农业物联网项目案例

农业物联网项目案例内容摘要：

敌我双方的飞机 ,其 后随着晶体管集成电路、微处理芯片、通信网络等新技术的发展， RFID 技术的研究逐渐开展。 RFID 的应用在 20 世纪 60 年代应运而生 ,出现了商用的 RFID 系统 —— 电子商品监视设备，该设备被认为是 RFID 技术最早且最广泛应用于商业领域的系统。 20世纪 70 年代，各种机构都开始致力于 RFID 技术的开发，诞生了不少的研究成果，并且将 RFID 技术成功应用于自动汽车识别的电子计费系统、动物跟踪以及工厂自动化等。 20世纪 80 年代是充分利用 RFID 技术的 10年，第一个实用的 RFID电子收费系统于 1987 年在挪威正式投入使用。 20 世纪 90 年代是 RFID 技术繁荣发展的 10年，在美国大量配置了电子收费系统， 1991 年在俄克拉荷马州建成了世界上第一个开放的高速公路不停车收费系统，汽车可以高速通过计费站。 同时，由于已经开发出了小到能够密封到汽车钥匙中的电子标签，日本丰田汽车、美国福特汽车、日本三菱汽车和韩国现代汽车的欧洲车型将 RFID 技术用于汽车防盗系统中。 从 20 世纪末到 21 世纪初，各种新功能的RFID 系统不断涌现，而且加入防碰撞协议，使得一个阅读器可以同时读出至少 40 个电子标签的内容信息 ,同时也增加了电子钱包需要的低功耗读写、数据加密等多 种功能，为 RFID 系统的应用提供更加广泛的应用前景。 2RFID 技术的分类 标签的供电形式 按照标签获取电能方式的不同 ,可以把标签分成有源标签、无源标签和半有源标签。 有源标签内部自带电池进行供电，它的电能充足，工作可靠性强，信号传送的距离远。 无源标签内部不带电池，靠外界提供能量才能正常工作。 半有源标签介于两者之间，虽然带有电池，但是电池的能量只用于激活系统，系统激活后无需电池供电，进入无源标签工作模式。 标签的工作方式 按照标签与阅读器进行数据交换的形式方法， RFID 可分为主动式、被动 式和半主动式。 主动式电子标签用自身的射频能量主动发送数据给阅读器 ,在遇到障碍物的情况下，只需穿过障碍物一次，读写距离更远。 被动式系统必须利用读写器的载波来调制自身的信号 ,在遇到 障碍物的情况下 ,读写器的能量必须来去穿过障碍物两次。 半主动式 RFID 系统虽然本身带有电池，但是标签并不是主动通过自身能量发送数据给阅读器，电池只负责对标签内部电路供电。 标签需要被阅读器的能量激活，才通过反向散射调制的方式传送本身数据。 标签的工作频率 标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率，可分为低频、中频和高频 RFID 系统 (见图 2 略 )。 低频标签的工作频率范围为 30300kHz，典型的工作频率有 125kHz 和 133kHz，一般为无源标签，阅读距离通常小于 1m，适合近距离、低速度、数据量要求较少的情况下应用，典型应用有工具识别、容器识别、电子闭锁、动物识别防盗等。 中高频段电子标签的工作频率一般为 3～ 30MHz，典型工作频率为 ，阅读距离通常也小于 1m(最大读取距离为 )，可方便地做成卡的形状，其典型应用包括电子身份证、电子车票、电子闭锁防盗等。 高频段电子标签的工作频段处于超高频 (UHF)或微波频段 ,典型 工作频率通常有、 862928MHz、 、 ，阅读距离大于 1m，典型情况为 47m，最大可达 10m，一般应用于集装箱的管理、供应链上的管理和生产线自动化的管理等。 标签的可读性 根据电子标签内部使用存储器类型的不同，电子标签可分为 3种，即可读写标签、一次写入多次读出标签及只读标签。 