农业物联网技术研究与发展综述2022

农业中的人工智能6（2022）10农业物联网技术综述徐金元a、顾宝兴a、田光召a、b、刘文a南京农业大学工学院，南京210031b智能农业装备江苏省重点实验室，南京210031a r t i c l e i nf o文章历史记录：2021年12月6日收到2022年1月10日收到修订版，2022年2022年1月17日在线提供关键词：农业物联网系统架构典型应用关键技术内容a b s t r a c t农业物联网给农业生产带来了新的变化它不仅能增加农业产量，而且能有效提高农产品质量，降低劳动力成本，增加农民收入，真正实现农业现代化、智能化。本文系统地总结了农业物联网的研究现状首先，阐述了农业物联网的现状，总结了农业物联网的体系结构。然后，详细讨论了农业物联网的五项关键技术。然后介绍了农业物联网在五个代表性领域的应用最后，分析了农业物联网存在的问题，并对农业物联网的未来发展进行了展望版权所有© 2022作者。出版社：Elsevier B.V.我代表科爱通信公司，公司 这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。1.一.导言. 112.农业物联网的发展和系统架构2.1.农业物联网传感器的开发112.2.农业物联网的应用2.3.农业物联网系统架构3.农业物联网关键技术3.1.传感器感知技术113.2.信息传输技术3.2.1.节点定位技术123.2.2.无线通信技术3.3.信息处理技术3.4.射频识别133.5.3S技术153.5.1.RS技术153.5.2.GNSS技术3.5.3.地理信息系统技术154.农业物联网典型应用4.1.节水灌溉164.2.作物生长环境监测164.3.动物和植物生命信息监测164.3.1.动物生命信息监测164.3.2.植物生命信息监测174.4.智能农业机械174.5.农产品质量安全和可追溯性5.问题206.展望20附图标记20*通讯作者：南京农业大学工学院，南京210031。电子邮件地址：tgz@njau.edu.cn（G. Tian）。https://doi.org/10.1016/j.aiia.2022.01.0012589-7217/© 2022作者。Elsevier B.V.代表KeAi Communications Co.提供出版服务，这是CC BY许可证下的开放获取文章（creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表农业中的人工智能杂志主页：http://www.keaipublishing.com/en/journals/农业人工智能/J. Xu，B. Gu和G. 田农业人工111. 我不想让你失望农业物联网（IoT）是指农业系统中的动植物、环境要素、生产工具、各种虚拟“物体”等物理组成部分通过农业信息感知设备在一定协议下与互联网连接，进行信息交换和通信的网络 它旨在实现对农业对象和过程的智能识别、定位、跟踪、监控和管理。农业物联网的“人-机-物”互联可以帮助人类以更精细和动态的方式识别、管理和控制各种农业要素、过程和系统。它还可以大大提高人类对农业动植物生命的重要部分的了解，帮助控制复杂的农业系统的能力，并协助处理农业紧急情况。目前，世界范围内对农业物联网技术的研究既广泛又深入，但应用普遍处于试验示范阶段。本文系统地总结了农业物联网的研究现状。首先，阐述了农业物联网的现状，总结了农业物联网的体系结构然后，详细讨论了农业物联网的五项关键技术。 然后介绍了农业物联网在五个代表性领域的应用。最后，分析了农业物联网存在的问题，并对农业物联网的未来发展进行了展望2. 一个总体规划的发展和系统2.1. 农业物联网传感器随着物联网技术在农业中的广泛应用，在互联网、数字技术、传感技术发展的推动下，利用新技术制造的传感器不断涌现，并朝着嵌入式、智能化、集成化、小型化的方向发展。 目前，美国、日本、德国在传感器技术和制造工艺上领先于其他国家，占据主导地位（Heet al. 2009年）。农业传感器的功能日益多样化，包括土壤传感器、气象传感器、水分传感器和植物传感器。这些传感器检测各种对象，为农业生产数据采集提供了有力的支持2.2. 农业物联网农业物联网的Zigbee无线网络实现了无线自组织数据传输。通过与有线数据传输的有效结合，保证了远程数据传输的方便和稳定在智能控制方面，物联网微处理器的研发取得了重大进展。