面向农业生产智能管理与追溯的物联网价值构建

0 引 言

随着物联网[1，2]技术的快速发展，物联网技术正在广泛用于社会的各个领域。我国农业正处于传统农业向现代农业的转型时期，全面实践这一新技术体系的转变，网络信息化技术将发挥独特而重要的作用，也为现代农业发展提供了前所未有的机遇。充分利用智能化信息管理技术发展现代化农业[3-5]，同样成为当今各个发达国家农业发展的热点之一。

目前我国对于农产品监管水平落后[6]，农产品生产、加工、流通和消费等环节的全过程监管体系尚未形成，对农产品质量安全构成了较大隐患。利用物联网应用技术，可以实现农产品信息“从农场到餐桌”的全程透明化，不仅有助于提高消费者对农产品安全消费的信心，同时并将带动物联网应用在农业应用的潜在市场。 本文研究利用物联网感知技术，对农业生产从绿色化种植、加工、存储、物流、营销到消费者的全生命周期繁杂信息的实时动态远程采集，构建面向农业生产全生命周期管理与追溯的物联网系统，实现农产品从田头到餐桌的全过程、全方位可溯源的数字化、网络化、可视化管理，加速绿色农业发展，大幅提高农业生产与农产品流通效率，提高农业生产管理和经营决策水平，建立健全农产品良好生产规范、质量安全监督管理体系及产品可追溯制度。 1 系统体系架构

构建农业生产全生命周期智能管理与追溯物联网系统，利用物联

网技术，对农业生产各环节信息进行采集、传输、交换、汇总，实现农业生产全生命周期的跟踪追溯、实时监控、风险预警、有效监管、查询服务。

利用物联网技术，对农业生产全生命周期进行全程监测、信息采集与智能管理，并对消费者提供农产品安全信息追溯服务，各阶段信息采集内容为：

农作物种植过程：通过在农田中构建传感器网络，实时监控农作物生长环境与过程，包括土壤、空气、灌溉水、光照等环境因素，农田虫害、肥分、农作物成熟度等信息，以及农作物种植、施肥、用药、采摘等过程，进一步，基于农作物种植管理专家支撑系统实现其精细化管理。

农作物加工过程：主要是利用多功能融合传感器以及RFID技术，对来自各个种植基地的农作物进行加工处理，来源信息与加工后包装信息进行关联，并完成配送到下游的信息记录，为农产品日后进行安全溯源提供依据。

农作物仓储过程：在仓储环境通过RFID实现农作物快速入仓、出仓、盘点、查货等操作，提高企业物流与配送效率，同时，实现农作物仓储环境的实时监测与控制，保证产品存储质量。

物流运输过程：在物流环境通过RFID标签以及物联网感知技术控制产品质量及物流跟踪。其中，RFID与传感器需适应高温、低温、潮湿等环境，能在快速移动条件下批量读取等特种要求，并与周转箱有机结合成一整体，能在生产、加工、贮运和批转等各环节中稳定、

循环、高效使用。

零售过程：在终端销售商环节，将根据该食品的加工工艺、建议食用期以及其在流通过程中所记录的环境参数和对应时间为销售商提供供货顺序的咨询建议，为生产商提供销路分析报告。在终端销售通过信息服务平台提供农作物全程信息为消费者提供食品质量安全报告。

本系统体系结构见图1，共包括四个部分。

全生命周期感知节点覆盖：底层感知网络是农业生产全生命周期智能管理与追溯物联网的前提基础和重要保障。针对农作物的全生命周期，利用多功能融合传感器与RFID技术，实现感知节点的全面覆盖与优化配置，感知的信息包括：种植生产过程中土壤、空气、灌溉水、肥分、光照、虫害、成熟度等信息，加工环境与工艺指标信息、仓储信息、物流信息等，并利用RFID对每一批农作物全生命周期的生产信息进行标识。

对象感知：负责传感器信息注册与异构传感器群管理，包括新RFID与传感器节点的加入、节点损坏与退出等管理。同时，提供传感器数据获取功能封装服务与数据获取服务调用，以及异构数据之间的交换标准。

海量数据处理：通过多源数据关系定义、复杂事件检测与处理、建立信息整合规则、数据挖掘与分析、数据信息增值处理实现多源感知数据在农业生产环境中增值，最终整合并转换为可直接为农业生产优化服务的标准信息。

智能管理与信息服务：利用农业生产全生命周期的多源信息，通过提供农作物种植过程精细化与可视化管理、农产品加工过程监控与管理、供应链物流信息化与可视化管理、销售信息管理、安全追溯信息服务、以及与其他系统集成服务等实现农业生产全生命周期信息透明、过程实时感知和动态优化控制与管理。

农业生产全生命周期智能管理与追溯系统网络架构如图2所示。 系统采用B/S 结构进行设计，用户通过浏览器访问农业生产全生命周期智能管理与追溯系统，访问必须通过合法用户进行登录，对于不同权限的用户访问的权限不同。数据中心、应用系统服务器、备份服务器、门户系统均设置在公司中心机房，用户通过局域网或因特网访问农业生产全生命周期智能管理与追溯系统应用服务器。 2 系统模块分析

2.1 基于物联网技术的农作物种植过程数字化化与可视化管理 影响农作物种植的几个关键因素主要包括：土壤环境、水环境、空气环境、肥分、光照、虫害等，利用物联网感知技术，使用多功能融合传感器精确监测这些因素，以各种终端作为载体实时查看监测数据，通过先进的技术将农业专家知识与计算机结合，并通过信息化调节来进行干预和调控，引导农作物高效成长，提高生产质量。基于物联网技术的农作物种植过程数字化与可视化管理系统网络结构如图3所示。

该系统在农作物种植区中部署无线传感器网络，利用视频设备以及多功能融合传感器对农作物生长环境与生长过程进行实时监测，利用

无线控制节点实现农作物生长环境与生长过程的远程干预与控制。另外，整个传感器网络由汇聚节点和感知/控制节点组成，在传感器网络组网与数据传输方面，路由选择模块位于各个节点上，主要任务是通过一定的路由选择算法进行路由选择，从而为消息传递提供一个稳定的线路，所有感知数据经由多跳链路传输到监控中心。监控中心负责对采集的数据进行智能分析，实现监控区域的全景显示，对局部区域的信息进行查看和管理，并根据田间环境情况下达反馈控制指令。该监控中心还可以提供异步的消息通知功能，即在异常情况