物联网在农产品物流的应用领域

随着物联网技术的发展，物联网的应用已经贯穿于农产品整个产业链，从农产品的生产培育到最后对农产品的溯源，无线射频识别技术、无线传感器和无线数据传输技术等物联网技术都已经为农产品物流的发展提供了技术基础。

（一）生产监控

物物互联在农业和农村信息化领域已经有了初步应用，如传感技术在精准农业、智能化专家管理系统、远程监测和遥感系统、生物信息和诊断系统、食物安全追溯系统等的应用。通过物联网的实时传感采集和历史数据存储，可实现农业生产环境信息的实时采集，组织职能物联网可以对采集数据进行远程实时报送。采用不同的传感器节点构成无线传感网络，来测量土壤湿度、土壤成分、pH值、降水量、温度、空气湿度、气压、光照度和二氧化碳浓度等物理量参数，同时，将生物信息获取方法应用于无线传感网络，通过各种仪器、仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，为农作物大田生产和温室精准调控提供科学依据，优化农作物生产环境，不仅可获得作物生长的最佳条件，提高产量和品质，还可以提高水资源、化肥等农业投入品的利用率和产出率，从而实现生产的智能化、科学化及集约化。通过智能分析与联动控制功能，能够及时、精确地满足植物生长对环境各项指标的要求，达到高幅度增产的目的；通过光照和温度的智能分析与精确干预，能够使植物，特别是名贵花卉的花期完全遵循人工调节。

目前，关于农业物联网应用的发展项目有很多，比如：①土壤养分、墒情监测，为作物选择和耕种方式提供指导。在土壤检测阶段，通过采用高精度土壤温湿度传感器，依据土壤墒情和农作物用水情况实施精准灌溉，不但能有效提高农业灌溉用水使用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，而且为作物提供了更好的生长环境，充分发挥现有节水设施的作用，优化调度、提高效益，使灌溉更加简约有效。②粮情信息监测，为监管部门科学决策保护粮食安全提供有效数据。③农业大棚温室监控、田间自动化管理，通过连续监测土壤湿度数据，实现多点同时滴灌补水。有线或无线网络可以将温室内温度、湿度、光照度、土壤含水量等数据传递给数据处理系统，如传感器上报的参数超标，系统将出现阈值告警，并自动控制相关设备进行智能调节。④二维码动物溯源，通过食品追溯标签使消费者全面了解产品信息，确保食品安全。

下面以物联网温室为例，阐述物联网在农产品生产监控领域的应用。

1.物联网温室

所谓物联网温室，简单的理解就是引用了物联网技术的温室。物联网是指在计算机互联网的基础上，利用射频识别技术、无线数据通信技术等构建一个实现实时共享的实物互联网，简称物联网，它是现代信息技术发展到一定阶段后出现的一种聚合性应用与技术的提升。既然物联网是将各种感知技术、现代网络技术和人工智能与自动化技术聚合与集成应用，那么，它跟现代化温室就有了千丝万缕的联系。

温室内部空气温湿度、土壤温湿度、二氧化碳浓度及光照等农业环境信息的采集，对生产至关重要，而这不是纯粹依赖人所能实现的。在温室环境里，单栋温室就可利用物联网技术，成为无线传感器网络一个测量控制区，采用不同的传感器节点和具有简单执行机构的节点，如风机、低压电机、阀门等工作电流偏低的执行机构，构成无线网络，来测量基质湿度、成分、pH值、温度以及空气湿度、气压、光照强度、二氧化碳浓度等，再通过模型分析，自动调控温室环境，控制灌溉和施肥作业，从而获得植物生长的最佳条件。

对于温室成片的农业园区，物联网也可实现自动信息检测与控制。通过配备无线传感节点，每个无线传感节点可监测各类环境参数。通过接收无线传感会聚节点发来的数据，进行存储、显示和数据管理，可实现所有基地测试点信息的获取、管理和分析处理，并以直观的图表和曲线方式显示给各个温室的用户，同时根据种植植物的需求提供各种声光报警信息和短信报警信息，实现温室集约化、网络化远程管理。

2.物联网温室基本结构硬件系统

该智能大棚采用MSP430为主控制器，用来总体协调控制整个系统，对内部A/D采集的数据进行处理，与内部设定的数据库比较，根据设定的各参数发出指令控制采光、照明、热循环、喷淋子系统，来改变大棚内部的环境。同时，还可利用MSP430来驱动液晶屏，实时地显示大棚内外的各环境参数。由于本系统主电源提供的是5伏直流电，而MSP430最大工作电压是3.3伏，所以本系统利用TPS70302来给单片机供电。本系统采用两块TMP275温度传感器，来采集大棚内外的温度值。系统的体系结构如图11-7所示。