该微处理器集成了无线传感、控制、通信和数据处理功能。在农业生产实时监测方面，欧美国家已利用卫星对农田耕作进行精确作业和监测，对水、肥进行智能监测同时，已经建立了完整的生产流程信息技术的发展促进了发达国家农业物联网应用的优化。 在监测和智能管理的基础上，可以集成人工智能技术，提高传感器数据的利用率。 结合专家系统，农业物联网帮助种植者丰富种植经验，并对作物进行精确管理（刘，2016）。在中国，物联网已应用于农业生产的许多方面，如农田灌溉，农业生产中的环境监测，农产品安全追溯，并已应用于农田种植，水产养殖和畜牧业等领域此外，中国还发展了高精度信息监测与诊断设备，推动了物联网在农业中的应用目前，已开发和使用的设备主要包括获取作物和植物信息、监测环境信息和监测动物行为的设备（Shan，2019）。2.3. 农业物联网系统架构是设计和实现农业物联网系统的主要基础。 为此，国内外研究人员对架构物联网进行了广泛而深入的研究，提出了不同的架构。欧盟第七框架计划专门设立了两个物联网架构项目一个项目是SENSEI（Presser等人，2009年）。该项目将互联网视为连接物理世界和数字世界的基础设施它的目标是将射频识别（RFID）、无线传感和执行网络以及网络嵌入式设备集成在一起，建立一个开放的、业务驱动的现实世界互联网结构，该结构可以使用统一的接口提供服务。另一个项目是 IoT-A（Walewski，2011）。其目标是建立物联网的参考结构模型并定义其关键组件。参考结构模型是物联网机制的抽象，而不是特定应用的结构因此，它为不同应用领域的研究人员开发兼容性更强的物联网结构提供了最佳范例。大多数研究人员将物联网架构分为三层：感知层，传输层和应用层。这种笼统的划分方法有两个主要缺点：一是无法表征物联网技术在特定行业应用中的特点和差异;二是无法反映特定用户的特点和差异为了克服这一缺点，我们将农业物联网系统架构分为五层，即用户层、应用层、传输层、感知层和对象层。每层的功能、组成和逻辑关系（Zhang et al.，2014a，2014b）在图中示出。1.一、研究农业物联网体系结构应采取以下步骤：（1）抽象物联网的应用类型和场景（二）提出物联网架构的总体原则和总体要求。（iii）进一步细化物联网基本架构，明确总体框架和功能结构。3. 大量数据的关键字处理3.1. 传感器感知技术农业物联网中的信息主要是通过许多传感器获取的在农业中，传感器主要用于环境信息监测、动植物生命感知、质量安全和可追溯性。目前，在农业中广泛使用的传感器有三种类型：物理特性传感器、生物传感器和微机电传感器（You and Tang，2013）。物理属性传感器通过传感器敏感的物理变化实现信号转换;生物传感器利用生物敏感元件基于对外界的响应传递信息;微机电传感器是新技术的产物，具有低功耗、高可靠性等优良特性（Li et al.， 2015年）的报告。传感器的信息传感机理包括电化学传感、光学传感、电学传感和遥感。 光学传感机制主要包括荧光猝灭效应和分光光度法，用于土壤检查和叶绿素含量测定（Li et al.，2017年）。每种叶绿素传感器也有不同的优点和缺点，如表1所示。根据应用原理，电传感器包括电容式、电阻式、电感式和涡流式等多种类型，用于农业物联网中光电传感器用于农作物J. Xu，B. Gu和G. 田农业人工12图1.一、农业物联网架构。种植和移植、农药喷洒和地形监测、土壤结构分析等。电化学方法是基于溶液中物质的电化学性质及其变化规律，可用于土壤化学组成、作物生长发育等分析（Adamchuk et al.， 2004年）。3.2. 信息传输技术3.2.1. 节点定位技术节点定位技术依赖于无线传感器网络中少量位置已知的节点，通过相邻节点之间有限的通信和一定的定位机制来确定所有未知节点的位置。 在农业无线传感器网络中，节点的位置信息对传感器网络的监测活动至关重要。没有位置信息的监控数据是表1叶绿素传感器比较。一般无意义。通过确定节点的位置来确定问题的位置，对于预防农业病害和灾害的发生具有重要意义根据是否需要测量节点之间的距离，WSN节点定位算法可以分为两大类：一类是基于测距的定位算法，包括TOA、TDOA、AOA和RSSI;另一类是无需测距的算法，包括质心定位算法、凸规划定位算法和DV-Hop定位算法（Qin，2016）。 改进了传统的遗传算法，提出了一种新的林业WSN节点定位算法（Chang et al.，2018年）。