农业物联网及应用展望44

第五讲农业物联网及应用展望一、物联网的发展现状二、物联网的体系构架三、物联网农业初步应用简介四、农业物联网应用展望一、物联网的发展现状网络与计算机对人类产生巨大影响在科学发展史上，个人计算机（PC）和国际互联网（INTERNET）无疑是20世纪最重要的科学发明和技术创新之一，其对人类社会的巨大贡献和产生的影响，几乎很少有其它能与之媲美。在短短的几十年时间，网络信息技术发展日新月异，并以惊人的速度渗透到各个角落，人类社会已经进入到网络信息化时代。现代网络与信息技术突飞猛进进入21世纪，网络信息技术更是以前所未有的速度发展，“IPv6”、“CloudComputing”、“M2M”、“网格技术”、“WSN”、“移动互联网”等新技术不断推出直至普及应用。随着微电子、计算机和网络信息技术在各个领域的渗透和普及，以全球互联网为基础的“物联网”正在兴起，并被业界称之为第三次信息技术革命。物联网将推动社会的巨大发展有关资料表明，过去三十年，网络信息科技对发达国家经济增长贡献率达到40%,而采用全新框架的“物联网”将会导致整个互联网和其他应用网络体系的重建，进而创造一个更大的市场需求，成为拉动科技创新，促进经济增长的强大动力，因此欧美等发达国家纷纷投入研究，“物联网”已经成为未来高科技领域国际竞争的热点。网络信息技术与农业现代化充分利用智能化信息管理技术发展现代化农业，同样成为当今各个发达国家农业发展的热点之一。以欧美为代表的世界发达国家，在农业信息网络建设、农业信息技术开发、农业信息资源利用等方面，全方位推进农业网络信息化的步伐，开展环境监测、气象灾害、病虫害监测等，对农作物生产进行精细化管理和调控，有力地促进了农业整体水平的提高。互联网技术在农业中的应用上个世纪90年代，在我国随着互联网技术的成熟和普及，计算机互联网络开始进入农业领域，从事农业人员甚至普通农民，即可以随时随地及时快捷的获得各种科技信息、市场供求信息、气象与土壤信息、作物与病虫害信息等等。网络信息技术在农业领域的普及和应用，使电脑上“种地”的愿望变为可能，使“运筹帷幄决胜千里”的管理调控理念，梦想成真。中国互联网发展概况第一阶段（1986～1993）：研究试验阶段。在此期间中国一些科研部门和高等院校开始研究Internet联网技术。第二阶段（1994～1996）：是起步阶段。在中国陆续启动了中国公用计算机互联网（CHINANET）、中国科技网（CSTNET）、中国科教网（CERNET）等多个互联网络，互联网开始步入公众生活，并在中国得到了迅速的发展。第三阶段（1997-至今）：是快速增长阶段，网络应用无处不在，渗透到社会的每个角落。移动网络发展迅猛目前中国移动通信网络已经实现从2.5G（GPRS/CDMA）向3G（第三代移动通信技术）转变，目前4G已经不断普及应用。移动通信与INTERNET的融合，极大地延伸了网络的发展应用空间，移动互联网的概念已悄然兴起，“网络即一切(NetworkisEverything)”的理想正在深入人心。无线移动网络的发展1995年问世的第一代模拟制式手机（1G）只能进行语音通话。1996到1997年出现的第二代GSM、CDMA等数字制式手机（2G）便增加了接收数据的功能，如接收电子邮件或网页。大约2001年：GPRS/CDMA：也称2.5代2001年，是向3G过渡的移动技术。2009年：中国电信、中国联通及中国网通正式发布3G技术牌照2013年12月18：中国移动全球合作伙伴大会在广州举行，本次大会中国移动正式开启了全新的4G网络，宣布移动4G网络开始向全国布局。互联网的局限性日趋突显从应用的角度，目前互联网仍然更多注重计算机之间或人与人之间的通信，忽略了大量应用于各领域的装备与机器（Machine）之间的通信互联，缺乏对设备和机器的控制和管理，等等。于是在上个世纪90年代末，为了解决机器之间的通信问题，M2M的概念和技术应运而生。其实质是将数据从一台终端设备传送到另一台终端，也就是建立机器与机器的通信或对话。