议，把任何物品与互联网相连接进行信息交换和通信，以对海量数据进行整理分析，实现识别、定位和管理等智能化的一种网络[1]。物联网主要分为三层结构：感知层、传输层、应用层。
1、物联网在农业种植中的应用
种植是农业中占比重很大的一个部分，种植业的经济效益直接对农业的经济效益产生巨大影响。在农业种植环节中结合物联网技术能够节省人力、节省资源，实现科学管理。
物联网应用于农业种植最主要依靠传感器。传感器对作物生长环境等必要信息进行采集，从而对作物的生长状态进行检测和监控，根据相应的结果数据，结合不同的判别方法做出准确的决策。
目前针对节水灌溉和病虫害防治这两个方面的理论研究和应用已经比较成熟。
1.1 物联网在节水灌溉中的应用
相比传统灌溉方法，滴灌和微灌等技术尽管一定程度上缓解了水资源浪费严重现象，节省了水资源，但是灌溉作物所需的时间、水量依旧都由人靠经验来做出判断决策，并没有节省人力；另外，通过经验判断作物需水量和灌溉时间并不能达到以最小的水量满足作物所需的目的。因此，在灌溉环节利用物联网技术可以做到实时、精确地对作物进行节水灌溉。
1.1.1 基于无线传感器网络Zigbee协议的节水灌溉应用
传感器网络应用在节水灌溉环节主要是将土壤信息经过无线传感器网络传输，据此设计的节水灌溉系统包括[2-3]。系统主要通过在农田土壤中利用土壤水分传感器，依据植物的土壤含水率自动控制灌溉实现农田土壤墒情的实时监测，节约农田灌溉用水。
文献[4]设计了一个监控土壤的湿度和水位高度的湿度无线传感器的智能灌溉控制系统，但存在稳定性问题。文献[5]提出一种创新的平衡簇头选择路由协议实现自动灌溉管理。
目前应用无线传感器网络中Zigbee协议受到青睐，具有功耗成本低、安全可靠等特点[6]，主要用于短距离对传输速率要求不高的电子设备之间的数据进行传输。
该类型系统主要组成部分：传感器节点、Zigbee无线传输网络以及中心控制机。其中传感器节点采集土壤墒情，经过转化为预先规定好格式的数据以后通过Zigbee传送到中心控制机，中心控制机根据判断条件来决定是否进行灌溉以及灌溉的水量。
据此设计的灌溉系统包括使用可控参数、选择作物类型自动监控作物灌溉和控制农田的湿度温度的灌溉系统[7]以及自动控制滴灌系统[8]。实施分区精确灌溉，安全可靠，能够长期且稳定工作。
文献[9]针对棉花采用对茎杆直径变化进行测量方法得到参数用于后续灌溉需水量判断和计算。但是系统的稳定性有影响。另外，由于传感器节点处于植株的根茎部，通信距离变长，通信能力下降。
1.1.2 基于Zigbee+GPRS的节水灌溉应用
GPRS是通用分组无线服务技术，是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务[10]。具有传输速率高，接入时间短等优点。基于Zigbee+GPRS的节水灌溉应用主要有两种，一种是与前述的基于Zigbee技术的系统相比采用了GPRS无线传输；另一种是在此基础之上加入移动终端接收信息进行控制。
（1）在利用Zigbee基础上结合GPRS技术实现节水灌溉系统。系统以单片机为控制核心，采用Zigbee以及组态等技术，通过传感器采集数据并将数据打包后通过GPRS发送到监控终端的中心控制机；中心控制机软件接收处理数据，根据作物用水规律和土壤墒情作出判断实施精准灌溉。采用这种结构设计的系统包括文献[11-12]。这些系统在提高农业灌溉用水利用率和灌溉系统自动化的水平方面有效。
文献[13]设计了一种温度和土壤湿度临界值算法并将其编程到一个微控制器为基础的网关中来控制水量。系统有一条基于蜂窝因特网接口的双工通信链路来使得数据允许被检测。
（2）在第一种系统结构的基础上，加入移动终端，用户可以随时随地掌握田间信息，监控作物需水情况，并实时发出相应的操作指令。
据此设计的节水灌溉系统包括文献[14]。其中系统上层指令使终端节点对作物生长相关信息进行读取和传输，网关节点基于TCP/IP协议连接到监控服务器形成远程灌溉监控网络，将数据经过处理后发送至监控中心及手机用户，实现对作物的精准灌溉。
1.2 物联网在病虫害防治中的应用
植物病虫害诊断对实时性要求较高，另外农药的不合理利用会影响了作物生长和农民收成，还会引起环境污染问题。目前并没有真正实现直接对作物病虫害情况检测的传感器，可以采用红外检测和图像识别方法精准防治作物病虫害。
1.2.1 采用红外检测方式采集病虫害信息
主要通过红外检测形成颜色深浅不一的图像，分析目标作物上病虫害的情况。文献介绍了一种基于Zigbee网络的农作物病虫害自动测报系统。该系统采用诱捕器诱捕害虫，利用红外传感器检测害虫。但是系统检测范围有限，对更小的病虫识别能力还需要加强。另外网络覆盖还不够全面。
1.2.2 采用图像识别方式采集病虫害信息
采用图像识别方法利用物联网技术防治病虫害流程通常如下：拍摄作物图片；通过无线传感器网络将图片传送到已建立的数据库进行比对进行判断；根据情况对症下药。在此大体流程基础之上，许多系统相继被开发出来。
文献设计了一种基于GPRS网络和GSM的农业物联网监测系统。用户可通过短信方式获取数据和远程操作设备。文献[14]设计了一个以分布式成像器件为基础的系统，生成害虫数量曲线，当密度超过临界值时发出警报。
1.3 物联网在种植其他环节的应用
除了应用于节水灌溉和病虫害防治这两个环节外，物联网技术也应用到其他环节来促进农业生产，节约资源。施肥也是种植中的一个重要环节，针对施肥的特点，许多研究提出了相应的设想。
文献通过RS技术、农业传感器、测土数据等多尺度异构数据的融合，生成土壤肥力分布图，并根据领域专家知识和施肥模型，形成适合不同生产区域及不同作物品种的精准施肥处方。
文献提出用GPS结合RS技术进行精确定位来定点施肥。用不同颜色标注的图像表示土壤是否需要施肥的严重程度，后根据颜色对扫描到的特定区域施肥。
2、总结与展望
物联网技术在农业种植方面的研究和应用已经取得了不小的成果，大大降低了人的参与性，节省了人力成本，提高了效率，同时节约资源，保护了环境。另外也同样存在一些问题。
（1）我国目前农业种植作物多以家庭承包形式，布设传感器节点、建立无线传感器网络费用较高，目前还没有办法大规模推广。
（2）针对病虫害防治这一方面的传感器有待研发，对病虫害识别还可以设计出更有效的算法。
参考文献
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作者简介：吴成伟，江苏克胜集团总经理、克胜药业有限公司董事长，华中理工大学、EMBA双硕士研究生；徐其文，郑焱方：单位：江苏克胜集团；蒋孝雯，单位：南京邮电大学计算机学院。