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“無錫臺創園農業物聯網技術整合與綜合應用示範”:編織現代農業智慧之網

2016年10月31日 來源:新華網

  新華網南京10月30日電(中經社分析師 孫寅)現代農業迫切呼喚物聯網技術。無錫錫山臺灣農民創業園與多家單位共同建設實施“臺創園農業物聯網技術整合與綜合應用項目”,有機融入奈米化學合成技術、表面功能化設計、分子印記和光纖傳感技術,製備高選擇性、高親和力的奈米光纖探針,實現大田環境下的感測器穩定工作、靈敏傳感,多種感測器的整合應用。該項目現包括水稻園區智慧化管理、大田作物生境監測、設施園藝智慧決策等應用系統,帶動6800余農戶,累計增加農民收入近千萬元。

  自入選“無錫物聯網應用2014年年度十大案例”以來,整套系統現已走出無錫,推廣到新疆昌吉、四川涼山和雲南畢節等地。數據顯示,該系統可降低勞動力成本40%,減少農藥和化肥使用量12%,單位面積産出率提升15%,生産效益提升10%以上,同時,有效提高農産品品質,經濟效益與社會效益顯著。臺創園還在原系統基礎上同復旦大學聯合研發農産品品質安全與溯源體系,進一步豐富系統功能。該體系操作簡單、成本適中,目前已推廣到山東濱州、廣東珠海和浙江嘉興等地。2015年,臺創園實現營業收入3億多元,園區超七成區域已深入應用現代農業資訊技術。

  硬體突破,助農業觸“網”升級

  走進臺創園太湖水稻示範園,一眼望去全是四四方方的稻田。稻田裏,綠油油的水稻長勢喜人。起伏的稻浪中,一台臺蘑菇形狀的儀器若隱若現。

  “它是農田的‘電子眼’。”無錫中科智慧農業發展有限責任公司研發負責人董俊博士説,“儀器頂端的‘傘蓋’是太陽能光伏電池,産生的電量能維持儀器正常工作。儀器的主體部分安裝了多臺感測器。有感知接收太陽光強度和反射光強度的感測器,主要用於收集兩者間的差值來分析水稻氮含量。有溫度與濕度感測器,用來感知灌層的溫濕度和記錄水層的溫度。所有感測器收集的數據均集中到電錶大小的採集節點中,經無線傳輸,供技術人員分析使用。”

  調研發現,這些其貌不揚的感測器,雖然工作原理簡單,但是各個“身懷絕技”。

  董俊説:“農業生産受自然環境影響大,這對感測器的精確性和可靠性提出了苛刻的要求。提高感測器件精確度和穩定性是物聯網技術在農業領域推廣應用的關鍵。”

  臺創園依託無錫中科智慧農業、無錫富華、上海交大無錫研究院、無錫愷易等合作單位,深入開展關鍵技術研發和創新,結合奈米化學合成技術、表面功能化設計、分子印記和光纖傳感技術,將奈米雙表面印記的功能熒光敏感材料組裝到聚合物探針上,製備高選擇性、高親和力的光纖探針,為農殘檢測感測器穿上了一副“寶甲”。有了這副“寶甲”,可使農殘檢測感測器件的性能大幅提高,不僅縮短了檢測時間,而且提高了感測器件的靈敏度。

  在此基礎上,利用鎖相放大、溫度補償與零點漂移抑制等技術,設計高精度的信號放大電路以及合適的濾波電路,實現電路的低噪聲與無失真放大。通過組裝敏感涂層包覆的聚合物探頭、鐳射源、光纖、光纖連接器、光纖耦合器、光纖環路器等內部系統製備高靈敏高選擇性的基於分子印記技術聚合物探針的光纖感測器件,讓農殘檢測感測器件擁有了更靈敏、更精確的“觸覺”。

  智慧平臺,貫通農業物聯網綜合應用數據流

  “硬體設備創新為物聯網技術在農業領域推廣應用打下了基礎,而要真正讓物聯網發揮作用,還需要建立行之有效的整合體系。”臺創園管理委員會綜合管理部部長周斌介紹説。

  臺創園基於現有先進感測器,開展封裝測試、建模及優化、品質傳感特性等方面的研究,實現了多種感測器的整合應用。

  臺創園在園區原有智慧農業服務平臺上,通過IaaS(基礎設施即服務,通過網際網路從電腦基礎設施獲得服務,無需實際伺服器資源)、PaaS(平臺即服務,通過網際網路直接使用開發平臺,無需本地安裝開發環境)、SaaS(軟體即服務,通過網際網路直接使用軟體應用,無需本地安裝軟體)三層體系的支援,建立了由運營、維護、管理平臺和公共基礎平臺組成的智慧化雲計算平臺。