“物联网”的快速兴起“数字地球”：是美国副总统戈尔于1998年1月31日在加利福尼亚科学中心所做的“数字地球—认识21世纪我们这颗星球”的讲演中首次提出的。物联网概念：有据可查，1999年由美国麻省理工大学首次提出。其基本内涵是通过网络技术，实现“万物”或“物-物”相联。“智慧地球”：2008年美国IBM公司正式提出“智慧地（SmartPlanet）的概念，此后不久则成为美国国家战略的一部分。“智慧地球”的核心理念是，要把传感器嵌入到各个领域的仪器装备中,实现所谓全面感知的“物联网”。（在此基础上衍生的有：智慧农业、智慧城市、智慧交通、智慧政府、智慧国家。。。）“感知中国”：2009年，温家宝总理提出“感知中国”的理念，推动了物联网在中国的全面开展。智慧地球/智能地球就是把感应器/传感器嵌入和装备到工业（能源、建筑、供水系统等）、交通（铁路、桥梁、隧道、公路）、金融（银行、商务等）、农业、水利、气象等领域的各种设备、仪器和系统等物体中，并且被普遍连接，形成所谓“物联网”，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理网络系统的整合。物联网应用的领域物联网的应用几乎可以包罗万象，目前能够预见到的领域包括工业、农业、水利、环保、气象、城市、交通、金融、市场、安全、物流等等。农业作为分布最为广阔的领域，物联网的应用大有可为。发展农业物联网的必要性和迫切性发展精准农业：需要全面感知，精准调控；农业分布广：必须建立网络感知系统，“点”的监测缺乏代表性；空间变异性大：必需要有密集的监测；与生命对象紧密相关：必需强调时效性；农业灾害突发性强：需要快速反应，及时捕捉信息；其它，等等。物联网农业应用总体现状物联网技术在工业控制和电子商务等领域已经有较快的发展，而在农业领域因其行业特点和其它条件所限正处于起步阶段，但已有一些探索和应用的案例。这些应用包括农业环境监测、温室控制、节水灌溉、气象监测、产品安全与溯源、设备智能诊断管理等方方面面。物联网的几种解读对“物联网”的解读众说纷纭传感、通讯、网络、处理等各领域都从自己的角度去阐述和放大。初始定义：MIT：把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。ITU信息与通信技术的目标已经从任何时间、任何地点连接任何人，发展到连接任何物品的阶段，而万物的连接就形成了物联网。国内的一般解读（1）、物联网是全球信息化发展的新阶段，从信息化向智能化提升。（2）、在已经发展起来的传感、识别、接入网、无线通讯网、互联网、云计算、应用软件、智能控制等技术基础上的集成、发展和提升。（3）、物联网本身是针对特定管理对象的“有限网络”，是以实现控制和管理为目的，通过传感/识别器和网络将管理对象连接起来，实现信息感知、识别、情报处理、态势判断和决策执行等智能化的管理和控制。（4）、物联网的应用带来的海量数据将给通讯网、互联网和信息处理技术带来数量级的需求增长-大数据。“大数据”未来的“新石油”２０１２年３月２２日，奥巴马政府宣布投资２亿美元拉动大数据相关产业发展，将“大数据战略”上升为国家战略，并将大数据称之为未来的“新石油”。物联网和云计算等技术，数据爆发式增长：数据增长速度越来越快、容量越来越大、数据结构越来越复杂、数据处理和应用越来越困难等，一个崭新的概念应运而生-“大数据”，是继云计算、物联网之后IT产业又一次颠覆性的技术变革，对社会的管理、对发展的预测、对企业和部门的决策、乃至对社会的方方面面都将产生巨大的影响。何谓“大数据”首先要区分的是，“大数据”和“数据大”是完全不同的概念，也不同于我们常说的“海量数据”。2013年3月，IBM在北京发布了白皮书《分析：大数据在现实世界中的应用》，进一步解析和定义了最新的大数据的“4V”理论，即所具备的4个（V）基本特征：（1）规模化（Volume-数据量大）、（2）多样性（Variety-非结构化）、（3）高速率（Velocity-处理速度要快）、（4）真实性（Veracity-真实性）。