Chen等人还将遗传算法应用于农作物区域的传感器节点定位，这有助于传感器性能，提高定位精度，并更好地服务于作物规划（Chen et al.， 2015年）的报告。Liu等人[20]对森林火灾监测中的传感器定位算法进行了改进，引入了加权质心定位算法。为火灾监测的火灾定位提供了有力的定位依据，最大限度地预防和减少了森林火灾及其危害Yao等人在传统DV-HOP算法的基础上，设计了一种改进的精确灌溉定位算法，减小了定位误差，叶绿素传感器类型优势劣势精确灌溉更精确（Yao等人，2010年）。分光光度叶绿素传感器叶绿素传感器极谱叶绿素传感器精度高，应用广泛实时性高、功耗低、损坏高灵敏度、实时、无损费时费力，破坏叶片组织精度低，价格高成本高3.2.2. 无线通信技术数据传输是农业物联网的重要组成部分，而无线传感器网络是重要的信息传输手段。介绍了农业物联网中常用的数据传输技术在图2中。不同的传感器网络具有不同的特性，如表2所示。在传输农业物联网信息时，不应随意使用通信技术，光电叶绿素传感器价格低、无损环保适应性而是应该根据具体项目的特点来选择。J. Xu，B. Gu和G. 田农业人工13图二. 农业物联网中常用的数据传输Yang等人在温室无线传感器网络的设计中采用ZigBee技术实现温室温度和湿度信息的传输（Yang et al.， 2013年）。 在一项研究中，基于ZigBee和CC2530协议栈，为农业灌溉系统设计了收发器硬件和无线联网传感器节点，并取得了良好的效果（Xu et al.， 2012; Zhang等人，2011年）。Sheng等人 提出将基于ZigBee和3G技术的无线遥感网络应用于设施农业，构建高效的设施农业远程精密测控系统（Sheng et al.，2012年）。利用GPRS和WEB技术，Wang和Sun等.提出利用GPRS和WEB建立温室环境信息采集系统（Wang et al.， 2009; Sun等人，2006年）。 利用基于WiFi的图像传感器，Otoniel等人设计了一种新的农业病虫害自动传感系统，该系统周期性地感知并向服务中心发送信息（Otoniel等人， 2012年）。底层传感器通过RS485总线连接到现场主机现场监控系统通过GPRS无线通信技术接入Internet将实时传感信息发送到WEB数据服务器。基于ZigBee和GPRS技术，Chen和Gao等提出了一种基于ZigBee和GPRS的无线局域网接入方式。在节水灌溉系统中实现了传感器网络和灌溉网络之间的数据传输（Chen等人， 2011; Gao等人，2010年）。未来，农业传感器网络的主要方向将是LPWAN（以LoRa和NBIoT为代表），由4G和5G提供支持，以实现农业图像和音频文件等大文件的传输现对目前的数据传输方式作一概括性的总结，如图1所示。 3、数据传输系统的结构。3.3. 信息处理技术信息处理的最终目的是收集和分析所获得的数据。在农业生产监测过程中，需要采集大量的生产数据，这些数据具有实时性、动态性、海量性等特点。利用物联网技术，可以在一定程度上存储和分析生产数据，并找到相应的数据模式云计算技术主要用于信息处理，能够有效解决海量农业生产数据的存储、计算及相关处理问题许多新兴的云服务平台可以实现海量农业信息的存储，查询和分析。云计算技术包括数据挖掘、数据分析、人工智能等技术。 数据挖掘技术可以满足数据完整性、准确性和标准化的要求，为后续专家系统和用户的进一步操作提供支持。数据挖掘技术可以对农业大数据进行清洗和提取，发现数据之间的内在联系，并将其分类存储和管理。 人工智能技术在控制灌溉、识别病虫害、作物收割等方面具有强大的信息分析能力，利用机器视觉、图像识别等技术，人工智能可以根据获得的农业信息进行准确的判断和预测，从而实现智能决策。目前人工智能技术的理论方法主要有动态贝叶斯网络、卡尔曼滤波、Glaroudis等人研究了物联网消息传递协议，这些协议被认为是智能农业中物联网应用的主要选择（Glaroudis等人， 2019年）。他们介绍了七个协议，比较了它们的性能，并根据相关的关键指标进行了衡量Farooq等人利用相关技术（云和边缘计算、大数据分析和机器学习、通信网络和协议以及机器人技术）构建了智能农业，并分析了应用领域、相关智能手机、基于传感器的应用以及基于物联网的农业中的安全和隐私问题（Farooq等人， 2019年）。Erlangga等人 旨在创建一种移动学习，该移动学习使用互联网和移动云计算概念来提供农民所需的关于蔬菜生产的信息和交互式通信，以便更好地进行通信、信息共享和农业获利（Erlangga等人， 2020年）。