农业物联网及应用展望

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1、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”、 “ CloudComputi

2、ng”、 “ 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

3、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”

4、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（ 19861993 ）： 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（ 19941996）： 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（ GPR

5、S/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(Networkis Everything)”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

6、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

7、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

8、。,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

9、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

10、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

11、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”, 年 月 日，奥巴马政府宣布投资 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

12、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

13、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5 的数 据（注： 1024 ，以此类推为 - - - - - - - -） 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2.72，并以每两年翻番的速度增长， 到2015 年将达到8 。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 到几个 之间。,国际数据公司（）的研究结果表明， 年的全球每人产生 200以上的数据。 的研究表明，整个人类

14、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 预测，至2020 年全球以电子形式存储的数据量将达32， 如果将其刻录在 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 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），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

15、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

16、“流感预报”，他们 对基于每天来自全球的 多亿条搜索指令设立了一个系 统，这个系统在 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” （ Smart Planet）的概念是2008年美国 公