“大数据”内涵大数据特指：不仅数据容量大，尤其是因为数据形式多样化、非结构化特征明显，导致数据存储、处理和挖掘等异常困难的那类数据集，特别是其中必然蕴含着巨大的应用价值。有资料显示，在实际应用中有超过85%的数据属于非结构化数据。大数据到底有多大？人类社会从出现文明到2003年，总共创造出5ＥＢ的数据（注：1024ＫＢ＝１ＭＢ，以此类推为ＧＢ--ＴＢ--ＰＢ--ＥＢ--ＺＢ--ＹＢ--ＤＢ--ＮＢ…）但是现在仅用2d就创造出相同的数据量。到2012年全球数字数据量增长至2.72ＺＢ，并以每两年翻番的速度增长，到2015年将达到8ＺＢ。目前对于大数据的规模，公认的标准是：单一数据集的大小至少在几十个ＴＢ到几个ＰＢ之间。国际数据公司（ＩＤＣ）的研究结果表明，２０１１年的全球每人产生200ＧＢ以上的数据。ＩＢＭ的研究表明，整个人类文明所获得的全部数据中，有90％是过去两年（2011-2012）内产生的.据ＩＤＣ预测，至2020年全球以电子形式存储的数据量将达32ＺＢ，如果将其刻录在ＤＶＤ上，再将这些盘片堆叠起来,可从地球到月球垒30个来回！！！目前正在研发的针对全国范围的小麦苗情物联网远程监控系统，已建设上百个监控站点，如果按100个站点计算，每天产生大约１ＴＢ的数据量（视频和图像系统全天启用并录制存储），10d就基本达到了大数据的下限范围（十几个ＴＢ），如果发展到1000个监控站点（项目发展的必然要求），1d之内就达到了大数据量级标准的下限。大数据核心技术大数据核心技术是基于存储的计算，从本质上来说，大数据主要解决的是海量数据搜集、存储、计算、挖掘、展现和应用等问题。也可以将其简单归纳为三个层面：大数据的云存储（计算资源虚拟化）、大数据处理（云计算模型）和大数据挖掘（各类算法库、模型库构建等）。大数据带来思维方式的转变进入大数据时代，人们思维方式将发生重要的变化：研究与分析某个现象时，将依赖使用全部数据而非抽样数据；不需要一味地追求数据的精确性，但要适应数据的多样性、丰富性，甚至接受错误的数据也很有价值；大数据的魅力：从支离破碎的、看似冗余和无序的、毫不相干的海量数据矿渣（垃圾）中抽炼出真知烁见，从中产生大智慧。大数据应用最典型的案例大数据应用最典型的案例是谷歌公司的“流感预报”，他们对基于每天来自全球的３０多亿条搜索指令设立了一个系统，这个系统在２００９年甲型流感爆发之前就开始对美国各地区成功地进行“流感预报”和“谷歌流感趋势”服务。阿里巴巴也有海量的数据，应用大数据技术，整合阿里旗下所有电商模式的“基石”———形成大数据平台，成为大数据商务应用的典范。农业大数据的主要应用智慧农业主要是基于各种先进的信息与网络技术，包括感知、传输和智能处理等技术，实现以自动化生产、最优化控制、数字化与网络化服务、智能化决策管理为主要生产方式；“智慧农业”是个庞大的系统，或者说只是一个顶层的虚拟概念，其具体实现是由各领域的子系统组成，如智能设施农业、智能农情、智能植保、智能灌溉、智能市场管理等子系统。从智慧地球到智慧农业慧地球”（SmartPlanet）的概念是2008年美国ＩＢＭ公司正式提出的，此后不久则成为美国国家战略的一部分。“智慧地球”的核心理念是，要把传感器嵌入到各个领域的仪器装备中，实现所谓全面感知的“物联网”，进行智能决策管理。在此基础上衍生的有：智慧农业、智慧交通、智慧电力、智慧城市、智慧政府、智慧国家，等等。智慧来自大数据，农业大数据产生农业智慧，大数据技术的应用必然促进智慧农业的发展。大数据助推智慧农业大数据产生大智慧：相关业界的领先者们多次预言，大数据将引发新的“智慧革命”。从海量、复杂、实时的大数据中可以发现知识、提升智慧、创造价值。基于过去和不断产生的大数据，可以预测未来，这正是大数据最重要的价值所在。在大数据时代，数据就是一切，拥有数据就意味着拥有价值，就可以产生智慧。二、物联网的体系构架现阶段物联网技术与应用尚未建