随着技术的发展，云计算与云计算的结合物联网技术和人工智能技术将更多地应用于农业物联网。与此同时，数据安全和标准化问题也显现出来，需要不断完善。3.4. 射频识别射频识别是一种非接触式的特定目标自动识别技术，是物联网的主要技术J. Xu，B. Gu和G. 田农业人工14表2农业物联网典型通信技术参数比较类型无线广域网（GPRS/4G/5G）WiFi蓝牙ZigbeeLora应用语音、数据媒体介质，电缆替代品监测，传感器数据透明传输功率高高低低低消费传输距离远距离100米以内10米以内优势覆盖面大服务质量好高可伸缩性价格低，配置简单低功耗、灵活的网络拓扑免疫力强，运行稳定来感知单个物体。一旦标签进入磁场，它就从阅读器接收射频信号利用感应电流获得的能量，将其存储在芯片中的产品信息传输到接收器或以一定频率主动发送信号阅读器接收到信息后，将其解码，然后发送到中央信息系统进行相关处理（Qu和Yang，2011）。结合相关网络通信技术，RFID可以实现对物体的远距离自动识别，这使得它非常适合农业物联网，实现对农业相关物体的实时监控射频识别器防水、扫描速度快、信息修改简单、数据存储容量大、安全性高与传统的条形码和磁卡技术相比，RFID效率更高，可以传输更多的信息 ， 满 足 了农业物联网的 大 规 模 识 别 需 求 （ Luis andLoredana ，2011）。射频识别主要应用于农产品安全和可追溯等农业领域，特别是食品安全领域，主要包括农产品流通、农作物生长、畜牧养殖、肉类食品供应等。Ampatzalgia等人 将RFID技术应用于果树监测，图3. 数据传输系统结构。J. Xu，B. Gu和G. 田农业人工15分析果实的生长状况（Ampatzalpet和Ziqioukas，2009;Bowman，2010）。基于RFID的身份识别方法的研究正在不断扩展。精确的位置识别、定位和导航是当前的研究热点。 这些应用集中于将RFID信息与来自其它技术的位置信息整合，所述其它技术例如ZigBee、全球定位系统（GPS）和无线传感器网络（WSN）（Yue等人， 2018年）。他设计了一个基于ZigBee技术的无线RFID系统，提高了RFID系统的传感和处理能力（He，2020）。3.5. 3S技术3S是遥感（RS）、全球导航卫星系统（GNSS）和地理信息系统（GIS）的总称它是将三者结合起来，实现农业信息快速、准确、可靠的采集、分析和更新的综合技术。三者互补作用的示意图如图所示。四、3.5.1. RS技术遥感技术是利用不同形式的传感器从不同高度的遥感平台上接收地物的各种电磁波信息，并对接收到的信息进行处理，从远处探测和识别不同的地物及其特征。它可以解决分散和地理位置复杂的作物监测问题目前，遥感技术已形成了包括航空摄影和卫星遥感在内的立体对地观测体系。它已经从局部观测跨越到全球准同步观测，并逐渐从可见光扩展到红外、远红外，甚至微波和超长波（Li和Yang，2018）。农业遥感技术在大面积露天农业生产的监测与管理中具有独特的作用它可以监测类型分散和位于复杂地形的作物 它有四个研究方向：农业资源调查，作物产量估计，农业灾害预测和精准农业（Gao et al.，2020年）。目前，遥感技术在农田水利工程的管理和保护中发挥着重要作用（Ma etal.， 2019）、生态环境监测（Chui，2017）和农业施肥实时决策（Li，2017）。图四、3S互补示意图。3.5.2. 全球导航卫星系统技术GNSS主要由三部分组成：卫星设备、地面监测站和用户接收设备。全球导航卫星系统是具有三维定位和导航功能的全球定位系统。它具有全天候、全方位、高精度的特点。GNSS技术可以对RS技术的时间信息进行修正和补充，准确掌握某一区域的动态位置信息GNSS技术在精准播种施肥、农业机械、病虫害防治等方面的应用，可以为农民提供有效的帮助，提高作业效率和农业产量。在精密播种和施肥中，GNSS技术与计算机系统相配合播种机接收到相应指令后，驱动播种机控制施肥量。在农业机械联合作业中，将产量传感器与GNSS技术相结合，可以获得农田中每种作物的产量分布数据这些数据然后可以用于通过计算机生成输出分布图通过地图，可以分析影响作物产量的因素，并消除有害因素，这有助于提高作物产量（Chi，2017）。此外，农用车辆的无人自动驾驶也可以受益于GNSS技术。