1.物联网的概念及其体系构架

1.1.物联网的概念

物联网就是将所有物品通过射频识别(RFID)等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理的网络。2005年，国际电信联盟(ITU)发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，对“物联网”的涵义进行了扩展。报告认为，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体都可以通过因特网主动进行信息交换，射频识别技术、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将得到更加广泛的应用。2009年9月，在北京举办的“物联网与企业环境中欧研讨会”上，欧盟委员会信息和社会媒体司RFID部门负责人LorentFerderix博士给出了欧盟对物联网的定义：物联网是一个动态的全球网络基础设施，它具有基于标准和互操作通信协议的自组织能力，其中物理的和虚拟的“物”具有身份标识、物理属性、虚拟的特性和智能的接口，并与信息网络无缝整合。物联网将与媒体互联网、服务互联网和企业互联网一起构成的未来的互联网。

可见，物联网是在“互联网”概念的基础上，将其用户端延伸和扩展到物体，是“物物相连的互联网”。物联网至今尚无统一的定义，从技术层面对其进行阐述是指物体通过装入射频识别装置、红外感应器、全球定位系统(GPS)、激光扫描仪或其他智能感应装置，按约定的协议，与互联网相连，形成智能网络，物品间可自行进行信息交换和通讯，管理者通过电脑或手机，可实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。物联网具有全面感知、可靠传递、智能处理的特征。

1.2.物联网的构架体系

现阶段物联网技术与应用尚未建立起一套标准的、开发的、可扩展的物联网体系构架。根据国际电信联盟的建议，物联网网络架构由感知层、接入层、网络层、中间件层和应用层组成。而当前普遍认为物联网可划为一个由感知层、网络层和应用层组成的3层体系。

1.2.1感知层感知层要解决的重点问题是感知、识别物体，通过RFID电子标签、传感器、智能卡、识别码、二维码等对感兴趣的信息进行大规模、分布式地采集，并进行智能化识别，然后通过接入设备将获取的信息与网络中的相关单元进行资源共享与交互。

1.2.2网络层网络层主要承担信息的传输，即通过现有的三网(互联网、广电网、通信网)或者下一代网络NGN(NextGenerationNetworks)，实现数据的传输和计算。

1.2.3应用层应用层完成信息的分析处理和决策，以及实现或完成特定的智能化应用和服务任务，以实现物与物、人与物之间的识别与感知，发挥智能作用。

物联网的应用领域范围广阔，包括工业、农业、水利、环保、气象、城市、交通、金融、市场、安全、物流等。

2物联网的关键技术

物联网产业链可细分为标识、感知、处理和信息传送4个环节，因此物联网每个环节主要涉及的关键技术包括：射频识别技术、传感器技术、传感器网络技术、网络通信技术等。

2.1射频识别(RFID)技术

RFID是物联网中信息采集的主要源头，在整个物联网体系中十分重要。RFID是一种非接触式的自动识别技术，具有读取距离远(可达数十米)、读取速度快、穿透能力强(可透过包装箱直接读取信息)、无磨损、非接触、抗污染、效率高(可同时处理多个标签)、数据储存量大等特点，是唯一可以实现多目标识别的自动识别技术，可工作于各种恶劣环境。一个典型的RFID系统一般由RFID电子标签、读写器和信息处理系统组成。当带有电子标签的物品通过特定的信息读写器时，标签被读写器激活并通过无线电波将标签中携带的信息传送到读写器以及信息处理系统，完成信息的自动采集工作，而信息处理系统则根据需求承担相应的信息控制和处理工作。现在RFID在农畜产品安全生产监控、动物识别与跟踪、农畜精细生产系统、畜产品精细养殖数字化系统、农产品物流与包装等方面已正式应用。

2.2传感器技术

传感器负责物联网信息的采集，是物体感知物质世界的“感觉器官”，是实现对现实世界感知的基础，是物联网服务和应用的基础。传感器通常由敏感元件和转换元件组成，可通过声、光、电、热、力、位移、湿度等信号来感知，为物联网的工作采集、分析、反馈最原始的信息。

传感器种类及品种繁多，原理也各式各样。随着技术的发展，新的传感器类型不断产生，应用领域也越来越广泛。传感器技术的发展与突破主要体现在两个方面：一是感知信息方面;二是传感器自身的智能化和网络化。近年来，随着生物科学、信息科学和材料科学的发展，传感器技术飞速发展。由于微电子技术和微机械加工技术的快速发展，传感器有向微型化、多功能化，智能化和网络化方向发展的趋势。

2.3传感器网络技术

传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳(multihop)中继方式将所感知信息传送到用户终端，从而真正实现“无处不在的计算”理念。一个典型的传感器网络结构通常由传感器节点、接收发送器、Internet或通信卫星、任务管理节点等部分构成。

2.4网络通信技术

无论物联网的概念如何扩展和延伸，其最基础的物物之间的感知和通信是不可替代的关键技术。传感器的网络通信技术为物联网数据提供传送通道，而如何在现有网络上进行增强，适应物联网业务需求(低数据率、低移动性等)，是现在物联网研究的重点。传感器的网络通信技术分为近距离通信和广域网络通信技术两类。传感网络相关通信技术，常见的有蓝牙、IrDA、Wi-Fi、ZigBee、RFID、UWB、NFC、WirelessHart等。

3物联网技术在农业上的应用现状

目前，我国农业发展处于传统农业向现代农业转型时期，物联网的出现使农业生产的精细化、远程化、虚拟化、自动化成为可能。物联网技术在现代农业领域的应用很多，如农业大棚标准化生产监控、农产品质量的安全追溯、农业自动化节水灌溉等。