图11-7　物流网温室的硬件体系结构

3.物联网温室的业务

（1）全面监控和精准调控农产品生长过程

在大棚控制系统中，物联网系统的温度传感器、湿度传感器、pH传感器、光传感器、离子传感器、生物传感器、二氧化碳传感器等设备检测环境中的温度、相对湿度、pH值、光照强度、土壤养分、二氧化碳浓度等物理量参数，通过各种仪器、仪表实时显示或作为自动控制的参变量参与到自动控制中，保证农作物有一个良好的、适宜的生长环境。远程控制的实现使技术人员在办公室就能对多个大棚的环境进行监测控制。采用无线网络进行测量以获得作物生长的最佳条件，可以为温室精准调控提供科学依据，达到增产、改善品质、调节生长周期、提高经济效益的目的。

（2）提高用水效率

利用传感器感应土壤中水分，并控制灌溉系统，以实现自动节水节能，可以构建高效、低能耗、低投入、多功能的农业节水灌溉平台。长期以来，由于技术、管理水平落后，导致灌溉用水浪费十分严重，农业灌溉用水的利用率仅为40%。如果根据监测土壤墒情信息，实时控制灌溉时机和水量，可以有效提高用水效率。而人工定时测量墒情，不但耗费大量人力，而且做不到实时监控；采用有线测控系统，则需要较高的布线成本，不便于扩展，而且给农田耕作带来不便。而由低功耗无线传感网络节点通过ZigBee自组网方式构成的、基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统，避免了布线的不便、灵活性较差的缺点，实现土壤墒情的连续在线监测，农田节水灌溉的自动化控制，既提高灌溉用水利用率，缓解我国水资源日趋紧张的矛盾，也为作物生长提供良好的生长环境。

（二）安全监管

我国农产品安全方面事故频发，其中一个很重要的原因是从生产到销售缺乏监管。加大对农产品从生产到流通整个流程的监管，则可以将农产品安全隐患降到最低，而物联网可在这方面发挥重要的作用。根据对物联网信息追踪，国内已有多个地区把农产品安全监管作为物联网产业应用的突破口。

目前，国内已出现“安全追溯系统”。以猪肉安全为例，进入农贸市场的猪肉安装上电子芯片，以跟踪猪肉产品的生产、加工、批发，以及零售等各个环节。具体来说，即在农贸市场的猪肉经营店配备电子溯源秤，消费者在购买猪肉时可索取含有食品安全追溯码的收银条，凭借收银条上的追溯码查询生猪来源、屠宰场、质量检疫等多方面的信息。这种做法目前在成都、青岛等地区已经展开。

下面以生猪质量监控为例，分析物联网在安全监控方面的应用。

1.基于电子射频与远程监控相结合的生猪质量安全监控

采用电子射频与远程监控相结合的方式，对养殖、检疫、屠宰各环节质量安全信息进行管理，保障生猪质量安全信息的可信，实现监管部门对供应基地、定点屠宰场等生猪质量安全信息的互联网同步查询；实现对生猪信息的获取与跟踪，以及对问题生猪产地、批次、数量等信息的溯源及监控视频的查证。

2.追溯数据与视频数据的对接

通过利用物联网的生猪质量安全监控关键技术，研究追溯技术与视频技术相结合的生猪质量安全信息管理技术，通过视频终端数据库提供数据对接接口，为消费者进行视频信息查询提供视频资源，解决生猪产运销电子射频追溯信息与远程视频监控信息的数据管理与对接问题。

3.基于物联网的质量安全监控技术集成

在已有远程视频监控功能和视频数据库的基础上，开发基于物联网的生猪质量安全追溯平台，实现生猪信息的获取与跟踪。通过物联网技术建立了质量安全数据库、动态跟踪数据库、视频数据库，对养殖、检疫、屠宰各环节的质量安全信息（包括追溯信息、视频信息）进行管理，完成动态跟踪和识别，保证运输到屠宰每一个环节的安全性。生猪质量安全追溯系统技术集成应用功能如图11-8所示。

图11-8　生猪质量安全追溯系统技术集成应用功能图(www.xing528.com)

4.系统初步应用效果

东莞生猪质量安全追溯系统推进了东莞生猪质量安全监控物联网关键技术的突破，提升了物联网应用价值，进而实现了保障农产品质量安全，为政府管理和公众服务，项目的技术成果将为农产品的安全卫生管理和公众健康卫生管理带来正面影响。

该系统在不断摸索生猪质量安全追溯系统建设的基础上，逐渐探索出一套符合地方特色的生猪质量安全监测的物联网技术应用模式。在推广应用中，提升了生猪质量安全监控的管理能力，降低了生猪质量安全问题出现的风险。

（三）追踪与溯源

近年来，国内在追溯系统的研究和应用方面投入了大量的资源，多个省市开始尝试对肉类等农产品进行溯源。

下面具体阐述基于物联网的蔬菜可追溯系统。

随着物联网的发展，其技术也被广泛应用到农业生产的各个环节中去，通过物联网的途径，消费者可以通过应用安装在厨房中的点菜机，把所需的蔬菜信息发送给生产厂家，厂家会把最新鲜的蔬菜送上门；蔬菜送到家后，消费者可以通过上网查询蔬菜包装上的条码，就能了解这棵蔬菜从选种到采摘的全过程。基于物联网的蔬菜可追溯系统，具有高度自动化的特点，受到国内外蔬菜种植企业的青睐。