例如，可以实时地获得农用车辆的位置，并且可以及时地校正它们的行驶路径在农产品运输方面，Liu etal. 构建了基于NFC-GPS的农产品车载温控跟踪系统，可在农产品车载运输过程中实时跟踪定位农产品，并对农产品在车内的存储提供实时温湿度控制，保证新鲜度（Liu et al.，2016年）。利用全球导航卫星系统技术，通过计算机定位病虫害，用户可以直接了解和确定所需的农药剂量。此外，药物可以准确地喷洒，从而节省成本并减少环境损害。3.5.3. GIS技术利用地理信息系统，可以对遥感和全球导航卫星系统采集的复杂数据进行筛选，获得与农业生产相关的特征影像信息地理信息系统的出现为农业生产信息的采集、存储、分析和管理奠定了坚实的基础GIS近年来发展迅速例如，Gu et al.建立了基于GIS的农业大数据可视化平台，提供全面的农业数据（Gu和Qi，2020）。该平台所呈现的农业信息数据清晰、可视化效果良好。为了提高农田土壤养分分析的效果，李等（2003）提出了一种新的土壤养分分析方法.将GIS技术和采样机器人技术引入到养分分析仪的设计中，利用GIS技术绘制农田养分分布图（Liet al.， 2021年）。直观呈现效果好，可为肥料管理人员提供可靠的数据支持区域农业规划中存在着数据分散无序、缺乏空间定量分析、难以准确实施、缺乏动态分析等问题。针对这些问题，Zhou等引入GIS强大的数据管理和空间分析功能，实现农业规划数据的规范化存储、空间数据的定量分析、辅助规划的绘制（Zhou等， 2019年）。有效地提高了规划的规范性、合理性和准确性。 Zhao设计了一个基于移动GIS的农业信息收集系统（Zhao，2018）。该系统以PDA为基本硬件平台，能有效地满足农业信息实时定位、采集、传输的在实际应用中，上述技术往往不用于-独立地，但与各种技术混合一般来说，它是在传统工艺的基础上进行改进，J. Xu，B. Gu和G. 田农业人工16图五、农业物联网的主要典型应用。用最新的科技改进后的系统效率更高、可靠性更高、能耗更低。4. 大量数据的最佳应用程序随着农业物联网技术的不断成熟，它已广泛应用于农业技术研究和应用。以下是一些典型应用的简单介绍 图 5描述了农业物联网的主要典型应用。4.1. 节水灌溉当今世界，水资源日益稀缺。水资源作为农作物生长发育的必要条件，对农业生产影响很大 由于作物的生长周期不同，其实际需水量也不同。利用物联网技术，可以选择合适的灌溉方式，改变传统的农田灌溉方式，有效解决水资源短缺问题。同时，它可以提高作物的抗倒伏能力，有助于提高作物产量。在基于神经网络的智能节水灌溉系统的设计研究中，杨等提出了一种基于神经网络的智能节水灌溉系统。 使用神经网络作为节水灌溉的基本网络（Yang等人， 2020年）。该系统提高了灌溉效率，减少了人为干预和大量排水造成的浪费，保护了生态农业。Wang等人设计了一套基于GPRS DTU的智能农业灌溉控制系统，可以根据作物生长的需要进行灌溉（Wang et al.， 2013年）。Srbinovska等人 提出了一种用于蔬菜温室的WSN体系结构（Srbinovska等人， 2015年）的报告。结合专家系统的指导和适当的措施，如远程控制滴灌，提高能源效率从现代果园规模化发展模式和精准农业建设要求两方面考虑， 设计了一种用于果园的远程智能灌溉系统（Hou等人， 2012年）。该系统使用GPRS和ZigBee无线传感器网络的组合。Song and Zhang etal. 设计了一种基于CAN总线的智能节水灌溉系统（Song等人， 2012;Zhang，2010）。该系统具有经济、小型、稳定、易于推广等优点。对解决当前农业用水过度浪费的问题，提高农业用水管理水平具有深远意义4.2. 作物生长环境监测农作物生长环境监测是通过构建农作物生长环境监测农业物联网用于感知、传输和计算各种环境信息。 各种传感器的使用可以实现农业环境信息的实时采集，如空气温度、空气湿度、CO2浓度、光照强度、土壤温度和湿度、土壤PH值等（Bu et al. 2009; Lv等人，2009年）。Zhang等人采用433 MHz射频进行信息传输，MSP430 F149和LPC 2478分别作为无线传感器节点和汇聚节点的微控制器，实现温室环境信息的实时采集、汇聚和融合（Zhang et al.，2014 a，2014 b）。Chen设计了一个工作在780 MHz中国专用频段的WSN，并与IEEE802.15.4c标准兼容，用于农田环境监测（Chen，2015）。