3.1农业生产环境信息监测与调控

通过在农业大棚、养殖池及养殖场内布置温度、湿度、pH值、CO2浓度等无线传感器及其他智能控制系统，利用无线传感器网络实时监测温度、湿度等来获得作物、动物生长的最佳条件，将生物信息获取方法应用于无线传感器节点，为大棚、养殖场所的参数精确调控提供科学依据。同时通过移动通信网络或互联网传输至监控中心，形成数据图，使得农业人员可随时通过手机或电脑获得生产环境各项参数，并根据参数变化，适时调控灌溉系统、保温系统等基础设施，从而获得动植物生长的最佳条件，参数实时在线显示，真正实现“在家也能种田和养殖”。

目前已初步形成可应用于各类农业环境监测的网络化技术和产品，已在设施农业、农田作物、野外台站、工厂化养殖等领域示范应用。中国农业大学李道亮研究团队基于物联网技术开发了水产养殖环境智能监控系统，是集数据、图像实时采集、无线传输、智能处理和预测预警信息发布、辅助决策等功能于一体的现代化水产养殖支撑系统。该系统能对鱼塘、蟹塘内的溶解氧、pH值、水温等进行在线监测，及时调节水质，预防各种病情发生，使水产品在适宜的环境下生长，农户足不出户就能实时准确地了解水产养殖池的环境变化，并及时进行科学处置，最终达到增产、节能、省工、适时用药、减少环境污染等效果，该系统已在无锡水产养殖基地成功示范。

3.2农产品质量安全追溯

农产品质量安全事关人民健康和生命安全，事关经济发展和社会稳定，农产品的质量安全和溯源已成为农产品生产中一个广受关注的热点。物联网技术可加大对农产品从生产到流通整个流程的监管，将食品安全隐患降至最低，为食品安全保驾护航。

目前国内已出现“食品安全追溯系统”，集成应用电子标签、条码技术、传感器网络、移动通信网络和计算机网络等实现农产品质量跟踪和溯源，主要由企业管理信息系统、农产品质量安全溯源平台和超市终端查询系统等功能组成。消费者通过电子触摸查询屏和带条码识别系统的手机查询农产品生产者和质量安全相关信息，也可通过上网查询了解更详细的农产品质量安全信息，从而实现农产品从生产、加工到运输、贮存、销售等整个供应链的全过程质量追溯，最终形成“生产有记录、流向可追踪、信息可查询、质量可追溯”的农产品质量监督管理新模式。

利用RFID技术，参照产品电子代码EPC(ElectronicProductCode)标准，设计农产品供应链数据的实时采集、转换、存储与访问等信息透明化框架，为农产品物流供应链管理和农产品安全管理提供了必要的信息。

3.3动植物远程诊断

农村偏远山区普遍存在的种养殖分散、作物病虫害及畜禽病害发生频繁、基层植保及畜牧专家队伍少、现场诊治不方便等问题，而物联网技术的出现可解决上述难题。目前已有研究机构开展农业远程诊断方面的研究，如大唐电信推出的针对农业种植、养殖生产过程监控和灾害防治专项应用的无线视频监控产品---农业远程诊断系统，由前端设备、2G/3G无线通信传输网络、专家诊断平台和农业专家团队构成，前端设备支持多种传感器接口，同时支持音频、视频流功能，可以有效地为农业专家提供第一手的现场专业数据;此外，农业专家还可通过PC终端登录该系统，实现远程控制灌溉等操作，为农村农业专家缺乏的现状提供了解决思路。该系统已在山东寿光农业基地取得良好应用。北京市植保站牵头研发的“基于物联网的设施农业病虫害生物控制专家服务平台”已在北京和河北的100多个设施大棚内进行了初步测试，验证了系统的可靠性和准确性。

3.4在农产品储运中的应用

在农产品储运过程中，其储运环境(温度、湿度等)与农产品的品质变化密切相关。研究表明，我国水果蔬菜等农副产品在采摘、运输、储存等物流环节上的损失率在25%～30%，而发达国家的果蔬损失率则控制在5%以下[7]。如果能实现对储运过程中环境条件实时监测，便能保证农产品品质，减少经济损失。而物联网技术可通过各个分散的传感器实时监测环境中的温度、湿度等参数，实现仓库或保鲜库环境的动态监测;在农产品运输阶段可对运输车辆进行位置信息查询和视频监控，及时了解车厢内外的情况和调整车厢内温湿度，同时还可以对车辆进行防盗处理，一旦车辆出现异常自动进行报警。TaoY等[8]设计了基于RFID技术的系统，用于实时监测、记录运输过程中的温度，该系统监测温度范围为-50～120℃，误差±1℃，读取距离达100m。

3.5农业自动化节水灌溉

农业自动化节水灌溉是利用传感器感应土壤的水分，并在设定条件下与接收器通信，控制灌溉系统的阀门打开、关闭，从而达到自动节水灌溉的目的。由于传感器网络具有信息互递、自组网络及网络通信时间同步等特点，使灌区面积、节点数量不受限制，可以灵活增减轮灌组，加上节点具有的土壤、植物、气象等测量采集装置、通信网关的Internet功能与RS和GPS技术结合的灌区动态管理信息采集分析技术、作物需水信息采集与精量控制灌溉技术、专家系统技术等，构建高效、低能耗、低投入、多功能的农业节水灌溉平台。可在温室、庭院花园绿地、高速公路中央隔离带、农田井用灌溉区等区域，实现农业与生态节水技术的定量化、规范化、模式化、集成化，促进节水农业的快速和健康发展。