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RFID 技术在我国农业中的应用探索

发布时间:2017-11-27
  【内容摘要】RFID( Radio Frequency Identification) 是通过射频信号和空间电磁耦合自动获取目标相关信息,实现非接触自动识别目标的技术.可以在复杂环境中使用,由于其巨大的应用前景而备受关注.我国为农业大国,农产品在生长、采摘和运输环节的范围比较广,使得传统的技术在全程监测方面严重不足.本文主要介绍 RFID 技术及其在我国农业中的应用,以期望 RFID 技术在我国农业信息化中得到更多的推广和应用.
 
  【关键词】RFID 技术; 农业生产; 推广应用

  一、RFID技术
 
  无线射频识别(RadioFrequencyIdentification)通过射频信号可以实现非接触自动识别目标并获取相关数据.RFID技术是物联网(InternetofThings)感知层中关键技术之一.
 
  RFID系统由读写器、标签和天线三部分组成,其中每个标签对应唯一的电子编码.RFID工作原理:标签在读写器范围内时,射频通过天线进行空间耦合交换信息,实现读写器对标签的读和写过程,进而实现对目标的自动识别[1~2].RFID技术可以标记每个物体,并且可以同时实现多个目标的识别.其特点如下:非接触远距离识别,存储信息容量大,可以快速扫描识别,体型形状多样化、小型化,抗污染能力强,可重复写入、读取,良好的穿透能力、实用性强和高效率性.
 
  二、现阶段RFID技术在我国农业中的应用
 
  (一)在农产品的质量跟踪与食用安全中的应用.RFID技术具有非接触远距离识别,存储信息容量大,可以快速扫描识别,体型形状多样化、小型化,抗污染能力强,可重复写入、读取,良好的穿透能力、实用性强和高效率性等特点.因此,农作物产品的各个生长阶段、采摘过程和市场流通环节等都可以采用RFID技术来进行记录.可以让消费者清楚地了解到自己所食用的农产品的安全性.钱建平等人将采摘完毕的农作物产品进行标识,将标识码、流水号、农产品基地代码等相互结合,用RFID标签作为农作物的载体;信息主要记录采集农产品的编码,并将农产品的生长过程、采集方法、时间、数量等信息记录下来形成采收信息[3].可以实现农产品从播种到成熟阶段的各个环节信息,保证了农产品在各个阶段的生产情况,将农产品的各个生产阶段情况记录下来,消费者在购买农产品时可以根据RFID标签获得农产品每个环节的信息.2008年奥运会期间,国家将奥运食品全部贴加电子标签,可以实现对奥运食品的生长、采摘、运输等过程的追溯[4].
 
  以上研究表明,通过RFID技术,可以对农作物从田间到舌尖的过程进行检测,可以使消费者购买到安全放心的食物,也可以充分地避免假冒伪劣产品,使农产品的质量得到提高.
 
  (二)在农业节水灌溉和排水中的应用.我国自古以来就是农业大国.如何将水资源充分利用是农业节水的研究重点,在我国降雨量充足的地区,农作物对水的需求量与降雨量不相适应,这时可以建设一些排水设备,将多余的水排出,使水分达到最佳.在我国干旱少雨的地区,因降雨量小于蒸发量,只能通过灌溉来解决农作物缺水问题,在干旱地区灌溉能使地下水位抬高,使土壤盐分升高,土壤板结,不利于农作物的生长,这时需要建立科学的灌溉系统和排水系统,实现土地的水盐平衡,提高农作物产量[5].土壤含水率又称为土壤墒情,由土壤中水分质量占烘干后土质量的百分比表示.土壤墒情与农作物的生长关系重大.传统灌溉的时间、次数和灌水量均由灌溉者进行人工操作,时常出现灌溉不及时、灌溉量过多或不足等问题,错过了农作物的最佳水分供给期.土壤墒情是农业生产中实现节水的重要信息,也是农业灌溉中合理配置水资源的重要依据.我国农业用水量约占水资源总量的70%,进行土壤干湿度的监测和适量灌溉系统的应用,可有效解决农业节水的问题.近年来,国内外研究人员利用无线传感器采集农业的信息,研发出土壤墒情检测仪[6~8].
 
  RFID技术已经在检测土壤的水分中得到应用.由裴素萍等人设计,经传感器信号检测、射频芯片CC2520、射频放大芯片CC2951及电磁阀驱动电路等组成的系统,通过土壤水分传感器、土壤温度传感器和土壤湿度传感器实现对土壤的水分、温度、湿度进行监控.该系统可以自动采集信息,可以根据土壤的含水量进行定时定量的灌溉[9],充分提高了水分的利用率.
 