Lin等人 设计了一种自给自足的无线环境监测系统，利用土壤能量实现低成本的农田环境远程监测（Lin et al.，2015年）的报告。Hamrita等人利用RFID技术实时监测影响作物生长的关键参数，如土壤湿度和温度，他们开发了一种土壤分析和监测系统，为随后的植物生长研究提供了可靠的数据源（Hamrita和Hoffacker，2005）。通过集成无线传感器网络技术、GPS技术和太阳能发电技术，Hwang等。建立了一个田间环境监测系统，用于收集、传输、存储和分析生产环境信息，以提高农业生产效率（Hwang等， 2010年）。Xia等人设计了一个用于诊断和管理小麦幼苗状况的物联网系统（Xia et al.， 2013年）。 通过收集小麦生长信息和准确感知麦田环境，他们获得了更好的生产管理方案。Du等 建立了农业环境监测系统，融合物联网监测数据和Web GIS空间数据，实现农业环境从点到面的动态监测（Du et al.，2016年）。Wang和Li等人利用ZigBee ad hoc网络技术实现传感器网络中各传感节点的信息聚合，可实现环境数据的实时采集和上传，如环境温度、湿度、空气中二氧化碳浓度等（Wang and Fang，2018;Li，2019）。4.3. 动植物生命信息监测动植物信息监测在农业生产中是非常重要和必要可显著提高农业生产效率和质量。4.3.1. 动物生命信息监测通过对动物信息（体温、摄食量、疾病等）的监测，可以及时了解动物的生理和营养状况，保证动物的健康成长。通常，动物信息监测系统由传感器、执行器、无线链路和终端设备组成（图1）。（六）。通过安装在奶牛身上的运动项圈和GPS传感器，González等人 观察并记录奶牛的觅食、反刍、行走、休息和其他活动（包括摩擦物体、摇头和梳理皮毛），并开发了一种方法来进行无人监督的行为分类（González等人，2015年）的报告。Kumar等人开发了一种基于ZigBee的动物健康监测系统，可以感知被监测动物的咀嚼、体温、心率等生命信息和生长环境信息，并根据温度和湿度指标对被监测对象进行分析（Kumar and Hancke，2014）。使用脉搏血氧计、呼吸传感器、体温传感器、环境传感器和GPS模块，Nagl等人 建立了一个牛动物移动观察系统，该系统提供了一种防止疾病在牛群中传播的监测方法（Nagl等，2003年）。通过在科罗拉多羊身上安装电子标签和部署物联网，帕森斯等人。实现了绵羊的精细人工管理（识别、智能监控等）（Parsons等人，2005年）。在孟的研究中，J. Xu，B. Gu和G. 田农业人工17图第六章 典型的动物信息监控系统。基于红外技术自动测量猪的死亡率（Meng，2018）。及时观察体温可以有效预防疾病的发生为了提高野生动物救助中心在康复、检疫监测和科学放生方面的效率，贾先生使用传感器和RFID技术结合现代生物识别技术，收集野生动物的状态数据，并通过基于ZigBee协议的无线传输技术将其传输到终端（贾先生，2020年）。4.3.2. 植物生命信息监测植物生命信息的采集主要包括视觉信息（病虫害、果实膨大状况、叶面积等）和内部信息（叶绿素含量、作物氮素、光合速率等）。 一个典型的植物生命信息监测系统如图所示。第七章Porto等在充分调查柑桔生长环境的基础上 设计了一个基于物联网技术的柑橘可追溯性系统（Porto et al.，2011年）。该系统能有效地控制病害的蔓延，促进柑橘的生长He等人综述了光谱技术和核磁共振成像技术在植物营养监测、病虫害传感、植物生命信息获取等方面的应用植物信息感知技术（He等，2013年）。Park等人部署了无线传感器网络，根据传感信息计算温室中植物叶片上的露点（Park and Park，2011）。然后，通过温室环境的自动调节，有效地预防和控制了通过计算机视觉技术，Li et al.实现了对温室中植物生长的成功无损监测，并收集了叶冠投影面积和植物高度信息（Li et al.， 2003年）。4.4. 智能农机智能农业机械实现高效、标准、舒适、互动的农业机械作业。 可独立完成栽培、播种、移栽、施肥、喷药、喂饲、灌溉、采摘、收获等作业。它还可以收集土壤、水质、农作物和水产品的信息，为实施精准农业和健康养殖提供技术支持（Ma和Sun，2020）。将物联网引入农机应用，利用传感、定位、J. Xu，B. Gu和G. 田农业人工18图第七章 典型植物生命信息监测系统。