  該平臺中,IaaS層提供虛擬資源池及資源池的靈活管理、快速部署和配置,池化資源的調度、遷移、備份、容錯和粒度控制,和大規模的可視化監控和管理。PaaS層提供各類作業系統、數據庫、開發工具和中間件,具有技術先進性和開放性、豐富的API及編程工具和靈活的可擴展性。SaaS層提供豐富的應用軟體服務。

  在實際使用過程中,該平臺依託臺創園搭建的病蟲害數據庫、生理指標數據庫、水體環境數據庫、土壤環境數據庫、空氣環境數據庫對前端感知的數據進行匯總處理,對設施化作物所處環境作出數據化分析。農技人員不用到達現場就可對作物生長狀態、環境狀態等進行遠端智慧監控。

  平臺還向現場生産者和離線管理者的移動終端發送實時檢測預報。對於含氧量過低、溫度過高等影響作物生長的緊急情況,平臺不僅能及時發出進行預警,還可遠端控制增氧器等設備,化解險情。

  智慧農業服務平臺的搭建加快了臺創園農業物聯網技術整合與綜合應用示範項目在農業領域的立體化應用。目前,臺創園內的大田水稻種植、設施化種植、設施畜禽水産養殖先後實現“物聯化”。

  “農業物聯網技術不僅大幅降低了密集型農業的勞動力,還大幅提高了農産品的附加值。”董俊説。以設施化作物種植為例,由於物聯網的投入使用,減少了人員成本約50%,提高總體經濟效益約10%。臺創園內三陽生態農業發展有限公司通過物聯網技術實現大棚內高精度環境控制,種植出來的高品質青菜,每公斤售價達70元-80元,遠高於每公斤6元左右的普通青菜。

  據了解,臺創園內的精品蔬菜、特色花卉、食用菌和生物育種,畝均年産值分別達到5萬元、30萬元、100萬元和300萬元,行銷總額突破5億元,帶動6800余農戶,累計增加農民收入近千萬元。

   全供應鏈監測保障農産品安全

  周斌説:“農産品品質好壞、安全與否是消費者最關心的問題。為了讓消費者吃得滿意和放心,園區在農業物聯網覆蓋多行業的橫向應用體系的同時,建立了農産品全供應鏈過程監測的縱向應用體系。”這層保障主要通過農産品品質安全與溯源、物聯網農産品電子商務平臺與可視化配送系統來實現。

  在臺創園的水稻展示區,真空包裝的巨胚米、高鈣米、富硒米等多個品種整齊地擺放在精緻的禮盒中,每個小袋包裝的右下角貼著一個二維碼標識。消費者掃描二維碼,就可以登陸農産品追溯查詢系統,查明農産品從作物定植、生長、采收、運輸、倉儲到銷售的全供應鏈過程。而這都要歸功於園區建立的農産品履歷管理系統。據介紹,該系統利用了兩項農業物聯網應用,即基於公網的分佈式農業物聯網資訊服務體系架構和開放的可擴展的農業物聯網應用服務支撐平臺。

  未來,農産品電子商務平臺與可視化配送系統將為臺創園農産品品質提供更多一層保障。臺創園將採用“線上預售+定時配送”的B2C的電子商務模式,並建立快速定時配送機制,使臺創園為消費者定時配送自産的安全新鮮農産品。同時,依靠物聯網技術,共用農産品生産過程中物聯網系統所採集到的生産視頻數據,實現農産品全程的可視化,讓消費者吃上“親眼所見”的安全優質農産品。

  企業簡介:無錫錫山臺灣農民創業園地處無錫市錫山區安鎮街道、東港鎮和錫北鎮三鎮(街道)交界處,于2008年2月經農業部和國臺辦批准設立,成為江蘇省首個國家級臺灣農民創業園。2012年無錫市創建國家現代農業示範區,其核心區規劃選址錫山臺創園。臺創園規劃總面積33.5平方公里,其中核心區12平方公里,下設無錫現代農業博覽園、無錫高科技農業示範園、中國農科院太湖水稻示範園、無錫錫山生物農業産業園、無錫錫山精品蔬菜産業園等五個子園區,重點發展名優花卉、高檔果蔬、種子種苗、功能稻米、生物農業、智慧農業、休閒觀光農業。目前,臺創園入駐的企業已達46家,總投資3.8億元,規模産值達5億元。