  以上研究表明,RFID技术在我国农业节水中有巨大的应用前景.目前我国大部分科研人员都是基于物联网来进行农业节水,所以下一步的研究重点是:利用RFID的特点来进行农作物灌溉,可以提前将农作物需水量、农药喷洒量、肥料需求量等信息写入RFID标签内利用计算机控制实现对农作物的精准管理.还可以将RFID标签内的信息传递到网络,实现每个环节的透明性.
 
  (三)在农业环境监测中的应用.近几年我国对农业环境的研究主要是无线传感网络(WSN),通过WSN来对农业信息的采集[10~12].不足之处是WSN与互联网通信时无法对某一特定区域进行监测和控制.利用RFID技术可以随时随地提取所需要的信息,可以任意抽取某一区域某一时间的情况.将农作物的信息记录在RFID标签内,可以利用RFID阅读器读取标签内信息即可了解农作物任何时段区域生长情况.我国以前建设和设计排水系统时没有考虑排水系统对环境的影响,只想着提高生产率,导致建设的排水系统容量大(表现为排水沟较深、面较大),实际排水能力强,出现了过量排水问题,造成了农田的水分流失过快.现可以保留原排水系统,在原排水系统的入口处或者出口处建设控制水量的设备,实现减少排放的目的,在干旱的季节可以减少水量排出,用来保证地下水位和农作物的需水量.
 
  我国农业灌溉的水源主要来源于两个方面,一是自然环境的水源,江河水源引入农田直接进行灌溉;二是污水处理站经过处理后达到水质要求的水源.无论是自然水源还是经过处理的水源都要达到水质要求才能进行灌溉,利用RFID技术进行水质的监测,并且记录水质的信息,可以随时对水质的信息进行检测和查询.
 
  三、结语
 
  我国为农业大国,农业为国民经济基础.农产品在生长、生产、运输、销售等环节存在各种潜在风险,目前我国农业正稳步进入信息化、自动化,这就要求农产品的各个环节信息都被自动采集、管理和查询.农产品从生长到消费的每一步都可实现追踪和追溯,确保问题能及时发现,减少整个过程对农产品安全的影响,为农业构建高效经济的监控和追溯体系.本文所述RFID技术的研究成果表明,该技术在我国农业众多领域应用前景非常广阔,将我国由传统农业转向现代化和信息化为中心的生产模式,对我国农业精细化具有重要意义.相信不久的将来,RFID技术会走出实验室环境,在我国农业的各个领域得到广泛的应用和推广.
 
  【参考文献】
 
  [1]王亓剑.《RFID原理与应用》课程教学方法的探索与实践[J].产业与科技论坛,2017,16(9):211~212
  [2]王亓剑,杨启良,赵馀等.RFID技术在我国农业中的应用现状与展望[J].灌溉排水学报,2014,33(增刊1):226~228
  [3]钱建平,杨信廷,张宝岩等.基于RFID的蔬菜产地追溯精确度提高方案及应用[J].农业工程学报,2012,28(15):235~236
  [4]臧明伍,张迎阳,韩凯等.RFID技术在畜产品可追溯系统中的应用[J].肉类研究,2007,9:32~35
  [5]SkaggsRW,BreveMA,GilliamJW.Hydrologicandwaterqualityimpactsofagriculturaldrainage[J].CriticalreviewsinEnvironmentalScienceandtechnology,1994,24(1):1~32
  [6]KimY,EvanRG,IversenWM.Evaluationofclosed-loopsite-specificirrigationwithwirelesssensornetwork[J].JournalofIrrigationandDrainageEngineering,2009,135(1):25~31
  [7]NingWang,NaiqianZhang,MaohuaWang.Wirelesssen-sorsinagricultureandfoodindustry-Recentdevelopmentandfu-tureperspective[J].ComputerandElectronicsinAgriculture,2006,50(1):1~14
  [8]邓小蕾,李民赞,武佳.集成GPRS、GPS、ZigBee的土壤水分移动检测系统[J].农业工程学报,2012,28(9):30~35
  [9]裴素萍,吴必瑞.基于物联网的土壤含水率监测及灌溉系统[J].农机化研究,2013,7:106~109
  [10]孙忠富,曹洪太,李洪亮等.基于GPRS和WEB的温室环境信息采集系统的实现[J].农业工程学报,2006,22(6):131~134
  [11]高峰,俞立,张文安等.基于茎直径变化的无线传感器网络作物精量灌溉系统[J].农业工程学报,2008,24(11):7~12
  [12]高峰,俞立,张文安等.基于无线传感器网络的作物水分状况监测系统研究与设计[J].农业工程学报,2009,25(2):107~112

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