无线网络，形成车载智能终端和农机远程服务平台研究人员基于微处理器（STM 32）设计了一种远程监控和管理系统以及工程车辆自动驾驶系统（Xu，2017;Liu，2019）。这些系统实现了车辆定位数据采集、自动避障、数据传输和接收、车辆控制和状态自检等功能Hu等人分析了农业机械自动导航技术的研究现状和存在的问题，并对农业机械导航技术的未来发展进行了展望（Hu et al.，2015年）的报告。他们指出，现代农业机械自主导航技术发展的主要趋势包括：基于卫星导航技术的农业机械自动转向控制和障碍物检测;先进导航技术研究，如主动避障和多机协同导航;采用先进的物联网技术。Sowjanya等人设计了一种多功能自动农业机器人车辆，其可以通过蓝牙控制用于耕作、播种和灌溉（Sowjanya等人，2017年）。Lin等人设计了一种利用蓝牙技术结合嵌入式技术实现数据采集、处理和无线传输的农业机械监控系统（Lin et al.， 2015年）的报告。对于水果采摘，Onishi et al. 设计了一种摘苹果机器人（Onishi等人， 2019年）。该机器人采用单镜头多盒检测方法检测水果，采用立体摄像机检测水果的三维位置。Wang等人设计了一种基于物联网技术的农机作业参数采集器，实现了数据采集器与物联网的结合（Wang et al.，2020年）。它不仅可以节省人力，克服人为操作误差，提高数据的可靠性，而且可以促进农业机械的科学管理和调度 针对我国智能农业机械装备标准化工作缺乏系统的标准体系指导， 研究并构建了中国智能农业机械装备标准体系框架（Hu et al.， 2020年）。智能农机物联网包括内部物联网、集群物联网和远程物联网。 内部物联网是指农业机械中传感器、执行器和中央处理器之间的通信和控制。集群物联网是指在同一区域内作业的相同或不同种类的农业机械远程物联网是指操作现场与远程终端和服务器之间的通信和智能农机物联网的结构如图所示。 八、4.5. 农产品质量安全与可追溯在农产品质量安全和可追溯方面农业物联网主要应用于农产品仓储、物流和配送。通过电子数据交换、条形码、RFID电子标签等技术，可以实现货物的自动识别和入库出库。利用无线传感器网络，可以对仓储车间和物流配送车辆进行实时监控，实现主要农产品来源和去向的可许多发达国家对农产品可追溯系统进行了深入的研究，并已形成了较为成熟的J. Xu，B. Gu和G. 田农业人工19见图8。智能农业机械物联网架构。美国农产品溯源系统、欧洲牛肉溯源系统、瑞典农业溯源系统、日本食品溯源系统、澳大利亚牲畜溯源系统等。为了适应农产品现代化、智能化、信息化的需要，Pinto等提出了一种基于遗传算法的农业信息系统。 将TIC可管理工具应用于食品工业的可追溯性（Pinto等人，2006年）。Jiang等人建立了完整的农产品安全追溯平台，实现了农产品数据的实时自动采集、处理和展示，提高了农产品的可追溯性，降低了农产品跟踪监测的成本（Jiang和Sun，2017）。基于GS1编码框架，Cui，Liu，and Xiong et al. 对乳制品、海参、猪肉进行统一编码，实现了产品在各个加工环节的精准定位，为消费者提供了产品溯源查询平台（Cui et al.， 2015年; Liu等人， 2017; Xiong和Zhao，2018）。Sun等人 设计了一个柑橘可追溯系统，使用关键技术，如RFID、QR码和asp.net组件（Sun等人，2009年）。在之前的研究中（Huang，2015;Chen，2018;Tan，2020），蔬菜质量和安全监管体系基于RFID技术设计了一种基于RFID技术的蔬菜信息管理系统，可以对蔬菜从生产、流通、销售到售后的生命周期各个关键阶段的信息进行管理，实现对蔬菜从源头到最终消费者的全程监控。蔬菜的安全性和质量得到了很大提高。Diao等人根据蔬菜质量安全监管和追溯的实际需要，建立了基于网络和GIS的蔬菜质量安全预警和追溯平台（Diao和Nie，2015）。该平台直观地展示了蔬菜生产、销售各个环节的信息，提高了蔬菜质量安全管理水平。Gu等人 使用RFID设计电子标签并对个体猪、胴体和分割部分进行编码，其包括整个生命周期中的所有信息，包括个体猪的屠宰、加工和销售阶段（Gu等人， 2018年）。图9描绘了2011年至2021年与当前研究中讨论的研究文章相关的各种感兴趣主题的人数。人数统计表明，与任何其他主题相比，人们对“动植物生命信息监测“一词有很大的倾向。J. Xu，B. Gu和G. 田农业人工20图第九章感兴趣的主题与现有研究的研究文章有关。