基于物联网的蔬菜可追溯系统主要应用如RFID电子标签编码、RFID中间件的设计、RFID的数据采集过滤方法等诸多物联网技术，来实现对蔬菜产品的自动化处理、信息化管理、实时化监测与跟踪。

1.蔬菜可追溯系统概述

智能农业产品通过实时采集室内温度、土壤温度、二氧化碳浓度、温度信号及光照、叶面湿度、露点湿度等环境参数，自动开启或者关闭指定设备。可以根据用户的需要随时进行处理，为设施农业综合生态信息自动监测、对环境进行自动控制和智能化管理提供科学依据。通过模块采集温度传感器等信号，经由无线信号收发模块传输数据，实现对大棚温湿度的远程控制。

为了提高蔬菜追溯系统的效率、降低蔬菜跟踪、监控成本，通过对蔬菜生产企业进行现有蔬菜生产、定位、跟踪、监控、销售全过程，物联网提供的RFID技术和网络技术为蔬菜可追溯系统的革新提供了理论依据和技术基础。

新型的蔬菜可追溯系统是基于物联网中的RFID系统、中间件和手机或是无线PDA等应用部件，在Internet基础上实现蔬菜可追溯功能。物联网作为新兴的物品信息网络，为实现供应链中物品自动化的跟踪和追溯提供了基础平台。在蔬菜物流中对蔬菜进行跟踪和追溯对于实现高效的物流管理和商业运作具有重要的意义。

基于物联网的蔬菜可追溯系统，在每颗蔬菜上都贴上二维码，如图11-9所示。不管蔬菜卖到哪里，消费者都可以查到蔬菜的来源、施肥及用药情况，让消费者明明白白地放心消费。蔬菜生产企业可以实时监控蔬菜生产馆内的空气及土地的温度、湿度及气压、二氧化碳浓度等与种植息息相关的数据。除此之外，通过物联网的传感器和网络后，通风、浇水、施肥、打开遮阳网等人力劳动，就可以逐渐被安装在网络中的设施，通过分析系统中的各种数据，从而实现高效自动化的管理。

图11-9　蔬菜追溯码的应用

2.基于物联网的蔬菜可追溯系统的构架

基于物联网的蔬菜可追溯系统采用无线射频识别技术（RFID）和二维码技术，每棵蔬菜上都贴上二维码，这样，消费者就能通过物联网对所需蔬菜进行实时跟踪。基于物联网的蔬菜可追溯系统主要由蔬菜识别、信息处理/控制/跟踪、PML服务器、本地数据库服务器、业务系统等部分组成。图11-10为蔬菜可追溯系统结构图。

图11-10　蔬菜可追溯系统结构图

（1）蔬菜识别系统

蔬菜识别系统的核心是蔬菜的编码和识别，由于每棵蔬菜的条码都有唯一编码，不管蔬菜是怎样的现有状态，只要通过网络输入该蔬菜的编号，就可以对蔬菜进行跟踪和监控。所以，基于RFID或二维码标签的蔬菜可追溯系统采用EPC码作为蔬菜的唯一标识码，标签由芯片和天线（Antenna）组成，每个标签具有唯一的产品电子码。

EPC（Electronic Product Code）产品电子码为每个物流目标分配唯一可查询的标识码，其内含的一串数字可代表蔬菜类别和蔬菜ID、生产日期和生产地等信息。同时，随着蔬菜的销售转移或变化，这些数据可以实时更新。通常，EPC码可以存入硅芯片做成的电子标签内，并附在被标识的蔬菜上，以被信息处理软件识别、传递和查询。

（2）信息模块

信息处理、控制、跟踪是蔬菜可追溯系统的核心功能模块，它通过数据采集接口、信息处理、蔬菜跟踪和监控三个接口同其他功能模块进行交互，从而实现蔬菜的自动化处理。

（3）专用服务器

专用服务器主要是指由蔬菜生产厂家创建并维护的服务器，它可以提供蔬菜的详细信息，如蔬菜类别和ID、生产日期和产地等信息，并允许通过蔬菜的EPC码对蔬菜信息进行查询。

（4）数据库服务器

本地的数据库服务器主要用于数据的存储、采集和处理所获得的蔬菜信息，以便在业务系统中查询和维护。例如，消费者可以通过手机或无线PDA或Web客户端随时随地查询蔬菜的当前状态。

应用了物联网技术之后，可以提供绿色蔬菜的远程在线订购，这样可以及时地将绿色蔬菜送到消费者手中，保证了蔬菜的新鲜程度。同时使消费者能上网通过商品码查询，了解所购买的蔬菜生产的全过程，保证蔬菜的绿色、有机，让消费者放心购物。