物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)信息化中的應(yīng)用

李海勝，張明真

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 軟件學(xué)院，河南 鄭州 450052)

物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)信息化中的應(yīng)用

李海勝，張明真

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 軟件學(xué)院，河南 鄭州 450052)

農(nóng)業(yè)信息化是國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是信息化的重要技術(shù)手段.將物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器布設(shè)于農(nóng)田、園林、溫室等區(qū)域，運用溫度傳感器、光傳感器、CO2傳感器等設(shè)備，實時實地收集溫度、光照、氣體濃度等數(shù)據(jù)，作為自動控制參數(shù)參與到遠(yuǎn)程控制中，為農(nóng)作物、禽類養(yǎng)殖創(chuàng)造一個良好的生長環(huán)境.遠(yuǎn)程控制的實現(xiàn)使用戶在家里、辦公室即可實現(xiàn)對生產(chǎn)環(huán)境的監(jiān)測控制.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有助于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，從而最終實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化.

物聯(lián)網(wǎng)；智能農(nóng)業(yè)；農(nóng)業(yè)信息化

1 農(nóng)業(yè)信息化

農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)信息化是國家信息化的重要內(nèi)容之一.通過改革開放多年的發(fā)展，我國農(nóng)業(yè)在解決溫飽的同時，農(nóng)業(yè)效益下滑，農(nóng)民增收乏力，農(nóng)村剩余勞動力轉(zhuǎn)移受阻，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境惡化等問題已有不斷激化的趨勢.這充分說明傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式在某種程度上阻礙了中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程，農(nóng)業(yè)信息化則是促進我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的新動力.

農(nóng)業(yè)信息化是指充分利用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、多媒體技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)，全面實現(xiàn)各類農(nóng)業(yè)信息及其相關(guān)知識的獲取、處理、傳播與合理利用，加速傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)改造，大幅度提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和科學(xué)管理水平，促進農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟持續(xù)、穩(wěn)定、高效發(fā)展[1]337.

2 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)被世界公認(rèn)為是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮，是農(nóng)業(yè)信息化的重要技術(shù)手段[2]46.在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用傳感器、無線通信、移動終端應(yīng)用等技術(shù)，構(gòu)造一個覆蓋現(xiàn)實世界的“Internet of Things”.在“Internet of Things”中，物品彼此之間能夠進行“交流”，而無須人工干預(yù)，其本質(zhì)是利用RFID(射頻自動識別)技術(shù)，通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物品的自動識別和信息的互聯(lián)共享.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)分為3層：感知層、傳輸層和應(yīng)用層.

2.1 感知層

該層的主要任務(wù)是將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的各種物理量通過各種技術(shù)手段，實地實時采集轉(zhuǎn)化為計算機能夠識別的數(shù)據(jù)、信息.感知層主要通過各種傳感器，如光照傳感器、二氧化碳傳感器、土壤水分傳感器等來獲取各類信息.感知層是物聯(lián)網(wǎng)識別物體、采集信息的來源.

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)所采集的信息主要有如下種類：

1)農(nóng)業(yè)傳感信息：如溫濕度、氣體濃度、水分含量等；

2)農(nóng)業(yè)物品屬性信息：如物品名稱、型號、特性、價格等；

3)農(nóng)業(yè)工作狀態(tài)信息：如儀器、設(shè)備的工作參數(shù)等；

4)農(nóng)業(yè)地理位置信息：如物品所處的地理位置等.

2.2 傳輸層

該層的主要任務(wù)是將采集到的數(shù)據(jù)，通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò))傳輸、匯總、存儲.傳輸層是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，包括Zigbee網(wǎng)絡(luò)、智能網(wǎng)關(guān)、互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)中心、信息中心等.

2.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與用戶之間的“橋梁”，與生產(chǎn)需求相結(jié)合，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用.根據(jù)傳感器獲取的動物、植物生長環(huán)境信息進行自動相應(yīng)的升溫補光、灌溉等控制，對環(huán)境異常自動報警，加裝攝像頭可對養(yǎng)殖、種植場地實時監(jiān)控.