5. 问题从上述农业物联网系统架构、技术和应用可以明显看出，近年来农业物联网已经取得了一些显著的成果但也存在一些困难，需要通过不懈的努力加以克服.(1) 目前，物联网一般分为三层：接入层、传输层和应用层。虽然对单个层的研究相对深入，但对整个物联网系统结构的研究和讨论相对缺乏。这导致数据传输不稳定，数据共享困难，传输存在安全隐患，定位准确性和稳定性差，降低了物联网数据传输的时效性(2) 传感器种类繁多，通信接口不同，通信协议不兼容，需要大量的软硬件，后期扩展困难。而以物联网为核心的嵌入式网关中间件的研究和应用还不够，大部分还只是处于实验阶段。(3) 农业物联网的监测与感知研究主要集中在数据采集和单机处理方面，缺乏完整的应用系统研究。智能农机物联网的研究和应用更多地集中在对少数单项技术的优化上。(4) 农业物联网依靠高速无线广域网进行数据传输。但在偏远的农业环境中，无线通信信号较弱，因此实现高速数据传输是不现实的。因此，只有提高数据编码效率，才能保证系统的实时性。6. 展望(1) 农业物联网的体系结构、感知节点的部署和管理需要研究。该体系结构应该是分布式的、开放的和资源服务共享的。实现了各种异构系统的互联互通和资源共享，获得了更详细、更具体(2) 需要制定完整的信息感知标准，加强对嵌入式网关的研究，设计多协议转换网关。目的是解决设备接口和协议不一致的问题，使事物之间的连接更快，更方便，更能够进行多种数据分析和处理。(3) 充分利用5G通信技术、虚拟现实技术、增强现实技术，建立农机、农艺、作物、农户一体化网络体系Competinterest的Declartion作者声明，他们不知道竞争的财务利益或个人关系，可能会出现在本文报道的影响。引用Adamchuk，V.I.，Hummel，J.W.，摩根，MT，例如，2004年。用于精准农业的移动式土壤传感器。Comput. Electron. Agric. 44（1），71-91. https://doi.org/10.1016/j。compag.2004.03.002。Ampatzavik，Y.G.，S.G.，2009年田间试验，用于评估RFID和条形码登记以及数字称重技 术 在 手 工 水 果 收 获 中 的 应 用 Comput. 电 子 学 。 农 业 66 （ 2 ） ， 166-172 。https://doi.org/10.1016/j。 compag.2009.01.008。Bowman，K. D.，2010年。无线电频率识别装置微芯片在柑橘树中的寿命 Hortscience 45（3），451-452. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.45.3.451网站。布，T.R.，Lv，L.X.，王伟，2009年基于微型OS无线传感器网络的农业环境监测系统设计 。 农 业 网 告 知 。 2009 （ 02 ） ， 23-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-6251.2009.02.008。张，P.F.，张建锋张伟，2018年 林业无线传感器网络点定位技术。J. N. For. Univ. 46（08），102-105. https://doi.org/10.13759/j.cnki的网站。 dlxb.2018.08.019。Chen，X.D.，2015年。基于物联网的谷子田长势监测与管理技术研究。 山西农业大学。Chen，Y.X.，2018年基于RFID技术的蔬菜质量安全管理系统的分析与设计。 江西财经大学。陈昆，Han，B.，Qin，W.，例如，2011. 基于Zigbee/GPRS协议的物联网网关的设计与实现。J.计算机残余偏差48（增刊），367-372。Chen，X.Y.，Yao，G.W.，张，K.，例如，2015年。基于遗传算法的无线传感器节点定位在 农 业 中 的 应 用 Software 36 （ 04 ） ， 1-5. 网址： //doi. org/10.3969/j.issn.1003-6970.2015.04.001。Chi，R.X.，2017年。 GPS技术在农业机械中的应用及相关问题研究。农业技术服务34（03），162.Chui，W.，2017.基于遥感技术的襄阳地区生态环境监测。农业。扩展。48（19），46-47。 https://doi.org/10.396