基于傳感器網(wǎng)絡技術在農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯中應用的研究

周 鵬

航天信息江蘇有限公司 (南京 210000)

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式存在土地資源浪費、生態(tài)環(huán)境惡化、農(nóng)耕文化流失等問題。我國農(nóng)業(yè)正處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉型時期，而智慧農(nóng)業(yè)將成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)未來發(fā)展的趨勢。發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)是提高農(nóng)業(yè)資源利用效率、改善農(nóng)村環(huán)境、傳承農(nóng)耕文化的重要舉措。要建設智慧農(nóng)業(yè)，就要依托物聯(lián)網(wǎng)等先進的科學技術，大力推進農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新，研究多功能、智慧化、能推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力發(fā)展的農(nóng)業(yè)科技成果，并及時地將科技成果轉化為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的技術產(chǎn)品，應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的整個過程。同時，發(fā)揮“互聯(lián)網(wǎng)+”的優(yōu)勢，以物聯(lián) O2O 的產(chǎn)業(yè)運營模式，構建智慧農(nóng)業(yè)管控服務交易平臺，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)線上線下多向互動的生產(chǎn)、經(jīng)營、管理和服務，實現(xiàn)一二三產(chǎn)業(yè)深度融合，大幅度提高農(nóng)業(yè)及其相關產(chǎn)業(yè)的綜合效益，創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟效益。傳感器網(wǎng)絡技術是目前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要應用，結合傳感器網(wǎng)絡技術我們對農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯中相關應用進行研究。

1 系統(tǒng)原理

基于傳感器網(wǎng)絡技術的農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯由物聯(lián)網(wǎng)型主機、無線采集器、無線控制器(或無線采集控制器、網(wǎng)關、無線中繼器)、鏈接管道及其配套設施(如電磁閥、水泵等)、系統(tǒng)基站、本地監(jiān)控終端(或智能基站終端一體機)、固定端遠程監(jiān)控終端、移動端遠程監(jiān)控終端、WSN網(wǎng)絡傳感節(jié)點嵌入式軟件、WSN網(wǎng)絡控制節(jié)點嵌入式軟件、WSN網(wǎng)絡自組重構嵌入式軟件、固定端監(jiān)控數(shù)據(jù)管理軟件和移動端監(jiān)控數(shù)據(jù)管理軟件等組成。

系統(tǒng)工作原理為：監(jiān)控區(qū)域各采集器、控制主機等WSN節(jié)點及其它采用有線和無線通信方式的采集器，采集環(huán)境中pH值和EC值、土壤基質溫度、土壤基質水分、土壤基質EC值、土壤基質鹽分和土壤基質肥力等參數(shù)，與WSN控制器、WSN網(wǎng)關、WSN系統(tǒng)基站等，采用433 MHz頻段多跳路由無線自組網(wǎng)技術等有線和無線通信方式，將各參數(shù)數(shù)據(jù)路由傳輸?shù)较到y(tǒng)基站和本地監(jiān)控終端(或智能基站終端一體機)。系統(tǒng)基站和本地監(jiān)控終端(或智能基站終端一體機)通過對所采集上傳的參數(shù)數(shù)據(jù)進行分析、計算和存儲等處理，并與本地及遠程固定及移動監(jiān)控終端進行上行通信交互，同時根據(jù)控制要求下行指令控制主機的控制單元、水泵、電磁閥等執(zhí)行設備協(xié)調工作。本地及遠程固定及移動監(jiān)控終端又可通過數(shù)據(jù)和指令監(jiān)控作物的生長，達到精準高效及實時方便監(jiān)控的目標要求。

上述系統(tǒng)采用的無線傳感器網(wǎng)絡較傳統(tǒng)的有線和無線信號傳輸相比，具有分布性強、組網(wǎng)能力強、可擴展性強、魯棒性強、施工維修方便、運營維護成本低廉、系統(tǒng)升級簡單、性價比高等優(yōu)點，并且信號傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性完全能夠滿足用戶的實際使用要求。同時，在系統(tǒng)中使用的無線傳感器網(wǎng)絡的無線通信頻段為 433 MHz 通信頻段，而不采用 2.4 GHz 通信頻段。

目前，國內外大部分作物現(xiàn)場環(huán)境實時在線/離線標量信息采集在采用無線通信的情況下，諸多采用 2G/3G/4G 等的公網(wǎng)無線通信或 2.4GHz 通信頻段的 ZIGBEE 協(xié)議方案。2G/3G/4G 等的公網(wǎng)無線通信由于存在運行成本高以及野外工作封裝要求高，并由于公網(wǎng)運行干擾影響大等不利因素，在除特殊場合不使用該通信方案。2.4GHz 通信頻段的 ZIGBEE 協(xié)議方案與 433 MHz 通信頻段的無線傳感器網(wǎng)絡方案相比，存在如無線信號繞射性差、動態(tài)可重構性弱、系統(tǒng)魯棒性差、組網(wǎng)能力差、性價比低級成本高等諸多的缺陷，因此在許多應用場合，包括作物栽培場合，2.4GHz 通信頻段的 ZIGBEE 協(xié)議方案不是一個最佳的解決方案。

