基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研究

彭 磊

黑龍江科技大學(xué)計算機與信息工程學(xué)院

本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的總體思路與技術(shù)框架，即利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的多要素數(shù)據(jù)的采集，利用ZigBee、藍(lán)牙、3G，無線微波等無線通信技術(shù)實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)布監(jiān)測結(jié)果，最終實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的智能監(jiān)測。

目前，中國正處于從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)迅速走向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)化過程，從現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，經(jīng)營，管理和服務(wù)的發(fā)展，信息技術(shù)的各個方面，以支持緊急呼叫?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了前所未有的機遇改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，迫切需要使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的種植，園藝，畜牧，水產(chǎn)養(yǎng)殖，農(nóng)業(yè)和其他農(nóng)產(chǎn)品物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要素數(shù)字化設(shè)計，智能化控制，精準(zhǔn)運作和科學(xué)管理各種農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，使“全面感知，可靠傳輸和智能處理”的各種農(nóng)業(yè)要素，從而實現(xiàn)高產(chǎn)，高效，優(yōu)質(zhì)，生態(tài)的實施安全目標(biāo)。

目前，中國正處于從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)迅速走向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)化過程，從現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，經(jīng)營，管理和服務(wù)的發(fā)展，信息技術(shù)的各個方面，以支持緊急呼叫。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了前所未有的機遇改造傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，迫切需要使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的種植，園藝，畜牧，水產(chǎn)養(yǎng)殖，農(nóng)業(yè)和其他農(nóng)產(chǎn)品物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要素數(shù)字化設(shè)計，智能化控制，精準(zhǔn)運作和科學(xué)管理各種農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，使“全面感知，可靠傳輸和智能處理”的各種農(nóng)業(yè)要素，從而實現(xiàn)高產(chǎn)，高效，優(yōu)質(zhì)，生態(tài)的實施安全目標(biāo)。

1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)屬于交叉學(xué)科，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的產(chǎn)物，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系劃分可以參照物聯(lián)網(wǎng)體系劃分的標(biāo)準(zhǔn)。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的信息、要經(jīng)過產(chǎn)生、傳輸、處理和應(yīng)用四個過程。感知層利用傳感器、RFID，GPS，RS 和條碼技術(shù)等各種感知技術(shù)，借助各種設(shè)備和手段，對自然界中存在并且對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有意義的各類數(shù)據(jù)信息進行獲取，實現(xiàn)“物”的識別。傳輸層具有完成大范圍內(nèi)信息傳輸與廣泛互聯(lián)功能，能夠?qū)F(xiàn)有的廣域網(wǎng)技術(shù)與感知層的傳感網(wǎng)技術(shù)相融合，把感知到的農(nóng)業(yè)信息無障礙、快速、安全、可靠的傳送到需要信息的地方，使物品在全球范圍能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離大范圍通信。處理層通過云計算、數(shù)據(jù)挖掘、模式識別、預(yù)測預(yù)警等信息處理技術(shù)，實現(xiàn)最終的信息技術(shù)與行業(yè)的深度融合，完成物品的信息匯總、共享、預(yù)測和分析決策等功能。應(yīng)用層是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的最高層，是面向終端用戶的，可以根據(jù)用戶的不同需求搭建不同的操作平臺，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用主要實現(xiàn)了大田種植、設(shè)施園藝、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品交付過程中管理者的直接參與，通過農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，管理者可以更快的獲取各類信息，對于突發(fā)情況，管理者可以做出更及時的反應(yīng)，通過遠(yuǎn)程控制，管理者可以實現(xiàn)對整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)線更精細(xì)的管理，管理者可以從物聯(lián)網(wǎng)多個應(yīng)用角度出發(fā)對農(nóng)業(yè)進行管理，達到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)和安全的目標(biāo)。

隨著農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)化的高級階段顯示出旺盛的生命力，主要的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用的不斷成熟，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)從嬰兒期逐步進入到成熟期。總體而言，事情會朝著農(nóng)業(yè)更透徹的感知，更全面的互聯(lián)互通，情報服務(wù)和更深入更優(yōu)化的整合方向發(fā)展。

2 農(nóng)業(yè)生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器技術(shù)