只读标签内部只有只读存储器和随机存取存储器。 可读写标签内部的存储器除了只读存储器、随机存取存储器和缓冲存储器之外，还有非活动可编程记忆存储器，在加电的情况下，可以实现对原有数据的擦除 及数据的重新写入。 一次写入多次读出标签是用户可以进行一次性写入的标签。 但写入后的数据不能被改变。 标签中存储器数据存储能力 根据标签中存储器数据存储能力的不同，分为仅用于标识目的的标识标签与便携式数据文件两种。 对于标识标签来说，标签中存储的是一个数字或多个数字、字母、字符串，作为标识的目的或者是作为进入信息管理系统中数据库的钥匙。 便携式数据文件标签中存储的数据量非常大，有关于被标识项目的所有信息，读标签就可以得到关于被标识项目的所有信，而不用再连接数据库进行信息读取。 标签和阅读器之间的通 信工作时序 时序是指标签和阅读器的工作次序问题，即是阅读器首先唤醒还是标签首先自报。 对于无源标签来讲，一般是采用阅读器先讲的形式；如果是多标签同时识读，可以采用阅读器先讲的形式，也可以采用标签先讲的形式。 数据通信方式 按数据在 RFID 阅读器与电子标签之间的通信方式， RFID 系统可以划分为 3 种，半双工系统、全双工系统和时序系统。 半双工系统中，电子标签和阅读器之间的数据传输是交替进行的； 在全双工系统中，电子标签和阅读器之间数据的双向传输是同时进行的；在时序系统中，从阅读器到电子标签的能最供给和数据传输与从电子标签到阅读器的数据传输在时间上是 交叉进行的。 3RFID 在农业中的应用现状 RFID 是一种提高识别效率和准确性的工具，该技术能够完全替代条形码，其最大优势就是磁条所带来的信息的可网络化和无线识别，最常见的应用包括 ETC(电子收费 )、铁路机车车辆识别与跟踪、零售业中的货物管理、文档追踪和图书馆管理、出入门禁管理、重要物资流向控制和定点跟踪物流管理等。 目前在农业方面的应用面还比较窄，主 要是在农产品的跟踪追溯及动物的识别等方面。 农产品可追溯性是指从供应链的终端到始端识别产品或产品成分来源的能力，即通过记录或标识来追溯农产品的历史、位置等的能力。 农业部颁布实施的《农产品质量安全追溯操作规程通则》 (标准编号： NY/T 1761— 2020)定义追溯信息为具备质量追溯能力的农产品生产、加工、流通各环节记录信息的总和 ,其信息内容应覆盖该环节操作时间、地点、责任主体、产品批次及质量安全相关内容。 在国外，应用 RFID 技术建立的农产品安全监督体系已得到了广泛的应用，很 多畜牧场运用RFID 监测饲养、屠宰加工、检疫、储运和销售，农产品质量安全追溯发展水平很高。 在国内， RFID 技术逐渐应用于果蔬、农畜产品等方面应用 .部分企业也建立了应用安全追溯信息体系，开始实施农产品可追溯系统的试点工程。 2020 年，财政部、商务部在海南省启动海南农产品现代流通综合试点，将建立起流通全过程的农产品追溯体系、提升农产品质量安全水平作为一项工作重点，海南惠民农产品出口配送有限公司是海南最先实行“统一标识，源头可追溯”的企业之一。 该公司通过对 10 万亩种植基地的农户推行统一的管理，提供科技服务，使所有 的农产品都具有一张“有着成长记录的身份证”，能够查询到农产品从播种到收购全过程的用药情况，以信息可追溯的方式保障种植、田间管理、采收、加工各环节符合国际无公害食品标准。 农业数字化养殖 数字化精细养殖是数字农业的重要组成部分。 数字化精细养殖是提高农业效益和集约化程度的重要手段，在畜牧和水产养殖业运用 RFID 技术进行数字化精细养殖被广泛应用。 利用RFID 技术跟踪圈养牲畜的生产活动，通过网络通信连接以及计算机数据控制中心构成精细养殖数字化系统的计算机管理网络。 