2 系統(tǒng)概述

將融合非實時性與實時性、靜態(tài)與動態(tài)、視頻與標量、專家性與普通性、技術性與商業(yè)性的多數(shù)據(jù)模態(tài)運行模式，通過傳感器網(wǎng)絡技術有效解決在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中獲取信息在實時性、動態(tài)性、透明性、客觀性、全面性、方便性以及快速性和精準性等方面存在的諸多的問題。農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯離不開物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)底層傳感器網(wǎng)絡感知所具有的溯源信息的高度實時性、動態(tài)性、透明性、客觀性、全面性、方便性以及快速性和精準性的數(shù)據(jù)優(yōu)勢，離不開多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的優(yōu)勢。實際上基于傳感器網(wǎng)絡技術的農(nóng)產(chǎn)品質量安全追溯不僅僅是可以為農(nóng)產(chǎn)品質量安全溯源服務，更為重要的是它在有效解決我們提出的顛覆傳統(tǒng)的農(nóng)產(chǎn)品質量安全溯源的同時，也建立了高效安全的作物栽培及畜禽養(yǎng)殖的生產(chǎn)性系統(tǒng)，以及建立了具有顛覆傳統(tǒng)的商業(yè)服務和盈利價值的商業(yè)模式的無公害、綠色和有機作物栽培及畜禽養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

傳感器網(wǎng)絡技術將農(nóng)產(chǎn)品質量安全溯源體系、高效安全的作物栽培及畜禽養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)體系、具有商業(yè)服務和盈利價值的商業(yè)模式的無公害、綠色和有機作物栽培及畜禽養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)體系三者融為一體，相輔相成，而其中最重要的技術權重點應該是基于O2O模式的最重要的特點應該是廣大消費者最為關注的貨真價實的健康、安全的無公害、綠色和有機農(nóng)產(chǎn)品。而就目前國內、省內現(xiàn)狀而言，只是采用傳統(tǒng)的離線的、非實時數(shù)據(jù)等的傳統(tǒng)的農(nóng)產(chǎn)品質量安全溯源、認證體系來提高廣大消費者對農(nóng)產(chǎn)品的健康性、安全性的可信度幾乎是不可能的。實際上，上述具有顛覆傳統(tǒng)的三者融為一體的基于物聯(lián)O2O模式的無公害、綠色和有機作物栽培及畜禽養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，就其中我們在本方案中要解決的農(nóng)產(chǎn)品質量安全溯源體系而言，其成本就顯得不高了，特別是如果我們將消費者定位在中高端群體，其市場的接受度就更高了。

傳感器網(wǎng)絡技術可用于建立新型的基于O2O模式的無公害、綠色和有機農(nóng)產(chǎn)品物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運營的商業(yè)模式，可以使得物聯(lián)網(wǎng)設備制造和系統(tǒng)集成商、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運行商、科研院所專家、無公害和綠色及有機作物栽培及畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)及服務基地、政府管理部門、消費者都運營于作物栽培及畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)、服務交易、休閑觀光、健康養(yǎng)生、監(jiān)督管理、科普展示、咨詢消費和盈利共贏的體系中，并瞄準無公害和綠色及有機農(nóng)產(chǎn)品的中高端消費群體，構建作物栽培及畜禽養(yǎng)殖企業(yè)、農(nóng)民和政府僅承受少量的或成本價的買單費，而主要的買單者通過中高端酒店、大型超市、度假村、休閑中心、中高端別墅區(qū)等轉移到廣大消費群體中。同時，由于具有生產(chǎn)基地物理世界的互聯(lián)網(wǎng)(包括移動互聯(lián))再現(xiàn)、互聯(lián)網(wǎng)(包括移動互聯(lián))電子商務，以及農(nóng)產(chǎn)品質量溯源的安全、健康、養(yǎng)生、方便、快捷、品高、廉惠的新型的消費和生活服務的物聯(lián)網(wǎng)體系，使得無公害和綠色及有機農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)及服務基地的無公害和綠色及有機農(nóng)產(chǎn)品售價不降反升，而廣大消費群體買到的無公害和綠色及有機農(nóng)產(chǎn)品售價不升反降，其重要的原因一是因為通過互聯(lián)網(wǎng)(包括移動互聯(lián))電子商務完全或幾乎完全取消了中間的經(jīng)銷商環(huán)節(jié)而成為O2O的互聯(lián)網(wǎng)(包括移動互聯(lián))直銷，并通過生產(chǎn)基地物理世界的互聯(lián)網(wǎng)(包括移動互聯(lián))再現(xiàn)以及農(nóng)產(chǎn)品質量安全溯源，使得廣大消費群體能真真正正體會并享受到無公害和綠色及有機農(nóng)產(chǎn)品安全、健康的實惠和保障。

3 系統(tǒng)展望

在本文探討的應用中，無公害和綠色及有機農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)及服務基地可以通過農(nóng)產(chǎn)品、服務交易、休閑觀光、健康養(yǎng)生等途徑收益；物聯(lián)網(wǎng)設備制造和系統(tǒng)集成商、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運營商可以通過設備供應和系統(tǒng)集成等，特別是服務等途徑收益；科研院所專家、農(nóng)產(chǎn)品電子商務運營商、農(nóng)產(chǎn)品物流配送商主要是通過服務收益；廣大消費者通過買到比傳統(tǒng)商業(yè)模式(這里主要是銷售模式)更廉價更可靠(貨真價實)的無公害和綠色及有機農(nóng)產(chǎn)品、享受安全健康的實惠和保障收益；政府管理部門通過稅收受益。這樣做，涉及這個運行體系的各方面都有足夠的積極性來保證和帶動系統(tǒng)的持續(xù)運營。由此可見，基于傳感器網(wǎng)絡技術可顛覆傳統(tǒng)的基于物聯(lián)O2O模式的無公害、綠色和有機作物栽培及畜禽養(yǎng)殖物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品質量安全溯源是最為重要、最為關鍵的技術權重點和商業(yè)賣點。這件事情做好了，廣大消費者對真正貨真價實的農(nóng)產(chǎn)品的健康性、安全性的可信度就會大為提高，其物聯(lián)網(wǎng)體系中涉及到的運營各方才會產(chǎn)生實實在在的收益，并帶動系統(tǒng)的持續(xù)運營。