傳感器的定義與分類

傳感器，是感覺或知覺等。傳感器通常被定義為能夠按照一定的規(guī)則來感知外部信息，并且可以將這些信息信號轉(zhuǎn)換成該裝置可以被使用。主要由敏感元件的傳感器（傳感元件）和兩部分組成的轉(zhuǎn)換器，一些半導(dǎo)體敏感元件可以直接輸出信號，本身就構(gòu)成傳感器。

（1）根據(jù)傳感器的轉(zhuǎn)換原理，可將其分為物理和化學(xué)兩類傳感器。

（2）按照用途劃分，傳感器可以分為壓敏和力敏傳感器、加速度傳感器、位置傳感器、速度傳感器、輻射傳感器、液面?zhèn)鞲衅?、熱敏傳感器、能耗傳感器等?/p>

（3）按照工作原理分類，傳感器可以分為真空度傳感器、磁敏傳感器、生物傳感器、濕敏傳感器、氣敏傳感器、振動傳感器等。

（4）按輸出的信號類型可將傳感器分為模擬傳感器、數(shù)字傳感器、數(shù)字傳感器、開關(guān)傳感器。

傳感器的應(yīng)用

傳感器在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上使用，在傳感器學(xué)科領(lǐng)域更加突出的位置的基礎(chǔ)上。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促進很多新領(lǐng)域的發(fā)展。在基礎(chǔ)科學(xué)研究上存在許多障礙，首先是信息很難獲得，但機制和全新的高靈敏度傳感器的出現(xiàn)，將導(dǎo)致該領(lǐng)域的突破。某些傳感器的發(fā)展往往是一些跨學(xué)科發(fā)展的先驅(qū)。

3 農(nóng)業(yè)生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的通信技術(shù)

3G 通信技術(shù)

3G 是第三代移動通信技術(shù)。相對第一代模擬手機和第二代GSM，TDMA 數(shù)字移動電話，例如第三代移動電話通常來說，是下一代移動通信系統(tǒng)中，諸如無線通信和多媒體通信與因特網(wǎng)。它可以處理多種形式的媒體圖像，音樂，視頻流等多種服務(wù)，包括網(wǎng)頁瀏覽，電話會議，電子商務(wù)等多種信息服務(wù)的。

CDMA 是碼分多址的縮寫，用CDMA 調(diào)制的第三代移動通信系統(tǒng)。具有CDMA 通信系統(tǒng)中的良好品質(zhì)，系統(tǒng)容量，抗多徑性能，頻率復(fù)用因子，軟容量，軟切換等，相對于第三代移動通信系統(tǒng)中，第一代移動通信系統(tǒng)的的使用頻分多址（FDMA）的模擬調(diào)制，其主要缺點是頻譜干擾的低利用率帶信號的語音服務(wù)的移動通信系統(tǒng)。使用時分多址（TDMA）調(diào)制，盡管第二代移動通信系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)容量，具有獨立信道信令，系統(tǒng)性能得到顯著改善，但相對于CDMA，第二代移動系統(tǒng)容量通信系統(tǒng)仍是有限，越區(qū)切換性能仍不充分。

表1 ZigBee 與其他無線通信技術(shù)性能參數(shù)比較

ZigBee 通信技術(shù)

ZigBee 采用DSSS 技術(shù)，與藍(lán)牙等無線通信技術(shù)相比較，它具有低復(fù)雜度、低成本、低功耗、低速率的短距離雙向無線通信特點。ZigBee 屬于個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（PAN：Personal Area Network），其與GSM，GPRS 等無線通信技術(shù)的參數(shù)與性能比較如表1 所示。

4 結(jié)語

智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的水，氣，聲，土壤，通過全方位的監(jiān)管生態(tài)等環(huán)境要素，通過充分提供大量科學(xué)、環(huán)保和準(zhǔn)確的決策和環(huán)境管理，監(jiān)測和及時的信息功能的業(yè)務(wù)流程系統(tǒng)的監(jiān)控和及時的信息發(fā)布系統(tǒng)，環(huán)境質(zhì)量評估系統(tǒng)，環(huán)境監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，充分體現(xiàn)地位和環(huán)境質(zhì)量的趨勢，各類突發(fā)環(huán)境事件的準(zhǔn)確預(yù)警。為了改善環(huán)境質(zhì)量，防范環(huán)境風(fēng)險提供有效的技術(shù)支持。