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，澆水、打藥、施肥、憑經(jīng)驗、靠感覺.而今，在信息化的智能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地中，看到的卻是另一番景象：土地該不該澆水、打藥怎樣保持合理的濃度、溫濕度、光照、二氧化碳濃度如何實行按需供給等曾被“模糊”處理的問題，都有農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)“實時”、“定量”精確把關(guān)，只需按個開關(guān)，做個選擇，或是完全聽“指令”，就能種好菜、養(yǎng)好豬[3].見圖1.

圖1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

3 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在智能農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

3.1 食用菌養(yǎng)殖

在食用菌養(yǎng)殖過程中，溫度、濕度和CO2濃度等是影響其生長的重要環(huán)境因素，有效調(diào)控以上因素，有助于提高食用菌生產(chǎn)自動化程度和產(chǎn)品品質(zhì).傳統(tǒng)種植依舊采用老方法，工作人員每天去大棚里用CO2檢測儀檢測CO2濃度，開啟風(fēng)機，打開天窗.而使用物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不但可以獲取精確的作物環(huán)境和作物信息，還可有效降低人工成本與人工對養(yǎng)殖環(huán)境的負(fù)面影響.食用菌物聯(lián)網(wǎng)主要是通過在種植大棚內(nèi)部署溫度傳感器、濕度傳感器、CO2傳感器等設(shè)備，實時采集環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)上傳到本地監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)通過綜合分析環(huán)境因子，將分析結(jié)果形成一系列控制指令反饋給執(zhí)行設(shè)備.例如，當(dāng)空氣濕度低于食用菌生長最適宜溫度時，說明食用菌“口渴”了，這時系統(tǒng)自動做出判斷，發(fā)送啟動指令到噴淋設(shè)備，噴淋提高環(huán)境濕度；溫度高了自動開啟風(fēng)機進行降溫.這樣，既能保證食用菌擁有最適宜的生長環(huán)境，又能節(jié)省大量的人力物力.

3.2 水產(chǎn)養(yǎng)殖

影響水產(chǎn)養(yǎng)殖的關(guān)鍵環(huán)境因素有水溫、溶氧、PH酸堿度等，這些參數(shù)憑經(jīng)驗、感覺很難把握.目前水產(chǎn)養(yǎng)殖亦是以經(jīng)驗為主，很難做到及時有效地維護養(yǎng)殖環(huán)境.隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，通過水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的使用，進一步提高水產(chǎn)養(yǎng)殖的科學(xué)管理水平，勢在必行.

通過運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，養(yǎng)殖戶可通過計算機、手機、PDA等智能終端實時掌握養(yǎng)殖場水質(zhì)信息，及時獲取水質(zhì)異常、預(yù)警信息，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，實時自動調(diào)控設(shè)備改善水質(zhì)環(huán)境，實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的精確化與自動化，最終實現(xiàn)節(jié)能降耗、綠色環(huán)保、增產(chǎn)增收的目標(biāo).天津洪彪水產(chǎn)養(yǎng)殖基地有養(yǎng)殖水面1200畝，主要養(yǎng)殖彭澤鯽魚、烏克蘭鱗鯉、南美大對蝦等品種.養(yǎng)殖基地建設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可通過智能終端實時掌握水質(zhì)信息，實時調(diào)控設(shè)備，如水溶氧低于正常水平，則開啟制氧機；規(guī)定時間，自動化投餌；水質(zhì)異常，自動報警等.水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)充分利用物聯(lián)網(wǎng)將水產(chǎn)養(yǎng)殖納入科學(xué)管理之中，實時監(jiān)控、及時調(diào)整養(yǎng)殖過程中各環(huán)境因素，減少養(yǎng)殖過程人工投入，以較少的投入，獲取更大的收益.