20 世纪 80 年代，荷兰、美国、日本、新西兰 、澳大利亚等国已经建立了一些数字化程度很高的奶牛场。 数字化奶牛精细养殖的研究内容包括奶牛营养需要模型、饲料营养价值数据库、精细养殖数字化系统 3 个主要方面。 营养需要模型是在大量营养、饲养试验基础上建立的奶牛各项信息与各种营养物质需要量之间的数量关系模型。 饲料营养价值数据库是奶牛精细养殖技术的重要基础，而建立奶牛生产管理的数字化系统可以加快奶牛营养学研究成果在生产中的应用，推进生产过程的动态管理，实现奶业生产的投入产出比例。 在我国滨州，由中科院海洋所、中国海洋大学、滨州市水产研究所等单位共同承担的国家“ 863”项目课题“重要鲜活水产品绿色供应链技术创新与集成”开发的“虾场信息管理系 统”就是利用 RFID 技术建立的能实现对虾养殖管理的信息系统 ,是国内首次将 RFID 技术运用在水产养殖上，能够方便、科学地采集水产养殖数据，为建立水产动物的可追溯体系提供了基础。 此外，云南农业信息中心的何湘等人设计的基于 RFID 技术的奶牛疫病监管系统 ,通过建立奶牛疫病数据库在 RFID 技术的支持下可在任何时间、任何地点对奶牛疫病防治监控信息库进行访问 ,对疫病数据信息进行加工、整理，实施奶牛信息的调用及统计。 该系统总体结构图如图 3 略所示。 在蜜蜂研究中的应用 近年来， RFID 技术逐渐被运用到蜜蜂的科学研究领域中去。 德国的 Microsensys 公司应用RFID 技术生产了专门的蜜蜂研究使用的 RFID 设备，主要由电子标签、电子标签写入笔、天线和阅读器组成，在德国和澳大利亚相关蜜蜂实验室使用，通过将标签贴在蜜蜂胸部背板上，可以确定带有电子标签的蜜蜂出入的时间。 江西农业大学蜜蜂研究所与广州市远望谷信息技术股份有限公司合作研发的蜜蜂研究使用的 RFID 设备是一次有着重要意义的技术革新，将蜜蜂的研究带入了更细化的境界。 可以在蜂群处于自然状态下通过 RFID 技术对蜜蜂个体进行细致准确的观测，记录下蜜蜂个体进出巢房的时间和次数。 相比人通过肉眼观察数据，借由 RFID 技术进行蜜蜂的研究更为准确和科学，在蜜蜂生物学、饲养学及育种学等领域都有广泛的应用前景。 在林业中的应用 RFID 技术当前在林业中的应用主要有名树古木管理和苗木花卉栽培两个方面。 名树古木管理人员为古树植入带有识别信息和相关属性、养护等信息电子标签，通过阅读器将标签中的信息识别出来，并将数据传输到信息管理系统，从而有效帮助护理人员实现对名树古木的全程追踪，及时发现异样状况并及早处理，其工作 流程见图 4 略。 在苗木花卉栽培中， RFID技术在世界领域更被广泛应用。 通过实时传感采集和历史数据存储，摸索出植物生长对温、湿、光、土壤的需求规律，提供精确的科研实验数据。 在荷兰， WPS HortiSystems 公司与TAGSYS、 Zetes 公司联手向花卉培育经营者提供 RFID 解决方案，该方案可实现复杂环境下的温室植物单品追踪管理，以此提高作物从播种到销售期间的质量和产量。 台湾的 RFID 技术被用于蝴蝶兰培育体系，全程控管温室栽培过程与资料追溯，利用现场即时收集的资料作为立即改善作业流程的依据，提升管理效率与附加 价值，极大地提高了台湾蝴蝶兰的国际竞争力。 在种质基因库中的应用 我国是世界作物种质资源起源中心之一，作物种质资源非常丰富。 目前，我国已经建立了世界上种质资源数量最多的国家种质库。 针对数量巨大的种子数据，国家种子库采用条形码管理技术来惟一标识种子，但是条形码在实际应用中存在很多弊端，如标签容易磨损，数据量很小。 国内一些专家学者正在尝试在建设种质基因库的过程中采用电子识。