3.3 生豬養(yǎng)殖

讓生豬快速、健康地生長，只有為其創(chuàng)造良好的生長環(huán)境，才能達到投入少，效益高的目標(biāo).對于養(yǎng)豬業(yè)來說，其生產(chǎn)主要受養(yǎng)殖品種、喂食飼料種類和質(zhì)量、生長環(huán)境等因素的影響.其中環(huán)境因素所起的作用尤為重要，比重約占20～30%.豬舍環(huán)境因素包括溫濕度、噪音、有害氣體(NH3、CO2、H2S)等.采用生豬養(yǎng)殖智能管理系統(tǒng)可有效調(diào)節(jié)養(yǎng)豬場的環(huán)境參數(shù)，如圖2所示，生豬智能管理系統(tǒng)包括以下幾個方面：

圖2 畜牧養(yǎng)殖系統(tǒng)構(gòu)成

1)信息采集系統(tǒng)

豬舍內(nèi)環(huán)境檢測包括：氨氣、空氣溫濕度、粉塵等信號的檢測、傳輸與接收.二氧化碳、氨氣、硫化氫、粉塵等氣體的增加會導(dǎo)致豬發(fā)生疫情；空氣溫濕度、光照強度、氣壓影響著豬生長的質(zhì)量；密度、溫濕度、通風(fēng)換氣則影響著豬生長繁殖的速度.

2)環(huán)境自動調(diào)控系統(tǒng)

實現(xiàn)養(yǎng)殖舍內(nèi)環(huán)境(包括光照度、溫度、濕度等)的集中、遠(yuǎn)程、自動控制.當(dāng)豬舍內(nèi)環(huán)境因素如超出正常范圍則自動報警，或自動啟用環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備及時調(diào)整，如當(dāng)豬舍內(nèi)光照度、溫度不在正常范圍時，則自動開啟或關(guān)閉天窗.

3)智能養(yǎng)殖管理平臺

實現(xiàn)采集信息的存儲、分析、管理；提供閾值設(shè)置功能、檢索、報警功能；提供權(quán)限管理功能和驅(qū)動養(yǎng)殖舍控制系統(tǒng).當(dāng)用戶在養(yǎng)殖過程中遇到不能解決的問題，還可將信息或圖片傳輸?shù)睫r(nóng)業(yè)智能專家系統(tǒng)，生豬養(yǎng)殖領(lǐng)域的專家會為用戶解答疑難.

4 結(jié)語

經(jīng)濟全球化的事實說明，信息化已成為世界各國推動經(jīng)濟社會發(fā)展的重要手段、資源配置的有效途徑及衡量一個國家現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志.農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是農(nóng)業(yè)信息化的重要技術(shù)手段，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展必將促進我國農(nóng)業(yè)從傳統(tǒng)粗放生產(chǎn)到智能高效農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變.

[1] 焦彩菊,翟海翔.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)信息化中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2013(1).

[2] 徐 劼.物聯(lián)網(wǎng):對中國移動的意義和挑戰(zhàn)[J].信息化建設(shè),2010(8).

[3] 張?zhí)矣?宋 毅.實踐為爐煉真金：記中國工程院院士、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授汪懋華[N].中國農(nóng)機化導(dǎo)報,2011-08-26(02).

[責(zé)任編輯 冰 竹]

The Application of Internet of Things in Agricultural Information

LI Haisheng, ZHANG Mingzhen

(SchoolofSoftware,ZhengzhouRailwayVocational&TechnicalCollege,Zhengzhou450052,China)

The agricultural information is an important part of development strategies of national information. Internet of Things technology is an important technical mean of information. Internet of Things wireless sensors are laid on farmland, gardens, greenhouses and other regions. Using temperature sensors, optical sensors, CO2sensors and other equipment, data of real-time temperature, light and gas concentration can be collected. As automatic control parameters, the data can be involved in remote control and create a good environment for the growth of crops and poultry. By the realization of remote control, we can monitor the production environment at home or in office. Wireless sensor networks contribute to the standardization, digitization and networking of agricultural production. By Internet of Things technology, the information of agricultural production can be implemented ultimately.

Internet of Things; Intelligent Agriculture; agricultural information

2014-12-05

李海勝(1984- )，男，河南通許人，鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院軟件學(xué)院助教，主要從事計算機物聯(lián)網(wǎng)方面的研究。

1671-8127(2015)02-0029-03

S126，TP391

A